集裝箱用水性環(huán)氧涂料的制備及性能研究

劉正偉 （麥加芯彩新材料科技（上海）股份有限公司，上海 201801）

0 引言

水性涂料因其揮發(fā)性有機化合物（VOC）含量低，符合環(huán)保要求，近年來受到了越來越多的關注。全球約95 %的集裝箱在中國制造，2017年4月，集裝箱行業(yè)協(xié)會開始“禁油推水”，全面使用水性涂料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的油性涂料。經過近幾年的發(fā)展，水性涂料用原材料越來越趨于穩(wěn)定，尤其在涂層的防腐性、初期耐水性方面有了極大的提升，基本和傳統(tǒng)的油性涂料性能相當。

本研究采用實驗室自制的乳化劑及相反轉法乳化環(huán)氧樹脂，制得性能穩(wěn)定的水性環(huán)氧乳液，將其用于集裝箱，所得涂層不僅具有良好的機械性能，而且具有優(yōu)異的耐腐蝕性、耐濕熱性，應用前景廣闊。

1 試驗部分

1.1 主要原料和儀器

雙酚A型環(huán)氧樹脂E20、E44、E51，國都化工；固化劑38-1，亨斯曼；乳化劑、蒸餾水，實驗室自制；分散劑、流平劑，BYK；消泡劑、潤濕劑，TEGO；增稠劑，DOW；防閃銹劑，美國瑞寶；鈦白粉，四川龍蟒；云母粉、滑石粉、沉淀硫酸鋇，國產工業(yè)級；溶劑，國產工業(yè)級。

激光粒度分析儀，Beckman Coulter公司；高速分散機，上海現(xiàn)代環(huán)境工程技術有限公司。

1.2 水性環(huán)氧乳液的制備

將環(huán)氧樹脂、乳化劑和丙二醇甲醚溶劑按質量比45∶5∶7的比例加入到三口燒瓶中，加熱至90 ℃使其混合均勻，在2 000 r/min轉速下緩慢滴加23份蒸餾水，滴加完畢后分散一定的時間，加入剩余的20份蒸餾水，繼續(xù)分散一定的時間，即得到水性環(huán)氧乳液。

1.3 試驗配方

根據(jù)集裝箱涂料的技術要求和各組分的搭配，經過多次試驗，確定了集裝箱用水性環(huán)氧涂料的基本配方，見表1。

表1 基本配方Table 1 Basic formula

1.4 制漆工藝

甲組分：在調漆罐中邊攪拌邊加入水、分散劑、消泡劑和水性環(huán)氧乳液，攪拌均勻后，加入顏填料，繼續(xù)攪拌均勻，高速分散至細度達到要求（≤50 μm），邊攪拌邊加入流平劑、潤濕劑、增稠劑和防閃銹劑，最后調整黏度，過濾待用。

乙組分：在調漆罐中加入固化劑38-1、助溶劑、水，攪拌均勻，過濾待用。

1.5 樣板的制作及性能指標

將甲組分與乙組分按照質量比10∶1混合，攪拌均勻后制作樣板。當樣板于室溫放置7 d后，根據(jù)相關國家標準進行性能測試，檢測結果見表2。

表2 涂料性能測試結果Table 2 The results of coatings performance

由表2可見，自制的水性環(huán)氧涂料不僅具有良好的機械性能，而且具有優(yōu)異的耐濕熱性和耐腐蝕性，完全能滿足集裝箱防腐的要求。

2 結果與討論

2.1 環(huán)氧樹脂的選擇

分別采用環(huán)氧樹脂E20、E44、E51制備水性環(huán)氧乳液，用激光粒度分布儀檢測其粒徑，分別制備水性環(huán)氧涂料并檢測其性能，結果如表3所示。從表3的結果可以看出，用E20制備的水性環(huán)氧乳液具有較好的綜合性能；用E44乳化的環(huán)氧乳液所得涂層盡管耐鹽霧性還可以，但是耐濕熱性不好；用E51乳化的環(huán)氧乳液因其含有較多的反應基團，涂層交聯(lián)密度較大，柔韌性較差。

表3 環(huán)氧樹脂的選擇Table 3 Selection of epoxy resin

2.2 乳化溫度的影響

以E20環(huán)氧樹脂為基料，考察乳化溫度（70 ℃、80 ℃、90 ℃、95 ℃）對乳液粒徑和涂層性能的影響，結果見表4。

表4 乳化溫度的影響Table 4 The effects of emulsification temperature

由4表結果可以看出，當乳化溫度在90 ℃以上時，乳液的粒徑、涂層的耐濕熱性和耐腐蝕性能良好。

2.3 分散強度的影響

以E20環(huán)氧樹脂為基料，乳化溫度90 ℃，分別在1 000 r/min、2 000 r/min、3 000 r/min轉速下制備水性環(huán)氧乳液，考察分散強度對乳液粒徑及涂層性能的影響，結果如表5所示。

表5 分散強度的影響Table 5 The effects of dispersion speed

由表5的結果可以看出，分散機轉速為2 000 r/min時，乳液的粒徑、涂層的耐濕熱性和耐腐蝕性能表現(xiàn)最佳。

2.4 乳化劑用量的影響

在配方及制備工藝均不變的條件下，僅改變乳化劑的用量，考察其對乳液粒徑和涂層性能的影響，結果見表6。

表6 乳化劑用量的影響Table 6 The effects of emulsifier dosage

由表6的結果可以看出，乳化劑用量為5 %時，乳液的粒徑、涂層耐濕熱性和耐腐蝕性表現(xiàn)最佳。

3 結語

通過合理篩選水性環(huán)氧乳液的基礎原料，經過試驗找出適宜的乳化劑用量、優(yōu)化乳化溫度、設定合適的分散強度制得了性能穩(wěn)定的水性環(huán)氧乳液，用其制備的水性環(huán)氧涂層具有良好的機械性能，優(yōu)異的耐濕熱性和耐腐蝕性能，能夠滿足集裝箱防腐涂層的性能要求，該涂料VOC排放極低，符合環(huán)保要求，具有廣闊的應用前景。