张斌   大阪涂料

 

一、前言

    传统溶剂型涂料会排放大量有机溶剂。据报道,世界涂料年产量约3000万吨，假定它们的VOC含量为30%，则每年的VOC排放量达900万吨。VOC对人类和环境具有多重危害性。长期吸入VOC会导致疲劳、丧失记忆和协调功能以及神经系统疾病；VOC在太阳紫外线的辐射下会产生光化学烟雾或形成酸雨；VOC中有许多是致癌物或对中枢神经有麻醉作用；某些VOC具有光化学臭氧产生潜能或具有高臭氧排空潜能。

    近年来，针对VOC对环境的破坏和污染，已使各国密切重视到VOC的危害性并纷纷制定各种法规来限制VOC排放。美国洛杉机早在1966年就颁布了著名的“66法规”，这是涂料工业中控制溶剂组成的第一部法规。美国1990年通过的大气净化法（Clean Air Act）以及1998年发布的AIM（Architectural and Industrial Maintenance Coatings Rules）条例将工业涂料的VOC排放限制从1990年的420g/L降至1993年的340g/L，2000年继续降至250g/L。我国虽是一个发展中国家，类似的法规尚未出台，但随着人们环保意识的加强及国家环保力度的加大，限制涂料VOC排放的法规必将出台，因此，水性环氧防腐涂料作为低VOC排放的绿色环保涂料的一种，非常具有研制开发的必要，亦具有非常广泛的应用前景。

    OUP多年来一直致力于绿色环保型工业涂料的研制和开发，在这方面投入大量资金和技术人员，通过采用无毒防锈颜料，研制高固体份、无溶剂和水性工业涂料等，不断降低VOC及重金属含量，为改善我们的生活环境，促进社会的可持续发展而努力，并获得了显著进展。

二． 水性环氧防腐涂料主要类别和品种

    近年来，我国各涂料研究机构及生产厂家已研制出一些水性环氧防腐涂料，部分产品已得到了实际应用，主要有以下一些类别和品种：

    1、 按乳化机理和制漆原料分类

    根据所采用的环氧树脂和固化剂成份的不同，乳化机理也不一样，能够商品化的水性环氧防腐涂料主要有以下两种：

    ①、Ⅰ型，自乳化型：最大的特点是使用的低分子量环氧树脂和固化剂都不呈乳液状态。

    该类水性环氧防腐涂料由低分子量液体环氧树脂 (环氧当量为190左右)和水溶性环氧固化剂组成，使用时，该固化剂必需既是交联剂又是乳化剂，这类固化剂以多胺为基础，在其分子中引入表面活性的链段，使其成为两性分子，从而具有很强的乳化作用。该体系中一般不必加入助成膜溶剂，其VOC为零。

    Ⅰ型水性环氧防腐涂料典型配方组成：

组份A 组份B
1、EPON828环氧树脂（环氧当量188-192）

2、活性环氧稀释剂（比如叔碳酸缩水甘油酯类）

3、防锈颜料或着色颜料及填料

4、消泡剂、流平剂、防沉剂、防霉剂、防闪锈剂等

5、通常需加入冰醋酸以延长混合使用期

6、蒸馏水或去离子水

 水溶剂胺类固化剂（例如日本三和WH-1000等）

    该型产品特点（主要和Ⅱ型相比）：

    *双组份混合搅拌时充分乳化，对混合搅拌剪切速率有一定要求；

    *固体份较高，零VOC排放；

    *因完全靠反应干燥，表干较慢，尤其是低温（15℃以下）时；

    *混合后使用期很短，一般约15-30分钟（25℃）,在加入较大量冰醋酸的情况下也最长不易超过2小时（25℃）,而加入冰醋酸会导致漆膜机械性能降低。超过使用期后使用易出现漆膜针孔和无光（面漆）等现象。

    ②、Ⅱ型，乳化型：最大特点是使用环氧树脂乳液和水性固化剂（乳液或溶液）

    该型水性环氧防腐涂料由分子量较高的水性环氧树脂制成的乳液和水溶性胺固化剂或固化剂乳液组成，水性环氧固化剂（乳液或透明溶液）与环氧树脂乳液具有较好的相容性，它不要求具有乳化作用。该型大都含有少量有机溶剂作为成膜助剂（一般不超过10%）。由于水性环氧涂料的涂膜是由环氧树脂和固化剂交联反应而生成的网状结构，所以涂膜具较好防腐蚀性、耐化学品性及机械性能。

    Ⅱ型水性环氧防腐涂料典型配方组成：

组份A 组份B
1、水性环氧树脂乳液（50%-60%，环氧值0.20-0.44等，汽巴、SHELL公司及国产品有售）

2、防锈颜料或着色颜料及填料

3、消泡剂、流平剂、防沉剂、防霉剂、防闪锈剂、增稠剂等

4、成膜助剂

5、蒸馏水或去离子水

 水溶性胺固化剂

或胺固化剂乳液

(改性芳香胺或脂肪胺类)

