【中國涂料采購網(wǎng)】腐蝕是能源損失、材料浪費的主要原因。據(jù)報道，每年因腐蝕造成了全球1/5的能源和4.2%的GNP損失，在美國每年因為腐蝕造成的經(jīng)濟損失達1千多億美元。而避免材料腐蝕的最常用的方式就是使用保護層或涂刷涂料。由于環(huán)氧樹脂含環(huán)氧基等特殊結(jié)構(gòu)，其附著力強、耐腐蝕性能好，故而在涂料中使用的防腐性能優(yōu)越，因此其被廣泛的應(yīng)用于水性防腐涂料中的制備。水性環(huán)氧防腐涂料的基料主要由疏水性的環(huán)氧樹脂和親水性的胺類固化劑雙組分組成。其中環(huán)氧樹脂的乳化、環(huán)氧樹脂與固化劑的配比及其相容性直接影響著涂料的防腐性能。而新型水性防腐涂料的制備中，主要是對基料和顏填料的特性進行考慮使其有效的應(yīng)用于涂料。
1、基料在涂料中的防腐機理及研究現(xiàn)狀
基料在涂料中作為主要的成膜物質(zhì)，對金屬的防護機理主要有：
(1)對腐蝕介質(zhì)的物理屏蔽
通過環(huán)氧樹脂與固化劑間發(fā)生交聯(lián)作用形成三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高涂層的致密度，減少涂層的空隙，阻止或抑制氧氣、水、電解質(zhì)離子等透過涂膜，形成一種機械屏蔽。這種屏蔽作用使基體與腐蝕介質(zhì)隔離，阻斷了腐蝕電池的通路，進而降低了腐蝕介質(zhì)向涂層與基材界面擴散，最終防止了腐蝕電池的形成而抑制了腐蝕活動的進行。
(2)漆膜的電阻效應(yīng)
涂層的成膜物質(zhì)大多為高分子有機化合物，其絕緣性好，具有很高的電阻，能妨礙陽極或陰極與溶液間的離子的移動，在腐蝕電池的溶液中起到了介入高電阻的效應(yīng)。
(3)附著力
環(huán)氧組分的涂層與金屬間有很強的附著力，使涂層的屏蔽作用的有效性增強，進而減緩腐蝕到達基材的速率，從而起到增強防腐能力的作用。
近年來，水性環(huán)氧涂料在固化過程中殘留在涂層中的親水性乳化劑和交聯(lián)劑影響涂料的耐化學(xué)腐蝕性能，對于水性環(huán)氧涂料的研究許多學(xué)者重點集中在采用各種方法對基料進行改性、優(yōu)化配方和改善制備工藝條件，其中改性后的樹脂乳液或固化劑使涂料的附著力和防腐等性能得到了顯著的提高。
蔣志恒等以三乙烯四胺、丁基縮水甘油醚、E-51及聚乙二醇(PEG)為原料，制備了W220、W250、W1503種水性環(huán)氧固化劑，其中PEG質(zhì)量分數(shù)分別為0、14%、15%，研究了不同固化劑體系和胺氫/環(huán)氧基團比對清漆性能的影響，并設(shè)計了一種水性環(huán)氧防腐涂料配方，結(jié)果表明：選用固化劑W250，胺氫/環(huán)氧基團物質(zhì)的量比為1.1∶1，涂料顏基比為1.1∶1，氧化鐵紅與三聚磷酸鋁質(zhì)量比為1∶1.5時，涂料的防腐性能最佳，耐鹽霧400h。
張凱等首先以環(huán)氧樹脂、硅烷改性劑等原料制備了硅氧烷改性水性環(huán)氧樹脂分散液，再配合防腐顏填料及各種助劑配制涂料。此涂料成本低，貯存穩(wěn)定性好，耐水、耐腐蝕性好，且具有加熱自固化等優(yōu)異性能。岳斌先以合成的一種含有活性基團的磷酸酯單體、(甲基)丙烯酸及其酯類單體及含氟單體經(jīng)過自由基共聚合制備乳液，該乳液在成膜過程中可以與活性的金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)而轉(zhuǎn)化成對涂膜無害的物質(zhì)，從根本上解決腐蝕問題。
石亞軍等優(yōu)選了固含量為50%、樹脂環(huán)氧當(dāng)量為212g/mol的環(huán)氧乳液及固含量為60%、活潑氫當(dāng)量為188g/mol的固化劑體系作為水性環(huán)氧防腐蝕涂料的成膜物質(zhì)，確定了當(dāng)水性環(huán)氧樹脂乳液和固化劑的最佳質(zhì)量比為2∶1，復(fù)合鐵鈦粉、鐵紅和滑石粉的質(zhì)量比為1∶1∶1.5，且顏料體積濃度(PVC)為47.7%時，涂層的防腐等性能最佳。
