无溶剂环氧涂料的性能与应用

无溶剂环氧涂料的性能与应用

摘要：本文主要介绍了无溶剂环氧涂料的环保节能、防腐能力高等特性和它在船舶和石油中的应用，并对其合成与制备做了简单叙述。

关键词：无溶剂环氧涂料环保特性应用合成与制备

引言：

环氧树脂类涂料具有防腐能力强，附着力强、硬度高、耐磨、耐盐雾、耐酸碱、光泽高、固含量高、丰满度高等优点。因此,广泛用作工业重防腐漆、防锈底漆、地坪漆、油罐漆、饮用水箱漆等。但传统的溶剂型涂料约含50%的有机溶剂,在涂料的制造、施工、干燥、固化成膜过程中,向大气中散发出大量的VOC,对人类的生态环境构成极为严重的污染和威胁"，且经济效益低。而无溶剂环氧涂料无挥发型有机溶剂，无毒，环保，采用低相对分子质量的环氧树脂、活性稀释剂为基料【1】。使用时与固化剂均匀混合,在室温或升温烘烤下固化成膜,它不仅具有溶剂型环氧涂料的优异性能,而且一次成膜厚度可达100pm以上，防腐能力强。

1无溶剂环氧涂料简介与特性

1.1无溶剂环氧涂料简介

无溶剂涂料，又可称活性溶剂涂料，指溶剂最终成为涂膜组分，在固化成膜过程中不向大气中排放VOC。而无溶剂环氧及改性涂料是一种新型的高性能涂料，目前国外很多著名的涂料公司均有生产。如IP的Intergoord144、Interline154系列，Sigma 的mag-uardCSF7443、7475等【2】。它主要包括有：无溶剂环氧地坪涂料、丙烯酸酯改性环氧树脂、多官能团环氧树脂【3】。

1.2. 无溶剂环氧涂料的特性

无溶剂环氧涂料与溶剂型环氧涂料产品的最大区别在于涂料制造及施工应用过程中不需采用挥发性有机溶剂作为分散介质，低粘度的胺固化剂、液态的环氧树脂经交联反应固化而形成的涂层具有非同一般的特性。

1.2.1施工安全和环保节能

由于普通溶剂型环氧漆含有超过30%以上的可挥发性有机溶剂，即使是高固体分

的环氧漆，挥发性有机物含量（VOC）也在10%以上。这些有机溶剂在涂装和干燥过程中挥发，与空气混合可形成爆炸性混合气体。在一些密闭场所（如储罐内壁等）进行涂装施工作业时，必须进行强制大量通风，安全管理部门需定期测量施工过程中罐内的氧气含量和可燃气体浓度，氧含量在18%以上，可燃气体浓度低于爆炸下限10%方可进行涂装作业，这样方能避免类似独山子储油罐爆炸事件的发生。漆中因无溶剂挥发，可消除涂层针孔，提高抗渗透性和耐腐蚀性能，消除中毒和火灾的危险，还可减少通风设备，避免溶剂挥发造成的资源浪费，减少对环境的污染。

无溶剂环氧涂料最突出的优点在于能够减少有机溶剂挥发对空气的污染。当前世界各国对环保的要求越来越高，尤其是一些发达国家，对涂料中的挥发性有机化合物的含量（VOC）均进行限制，对VOC的排放也予以限制。我国作为一个发展中国家，为了赶超世界先进水平，走可持续发展的道路，避免走先污染后治理的弯路，越来越重视环境保护。因此严格限制涂料中的VOC，以至最大程度地减少对环境的破坏，达到零排放将是今后的方向。在重防腐涂料中，无溶剂化、水性化都将是未来的发展方向，而无溶剂环氧涂料在当前条件下更具实用性。

1.2.2 优异的物理机械性能

由于环氧树脂分子结构中含有大量的羟基和醚基等极性基团，加之在固化过程中活泼的环氧基能与界面金属原子反应形成极为牢固的化学键，这保证了涂层与基材的优异附着力，特别值得一提的是无溶剂环氧防腐涂层具有极佳的湿附着力，从而保证了涂层在液态介质腐蚀环境下优异的耐久性。无溶剂环氧涂料在交联固化后能够形成类似瓷釉一样的光洁涂层，由于交联密度高和分子链中的苯环结构，使涂层坚硬且柔韧性好、耐磨性优、抗划伤性好、耐撞击性优。无溶剂环氧涂料在反应固化过程中收缩率极低，具有一次性成膜较厚、边缘覆盖性好、内应力较小，不易产生裂纹等特点。