    该型产品特点（主要和Ⅰ型相比）：

    *搅拌均匀后即可使用；

    *固体份不是很高，有一定VOC排放；

    *采用高分子量环氧乳液，表干较快，水挥发即可表干；

    *混合后使用期较长，一般能达到2小时（25℃）以上，最高能达到6小时,能满足施工操作要求。

    目前市面上的水性环氧防腐涂料以Ⅱ型产品为主，但不排除有的厂家有Ⅰ型产品推广应用。

    2、 按所用防锈颜料分类

    按所用防锈颜料及涂料功能的不同，可分为以下品种：

种类 主要特点
水性环氧富锌底漆

（我公司编号：ZIEP216）

 1．  三组份（环氧乳液组份、固化剂组份和锌粉组份）；

2．  锌粉含量很高；

3．  防锈性的确很不错，主要锌粉含量高嘛，1000h盐雾试验，可评为小于2级。

4．  这种漆用作钢结构打底还是很不错的。
水性环氧云铁防锈漆

（我公司编号：EPSP406）

 1、两组份（漆料组份和固化剂组份）；

2、用作富锌底漆的封闭涂层或中涂漆很适合。
水性环氧防腐底漆

（我公司编号：EPSP407）

 1、两组份（漆料组份和固化剂组份）；

2、一种水性环氧铁红底漆。
水性环氧磷酸锌（三聚磷酸铝等）底漆

（我公司编号：EPSP410）

 1、两组份（漆料组份和固化剂组份）；

2、含无毒防锈颜料磷酸锌；

3、不含重金属和溶剂，环保性极佳。
水性环氧防腐面漆

（我公司编号：EPSP408）

 1、  两组份（漆料组份和固化剂组份）；

2、  一种有光的水性环氧面漆（只要涂装环境好，光泽达到80%以上），但的确高湿低温涂装环境影响其光泽。

 

三、水性环氧防腐涂料的性能

    水性环氧防腐涂料在国内应用的历史并不长，如果采用进口环氧乳液和固化剂，成本很高，与溶剂型环氧防腐涂料产品相比，价格上差距较大。现在国内水性环氧乳液和固化剂产品日趋成熟，产品成本有所下降了，令人头痛的乳液的贮存稳定性难题被一些乳液生产厂家逐步解决，这给水性环氧防腐涂料的推广应用带来福音。

    就我们在研发过程中的一些试验数据来看，在良好涂装环境条件下制好的板，涂层性能还是很接近溶剂型环氧漆的。当然，这种制板是在理想涂装环境下进行。

    以下是我们测试的水性环氧防腐涂料的产品性能指标：

表一：ZIEP216水性环氧富锌底漆性能

项目

指标
涂层表干时间/min （23+2℃）

≤15
涂层实干时间/h （23+2℃）

≤12
涂层外观

灰色，漆膜平整
柔韧性 /mm

≤1
抗冲击强度 /㎏·cm

≥50
附着力（划圈法）/级

≤1
耐盐水（3%Nacl溶液）/500h

无脱落、生锈等现象
耐盐雾 /1000h , 级

≤2

表二、EPSP406水性环氧云铁防锈漆性能

项目

指标

外观

A组分为银灰色流体，B组分为乳白色流体
干燥时间/h 表干

≤2
实干

≤24
抗冲击强度/Kg·cm

≥50
附着力（划圈法）/级

≤1
柔韧性/mm

≤1
耐盐水/500h

漆膜不起泡、不脱落
耐盐雾/600h , 级

≤2

表三、EPSP407水性环氧防腐底漆（铁红）

项目

指标

外观

A组分为铁红色流体，B组分为乳白色流体

干燥时间/ h

 表干

≤1
实干

≤24
施工适用期/h

≤2
漆膜外观

漆膜平整
细度（A组分）

≤60
冲击强度/Kg·cm

≥50
附着力（划圈法）/级

≤1
柔韧性/mm

≤1
耐盐水/ 500h

涂层不脱落、无生锈现象
耐盐雾/600h，级

≤2

表四、EPSP410水性环氧磷酸锌底漆

项目

指标
外观

A组分为灰色流体，B组分为乳白色流体

干燥时间/ h

 表干

≤1
实干

≤24
漆膜外观

漆膜平整
细度（A组分）

≤60
冲击强度/Kg·cm

≥50
附着力（划圈法）/级

≤1
柔韧性/mm

≤1
耐盐水/ 500h

涂层不脱落，无生锈现象
耐盐雾/600h/级

≤2

表五、EPSP408水性环氧防腐面漆

项目

指标

干燥时间/h

表干≤

2

实干≤

24

铅笔硬度 ≥

2H

光泽，%  ≥

80

冲击强度/Kg·cm

50

附着力（划圈法）/级 ≤

1

柔韧性/mm ≤

1

耐盐水/500h ≥

漆膜不脱落无生锈现象

耐盐雾600h，级

≤2

 

