在工業(yè)防護(hù)涂料中，環(huán)氧樹脂涂料是主流產(chǎn)品，多為溶劑型涂料，體積固含60%、VOC 在450g/L，其中的有機(jī)溶劑揮發(fā)到空氣中，會對生產(chǎn)和施工人員健康造成危害，且存在火災(zāi)隱患；此外，揮發(fā)到大氣中的有機(jī)化合物在紫外線的作用下與氮氧化物發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)形成煙霧，在一定程度上提高了PM2.5指數(shù)，其造成的污染僅次于汽車尾氣，全國多省份已經(jīng)向霧霾“宣戰(zhàn)”。因此，日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)對于涂料行業(yè)既是一個重大挑戰(zhàn)，也是實現(xiàn)涂料技術(shù)進(jìn)步的一個大好機(jī)遇。但是，人們往往走進(jìn)一個誤區(qū)：一提到節(jié)能減排、環(huán)保綠色就與水性化產(chǎn)品掛鉤，認(rèn)為水性化產(chǎn)品能完全替代溶劑型；其實，在工程與工程機(jī)械防腐上，水性防腐涂料不論是性能、價格還是在使用方面，目前，也許今后一段時期內(nèi)都難以與溶劑型產(chǎn)品抗衡。現(xiàn)今國內(nèi)涂料企業(yè)最大的壓力和風(fēng)險或許不是來自市場，而是來自環(huán)保政策；如果嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)政策執(zhí)行，很大部分中小涂料企業(yè)將很難生存，誰先抓住發(fā)展趨勢的尾巴，誰將在洗牌之際存活并發(fā)展壯大。
本文基于普通溶劑型涂料，以復(fù)合環(huán)氧樹脂為成膜物，從樹脂選型、固化劑的匹配、顏填料的選擇、助劑的應(yīng)用方面著手，進(jìn)行配方優(yōu)化組合，在利用現(xiàn)有工藝條件、生產(chǎn)設(shè)備、涂裝設(shè)備的前提下，開發(fā)出高固低黏的溶劑型涂料，適應(yīng)日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)，減少有機(jī)溶劑含量，降低涂料VOC值，無疑也是一種創(chuàng)新；對于節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、實現(xiàn)安全生產(chǎn)，都具有十分重要的意義，這樣做切合了目前重防腐涂料節(jié)能減排工作的主題，也體現(xiàn)國內(nèi)涂料技術(shù)完全能夠滿足要求最嚴(yán)格的美國中大西洋地區(qū)新法案“工業(yè)維護(hù)涂料底漆和中涂的VOC 含量小于250 g/L”要求。
1· 低VOC 環(huán)氧防腐涂料的生產(chǎn)
1.1 主要原材料及生產(chǎn)和檢測設(shè)備
原材料：環(huán)氧樹脂1、環(huán)氧樹脂2、云母粉、氧化鐵紅、氧化鐵黃、有機(jī)中黃、云母氧化鐵、磷酸鋅、氧化鋅、滑石粉、石英粉、硫酸鋇、鐵黑、鈦白粉、增稠劑、潤濕分散劑、改性聚酰胺、二甲苯、丁醇、重芳烴溶劑、硅烷偶聯(lián)劑、聚酰胺樹脂、酯環(huán)胺改性聚酰胺、腰果油改性的酚醛胺固化劑，均為市售工業(yè)品。
設(shè)備：調(diào)料釜、配色釜、SFJ 分散機(jī)、臥式砂磨機(jī)、101A-1 電熱鼓風(fēng)干燥箱、涂料密度杯、流掛試驗儀、分析天平、PosiTest 附著力測定儀、GPQ12C 無氣噴涂機(jī)、精密型耐鹽霧試驗機(jī)、能量色散X 熒光光譜儀、NDJ旋轉(zhuǎn)黏度計、沖擊試驗儀。
1.2 制備方法
1.2.1 鐵紅、工程黃、灰色磷酸鋅環(huán)氧底漆
鐵紅、工程黃、灰色磷酸鋅環(huán)氧底漆配方見表1。
鐵紅、工程黃、灰色磷酸鋅環(huán)氧底漆的生產(chǎn)方法：在調(diào)料釜中加入配方量的2種環(huán)氧樹脂和混合溶劑，在低速攪拌下加入硅烷偶聯(lián)劑、分散劑，根據(jù)顏填料密度，按照先輕后重的順序，依次加入各種粉料，并避免混入其他雜質(zhì)，最后加入增稠劑，高速分散20 ~ 30min，然后過濾，進(jìn)入臥式砂磨機(jī)研磨，分散到細(xì)度小于50 μm；調(diào)整黏度、固體含量，取樣檢驗合格后，經(jīng)120目過濾后計量包裝。
固化劑根據(jù)環(huán)氧值與固化劑活潑氫當(dāng)量進(jìn)行計算，按照包裝配比，直接過濾、計量、包裝。