1.2.3 优异的耐化学品性

高度交联的无溶剂环氧防腐涂层具有优异的耐化学品性，能耐海水、中度的酸、碱、盐、各种油品、脂肪烃等化学品的长期浸泡。

1.2.4 优异的防腐性能

无溶剂环氧涂料由于不含挥发性有机溶剂，在干燥成膜过程中不会形成因溶剂挥发留下的孔隙，且成膜厚，涂膜致密性极佳，能有效抵挡水、氧等腐蚀性介质透过涂层而腐蚀钢材。

1.2.5 经济性

目前无溶剂环氧涂料的单价虽然略高于溶剂型环氧涂料，但无溶剂环氧涂料的固体分近100%，在达到相同涂膜厚度的情况下，所需的涂料量比采用溶剂型环氧涂料要少；可制成厚浆型防腐涂料，涂刷厚度可达100~700μm，涂层结合强度高，收缩率小【4】。另外，由于无溶剂环氧涂料一道可达高膜厚，可减少施工道数，从而降低涂装施工费用，且固化时不需要空气存在，甚至有些特殊改性的涂料可在水下固化。大阪涂料公司典型的无溶剂环氧防腐涂层的主要性能指标见表1【5】

表1 无溶剂环氧防腐涂层的性能指标

2.无溶剂环氧防腐涂料的制备

2.1 实验原料

环氧树脂WSR618，环氧值0.51，蓝星化工新材料股份有限公司无锡树脂厂；固化剂D-230，胺值60，美国亨斯迈公司；锌粉，北京益利精细化学品有限公司；云母氧化铁325 目，安徽铜陵坤大矿业发展有限公司；磷酸锌，天津市光复精细化工研究所；流平剂BYK-330，BYK-Chemie GmbH。

2.2 实验方法

以环氧树脂为基体树脂，取100 份，固化剂、锌粉、磷酸锌、云母氧化铁质量份数如表2 所示，BYK-330流平助剂用量为涂料总质量的0.1%～0.5%。采用正交实验L16（45）确定优化涂料配比。

表2 无溶剂环剂环氧防腐涂料配方

按表1 各组分比例分别称取，在搅拌器高速搅拌30 分钟后加入流平剂再高速搅拌30 分钟，制备无溶剂涂料。将涂料涂涮在马口铁片上，放入烘箱中80℃固化150 min。涂料固化后放置一周，然后用20%H2SO4溶液、30%NaOH 溶液和 3.5%NaCl 溶液浸泡，分析涂料的优化配方。用电化学阻抗谱研究优化配方涂料的防腐性能。将涂刷在马口铁上的固化后试样分别用20%H2SO4溶液、30%NaOH 溶液和 3.5%NaCl 溶液在室温下测试浸泡不同时间的电化学性能。电解池采用 3 电极体系，辅助电极为铂电极，参比电极为饱和甘汞电极。工作电极有效面积是12.5 cm2，测量频率范围为0.01×105～1.00×105Hz，测量信号为幅值10 mV 的正弦波。

2.3配方的确定

根据所确定的技术路线和各组分的理论用量、经验用量，经过多次的配方试验确定了基本配方：涂料防腐性能较好组份的优化配比就是涂料耐酸性能较好的优化配比，即锌粉70 份，云母氧化铁100 份，磷酸锌50 份，固化剂30.78 份【6】。2.3制备工艺

按上面最佳方案比例称取所需各种原材料的用量，于调漆罐中高速搅拌均匀后，于三辊机上研磨至细度合格，搅拌、过滤、包装即可。其工艺流程如图1所示【7】。

3.无溶剂环氧涂料的应用

3.1在船舶领域中的应用

无溶剂环氧树脂涂料作为一种不含挥发性有机溶剂、固体含量极高的液体高性能环保涂料,大大降低了溶剂滞留的可能,在成膜后慢性挥发的物质少,对密闭空间的空气质量的保障提供了可能。目前其在船舶领域中的应用前景广阔。

