一文了解水性環(huán)氧涂料

我國海洋設(shè)備腐蝕情況及防護(hù)方法

隨著海洋事業(yè)的快速發(fā)展，以海洋為依托的基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量也是與日俱增，相應(yīng)的海洋防腐問題也顯現(xiàn)出來。由于海水的含鹽量極高、導(dǎo)電性能極好，活潑性不同的金屬接觸時(shí)較活潑金屬會(huì)加速腐蝕。海水中氯離子濃度約為3%左右，這一濃度對(duì)金屬的腐蝕速率最高。另外，海水中的微生物、溶氧量、PH 、溫度等因素均在一定程度上影響海洋設(shè)備的腐蝕。

我國每年因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約為GDP的3%~5%，2014年全年的腐蝕損失超過了2.1萬億元，其中海洋腐蝕就已經(jīng)占到了全年腐蝕情況的三分之一。

上圖很直觀地表現(xiàn)出了我國海洋腐蝕設(shè)備的現(xiàn)象已經(jīng)越來越嚴(yán)重。為此，我國也進(jìn)行了一些研究，結(jié)果如下圖。

我國目前主要的腐蝕防護(hù)方法及其所占的費(fèi)用比例

從上面的圖表費(fèi)用比例我們能夠看出，我國在涂層防護(hù)方法上投入的資金較多，也就是說，涂層防護(hù)是目前最主要的腐蝕防護(hù)方法。這是因?yàn)橥繉臃雷o(hù)能夠避免基體表面與空氣、水等腐蝕性環(huán)境直接接觸，從而達(dá)到腐蝕的目的。

制備水性環(huán)氧材料的方法

水性環(huán)氧涂料不含揮發(fā)性有機(jī)物，具有綠色、環(huán)保、低毒等特點(diǎn)，是未來涂料發(fā)展的趨勢。制作水性環(huán)氧涂料首先需要解決如何將油溶性的環(huán)氧樹脂分散在水中的問題，即環(huán)氧樹脂的水性化技術(shù)。環(huán)氧樹脂不溶于水，其水性化方法有機(jī)械法、化學(xué)改性法、外加乳化劑法等。

機(jī)械法

即直接將固體環(huán)氧樹脂研磨成微米級(jí)的環(huán)氧樹脂粉末，然后在高速分散下加入乳化劑水溶液，最終環(huán)氧樹脂顆粒能均勻地分散于水中形成水性環(huán)氧乳液。

優(yōu)點(diǎn)：工藝簡單。乳化劑用量較少。

缺點(diǎn)：乳液中環(huán)氧樹脂微粒尺寸大、形狀不規(guī)則、穩(wěn)定性差、易凝結(jié)、成膜性能也欠佳。

化學(xué)改性法

化學(xué)改性法又稱自乳化法，即將一些親水性的基團(tuán)引入到環(huán)氧樹脂分子鏈上，使環(huán)氧樹脂獲得自乳化的性質(zhì)。當(dāng)改性后環(huán)氧樹脂加水分散時(shí)，疏水性環(huán)氧樹脂分子鏈會(huì)聚集成微粒，親水性基團(tuán)分布在這些微粒的表面，由于電荷間相互作用，在一定的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)條件下，就能形成穩(wěn)定的水性環(huán)氧樹脂乳液。

優(yōu)點(diǎn)：環(huán)氧乳液顆粒尺寸小（能達(dá)到納米級(jí)），尺寸分布寬，乳液穩(wěn)定性高。

水性環(huán)氧樹脂制備工藝流程圖

滴加水至改性環(huán)氧樹脂中體系狀態(tài)變化示意圖

外加乳化法

外加乳化法是在高速分散下將環(huán)氧樹脂與乳化劑均勻混合，之后緩慢地向體系中加入水，使得整個(gè)體系逐漸由油包水型相反轉(zhuǎn)成水包油型，進(jìn)而形成穩(wěn)定的水性環(huán)氧乳液。

水性環(huán)氧涂料的特點(diǎn)

水性環(huán)氧涂料保持了溶劑型環(huán)氧涂料附著力強(qiáng)、力學(xué)性能優(yōu)異、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。具體特點(diǎn)如下：

綠色環(huán)保：水性環(huán)氧樹脂以水代替有機(jī)溶劑，不含或含少量空氣有害污染物（HAP）與可揮發(fā)性有機(jī)物（VOC），不污染環(huán)境。

安全：由于水性環(huán)氧樹脂體系中不含或含少量揮發(fā)性有機(jī)溶劑，因此在生產(chǎn)和施工過程中不會(huì)危害人的健康，不會(huì)發(fā)生燃燒、爆炸事故，儲(chǔ)存、運(yùn)輸、施工過程也更加方便。

易清洗：水性環(huán)氧涂料涂裝用具的清洗比較簡單，用水基本就能沖洗干凈，既經(jīng)濟(jì)又方便。而溶劑型環(huán)氧涂料的涂裝設(shè)備必須用有機(jī)溶劑進(jìn)行清洗，清洗工作存在溶劑中毒和燃爆危險(xiǎn)。

耐油：水性環(huán)氧涂料耐各種油類的性能較溶劑型環(huán)氧涂料有更大提高。

重涂性好：水性環(huán)氧涂料經(jīng)過較長時(shí)間后進(jìn)行重涂，其涂膜仍具有良好的性能。

但是水性環(huán)氧樹脂涂料也存在一些不足和缺陷，成為水性環(huán)氧樹脂涂料應(yīng)用的限制。第一，水性環(huán)氧涂料的涂膜較難干燥，水的極性強(qiáng)、具有高熱容和高沸點(diǎn)，因此，水在環(huán)氧樹脂涂料中的揮發(fā)速率相對(duì)較低，尤其是在高濕度和低溫度的環(huán)境下，水分揮發(fā)更為緩慢；第二，水性環(huán)氧涂料對(duì)基材潤濕性差，這主要是由于水的高表面張力所致，有時(shí)會(huì)加入醇醚類表面活性劑以降低表面張力，但表面活性劑的加入會(huì)產(chǎn)生泡沫，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致涂料中存在有機(jī)揮發(fā)物質(zhì)；第三，水性環(huán)氧涂料容易發(fā)生閃蝕的現(xiàn)象；第四，水性環(huán)氧涂料的耐水性有所降低，制備水性環(huán)氧樹脂的過程中會(huì)添加一些親水性的乳化劑或者在環(huán)氧樹脂分子上接枝上一些水溶性基團(tuán)，這些親水的改性同時(shí)會(huì)對(duì)涂膜的耐水性造成一定的影響。

目前海洋設(shè)備腐蝕日益嚴(yán)重，水性涂料的發(fā)展能夠保護(hù)海洋設(shè)備外層，更夠極大減少維修費(fèi)用。由于水性環(huán)氧涂料具有綠色、環(huán)保、無毒的特點(diǎn)，用于海洋設(shè)備中能夠保證海洋業(yè)以及漁業(yè)是最好的選擇。盡管水性環(huán)氧涂料在研制和施工過程中面臨著諸多困難，但涂料水性化是全球涂料工業(yè)發(fā)展的趨勢，未來水性環(huán)氧樹脂的應(yīng)用一定會(huì)更加的普及。

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