    所以，我个人觉得：

    1、水性环氧涂料应该是有潜力的品种，能特别是环保和施工安全方面具有独特优势。

    2、在良好涂装和固化环境条件下，水性防腐涂料的防腐性能够按近或达到溶剂型产品。

    四、水性环氧防腐涂料的施工环境要求

    1、由于水性环氧防腐涂料中环氧基和胺固化剂上的活泼氢反应受温度限制（同溶剂型产品），而该反应在10℃下很缓慢，一般5℃下基本不反应（有些酚醛胺类在0-5℃时也能缓慢反应，即所谓低温型环氧漆），这决定了底材温度不能低于5℃（酚醛胺类水性环氧固化剂尚未可见），最好在10℃以上。

    2、由于乳液及涂料中含水，低温会造成破乳和结冻，导致涂料或涂膜失效，这也要求了乳液、漆液和湿膜所处温度不宜低于5℃。

    3、和溶剂型产品不同的是：由于水的蒸发热（蒸发所需能量）比一般溶剂都高，而且空气中含有水份，造成以下因素对漆膜中水份的挥发比溶剂挥发影响更大：

    A、 底材温度和涂装环境露点的差距：

    底材温度比露点越高，水份蒸发越快，据一些乳液生产厂家和一些从事该方面研究的技术人员介绍，如果底材温度高于露点5℃以上是最佳，根据露点表，除了专用喷涂室涂装和烘烤固化，一般户外自然环境条件有时也是能够达到的。

    但并不是说非要底材温度高于露点5℃以上时才能使用水性环氧防腐涂料，只是对成膜质量会有一些影响（当水性漆中水逸出慢，而漆膜反应固化程度加深，而后水份逸出会留下孔隙，对防腐底漆来说外观变化不明显，但对面漆来说对外观会有明显影响，主要表现在光泽会下降，所以，面漆对环境的要求比底漆高）。

    由于很多情况在涂装时并未采用露点管理方式，所以涂料生产厂家给出推荐温度和湿度范围，如果推荐的是在5℃以上，相对湿度80%以下，应是指考虑反应固化所需最低温度条件及底材温度高于露点3℃以上时的要求（见下表中蓝色部分）。

气温 （℃）

相对温湿度下的露点（℃）

50%

55%

60%

65%

70%

75%

80%

85%

90%

5

－4.1

－2.9

－1.8

－0.9

0.0

0.9

1.8

2.7

3.6

6

－3.2

－2.1

－1.0

－0.1

0.9

1.8

2.8

3.7

4.5

7

－2.4

－1.3

－0.2

0.8

1.8

2.8

3.7

4.6

5.5

8

－1.6

－0.4

0.8

1.8

2.8

3.8

4.7

5.6

6.5

9

－0.8

0.4

1.7

2.7

3.8

4.7

5.7

6.6

7.5

10

0.1

1.3

2.6

3.7

4.7

5.7

6.7

7.6

8.4

11

1.0

2.3

3.5

4.6

5.6

6.7

7.6

8.6

9.4

12

1.9

3.2

4.5

5.6

6.6

7.7

8.6

9.6

10.4

13

2.8

4.2

5.4

6.6

7.6

8.6

9.6

10.6

11.4

14

3.7

5.1

6.4

7.5

8.6

9.6

10.6

11.5

12.4

15

4.7

6.1

7.3

8.5

9.5

10.6

11.5

12.5

13.4

16

5.6

7.0

8.3

9.5

10.5

11.6

12.5

13.5

14.4

17

6.5

7.9

9.2

10.4

11.5

12.5

13.5

14.5

15.3

18

7.4

8.8

10.2

11.4

12.4

13.5

14.5

15.4

16.3

19

8.3

9.7

11.1

12.3

13.4

14.5

15.5

16.4

17.3

20

9.3

10.7

12.0

13.3

14.4

15.4

16.4

17.4

18.3

21

10.2

11.6

12.9

14.2

15.3

16.4

17.4

18.4

19.3

22

11.1

12.5

13.8

15.2

16.3

17.4

18.4

19.4

20.3

23

12.0

13.5

14.8

16.1

17.2

18.4

19.4

20.3

21.3

24

12.9

14.4

15.7

17.0

18.2

19.3

20.3

21.3

22.3

25

13.8

15.3

16.7

17.9

19.1

20.3

21.3

22.3

23.2

26

14.8

16.2

17.6

18.8

20.1

21.2

22.3

23.3

24.2

27

15.7

17.2

18.6

19.8

21.1

22.2

23.2

24.3

25.2

28

16.6

18.1

19.5

20.8

22.0

23.2

24.2

25.2

26.2

29

17.5

19.1

20.5

21.7

22.9

24.1

25.2

26.2

27.2

30

18.4

20.0

21.4

22.7

23.9

25.1

26.2

27.2

28.2

 