3.1.1无溶剂环氧涂料在船体防腐方面的应用

船舶在海洋环境中经常受到海水和海洋大气的腐蚀,对于船用涂料在防腐蚀性能方面有很高的要求。因此,国内外涂料行业都在积极开发舰船用的新型无溶剂环氧涂料。目前,我国潜艇及各类舰船舱内的防腐涂料还大多采用传统的溶剂型涂料,涂料所挥发出的有毒有害有机溶剂危害人体健康。据专家介绍,近年来国外各主要船舶涂料公司都在研发生产无溶剂环氧涂料,如世界著名的涂料公司美国Sigma涂料公司已研制生产出无溶剂船舶涂料系列产品,广泛用于船舶、潜艇、巡洋舰、航空母舰等防腐涂装保护。其中SigmaguardCSF7443、7475、7954、5427等型号的双组分无溶剂环氧防腐涂料,采用双酚环氧树脂、胺类低粘度固化剂和其它助剂等组成,具有良好的防腐耐磨、耐化学、耐污、耐盐雾、耐冲击等性能,可用于舰船内部防腐涂装。Hempel海虹-老人牌油漆公司研制的Hempa-dur35530水面舰船用的舱室无溶剂环氧涂料,具有高固含量,适用于舰船、潜艇舱室表面涂装,能有效改善密闭舱室空气质量和船员身体健康。IP国际油漆公司研制的新型Inergovrd144和Interline154无溶剂环氧涂料系列产品,同样具有高固含量,适用于舰船、潜艇舱室表面涂装。

日本专业生产各类民用、军用、工业用建筑涂料公司)日本关西涂料公司也在大力开发该类环保涂料。该公司(申请专利JP11172195)公开了一种船用的防腐涂料,其采用液体双酚A环氧树脂、液体双酚F环氧树脂、脂环胺类、酰胺类固化剂及填料、

颜料等配制而成,它具有良好的高固量、低温固化、防腐耐污等性能。日本川崎钢铁公司(发明专利JP63248870)开发一种适用于海洋船用重防腐环氧涂料,其采用双酚A 环氧树脂、脂环胺类、酰胺类固化剂、滑石填料、有机斑脱土触变剂及颜料等制成,具有优异的防腐、耐磨、耐盐雾等性能。

3.1.2无溶剂环氧涂料在船体的施工

无溶剂涂料的固含量一般在95%以上,可在室温或加热条件下施工。广义而言,它可包括粉末涂料和辐射固化涂料,最为典型的是无溶剂双组分环氧涂料。因环氧树脂具有优异的防腐蚀性能,无溶剂环氧涂料在造船涂装工艺上具有独到的优点:首先它达到规定的膜厚涂装次数少,涂料的固体含量高达95%以上,相对可节约涂装的工作时间,对造船可节约人工、节省开支。其次,它的施工安全性高,因造船生产中存在大量明火作业,而涂装施工时必须避开明火作业,或等涂装完,测爆合格后再进行其他作业。使用无溶剂环氧涂料,由于挥发性溶剂很少,既可大大减少涂装工序时间,可给船厂生产安排带来安全与便利,也可避免因挥发性有机溶剂对施工人员造成的伤害【8】。

3.2 无溶剂环氧涂料在石化行业中的应用

3.2.1 管道防腐

埋地管道外壁常用的防腐层有煤焦油磁漆涂层、环氧煤沥青防腐涂料+玻璃纤维布复合涂层、3PE防腐层、熔结环氧防腐粉末涂层等，采用无溶剂环氧涂料的优势在于可现场施工、修补方便，而又避免了煤焦油磁漆涂层和环氧煤沥青防腐涂料在施工时产生健康危害和涂层对地下水的污染。

中国石油天然气管道局企业标准QCNPC—GD—0291—2006《埋地钢质管道无溶剂液体环氧防腐层技术规范》规定了适用于输送原油、成品油、天然气和水的埋地钢质管道外壁用无溶剂液体环氧防腐层的最低要求，包括涂料性能、涂层技术指标、表面处理及施工质量控制要求等等，钢质储罐、轮船、钢结构采用无溶剂环氧涂料时，也可参照该标准。该标准根据不同腐蚀环境对防腐层的要求，将无溶剂环氧防腐层分为普通级和加强级，其中普通级干膜厚度≥400 μm，加强级≥550 μm。

中国石油天然气行业标准SY/T 0457—2000《钢质管道液体环氧涂料内防腐层技术标准》规定了应用于钢管内防腐的无溶剂液体环氧涂料的技术指标、涂层性能、涂覆工艺、质量检验、涂层修复、现场补口等。无溶剂环氧涂料用于管道补口，施工十分便捷，但冬季低温时不宜采用。

3.2.2 储罐内壁

储罐内壁的防腐涂装通常都在安装完毕，试压结束，表面喷砂处理后进行，涂装环境比较密闭，自然通风条件很差，而采用不含VOC的无溶剂环氧涂料则可以降低通风量要求，消除爆炸危险。

