0 引言
金屬的腐蝕主要是由金屬與其接觸的介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而引起的，這些反應(yīng)使金屬結(jié)構(gòu)受到破壞，造成設(shè)備報(bào)廢。金屬腐蝕在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中造成了大量的資源和能源浪費(fèi)，全世界每年因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約為1 萬(wàn)億美元，為火災(zāi)、風(fēng)災(zāi)和地震造成損失的總和。涂裝防腐涂料作為最有效、最經(jīng)濟(jì)、應(yīng)用最普遍的防腐方法，受到了國(guó)內(nèi)外廣泛的關(guān)注和重視。隨著我國(guó)建筑、交通、石化、電力等行業(yè)的發(fā)展，防腐涂料的市場(chǎng)規(guī)模已僅次于建筑涂料而位居第2 位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2004 年我國(guó)防腐涂料總產(chǎn)量達(dá)到60 萬(wàn)t，預(yù)計(jì)2020 年將突破100 萬(wàn)t 大關(guān)。而環(huán)氧樹(shù)脂涂料是最具代表性的、用量最大的高性能防腐涂料品種。傳統(tǒng)的環(huán)氧樹(shù)脂難溶于水，只能溶于芳烴類(lèi)、酮類(lèi)及醇類(lèi)等有機(jī)溶劑，必須用有機(jī)溶劑作為分散介質(zhì)來(lái)稀釋?zhuān)瑢⑵渑涑梢欢舛�、一定黏度的�?shù)脂涂料才能使用。用有機(jī)溶劑作為分散介質(zhì)來(lái)稀釋環(huán)氧樹(shù)脂不僅成本高，而且在使用過(guò)程中，揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）對(duì)人體危害極大，對(duì)環(huán)境也會(huì)造成污染。為此，許多國(guó)家先后頒布了嚴(yán)格限制VOC 排放的法規(guī)，環(huán)氧樹(shù)脂水性化技術(shù)成為各國(guó)研究的熱點(diǎn)。從20世紀(jì)70 年代起，國(guó)外就開(kāi)始研究環(huán)境友好型水性環(huán)氧樹(shù)脂體系，我國(guó)從20 世紀(jì)90 年代初開(kāi)始對(duì)水性環(huán)氧體系和水性環(huán)氧涂料進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出了水性環(huán)氧樹(shù)脂乳液和聚醚型水性環(huán)氧樹(shù)脂固化劑，并由其制備了雙組分水性環(huán)氧防腐涂料，其物理和化學(xué)性能優(yōu)異。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 原材料
聚乙二醇1000、聚乙二醇1500、聚乙二醇4000 ：天津市科密歐化學(xué)試劑開(kāi)發(fā)中心；雙酚A 型環(huán)氧樹(shù)脂E20、E51 ：江蘇三木集團(tuán)有限公司；過(guò)硫酸鉀：天津市天大化工實(shí)驗(yàn)廠；脂肪族單環(huán)氧化物：無(wú)錫久耐防腐材料有限公司；二乙烯三胺：濰坊中化貿(mào)易有限公司；乙酸：濟(jì)南三恩化工有限公司；去離子水：自制；潤(rùn)濕分散劑，消泡劑，基材潤(rùn)濕劑，氧化鐵黑：德國(guó)拜耳公司；多功能助劑：美國(guó)陶氏公司；三聚磷酸鋁：石家莊市鑫盛化工有限公司；防閃銹劑：兗州浩然化工有限公司；增稠劑：北京東方澳漢有限責(zé)任公司。
1.2 儀器
TO6001 電子天平：天津天平儀器有限公司；JJ-1 增力電動(dòng)攪拌器、QSM- Ⅱ型砂磨機(jī)、QHQ 型涂膜鉛筆硬度劃痕硬度儀、QTX 型漆膜彈性試驗(yàn)器、QFZ-Ⅱ型漆膜附著力試驗(yàn)機(jī)：天津材料試驗(yàn)機(jī)廠；YWX/Q-150 型鹽霧試驗(yàn)箱：無(wú)錫蘇南試驗(yàn)設(shè)備有限公司。
1.3 反應(yīng)型環(huán)氧樹(shù)脂乳化劑的合成
將環(huán)氧樹(shù)脂和聚乙二醇以一定的摩爾比（環(huán)氧基與羥基摩爾比為1 ∶ 1）加入裝有攪拌器和溫度計(jì)的250 mL 三口瓶中，加熱，待環(huán)氧樹(shù)脂與聚乙二醇熔融混合均勻后，分別于80℃、100℃、120℃、150℃下滴加過(guò)硫酸鉀水溶液，于2 h 內(nèi)滴加完畢�？刂品磻�(yīng)在此溫度，保溫反應(yīng)6 h。
