0引言

随着人们保护自然意识的日益增强，污染小、VOC含量低的绿色涂料的研发和使用得到重视。国家对涂料征收消费税这一政策的实施也推动着涂料与涂装行业向着绿色环保的方向不断的改进。在所有绿色环保的涂料中，水性涂料使用的溶剂是自然界中的水，可以做到真正的“零”VOC排放，是名副其实的“绿色”涂料。

环氧涂料产品因为其与基材之间的附着力好、耐化学腐蚀性能优异以及较低的体积收缩率而被广泛应用到各个行业中。水性环氧富新涂料在保持优异的耐盐雾性能、附着力的基础上，兼具了水性涂料绿色环保的优点而被大量用于轨道交通、工程机械以及工业漆。石墨烯是一种具有二维结构的纳米级片状导电填料，在添加量很少时，就能在涂层中相互搭接形成良好的屏蔽作用，阻隔腐蚀介质的渗透；同时互相搭接的石墨烯可以与锌粉形成导电通路，在锌粉含量很低的时候依旧保持环氧富锌涂料阴极保护作用的效率。

本研究形成的石墨烯改性剂水性环氧富新防腐蚀涂料体系，具有良好的耐盐雾、耐酸碱盐等化学介质性能与防腐蚀性能，性能满足HG/T3668-2019《富锌底漆》、HG/T4759-2014《水性环氧树脂防腐涂料》、GB/T50393-2017《钢质石油储罐防腐蚀工程技术标准》、T-CNCIA01003-2017《环氧石墨烯锌粉底漆》技术要求。

1实验部分

1.1主要原材料

水性环氧乳液（384W/53WAMP）、液体环氧树脂（147W）、水性脂肪族固化剂（2188W/55WA）；湛新；分散剂（BYK-181）、润湿剂（BYK-378）、流平剂（BYK-381）、消泡剂（BYK-011）、增稠剂（BYK-420）;比克化学；防闪锈剂（DREWGARD347SA）:Ashland公司；滑石粉（800目）：庆达通；硅灰石粉（800目）；一级品，城子山；锌粉：新威凌；石墨烯：深圳天元羲王材料科技；去离子水：自制。以上均为工业品。

1.2配方

基础配方见表1

表1  水性环氧涂料配方

1.3涂料的制备

由于水性环氧树脂乳液在研磨过程中会出现破乳的风险，同时考虑到水性环氧树脂乳液中含有大量的水会与锌粉发生反应，本研究将固化剂作为颜填料的载体进行研磨分散，获得的共混物作为涂料配方中的A组分，乳液与适量的去离子水混合均匀得到的B组分。按照表1配方中的量，首先将固化剂以及其他液态的助剂部分在罐中高速搅拌均匀，随后加入滑石粉，硅灰石粉，锌粉，石墨烯，搅拌研磨，直至细度<60um，.后用200目滤网过滤，得A组分。

1.4样板的制备

按照标注要求，准备马口铁片、喷砂钢板和试棒。将涂料按比例配好，熟化一段时间，随后进行施工作业。用于测试力学性能的涂膜厚度为25um，用于测试耐腐蚀性能的涂膜厚度为100um以上（2道）。将样板放置在室温情况下养护7d，随后进行性能测试。

2结果与讨论

2.1水性成膜物体系的研究

2.1.1水性环氧树脂的研究

本实验选取市面上常用的乳液和液体环氧进行复配试验，测试清漆性能，结果见表2。

表2 不同比列复配树脂所得涂膜性能测试结果

水性环氧树脂乳液通过在环氧树脂中添加乳化剂来获得稳定的乳液，因此在乳液体系中，树脂相对分子质量较大，使得涂层具有良好的柔韧性以及抗冲击性能。乳化剂是双亲性物质，加入乳化剂会影响涂层的耐盐雾性能。液体环氧树脂通过化学接枝的方法使得树脂能过分散在水中，不含有乳化剂，耐盐雾性能较好，但是其柔韧性和耐冲击性能较差。通过复配的方法将乳液与液体环氧进行混合，混合比例在9:10～70:30时，综合性能.优。基于性能及产品成本的综合考虑，本研究选用的混拼比列为90:10。