1.2.2 環(huán)氧富鋅底漆
環(huán)氧富鋅底漆的配方見表2。
固化劑用量根據(jù)計算，按照包裝配比，過濾、計量、包裝。
1.2.3 環(huán)氧云鐵中間漆
環(huán)氧云鐵中間漆的配方見表3。
環(huán)氧云鐵中間漆的生產(chǎn)方法：在調(diào)料釜中加入環(huán)氧樹脂、混合有機(jī)溶劑在低速攪拌下加入硅烷偶聯(lián)劑、分散劑，根據(jù)顏填料密度，按照先輕后重的順序，依次加入各種粉料，并避免混入其他雜質(zhì)，最后加入觸變劑，高速分散30 ~ 60 min，取樣檢驗合格后120 目過濾計量包裝。
固化劑根據(jù)環(huán)氧值與固化劑的活潑氫當(dāng)量進(jìn)行計算，按照包裝配比，過濾、計量、包裝。
1.3 性能檢測
根據(jù)以上工藝配方生產(chǎn)的產(chǎn)品，有現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的，按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測，沒有相應(yīng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的，按照公司制定的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測。
環(huán)氧富鋅底漆按照HG/T 3668—2009 進(jìn)行檢測，結(jié)果見表4。
鐵紅、工程黃、灰色磷酸鋅環(huán)氧底漆按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/FJBH 016—2011 進(jìn)行檢測，結(jié)果見表5。
環(huán)氧云鐵中間漆按照HG/T 4340—2012 進(jìn)行檢測，結(jié)果見表6。
2 ·施工應(yīng)用
在實際施工中，厚漿型涂料的黏度在3 000~10 000mPa·s 內(nèi)的產(chǎn)品，可不添加稀釋劑進(jìn)行高壓無氣噴涂。從檢測結(jié)果可以看出，設(shè)計生產(chǎn)的產(chǎn)品性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，重金屬未檢出，VOC 含量小于250 g/L；鐵紅環(huán)氧底漆，工程黃環(huán)氧底漆，主要應(yīng)用在工程機(jī)械上作防銹底漆，而在工程防腐涂料中主要使用富鋅環(huán)氧底漆、鐵紅環(huán)氧底漆、磷酸鋅環(huán)氧底漆和環(huán)氧云鐵中間漆等產(chǎn)品。
3· 結(jié)果與討論
在利用現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備、涂裝工藝的基礎(chǔ)上，為獲得高固體分，低VOC，不含重金屬，且性能滿足溶劑型涂料的性能指標(biāo)，須對配方產(chǎn)品配方進(jìn)行優(yōu)化組合，對成膜物、顏料、填料、助劑、固化劑進(jìn)行篩選。
3.1 環(huán)氧樹脂的選擇
在前期的試驗過程中發(fā)現(xiàn)：如果完全用相對分子質(zhì)量低的環(huán)氧樹脂，一些性能指標(biāo)無法滿足現(xiàn)有產(chǎn)品的技術(shù)要求，而只用中相對分子質(zhì)量的環(huán)氧樹脂，VOC含量不可能滿足設(shè)計技術(shù)指標(biāo)。經(jīng)試驗采用低相對分子質(zhì)量與中相對分子質(zhì)量的環(huán)氧樹脂配合使用，性能上得到取長補(bǔ)短，既可提高產(chǎn)品的性能，又可滿足VOC 要求。
3.2 潤濕分散劑的使用
為防止環(huán)氧底漆的涂膜附著力降低，配方中一般不建議添加分散劑、消泡劑與流平劑；由于產(chǎn)品配方中的顏填料體積固體含量很高，為了降低VOC含量，有利于生產(chǎn)操作，有助于調(diào)料與研磨過程中減少溶劑使用量，必須添加潤濕分散劑。通過試驗，最終選擇對無機(jī)顏填料有良好潤濕效果，又不對底材附著力和配套面漆的層間附著力產(chǎn)生影響的陰離子界面活性劑作分散劑。（推薦：核心化學(xué)分散劑Disuper S11能劇烈降低分散體系的黏度增加粉料量，兼具極好的防沉性和潤濕分散穩(wěn)定；DISUPER S27可同時處理有機(jī)和無機(jī)顏體，避免混色研磨時的浮色發(fā)花問題）。
3.3 觸變劑的選擇