1.4 水性環(huán)氧乳液的制備
將E-51 環(huán)氧樹(shù)脂與上述反應(yīng)型環(huán)氧樹(shù)脂乳化劑以質(zhì)量比4 ∶ 1 加入到高剪切均質(zhì)乳化反應(yīng)器中，于50℃加熱攪拌，混合均勻，滴加去離子水，直到電導(dǎo)率突然增加，此時(shí)體系的連續(xù)相由環(huán)氧樹(shù)脂相轉(zhuǎn)變?yōu)樗�，發(fā)生了相反轉(zhuǎn)。繼續(xù)高速攪拌一段時(shí)間后，加入適量去離子水，制成固含量為65% 的水性環(huán)氧乳液。
1.5 聚醚型水性環(huán)氧固化劑的合成
將環(huán)氧樹(shù)脂E-20 與聚乙二醇1500 按摩爾比2 ∶1 加入反應(yīng)釜中，攪拌，加熱升溫到60℃，待反應(yīng)物熔融后，加入催化劑過(guò)硫酸鉀，反應(yīng)8 h 后，加入二乙烯三胺，升溫至120~130℃，保溫反應(yīng)2 h，制得胺封端的環(huán)氧樹(shù)脂加成物。減壓蒸餾除去多余的二乙烯三胺。加入脂肪族單環(huán)氧化物，升溫到140℃，保溫2 h，在100℃下加入乙酸，反應(yīng)1 h，制得酸中和的環(huán)氧樹(shù)脂固化劑。
1.6 雙組分水性環(huán)氧防腐涂料的制備
雙組分水性環(huán)氧防腐涂料的配方見(jiàn)表1。
表1 雙組分水性環(huán)氧防腐涂料的配方
雙組分水性環(huán)氧防腐涂料的制備：將去離子水、潤(rùn)濕分散劑、多功能助劑、消泡劑、顏填料、水性環(huán)氧乳液、基材潤(rùn)濕劑等按配方量稱(chēng)量，依次加入容器內(nèi)，攪拌均勻無(wú)大塊。然后用砂磨機(jī)將上述混合物研磨至細(xì)度小于30 μm，加入防閃銹劑、增稠劑等，即得A 組分。將組分A 與組分B 混合，制成雙組分常溫干燥型水性環(huán)氧防腐涂料。
1.7 性能測(cè)試
上述涂料按規(guī)定制板后，進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表2。
2 結(jié)果與討論
2.1 反應(yīng)型環(huán)氧樹(shù)脂乳化劑合成條件的選擇
表3 為不同實(shí)驗(yàn)條件下乳化劑的狀態(tài)。
表3 不同實(shí)驗(yàn)條件下乳化劑的狀態(tài)
將不同實(shí)驗(yàn)條件下乳化劑的狀態(tài)分別編號(hào)為1~16 號(hào)，所得非離子表面活性劑的水分散性由好到壞的順序依次為11 ＞ 12 ＞ 10 ＞ 4 ＞ 3 ＞ 16 ＞ 15 ＞8 ＞ 7 ＞ 2 ＞ 14 ＞ 6 ＞ 9 ＞ 1 ＞ 13 ＞ 5。其中11 和12號(hào)產(chǎn)物可以用水無(wú)限稀釋且透明；10~7 號(hào)產(chǎn)物為帶藍(lán)光的水乳液；2~5 號(hào)產(chǎn)物不能得到水分散液。隨著反應(yīng)溫度的升高，所得產(chǎn)物冷卻后的結(jié)晶變大，顏色也由無(wú)色變?yōu)辄S色。
2.2 聚醚型水性環(huán)氧固化劑的合成原理
聚醚型水性環(huán)氧固化劑的合成路線如圖1 所示。
由圖1 可見(jiàn)：采用單脂肪族環(huán)氧化合物與伯胺反應(yīng)，生成了仲氨基，減緩了反應(yīng)速率，使附著活性強(qiáng)的基團(tuán)不斷地進(jìn)入底材孔隙中，再使仲胺與環(huán)氧基交聯(lián)增強(qiáng)附著力，從而提高涂料的防腐性能。
2.3 雙組分水性環(huán)氧防腐涂料的防腐機(jī)理分析
成功合成了水性環(huán)氧樹(shù)脂乳液及水性環(huán)氧樹(shù)脂固化劑，兩者相容性好，制備的漆膜致密，具有優(yōu)異的干濕膜附著力。另外，在制漆時(shí)將顏填料、助劑與水性環(huán)氧乳液充分混合研磨制成組分A，這樣可使環(huán)氧大分子包覆各種顏填料，分散均勻，更有利于性能的發(fā)揮。三聚磷酸鋁可磷化和鈍化金屬表面，具有強(qiáng)效和長(zhǎng)效相結(jié)合的特點(diǎn)，可以有效地防止銹蝕蔓延。
3 結(jié)語(yǔ)
研制的雙組分水性環(huán)氧防腐涂料的物理、化學(xué)性能優(yōu)異，施工有效期長(zhǎng)達(dá)6 h，能夠滿足工業(yè)化施工要求，安全環(huán)保，適用于船舶、集裝箱、石油化工管道、冶金、電力、食品、紡織等行業(yè)中鋼鐵構(gòu)件的防銹和防腐涂裝。