据杜邦公司宣传资料显示，其产品Permacor2807HS/A灰色无溶剂热喷涂导静电环氧贮罐漆1981年用于德国北部某炼油厂5052号原油罐罐底板上表面和1 m以下罐内壁，采用双进料加热喷涂设备喷涂1道，平均干膜厚度753 μm，经21年使用后漆膜仍然完好，预计还可使用10年。

中海壳牌新设施涂料与涂装技术规范《DEP 30.48.00.31 CSPC：CNOOC AND SHELLPETROCHEMICALS COMPLEX PROJECT -TECHNICALSPECIFICATION-PAINTING AND COATING OF NEWEQUIPMENT》推荐在原油和工业水储罐内壁采用不低于500 μm的胺固化无溶剂环氧涂层。

目前国内一些大型储罐项目亦设计采用了无溶剂环氧涂料。如大庆南山油库2007年新建的1台10万m3和2台15万m3原油储罐、罐底上表面及2 m以下罐内壁（包括罐内附件）设计采用了无溶剂环氧防腐底漆200 μm+无溶剂环氧玻璃鳞片涂料200 μm的防腐涂层配合牺牲阳极保护的防腐方案；中国石化股份有限公司白沙湾油库二期工程4台15万m3双浮顶原油储罐罐底板上表面及0.6 m以下罐内壁（包括罐内附件）设计采用了环氧底漆50 μm+无溶剂环氧防腐面漆2×150 μm的防腐涂层配合牺牲阳极保护的防腐方案；黄岛国家战略储备库10万m3原油储罐罐底板上表面及0.6 m以下罐内壁推荐采用环氧底漆50 μm+无溶剂环氧漆300 μm（1~3道）的防腐涂层配合牺牲阳极保护的防腐方案【9】。

3.3无溶剂环氧涂料在其他方面的应用

该涂料还可以适用于涂装储罐、槽车、储存纸浆的混凝土内壁防腐。可涂装啤酒罐、发酵罐、果汁罐、饮水储罐的内壁防腐。饮水储罐涂料施工后用60~70℃热水冲洗几次才能使用。无溶剂环氧树脂漆还有良好的绝缘能力，为良好的绝缘漆，是电器设备用漆的优良品种【10】。

4.结束语

我国作为一个发展中国家, 为赶超世界先进水平, 应该坚持走可持续发展的道路,

避免少走先污染后治理的弯路。政府和研发人员也越来越重视涂料的环境保护问题。因而制定严格限制涂料中的VOC, 以及最大程度上减少涂料对环境的破坏影响, 达到零排放都将是今后的环保涂料的发展方向【11】。而无溶剂环氧涂料作为一种环保节能，实用性强，经济性好的涂料，因此今后应更加注重推广使用这种具有环保意义的新型涂料。

参考文献

[1]李文铎,金海霞,康惠宝，环保型无溶剂环氧涂料耐候性的探索研究，涂料工业，2004年1月，第34卷第1期。

[2]杨心吉，无溶剂环氧涂料在造船上的应用[J].中国涂料,2002.43.（3）

[3]李海燕，吴庭翱，吴则华等，无溶剂涂料[J]，现代涂料与涂装,环境友好型涂料与涂装特刊, 2006.11.

[4]秦国治田志斌，无溶剂环氧及其改性防腐蚀涂料，（锦州石化公司设备研究所），现代涂料与涂装，2002.02.

[5]张斌，无溶剂环氧涂料在石化行业中的应用，上海涂料，2008年6月，第46卷第6期。

[6] 黄丽，王成忠，环氧无溶剂防腐涂料的制备及其耐腐蚀性研究，经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会（第二卷），2010，1。

[7]张善贵，无溶剂环氧树脂防腐蚀涂料的开发与应用研究，环保型涂料及涂装技术研讨会论文集，2000，06，30。

[8]环氧树脂产品的应用、改性及发展，化工新型材料，第34卷第2期，2006年2月。

[9]张斌，无溶剂环氧涂料在石化行业中的应用，上海涂料，2008年6月，第46卷第6期。

[10]秦国治田志斌，无溶剂环氧及其改性防腐蚀涂，现代涂料与涂装 , 2002年02期

[11]无溶剂环氧涂料在船舶领域具有广阔应用前景, 表面工程资讯，2006 年第 1 期，第 6 卷·总第 26 期。