无毒环氧饮水舱涂料及其制备方法

1  前言

     目前船舶饮用水贮罐及市政自来水输送管道以碳钢为主，而碳钢贮罐或管道内壁外壁需涂覆防腐涂层，现在内壁通用防腐涂层是无毒环氧涂料，现有产品的技术配方存在着各种不足，如硬度低、耐水冲刷性能差、污渍严重、自洁性差、使用寿命不能满足10年以上长效防腐需求等。通常情况下，要使管道得到较好的保护通常都要刷一至二道底漆，这样不仅造成材料成本和施工费的增加，同时涂层干燥时间也增加，大大降低了施工效率。

     本实验发明提供一种底面合一、无毒自洁的应用于饮用水管道、容器内壁的饮水舱涂料及其制备方法，符合国家涉水产品卫生标准要求，该防腐涂料具有5H以上硬度，无毒，抗耐磨，涂层致密性好，无需加涂底漆，通过盐雾试验达800小时以上，具有优良的耐污性、耐水性、耐化学腐蚀性，理论防腐耐久性可达20年以上，满足现今船舶饮用水贮罐及市政自来水输送管道发展的需要。

2  实验

2.1  实验配方

     由甲组份和乙组分混合而成，其中按重量份计，甲组分的组成为：环氧树脂35-42份，超细白炭黑2-3份，沉淀硫酸钡6-15份，立德粉10-15份，锐钛型钛白粉20-25份，二甲苯5-8份，异丁醇3-5份，DBE高沸点溶剂3-6份，消泡剂0.1-0.5份，润湿分散剂0.5-0.8份，防沉剂1-2份，附着力促进剂1-3份，流平剂0.3-0.5份；乙组分的组成为：聚酰胺70-80份，二甲苯20-30份。

2.2  制备方法

由预先制备好的甲组份和乙组分混合而成，所述甲组份和乙组分的制备分别包括以下步骤：

  a．甲组分：

(1) 向分散釜中依次加入环氧树脂、总用量75-85％的二甲苯和异丁醇和DBE高沸点溶剂、防沉剂、附着力促进剂、消泡剂和流平剂，在1000-1200转/分转速条件下分散20-30min至充分溶解；

(2) 向步骤(1)的混合物料中加入立德粉、锐钛型钛白粉、沉淀硫酸钡，在1000-1200转/分的转速条件下分散20-30min后，研磨至细度≤30μm；

(3) 制备超细白炭黑膏：依次加入剩余二甲苯和异丁醇和DBE高沸点溶剂、润湿分散剂、超细白炭黑，在1000-1200转/分转速条件下分散20-30min；

(4) 向步骤(2)的混合物料中加入步骤(3)制得的超细白炭黑膏，在800-1000转/分转速条件下高速分散30-40min；

b．乙组分：

向分散釜中依次加入聚酰胺、二甲苯搅拌混合，搅拌速度为100-200转/分，搅拌时间为15-20min。

2.3   配比

 甲组分和乙组分以3：1的质量比混合使用。

3  检验方法与结果

     对碳钢底材进行合适前处理到GB8923-Sa2.5级并以上述实施制备的涂料按照标准：GB5369-2008《船用饮水舱涂料通用技术条件》附录A进行测试，结果如下表1。

表1 根据GB5369-2008《船用饮水舱涂料通用技术条件》附录A测试结果

4  讨论

饮水舱涂料主要以环氧树脂与胺类固化剂为基料:其特性要求除了保护饮水舱免于锈蚀,其涂层不可渗出化学物资污染水质而引响饮用人的健康,因此产品需获到卫生部门的许可证明。另外对付着力要求(≧3MPa),柔韧性(<5 mm),盐雾性( >600小时),耐水性(>30天)皆有严格规定^[1]。本实验采用GB5369-2008《船用饮水舱涂料通用技术条件》附录A执行检测。类似饮用水涂料标准有GB/T17219-1998《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全评价标准》及GB/T 5749-2006 《生活饮用水卫生标准》。李荣俊列出相应的内防腐配套如下^{[ 2]}:

配套一: 酚醛环氧漆 :100um x3

配套二:超强度环氧漆 :200um x2

配套三:无溶剂环氧漆 :200um x2

配套四:高固含酚醛环氧漆 :100um x3

本实验发明无毒环氧饮水舱涂料归列为配套四,然而总膜厚是依照状况与业主要求来设计。

4.1  树脂的选用

     主剂树脂选择环氧树脂为双酚A型环氧树脂, 其特征在于：所述双酚A型环氧树脂的环氧值ep/100g为0.18-0.22，软化点为64-76℃。固化剂树脂选用聚酰胺的活泼氢当量为250-270，胺值为200-250mg.KOH/g。甲组分和乙组分以3-4：1的重量比混合使用。

4.2 颜填料的选用

    沉淀硫酸钡性质稳定，难溶于水、酸、碱并且对人体无毒害作用，医用钡餐主要成分也是硫酸钡。沉淀硫酸钡的引入能增加漆膜的硬度、耐磨、耐化学腐蚀。

       颜料之一选用立德粉，其中主要成分为硫化锌、硫酸钡。硫化锌在干燥空气中稳定、不溶于水，适用于溶剂型涂料，能提高漆膜的防水性能及防锈性能。

沉淀硫酸钡和立德粉结合，能增加涂层硬度，致密性并具有稳定的耐化学腐蚀性。

      颜料之二选用锐钛型钛白粉，主要为无毒的TiO₂颜料。所述超细白炭黑是疏水性气相二氧化硅，分子式SiO₂，结构稳定，无毒，可以使环氧树脂涂料的强度、韧性、延展性均大幅度提高。疏水性气相二氧化硅是通过亲水性气相二氧化硅与活性硅烷（例如氯硅烷或六甲基二硅胺烷）发生化学反应而制得。与原本亲水性二氧化硅不同的是，疏水性气相二氧化硅不能被水所湿润。尽管疏水性气相二氧化硅密度大于水的密度，但它们可以浮于水面上。疏水化后，所吸收的水分的量会比原来亲水性气相化硅大幅降低。表面带有聚二甲基硅氧烷的AEROSIL R202和带有辛烷基团的AEROSIL R805的表面具有长链的疏水基团，可以使之有效改善许多液体聚合物体系的流变特性，尤其是在环氧树脂体系内；还能提高强度和延伸率。环氧树脂是基本的树脂材料，把气相二氧化硅添加到环氧树脂中，在结构上完全不同于粗晶二氧化硅（白炭黑等）添加的环氧树脂基复合材料，粗晶SiO₂一般作为补强剂加入，它主要分布在高分子材料的链间中，而气相二氧化硅由于表面严重的配位不足、庞大的比表面积以及表面欠氧等特点，使它表现出极强的活性，很容易和环氧环状分子的氧起键合作用，提高了分子间的键力，同时尚有一部分气相二氧化硅颗粒仍然分布在高分子链的空隙中，与粗晶SiO₂颗粒相比较，表现出很高的流涟性，从而使气相二氧化硅添加的环氧树脂材料强度、韧性、延展性均大幅度提高。

4.3  助剂的选择

      所述润湿分散剂为改性硅氧烷类聚合物,消泡剂选用氟化硅酮溶液,而流平剂采用聚硅氧烷聚醚共聚物。

      所述附着力促进剂其结构为两端带有可反应官能团。一端可与基材表面的无机物成分反应生成硅醇、另一端能与环氧树脂反应的带有活泼氢的基团。这样附着力促进剂相当于基材与涂料的桥梁，增加两者的结合力，从而使漆膜的附着力提高，耐冲刷性提高。优选地最后使用γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。

5  结论

     由上述检验结果可见，本试验发明的环氧饮水舱涂料其中精选无毒的沉淀硫酸钡和立德粉能增加涂层硬度;筛选具有稳定的耐化学腐蚀气相二氧化硅添加的环氧树脂材料强度、韧性、延展性均大幅度提高;最后添加γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷附着力促进剂大大提高漆膜的附着力提高，耐冲刷性提高。

   甲组分和乙组分以3-4：1的重量比混合使用。本试验发明的饮水舱涂料通过国家涉水产品卫生标准要求GB5369-2008《船用饮水舱涂料通用技术条件》，附着力高，耐磨性、耐水性好，通过盐雾试验达800h以上。最后此产品已经获得广东省卫生与计划生育委员会证书并广泛被使用于中国南方饮用水PCCP管道内壁及饮水罐内壁