    如果要达到底材温度高于露点5℃以上，则为下表蓝色部分。

  空气温度

                 相对湿度下的露点温度℃

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

5  

/

/

-4.1

-1.8  

0.0

1.8  

3.6  

6

/

/

-3.2

-1.0

0.9

2.8

4.5

7

/

/

-2.4

-0.2

1.8

3.7

5.5

8

/

/

-1.6

0.8

2.8

4.7

6.5

9

/

/

-0.8

1.7

3.8

5.7

7.5

10

-6.7

-2.9

0.1

2.6

4.8

6.7

8.4

12

-5.0

-1.1

1.9

4.5

6.7

8.7

10.4

14

-3.3

0.6

3.8

6.4

8.6

10.6

12.4

16

-1.5

2.4

5.6

8.3

10.5

12.6

14.4

18

0.2

4.2

7.4

10.1

12.5

14.5

16.3

20

1.9

6.0

9.3

12.0

14.4

16.4

18.3

22

3.7

7.8

11.1

13.9

16.3

18.4

20.3

24

5.4

9.6

12.9

15.8

18.2

20.3

22.3

26

7.1

11.4

14.8

17.6

20.1

22.3

24.2

28

8.8

13.1

16.6

19.5

22.0

24.2

26.2

30

10.5

14.9

18.4

21.4

23.9

26.2

28.2

32

12.3

16.7

20.3

23.2

25.8

28.1

30.1

34

14.0

18.5

22.1

25.1

27.7

30.0

32.1

36

15.7

20.3

23.9

27.0

29.6

32.0

34.1

38

17.4

22.9

25.7

28.9

31.6

33.9

36.1

40

19.1

23.8

27.6

30.7

33.5

35.9

38.0

42

20.8

25.6

29.1

32.6

35.4

37.3

40.0

44

22.5

27.3

31.2

34.5

37.3

39.7

42.0

46

24.2

29.1

33.0

36.3

39.2

41.7

43.9

48

25.9

30.9

34.8

38.2

41.1

43.6

45.9

50

27.6

32.6

36.7

40.0

43.0

45.6

47.9

B、底材温度

    低温时，对于溶剂型产品可通过选用挥发快的溶剂来解决溶剂挥发速度问题，但对水性环氧防腐涂料来说，并没有有效的解决水挥发速度下降的问题。

C、空气湿度

    高湿度空气中水份含量高，对水性漆膜中水份逸出漆膜到空气中的速度比溶剂从溶剂漆中逸出的速度影响更大。

D、空气流动状况

    空气流动越快，水蒸发越快，这对溶剂型和水性产品是相同的。

   因而，水性环氧防腐涂料应该比溶剂型产品要求更高的涂装环境条件，主要表现如下：

类别 溶剂型环氧防腐底漆 水性环氧防腐底漆
底材温度与露点差距 主要只在涂装时要求，因为主要防止底材表面结露影响附着和防止封闭水汽在漆膜里面 主要水分挥发的需要，也就是说在漆膜初步固化过程中有都要求。
底材温度 采用低温固化剂0℃以上也能反应，当然最好5℃以上， 必须5℃以上，最好10℃以上
空气湿度 主要只在涂装时要求 主要水分挥发的需要，也就是说在漆膜初步固化过程中都要求。

    因此，从上述两个表可以看出，我个人认为

    水性环氧防腐涂装的涂装环境条件要求如下：

    *最低要求（涂装直至初步固化过程中，即涂装时至养护期内）：

    底材温度5℃以上，空气相对湿度80%以下，底材表面温度高于露点3℃以上。

 

    *最佳环境条件（涂装直至初步固化过程中，即涂装时至养护期内）：

    底材温度10℃以上，空气相对湿度70%以下，底材表面温度高于露点5℃以上。

五、水性环氧防腐涂料适用范围

    水性环氧防腐涂料因其环保无污染，不燃不爆，施工安全，防腐性佳，特别适合于应用于以下一些特殊场合使用：

     -核电站核岛内防腐（混凝土及钢结构）；

    -密封的涂装环境里面施工；

    -其它一些因健康或安全原因不能使用溶剂的场合。

    -对VOC排放有严格限制的情况下（有的发达国家有这方面的法律法规限制用漆单位的VOC排放量，包括每升油漆的排放量和年VOC排放总量），尤其适合工厂化涂装（在专业喷涂线上施工，可控制涂装环境条件）。  

张斌，大阪涂料
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