選擇對涂料體系有良好防沉、防流掛作用又對體系黏度影響小的觸變劑，有利于產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用，保證最終涂料產(chǎn)品的VOC 滿足設(shè)計要求。有機(jī)膨潤土用量大，增稠效果好，但是用量過多時，會影響產(chǎn)品的耐介質(zhì)性能，并且影響生產(chǎn)的順利進(jìn)行；溶劑型觸變劑會帶入溶劑增加揮發(fā)物的排放，經(jīng)過對多種觸變劑的試驗篩選，最終選擇用量少，防沉、防流掛性能好，對體系黏度影響小的改性聚酰胺作觸變劑。（推薦：核心化學(xué)PAMID D650，特別適用于環(huán)氧體系，PAMID D700則適用于無溶劑環(huán)氧體系）。
3.4 顏料的選擇
盡量選擇吸油量低、相對密度小、遮蓋力好、不含重金屬的顏料，降低溶劑用量，且降低產(chǎn)品密度。
3.5 防銹顏料的選擇
選擇吸油量低、相對密度小、防銹效果好、不含重金屬的防銹顏料。
3.6 填料的選擇
要滿足VOC 盡量小的要求，根據(jù)VOC 含量的計算公式：
ρ（VOC）＝w×ρs×1 000
式中：ρ（VOC）—試樣的VOC 含量，單位為g/L；
w—試樣中揮發(fā)物含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，單位為%；
ρs—試樣的密度，單位為g/mL；
1000—轉(zhuǎn)換因子。
所以，應(yīng)該選擇吸油量低、相對密度小、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、不含重金屬的填料，以提高產(chǎn)品體積固體含量、降低溶劑用量，同時有效控制產(chǎn)品密度，最終選擇各方面滿足要求的滑石粉與石英粉作填料。
3.7 固化劑的使用
為滿足VOC 要求，固化劑必須采用低黏度、高固含量、可以低溫固化類型的環(huán)氧固化劑。通過對聚酰胺樹脂、腰果油改性的酚醛胺固化劑、酯環(huán)胺改性聚酰胺等產(chǎn)品進(jìn)行試驗：聚酰胺樹脂本身黏度大、干燥速度慢、與低相對分子質(zhì)量的環(huán)氧樹脂不混溶而影響使用；腰果油為原料改性的酚醛胺固化劑，雖然各方面性能滿足要求，但產(chǎn)品顏色深，同時存在漆膜固化后會出現(xiàn)變顏的問題，在不要求顏色的場合也可以使用腰果油改性的酚醛胺固化劑；酯環(huán)胺改性聚酰胺因固體含量高、黏度較低、干燥速度快、可低溫固化、不變色，是試驗過程中滿足所有條件的固化劑，最終選擇酯環(huán)胺改性聚酰胺樹脂作為產(chǎn)品的固化劑。
3.8 混合溶劑的選擇與用量
目前溶劑型環(huán)氧多采用二甲苯與丁醇作溶劑，但二甲苯毒性相對較大。為提高產(chǎn)品的環(huán)保性，采用部分重芳烴取代二甲苯，可降低產(chǎn)品毒性溶劑含量，全部采用重芳烴取代二甲苯，溶解能力有限，影響干性，用其他環(huán)保型溶劑替代二甲苯是下一步的目標(biāo)。
4· 結(jié)語
溶劑型產(chǎn)品VOC 控制在220 ~ 250 g/L 范圍是現(xiàn)有原材料與技術(shù)的極限，開發(fā)滿足最嚴(yán)格的美國中大西洋地區(qū)新法案“工業(yè)維護(hù)涂料底漆和中涂的VOC 含量小于250 g/L”要求的產(chǎn)品有相當(dāng)?shù)碾y度，更低VOC含量的產(chǎn)品很難再進(jìn)行研發(fā)；隨著科技的進(jìn)步，一些新材料的應(yīng)用，有可能打破這個極限。
少溶劑、無溶劑仍然是目前重防腐涂料發(fā)展的主要方向，水性化產(chǎn)品暫時乃至今后一段時間都可能無法替代溶劑型產(chǎn)品的地位。本文介紹的產(chǎn)品是工程機(jī)械、鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)應(yīng)用最廣泛的品種，如果涂料涂裝人都行動起來，嚴(yán)格按照政策、標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，整個行業(yè)全部采用低VOC 的環(huán)氧防腐涂料，保守估計每年可減少數(shù)十萬t的有機(jī)溶劑排放，對于節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、實現(xiàn)安全生產(chǎn)、改善霧霾、行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展都具有十分重要的意義。
