0引言

隨著人們保護自然意識的日益增強，污染小、VOC含量低的綠色涂料的研發(fā)和使用得到重視。國家對涂料征收消費稅這一政策的實施也推動著涂料與涂裝行業(yè)向著綠色環(huán)保的方向不斷的改進。在所有綠色環(huán)保的涂料中，水性涂料使用的溶劑是自然界中的水，可以做到真正的“零”VOC排放，是名副其實的“綠色”涂料。

環(huán)氧涂料產(chǎn)品因為其與基材之間的附著力好、耐化學(xué)腐蝕性能優(yōu)異以及較低的體積收縮率而被廣泛應(yīng)用到各個行業(yè)中。水性環(huán)氧富新涂料在保持優(yōu)異的耐鹽霧性能、附著力的基礎(chǔ)上，兼具了水性涂料綠色環(huán)保的優(yōu)點而被大量用于軌道交通、工程機械以及工業(yè)漆。石墨烯是一種具有二維結(jié)構(gòu)的納米級片狀導(dǎo)電填料，在添加量很少時，就能在涂層中相互搭接形成良好的屏蔽作用，阻隔腐蝕介質(zhì)的滲透；同時互相搭接的石墨烯可以與鋅粉形成導(dǎo)電通路，在鋅粉含量很低的時候依舊保持環(huán)氧富鋅涂料陰極保護作用的效率。

本研究形成的石墨烯改性劑水性環(huán)氧富新防腐蝕涂料體系，具有良好的耐鹽霧、耐酸堿鹽等化學(xué)介質(zhì)性能與防腐蝕性能，性能滿足HG/T3668-2019《富鋅底漆》、HG/T4759-2014《水性環(huán)氧樹脂防腐涂料》、GB/T50393-2017《鋼質(zhì)石油儲罐防腐蝕工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、T-CNCIA01003-2017《環(huán)氧石墨烯鋅粉底漆》技術(shù)要求。

1實驗部分

1.1主要原材料

水性環(huán)氧乳液（384W/53WAMP）、液體環(huán)氧樹脂（147W）、水性脂肪族固化劑（2188W/55WA）；湛新；分散劑（BYK-181）、潤濕劑（BYK-378）、流平劑（BYK-381）、消泡劑（BYK-011）、增稠劑（BYK-420）;比克化學(xué)；防閃銹劑（DREWGARD347SA）:Ashland公司；滑石粉（800目）：慶達(dá)通；硅灰石粉（800目）；一級品，城子山；鋅粉：新威凌；石墨烯：深圳天元羲王材料科技；去離子水：自制。以上均為工業(yè)品。

1.2配方

基礎(chǔ)配方見表1

表1  水性環(huán)氧涂料配方

1.3涂料的制備

由于水性環(huán)氧樹脂乳液在研磨過程中會出現(xiàn)破乳的風(fēng)險，同時考慮到水性環(huán)氧樹脂乳液中含有大量的水會與鋅粉發(fā)生反應(yīng)，本研究將固化劑作為顏填料的載體進行研磨分散，獲得的共混物作為涂料配方中的A組分，乳液與適量的去離子水混合均勻得到的B組分。按照表1配方中的量，首先將固化劑以及其他液態(tài)的助劑部分在罐中高速攪拌均勻，隨后加入滑石粉，硅灰石粉，鋅粉，石墨烯，攪拌研磨，直至細(xì)度<60um，.后用200目濾網(wǎng)過濾，得A組分。

1.4樣板的制備

按照標(biāo)注要求，準(zhǔn)備馬口鐵片、噴砂鋼板和試棒。將涂料按比例配好，熟化一段時間，隨后進行施工作業(yè)。用于測試力學(xué)性能的涂膜厚度為25um，用于測試耐腐蝕性能的涂膜厚度為100um以上（2道）。將樣板放置在室溫情況下養(yǎng)護7d，隨后進行性能測試。

2結(jié)果與討論

2.1水性成膜物體系的研究

2.1.1水性環(huán)氧樹脂的研究

本實驗選取市面上常用的乳液和液體環(huán)氧進行復(fù)配試驗，測試清漆性能，結(jié)果見表2。

表2 不同比列復(fù)配樹脂所得涂膜性能測試結(jié)果

水性環(huán)氧樹脂乳液通過在環(huán)氧樹脂中添加乳化劑來獲得穩(wěn)定的乳液，因此在乳液體系中，樹脂相對分子質(zhì)量較大，使得涂層具有良好的柔韌性以及抗沖擊性能。乳化劑是雙親性物質(zhì)，加入乳化劑會影響涂層的耐鹽霧性能。液體環(huán)氧樹脂通過化學(xué)接枝的方法使得樹脂能過分散在水中，不含有乳化劑，耐鹽霧性能較好，但是其柔韌性和耐沖擊性能較差。通過復(fù)配的方法將乳液與液體環(huán)氧進行混合，混合比例在9:10～70:30時，綜合性能.優(yōu)。基于性能及產(chǎn)品成本的綜合考慮，本研究選用的混拼比列為90:10。