目前市場上使用較多的水性環(huán)氧涂料主要是離子型的，由于該體系中存在著離子，使得水性環(huán)氧涂料易受環(huán)境pH值的影響而導(dǎo)致儲存穩(wěn)定不好，且易腐蝕基材。因此研究和開發(fā)非離子型水性環(huán)氧涂料是環(huán)氧涂料的發(fā)展趨勢。鄒海良等以低分子量親水性的乙二醇二縮水甘油醚、十八胺為反應(yīng)原料制備出了一種具有表面活性的自乳化非離子型水性環(huán)氧固化劑。其制備成本低廉、工藝簡單、乳化效果好、粘度較低。當(dāng)脂肪胺是三乙烯四胺(TETA)、含水量為30%～40%、胺氫與環(huán)氧摩爾比為0.8∶1～1.2∶1、固化溫度在30～50℃時，用該固化劑制備的水性環(huán)氧涂料涂膜性能優(yōu)異，且達到了國內(nèi)外水性環(huán)氧涂料行業(yè)標(biāo)準的要求，實用價值高。席發(fā)臣等合成了一種陰離子-非離子復(fù)合型反應(yīng)型水性環(huán)氧乳化劑，在其中引入雙酚A鏈段、羧基、環(huán)氧基，增強了其的乳化能力，且自身可參與固化反應(yīng)，消除了該組分對水性環(huán)氧防腐涂料耐水性能的影響。用該乳化劑制得的水性環(huán)氧乳液粒徑小，涂膜的固化程度高，涂層更加致密，最終制備的涂料的防腐性能較好。
2、顏料在涂料中的防腐機理及研究現(xiàn)狀
環(huán)氧體系涂料中的顏料對金屬基材主要有物理和化學(xué)兩方面的防護效應(yīng)：
(1)對腐蝕介質(zhì)的物理屏蔽作用
玻璃鱗片、云母鱗片等片層結(jié)構(gòu)的的屏蔽性顏填料具有化學(xué)惰性、低透水性和強抗磨損特性，其能夠在涂層中平行排列，而這種排列結(jié)構(gòu)使水、氧氣、電解質(zhì)等腐蝕介質(zhì)在涂層中的擴散路徑變得更為曲折且擴散到基材所需的時間更長，阻止基材表面與腐蝕介質(zhì)直接接觸，避免了表面發(fā)生化學(xué)的或者電化學(xué)反應(yīng)，從而防止形成腐蝕電池或抑制其的腐蝕活動。
(2)顏料的緩蝕和鈍化作用
磷酸鋅、氧化鐵紅等活性顏料是防腐涂料的重要組成部分。此類活性顏料與金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成鈍化膜，改變金屬表面性能，使得腐蝕電池產(chǎn)生電極極化，降低腐蝕電池的電化學(xué)反應(yīng)速率從而對金屬的腐蝕起到有效的緩蝕與鈍化作用，能有效的改善水性環(huán)氧涂料的附著力、吸水率、起泡行為和界面保護作用，從而增強防腐性能。
(3)陰極保護作用
鋅粉等金屬粉有很好的化學(xué)活性，當(dāng)在涂料中添加大量的鋅粉等金屬粉作為陽極時，涂層的電極電位相對于要保護的金屬基材更負，此類活性顏料能在腐蝕電池中作為陽極首先被反應(yīng)而犧牲，使得金屬基材作為陰極而得到了保護。NikraveshB研究了不同比例的云母氧化鐵/鋁顏填料對環(huán)氧體系涂料防腐性能的影響。通過EIS、SEM等測試手段發(fā)現(xiàn)：只含有鋁的涂料的性能比純云母氧化鐵的防腐涂料的性能好，而使用云母氧化鐵和鋁顏料的涂層的抗剝離性要好很多，當(dāng)云母氧化鐵和鋁的含量分別為10%、90%時，涂料的防腐性能最好，原因是鋁粒子比云母氧化鐵更容易與OH-離子反應(yīng)形成氫氧化鋁的沉淀，且鋁粒子能夠降低電解質(zhì)pH，最終提高涂層的防腐性能。
NaderiR等研究使用了磷酸鋅(ZP)和磷酸鋁鋅(ZPA)兩種防腐用顏填料制備環(huán)氧涂料，研究結(jié)果表明，改性后的磷酸鋁鋅的的防腐及附著力等性能都明顯的比磷酸鋅要好。
GranizoN等制備了一種陰離子交換的顏料水滑石/釩酸鹽，配方中加入此顏料的涂料具有特殊的附著力和對水、氧氣及氯離子具有低的滲透性，因此其的剝離性和起泡性都很低，當(dāng)其質(zhì)量分數(shù)為5%～10%時，其制備的涂料的防腐性能最好。
磷酸鋅顏料已經(jīng)取代傳統(tǒng)的鉻酸鋅和氧化鉛等有毒顏料而作為綠色顏料廣泛的運用在涂料的制備上，但是最近發(fā)現(xiàn)磷酸鹽類涂料運用在水上設(shè)備時，會造成水體的富營養(yǎng)化而破壞水體的生物鏈從而造成環(huán)境的破壞。因此減少磷酸鋅等鹽類的用量保證涂層的防腐性能顯得很重要。
DeyaC等研究了陶瓷微珠替代部分磷酸鋅，使其和磷酸鋅一起應(yīng)用于涂料的制備上，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)配方中含有少量陶瓷微珠和體積分數(shù)為10%磷酸鋅時，其涂層的防腐性能要好于磷酸鋅的含量為30%時的性能。即陶瓷微珠的應(yīng)用可以降低磷酸鋅的用量而防腐性能較好，在提高防腐性能的同時，可以減少其對環(huán)境的影響。