水性環氧樹脂體系對金屬耐鹽霧性的影響
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發布日期：2021-05-31
為適應國家環保政策的要求，涂料水性化已是大勢所趨，各大涂料廠家都在不遺余力的加大開發力度，很多廠家均有成型產品出售。水性金屬防腐底漆已經在很多工程設備制品上得到了應用，其涂膜性能主要由樹脂體系決定，但基于國內產品的耐鹽霧性和穩定性同進口品牌相比尚有一定的差距。
水、氧和離子是鹽霧腐蝕的三要素，其中氧氣和粒子均溶解在水中。金屬防腐涂料作為薄薄的一層高聚物涂膜，通過對水、氧和離子的阻止和隔斷，從而起到防止底材金屬腐蝕的效果。而樹脂固化體系對耐鹽霧性起著關鍵性的作用。
一、體系的固化交聯度
固化度越高，交聯點就越多，所形成的高分子涂膜越致密，水、氧和離子透過防護涂層的可能性就越小；固化度越高，涂膜的剛性越好，被水浸潤的抵抗涂膜變形的能力就越強，起泡的可能性就越小；合適的交聯度，使體系粘附能力提高，反應形成的羥基跟底材形成氫鍵合結構，有利于阻止水、氧和離子的侵入界面。
低溫固化的水性環氧固化劑，降低了反應的活化能，有利于常溫下提高固化交聯度，提高耐鹽霧性。其中曼尼希改性胺，具有低溫固化的特點，引入芳香環結構有利于提高涂膜的剛性、憎水性和耐鹽霧性；尤其是腰果酚改性胺類，因具有C15長鏈，又可提升涂膜的附著力，增強憎水性。如我司MH-6600，既能低溫固化，又具有較好的附著力和耐鹽霧性。
二、環氧乳液的影響
1、乳化劑類型的環氧乳液含較多的單官能團或增塑型乳化劑，降低了體系的交聯密度和機械性能、耐熱性和附著力，形成的涂膜相對缺陷較多。而自乳化環氧為雙官能團的環氧樹脂結構，增韌了固化體系，對固化物強度影響較小。
2、環氧乳液的乳膠粒子的大小。
乳膠粒子以分子抱團的顆粒形式存在，在水中形成“水包油”的狀態，外層親水基接觸水性固化劑反應后分子量增大，具有疏水性，阻擋了內層環氧跟水性固化劑的進一步反應，固化物的交聯密度下降，水、氧和離子透過的可能性大增，所以相對乳膠粒子小，接近納米級的自乳化環氧具有更高的交聯度和涂膜機械性能。
3、固化體系的柔韌性。
柔韌性（而不是增塑型）的環氧固化物具有更強的剝離強度和附著力，可舒緩因水分和溶劑揮發收縮產生的應力，可有效阻止水、氧和離子從界面通過，從而提高耐鹽霧性。但以犧牲剛性得到的涂膜柔韌性，往往變形能力強，鹽霧試驗中起泡的可能性大增。因此，選擇E20或者E12的環氧乳液，配合剛性較好的水性固化劑，具有相對較好的綜合性能。
4、環氧乳液的穩定性
放置一定時間后，乳膠粒子分層或返粗，導致配比偏離或固化度下降，影響了涂膜的硬度、耐鹽霧性能。而自乳化環氧則有所不同，相比乳化劑類型，具有更強的抗沉性和粒子穩定性，即使出現乳液分層現象，稍微攪拌就能恢復到出廠時的狀況。
5、離子含量。離子含量直接影響涂膜的耐鹽霧性能，水性環氧中離子含量要低，配方中也需要添加去離子水。
6、自乳化環氧可乳化油性固化劑和環氧活性稀釋劑，通過對油性固化劑的選擇，只有成膜性能穩定，耐鹽霧性和附著力都能得到提升。而乳化劑類型的乳液難以具備這個特點。
7、自乳化環氧乳化油性固化劑時，需要時間和剪切速度（建議600-800轉10-15分鐘）。乳化不良的體系加入水后，容易導致破乳或者乳膠粒子粗大，影響成膜性和涂膜機械強度。因此，建議水直接加在自乳化環氧乳液中預先混合，再加入固化劑體系乳化，成膜性能更好。
三、固化劑的影響
1、親水性和疏水性的統一。
既要與水混溶，用水調節粘度，又要在固化后能避免水的影響；既要求固化前較好的親水性，又要求固化后較強的憎水性。這是一個矛盾的綜合體。過強的親水性雖成膜性好，但固化物憎水性不夠，腐蝕因子透過的可能性增加；過強的疏水性導致體系混溶性變差，乳膠粒子粗大，交聯度下降，涂膜致密度不夠。MH-6380屬于脂環胺改性水性固化劑乳液，具有自乳化的特點，水分散性好，加水輕微攪拌直接形成穩定的乳液，乳膠粒子小，配合環氧乳液能形成致密的涂膜，因此具有較高的耐鹽霧性。
2、涂膜剛性和韌性的統一。
一般鹽水浸潤的涂膜塑性增強，耐熱和硬度均下降明顯。
因涉及水溶性和憎水性的矛盾，水性體系難以通過增韌劑實現增韌，往往需要通過固化劑或者樹脂的分子結構增韌來改善。而環氧乳液的增韌比較困難，所以對固化劑的分子結構設計顯得尤為重要。