2.1.2水性環(huán)氧固化劑的研究

確定好樹脂復(fù)配比列后，研究固化劑用量對于涂層性能的影響。使用改ss性多元胺固化劑，設(shè)計環(huán)氧當(dāng)量：活潑氫當(dāng)量=（0.8～1.2）：1，研究不同使用比列對涂層性能的影響。結(jié)果如表3所示。

表3 環(huán)氧當(dāng)量與活潑氫當(dāng)量比例對涂膜性能的影響

根據(jù)表3可以看出，比列為0.8:1和1:1時，涂膜的耐介質(zhì)性能不理想。這是由于固化劑過量，涂層中殘留了未反應(yīng)完全的游離氨，這些小分子的存在導(dǎo)致了涂層耐介質(zhì)性能以及柔韌性的下降；當(dāng)體系中添加的樹脂量過大時，未反應(yīng)完全的環(huán)氧分子使得涂層發(fā)軟、發(fā)黏，也會影響涂層的.終性能。環(huán)氧當(dāng)量：活潑氫當(dāng)量為1.1:1時，清漆的綜合性能.好。

2.1.3鋅粉與石墨烯的研究

（1）鋅粉的研究

鋅粉可以分為片狀和球狀兩種不同的形狀，其中前者可以在涂層中定向排列，從而起到阻隔的作用，因此前者的防腐蝕性能優(yōu)于后者。在加入片狀鋅粉的涂料中添加球狀鋅粉，可以進一步提高涂層的防腐蝕能力，這是因為圓形顆?？梢苑植荚趯訉佣询B的間隙中，進一步切斷了腐蝕因子的擴散和傳播。確定添加片狀鋅粉質(zhì)量份為20%，球狀質(zhì)量份為40%，研究不同尺寸鋅粉對于涂料性能的影響。選用的片狀鋅粉產(chǎn)品為：A（200目）、B（325目）、C（500目）；球狀鋅粉產(chǎn)品為：a（500目）、b（800目）。結(jié)果見表4。

表4 不同尺寸鋅粉對涂料性能的影響

對表4的數(shù)據(jù)可見，選用片徑為325目鋅粉搭配500目和800目的球狀鋅粉時，涂層的表觀光滑、易噴涂不容易堵槍嘴以及耐鹽霧性能和耐鹽水浸泡性能優(yōu)異，綜合考慮成本因素，本研究采用325目片狀鋅粉搭配500目球狀鋅粉進行進一步研究。

（2）石墨烯的研究

加入不同質(zhì)量份（0.1%～1%）的石墨烯進行對比試驗，觀察不同含量的石墨烯的加入對于涂層防腐性能的影響。結(jié)果見表5。

表5 石墨烯添加量對涂層性能的影響

對表5數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)石墨烯添加量很少的時候，石墨烯被樹脂包裹，不能夠很好的提高涂層的防腐性能。而當(dāng)石墨烯含量增加，石墨烯在涂層中能夠定向排列堆疊，形成了良好的屏蔽作用，阻隔腐蝕介質(zhì)的滲透，同時在鋅粉顆粒之間形成導(dǎo)電通路，提高了涂層中鋅粉整體的利用率。石墨烯加入量過大會導(dǎo)致其在涂層中不能均勻的分布，從而導(dǎo)致涂層的防腐性能降低。本研究.終確定添加量為0.5%，此時的涂層具有優(yōu)異的耐鹽霧性能和耐化學(xué)介質(zhì)性能。

水性環(huán)氧富鋅石墨烯防腐蝕涂料性能試驗.終得到涂層性能見表6。

表6 水性環(huán)氧富鋅石墨烯防腐蝕涂料性能

3結(jié)語

本研究通過混拼水性環(huán)氧樹脂乳液和液體環(huán)氧樹脂，研究固化劑的添加量、鋅粉形狀與尺寸以及石墨烯的添加量對于涂層性能的影響，.終得出水性環(huán)氧富鋅石墨烯涂料的基本配方。采用325目片狀鋅粉與500目球狀鋅粉進行級配實驗，優(yōu)化鋅粉的添加種類及添加量，提高涂層表觀以及防腐性能。對石墨烯添加量進行優(yōu)化，使得石墨烯能夠在涂層中互相搭接形成良好的屏蔽作用，同時提高了鋅粉的利用效率。本研究得到的水性環(huán)氧富鋅石墨烯涂料是具有較低的VOC含量、優(yōu)異的耐腐蝕性能以及良好的施工性能，在未來有很大的發(fā)展空間以及應(yīng)用前景。