0 引言
金屬的腐蝕主要是由金屬與其接觸的介質發生化學或電化學反應而引起的，這些反應使金屬結構受到破壞，造成設備報廢。金屬腐蝕在國民經濟中造成了大量的資源和能源浪費，全世界每年因腐蝕造成的經濟損失約為1 萬億美元，為火災、風災和地震造成損失的總和。涂裝防腐涂料作為最有效、最經濟、應用最普遍的防腐方法，受到了國內外廣泛的關注和重視。隨著我國建筑、交通、石化、電力等行業的發展，防腐涂料的市場規模已僅次于建筑涂料而位居第2 位。據統計，2004 年我國防腐涂料總產量達到60 萬t，預計2020 年將突破100 萬t 大關。而環氧樹脂涂料是最具代表性的、用量最大的高性能防腐涂料品種。傳統的環氧樹脂難溶于水，只能溶于芳烴類、酮類及醇類等有機溶劑，必須用有機溶劑作為分散介質來稀釋，將其配成一定濃度、一定黏度的樹脂涂料才能使用。用有機溶劑作為分散介質來稀釋環氧樹脂不僅成本高，而且在使用過程中，揮發性有機化合物（VOC）對人體危害極大，對環境也會造成污染。為此，許多國家先后頒布了嚴格限制VOC 排放的法規，環氧樹脂水性化技術成為各國研究的熱點。從20世紀70 年代起，國外就開始研究環境友好型水性環氧樹脂體系，我國從20 世紀90 年代初開始對水性環氧體系和水性環氧涂料進行研究開發。本文設計開發出了水性環氧樹脂乳液和聚醚型水性環氧樹脂固化劑，并由其制備了雙組分水性環氧防腐涂料，其物理和化學性能優異。
1 實驗部分
1.1 原材料
聚乙二醇1000、聚乙二醇1500、聚乙二醇4000 ：天津市科密歐化學試劑開發中心；雙酚A 型環氧樹脂E20、E51 ：江蘇三木集團有限公司；過硫酸鉀：天津市天大化工實驗廠；脂肪族單環氧化物：無錫久耐防腐材料有限公司；二乙烯三胺：濰坊中化貿易有限公司；乙酸：濟南三恩化工有限公司；去離子水：自制；潤濕分散劑，消泡劑，基材潤濕劑，氧化鐵黑：德國拜耳公司；多功能助劑：美國陶氏公司；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 增力電動攪拌器、QSM- Ⅱ型砂磨機、QHQ 型涂膜鉛筆硬度劃痕硬度儀、QTX 型漆膜彈性試驗器、QFZ-Ⅱ型漆膜附著力試驗機：天津材料試驗機廠；YWX/Q-150 型鹽霧試驗箱：無錫蘇南試驗設備有限公司。
1.3 反應型環氧樹脂乳化劑的合成
將環氧樹脂和聚乙二醇以一定的摩爾比（環氧基與羥基摩爾比為1 ∶ 1）加入裝有攪拌器和溫度計的250 mL 三口瓶中，加熱，待環氧樹脂與聚乙二醇熔融混合均勻后，分別于80℃、100℃、120℃、150℃下滴加過硫酸鉀水溶液，于2 h 內滴加完畢�？刂品磻诖藴囟龋胤磻�6 h。
1.4 水性環氧乳液的制備
將E-51 環氧樹脂與上述反應型環氧樹脂乳化劑以質量比4 ∶ 1 加入到高剪切均質乳化反應器中，于50℃加熱攪拌，混合均勻，滴加去離子水，直到電導率突然增加，此時體系的連續相由環氧樹脂相轉變為水相，發生了相反轉。繼續高速攪拌一段時間后，加入適量去離子水，制成固含量為65% 的水性環氧乳液。
1.5 聚醚型水性環氧固化劑的合成
將環氧樹脂E-20 與聚乙二醇1500 按摩爾比2 ∶1 加入反應釜中，攪拌，加熱升溫到60℃，待反應物熔融后，加入催化劑過硫酸鉀，反應8 h 后，加入二乙烯三胺，升溫至120~130℃，保溫反應2 h，制得胺封端的環氧樹脂加成物。減壓蒸餾除去多余的二乙烯三胺。加入脂肪族單環氧化物，升溫到140℃，保溫2 h，在100℃下加入乙酸，反應1 h，制得酸中和的環氧樹脂固化劑。
1.6 雙組分水性環氧防腐涂料的制備
雙組分水性環氧防腐涂料的配方見表1。
表1 雙組分水性環氧防腐涂料的配方
雙組分水性環氧防腐涂料的制備：將去離子水、潤濕分散劑、多功能助劑、消泡劑、顏填料、水性環氧乳液、基材潤濕劑等按配方量稱量，依次加入容器內，攪拌均勻無大塊。然后用砂磨機將上述混合物研磨至細度小于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氧防腐涂料。
1.7 性能測試
上述涂料按規定制板后，進行各項性能測試，結果見表2。
2 結果與討論
2.1 反應型環氧樹脂乳化劑合成條件的選擇
表3 為不同實驗條件下乳化劑的狀態。
表3 不同實驗條件下乳化劑的狀態
將不同實驗條件下乳化劑的狀態分別編號為1~16 號，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號產物可以用水無限稀釋且透明；10~7 號產物為帶藍光的水乳液；2~5 號產物不能得到水分散液。隨著反應溫度的升高，所得產物冷卻后的結晶變大，顏色也由無色變為黃色。
2.2 聚醚型水性環氧固化劑的合成原理
聚醚型水性環氧固化劑的合成路線如圖1 所示。
由圖1 可見：采用單脂肪族環氧化合物與伯胺反應，生成了仲氨基，減緩了反應速率，使附著活性強的基團不斷地進入底材孔隙中，再使仲胺與環氧基交聯增強附著力，從而提高涂料的防腐性能。
2.3 雙組分水性環氧防腐涂料的防腐機理分析
成功合成了水性環氧樹脂乳液及水性環氧樹脂固化劑，兩者相容性好，制備的漆膜致密，具有優異的干濕膜附著力。另外，在制漆時將顏填料、助劑與水性環氧乳液充分混合研磨制成組分A，這樣可使環氧大分子包覆各種顏填料，分散均勻，更有利于性能的發揮。三聚磷酸鋁可磷化和鈍化金屬表面，具有強效和長效相結合的特點，可以有效地防止銹蝕蔓延。
3 結語
研制的雙組分水性環氧防腐涂料的物理、化學性能優異，施工有效期長達6 h，能夠滿足工業化施工要求，安全環保，適用于船舶、集裝箱、石油化工管道、冶金、電力、食品、紡織等行業中鋼鐵構件的防銹和防腐涂裝。