首先體系固化后跟金屬底材附著力要好，剝離強度高，又要具備一定的剛性和鹽水浸潤條件下的抗變形能力。過高的耐熱和硬度影響涂膜剝離強度，過強的柔韌性又會導致變形能力增強，起泡的可能性大增。所以，固化體系需達到剛柔相濟的效果。如MH6180就具有更高的模量和高低溫沖擊性能。
3、交聯密度
帶活性基團的多個交聯點的分子結構有利于提高體系的交聯密度，有效阻止腐蝕因子通過。這就是多氨基分子結構固化劑的優勢。
4、憎水基的相對數量
憎水基越多，固化物就會形成荷葉效應，水分被排斥，界面易干燥，濕附著力提高，水分通過涂膜的可能性也大幅度降低。但是過多的剛性結構往往帶來較大的位阻，降低交聯度。
5、親水基的相對數量。
親水基越多，HLB值就越大，跟水的相容性就越強，水分被親和，容易透過腐蝕因子，起泡和腐蝕的可能性大增。所以一般親水性好的固化劑（非通過溶劑的增容），其耐鹽霧性往往大打折扣。而我司MH-8119是一個特殊的分子結構，既具有較好的水溶性和交聯度，又具有極佳的憎水性和剛性，故鹽霧實驗時起泡的可能性就小。
6、離子含量
離子含量高，尤其是陽離子透過涂膜，導致涂膜起泡，直接影響涂膜的耐鹽霧性。
四、固化反應
1、交聯密度。水分揮發充分，較高的固化溫度和時間可提高交聯密度。
2、空氣濕度的影響。
空氣濕度影響水分的揮發，凝膠后未揮發完全的水分殘留在涂膜中，后續揮發出來后形成了孔洞，為腐蝕因子提供了通道，耐鹽霧性會相應下降。
凝膠前水分揮發得越充分，界面膜消失得越充分，涂膜的致密性就越好，耐鹽霧性能就越好。適當的助溶劑有利于加速水分的揮發速度。
3、環氧乳液和固化劑的混溶性
二者混溶性好，形成的涂膜越致密。在相容性好的體系中，環氧或者固化劑的乳膠粒子突破界面膜后，能迅速相互滲透，達到混溶的目的，固化物接近油性體系的致密度；環氧乳液和固化劑能相互乳化的效果，有利于環氧或者固化劑的乳膠粒子相互突破界面膜，提高混溶性和固化交聯度。
4、環氧乳液和固化劑的配比
為提高耐鹽霧性，往往環氧乳液過量15-20%。因為往往環氧的疏水性強于固化劑，固化劑過量會加大體系的親水性，不利于耐鹽霧；因為乳膠粒子的影響，環氧乳液跟固化劑的反應度低于油性體系，環氧過量可盡量將親水性的胺反應完全，對提高鹽霧性有利；如固化劑為疏水性強的乳膠粒子，二者的配比范圍影響相對較小。
5、漆膜成型后的破乳時間。
隨著水分和有機溶劑的揮發，乳液破乳后開始反應，形成不溶于水的高分子，排擠殘留水分。一般親水型固化劑跟水一起附著在環氧乳膠粒子周圍，可以直接進攻乳膠粒子，導致破乳，在水分揮發前發生反應，故凝膠較早，水分殘留量和界面膜較多，耐鹽霧性受到影響；而乳液型固化劑跟環氧乳液一樣，以乳膠粒子形式分散在水中，二者的接觸需突破兩層界面膜，所以操作時間較長。往往需要水和溶劑揮發后期，才破乳接觸發生反應，進一步排擠水分。這樣形成的涂膜水分殘留量和界面膜較少，反應更加充分，交聯度更高，耐水性和耐鹽霧性更佳。故破乳不宜過早，盡量發生在溶劑和水分揮發中后期，效果更佳。總之，加快水和溶劑的揮發速度，采用慢固化的環氧體系，可以提高耐鹽霧性能。
6、局部降低空氣濕度、加速空氣對流、底材預熱和強制干燥固化均有利于水份揮發和交聯密度的提高，形成的涂膜更加均勻致密，提高耐鹽霧性和生產效率！
水作為溶劑，對底漆的耐腐蝕性、耐鹽霧性造成了較大的影響，這點毋庸置疑，所以業界有專家對水性環氧在工業防腐涂料尤其是重防腐涂料的的應用持悲觀態度。只要二者分子結構尤其是固化劑的分子結構設計適當，體系的HLB值恰到好處，接近油性底漆的耐鹽霧性能是完全可能的。采用我司自乳化環氧乳液（EP750）配合我司水性固化劑（MH6270.MH-6380）,制作成清漆在膜厚《30微米的情況下，添加適當硅烷偶聯劑，中性鹽霧試驗分別超過1015小時和800小時，表面未出現起泡，劃線處腐蝕《1毫米。如配合防銹顏料和相應助劑，通用配方的工業防腐涂料能達到》1000小時的耐鹽霧性能。如添加石墨烯或者玻璃鱗片等特種防銹顏料，能進一步延長涂料的耐鹽霧時間。
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