目前对于钢结构等金属材料的表面防腐处理主要还是以溶剂型防腐涂料为主,很明显这类油性涂料不仅污染严重,危害人体健康,而且破坏大量的环境资源。随着对涂料的挥发性有机化合物(VOC)的控制,开发出低VOC的环保涂料是涂料产业最重要的发展方向之一。

本论文从环保的角度出发,有目的性和针对性地研制一种用于钢表面防腐的双组分复合水性环氧防腐涂料。具体从以下三个方面展开试验的讨论工作:

(1)采用分组实验法,对涂料成膜物质配比进行优化,利用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对不同配比的涂层形貌进行测试分析,结果表明配比为4∶1时,涂层最为平整;通过机械性能测试显示涂层硬度达到3H,耐冲击性能达到50cm,附着力为2级;通过电化学Tafel极化曲线、交流阻抗(EIS)图谱、中性盐雾实验、耐溶液浸泡实验等耐腐蚀性能测试方法说明了充分固化的涂层吸水率更低且耐腐蚀性能更好,从而可以初步证明涂层能够有效阻止腐蚀介质对膜层的侵蚀。

(2)采用γ-氨基丙基三乙基硅烷(KH)对纳米氧化锌进行改性,以增强在涂料中的分散性和均匀性;红外光谱、粉末衍射仪对改性前后的纳米氧化锌粉体进行了分析,发现KH成功地接枝在纳米氧化锌表面,使得改性纳米氧化锌与树脂相容性得到提高。进一步地通过力学性能、耐液体介质能力、电化学性能及中性盐雾试验的说明和分析,添加纳米氧化锌后的涂层的整体性能得到提升,并利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)对不同纳米氧化锌添加量涂层的表面形貌进行了分析,发现当添加量为0.3wt%时,涂层表面较为平整,团聚现象较弱,分散性能较好。

(3)通过正交实验获得了水性涂料基础配方,并在此基础上探究了颜料体积浓度(PVC)对耐盐雾性能的影响,得到了A组分为水25~28份、水性环氧乳液40份、氧化铁红11~13份、滑石粉5~6份、硫酸钡5~6份、云母粉3~4份、三聚磷酸铝5份、增稠剂0.3~0.5份、润湿剂0.1~0.2份、消泡剂0.4份、分散剂0.2份、纳米氧化锌0.3份;B组分为水性环氧固化剂10份、水10份的最优化配方。

优化配方后的涂料性能满足建筑用钢结构防腐涂料“JG/T-”,且比普通环氧富锌底漆成本减少了约5%~10%;利用Tafel极化曲线和交流阻抗(EIS)等试验测试方法,将优化配方涂料与市售的溶剂型环氧防腐涂料进行对比,结果表明水性环氧涂料相对具有更为优良的耐腐蚀性能;此外,还利用热分析试验,表明该涂料具有良好的热稳定性。