隨著環(huán)保法規(guī)的日趨嚴(yán)格和石油資源的短缺，工業(yè)涂料的水性化趨勢愈加強烈。之前，水性防腐涂料所采用的防腐顏料大多為鉛系、鉻系顏料，它們屬于正在淘汰的有毒顏料； 而磷酸鋅系無毒防銹顏料也有使用量大、影響漆膜綜合性能的缺點。

      環(huán)氧樹脂涂料固化后的漆膜具有硬度高，附著力強，電絕緣性好，耐水、耐化學(xué)品性能優(yōu)異的特點，多作為防腐涂料的基料使用。但它也存在一些缺點，比如固化膜的柔性不夠（脆性大），耐紫外線、抗黃變的性能不佳，價格較高和水性化困難等。針對這些問題，近年來，人們對環(huán)氧樹脂進行改性，以提高其性能。其中，有效的改性方法是化學(xué)改性，即將兩種或兩種以上的物質(zhì)通過化學(xué)鍵合作用結(jié)合在一起，使樹脂既能兼具各自成分的優(yōu)勢，又不會出現(xiàn)分離的現(xiàn)象。聚氨酯具有良好的物理機械性能和優(yōu)異的耐寒性、彈性、柔韌性和耐有機溶劑性，但其防腐性能相對較差。本文通過分子設(shè)計，將環(huán)氧樹脂與聚氨酯樹脂接枝聚合，得到水溶性聚氨酯改性環(huán)氧樹脂（ WPU-EP），以此作為水性環(huán)氧聚氨酯防腐涂料配方中的基料，配合少量高效無毒的防腐顏料鈦鐵粉，制得性能良好的防腐涂料。

2 實驗部分

2. 1 水性環(huán)氧聚氨酯樹脂的制備

      先將計量的環(huán)氧樹脂 E-44 用適量的 N–甲基吡咯烷酮溶解，轉(zhuǎn)移到密封的三口燒瓶中，再加入準(zhǔn)確計量的聚醚多元醇 N330、 二羥甲基丙酸、 異氰酸酯 PAPI、阻聚劑對苯二酚及余量的 N–甲基吡咯烷酮，在 80 °C的恒溫油浴中加熱，在 N2 氣氛中反應(yīng) 4 h；然后加入計量的異氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷， 于 60 °C 下恒溫反應(yīng) 2 h；接著，將反應(yīng)體系降溫至室溫，蒸出 N–甲基吡咯烷酮；最后，向樹脂中滴加計量的三乙醇胺和去離子水，充分水溶后即可。

2. 2 防腐涂料配方與性能指標(biāo)

2. 2. 1 水性防腐涂料的制備

      將顏填料、分散劑、去離子水和水溶性聚氨酯改性環(huán)氧樹脂 WPU-EP 預(yù)混合， 然后研磨至細度<30 μm，加入配方中其它組分，充分混勻后得到防腐涂料產(chǎn)品。該涂料的配方和性能指標(biāo)見表 1 和表 2。

2. 2. 2 涂膜的制備

      按 GB/T 1727–1992 方法，以馬口鐵片為底材，噴涂、刷涂或刮涂。

3 結(jié)果與討論

3. 1 環(huán)氧樹脂用量對涂膜力學(xué)性能的影響

      在水性聚氨酯改性環(huán)氧樹脂的制備中，改變環(huán)氧樹脂在樹脂固體分中的含量得到一系列樹脂，然后對其涂膜進行力學(xué)性能測試，結(jié)果如表 3 所示。

      表 3 表明，當(dāng)環(huán)氧樹脂的含量遞增時，涂膜的硬度得以改善，而沖擊性能和附著力在環(huán)氧樹脂的含量超過 40%時有所降低。這是由于環(huán)氧樹脂的剛性較大所致。考慮到環(huán)氧樹脂的價格較高，其在樹脂中的用量以 30%為宜。

3. 2 防腐顏料對涂膜性能的影響

      不同的防腐顏料具有不同的防腐機理（主要分為物理和化學(xué)防腐兩種機理）。防腐顏料對防腐涂料性能的影響見表 4。

      表 4 表明，無毒的鈦鐵粉相對其它防腐顏料而言，具有較強的防腐蝕性能。這是因為鐵鈦粉具有物理防銹和化學(xué)防銹雙重功能。其中，淺色粉可通過無水聚磷酸鹽中的磷酸根與鋼鐵表面的鐵原子生成不溶的固體磷酸鐵絡(luò)鹽，從而隔絕水、氧、氯等對鋼鐵的腐蝕，起化學(xué)防銹作用。納米級的鐵鈦粉表面能很高，易與其它原子相結(jié)合，增加了涂層的致密性和抗離子滲透性。黑色的載體粉本身與紅丹結(jié)構(gòu)相似，當(dāng)用于鋼鐵表面時，還能提高與鋼鐵的親和性。但其缺點是密度大，易沉降，應(yīng)注意與防沉劑配合使用。目前使用的鈦鐵粉的粒度為 50 ~ 3 000 目， 相對密度 4.565，主要成分是鈦鐵的化合物。含一定量的鋁、硅等金屬的鈦鐵粉具有防腐效果好、 用量少、 價格適中、無毒的特點，可代替紅丹粉、氧化鐵紅、云鐵粉、三聚磷酸鋁等防銹顏料，并可用于多種涂料防腐體系。

3. 3 基料樹脂種類對涂膜性能的影響

      以 5%鈦鐵粉為防銹顏料，選用不同的基料樹脂配制防腐涂料，研究樹脂種類對防腐涂料性能的影響，實驗結(jié)果見表 5。

      表 5 表明，以水溶性聚氨酯改性環(huán)氧樹脂所制得的 WPU-EP 涂料性能較佳。這是因為參與共聚的異氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷具有獨特的交聯(lián)成膜和防腐特性，可使涂料具有突出的機械穩(wěn)定性、凍融穩(wěn)定性、疏水性、成膜致密和較佳的附著力，故該涂料涂膜機械性能好，防腐性能和耐鹽霧性能突出，綜合性能較優(yōu)。

4 結(jié)論

      (1) 環(huán)氧樹脂 E44 與含硅聚氨酯樹脂接枝共聚得到的水性聚氨酯改性環(huán)氧丙烯酸樹脂 WPU-EP，結(jié)合了環(huán)氧樹脂和聚氨酯二者的優(yōu)點，具有優(yōu)異的防腐和綜合性能。 當(dāng)環(huán)氧樹脂 E44 在樹脂中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 30%時，涂料的綜合性能達到最優(yōu)。

      (2) 比起傳統(tǒng)的氧化鐵紅和鉻酸鉛防銹顏料，選用鈦鐵粉和磷酸鋅無毒防銹顏料的環(huán)保防腐涂料具有較好的防銹效果，且選用鈦鐵粉的防腐效果最好，用量最少。其 5%的用量可使該防腐涂料的防腐性能和機械性能處于最佳水平。

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