2.1.2水性环氧固化剂的研究

确定好树脂复配比列后，研究固化剂用量对于涂层性能的影响。使用改ss性多元胺固化剂，设计环氧当量：活泼氢当量=（0.8～1.2）：1，研究不同使用比列对涂层性能的影响。结果如表3所示。

表3 环氧当量与活泼氢当量比例对涂膜性能的影响

根据表3可以看出，比列为0.8:1和1:1时，涂膜的耐介质性能不理想。这是由于固化剂过量，涂层中残留了未反应完全的游离氨，这些小分子的存在导致了涂层耐介质性能以及柔韧性的下降；当体系中添加的树脂量过大时，未反应完全的环氧分子使得涂层发软、发黏，也会影响涂层的.终性能。环氧当量：活泼氢当量为1.1:1时，清漆的综合性能.好。

2.1.3锌粉与石墨烯的研究

（1）锌粉的研究

锌粉可以分为片状和球状两种不同的形状，其中前者可以在涂层中定向排列，从而起到阻隔的作用，因此前者的防腐蚀性能优于后者。在加入片状锌粉的涂料中添加球状锌粉，可以进一步提高涂层的防腐蚀能力，这是因为圆形颗粒可以分布在层层堆叠的间隙中，进一步切断了腐蚀因子的扩散和传播。确定添加片状锌粉质量份为20%，球状质量份为40%，研究不同尺寸锌粉对于涂料性能的影响。选用的片状锌粉产品为：A（200目）、B（325目）、C（500目）；球状锌粉产品为：a（500目）、b（800目）。结果见表4。

表4 不同尺寸锌粉对涂料性能的影响

对表4的数据可见，选用片径为325目锌粉搭配500目和800目的球状锌粉时，涂层的表观光滑、易喷涂不容易堵枪嘴以及耐盐雾性能和耐盐水浸泡性能优异，综合考虑成本因素，本研究采用325目片状锌粉搭配500目球状锌粉进行进一步研究。

（2）石墨烯的研究

加入不同质量份（0.1%～1%）的石墨烯进行对比试验，观察不同含量的石墨烯的加入对于涂层防腐性能的影响。结果见表5。

表5 石墨烯添加量对涂层性能的影响

对表5数据可以看出，当石墨烯添加量很少的时候，石墨烯被树脂包裹，不能够很好的提高涂层的防腐性能。而当石墨烯含量增加，石墨烯在涂层中能够定向排列堆叠，形成了良好的屏蔽作用，阻隔腐蚀介质的渗透，同时在锌粉颗粒之间形成导电通路，提高了涂层中锌粉整体的利用率。石墨烯加入量过大会导致其在涂层中不能均匀的分布，从而导致涂层的防腐性能降低。本研究.终确定添加量为0.5%，此时的涂层具有优异的耐盐雾性能和耐化学介质性能。

水性环氧富锌石墨烯防腐蚀涂料性能试验.终得到涂层性能见表6。

表6 水性环氧富锌石墨烯防腐蚀涂料性能

3结语

本研究通过混拼水性环氧树脂乳液和液体环氧树脂，研究固化剂的添加量、锌粉形状与尺寸以及石墨烯的添加量对于涂层性能的影响，.终得出水性环氧富锌石墨烯涂料的基本配方。采用325目片状锌粉与500目球状锌粉进行级配实验，优化锌粉的添加种类及添加量，提高涂层表观以及防腐性能。对石墨烯添加量进行优化，使得石墨烯能够在涂层中互相搭接形成良好的屏蔽作用，同时提高了锌粉的利用效率。本研究得到的水性环氧富锌石墨烯涂料是具有较低的VOC含量、优异的耐腐蚀性能以及良好的施工性能，在未来有很大的发展空间以及应用前景。