隨著近年來國際標(biāo)準(zhǔn)對環(huán)境保護(hù)、人員健康的重視程度不斷提高，尤其是近年來對溶劑型涂料的VOC含量要求的大幅度下降，環(huán)保型涂料的發(fā)展正在進(jìn)入快車道，其中以高固體、無溶劑和水性化作為其中最主流的幾個發(fā)展方向，得到更廣泛的關(guān)注和研發(fā)投入，涂料水性化是其中的主要發(fā)展方向。涂料發(fā)展從有毒到低毒，從低毒到環(huán)保，已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍。近幾年在在船舶涂裝領(lǐng)域，對涂裝的重視也逐漸從單一追求涂裝質(zhì)量和效率，逐漸向更環(huán)保、更健康的方向發(fā)展，這種進(jìn)步突出了涂料企業(yè)對施工人員、對環(huán)境等社會責(zé)任的重視，也使自己的產(chǎn)品具有更高的經(jīng)濟(jì)附加值，提升市場競爭力。船舶涂料的水性化是造船業(yè)為了實(shí)現(xiàn)環(huán)保要求，提升產(chǎn)品技術(shù)附加值，同時保護(hù)施工人員的自身健康等因素出發(fā)而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。本文主要介紹水性涂料在船舶涂裝中的意義，簡要介紹環(huán)氧水性涂料的研發(fā)，以及在船舶艙室的施工中針對水性環(huán)氧涂料的一些特性，在配方中所做的改進(jìn)及其效果。

    一、水性涂料的意義：

    水性涂料以水作溶劑，節(jié)省大量資源；水性涂料消除了施工時火災(zāi)危險性；降低了對大氣污染；水性涂料僅采用少量低毒性醇醚類有機(jī)溶劑，改善了作業(yè)環(huán)境。一般的水性涂料有機(jī)溶劑（占涂料）在10%～15%之間，對降低污染節(jié)省資源效果顯著。

    水性涂料目前在集裝箱行業(yè)已經(jīng)率先有比較大范圍的使用，相對于密閉空間、可調(diào)節(jié)施工節(jié)奏和溫度、濕度等外部條件的集裝箱施工，船舶的涂裝施工難度無疑要大得多，因此船舶涂料的水性化需要緊密結(jié)合船舶特有的施工節(jié)奏、習(xí)慣等特性。

    水性涂料在船舶涂裝領(lǐng)域的應(yīng)用，國際上曾經(jīng)有一些先例，但是由于水性涂料本身的特性，如蒸發(fā)潛熱高，干燥條件相對苛刻等，涂裝效果差強(qiáng)人意，這也表明船舶用水性涂料的配方設(shè)計(jì)還不是非常完善。目前，中遠(yuǎn)關(guān)西涂料化工有限公司在船舶水性化的領(lǐng)域率先破冰，在船舶用水性環(huán)氧涂料上進(jìn)行了大膽的改進(jìn)。

    中遠(yuǎn)關(guān)西在水性涂料的研發(fā)上一直保持著國際領(lǐng)先的技術(shù)水平，這得益于其在集裝箱防腐涂裝上的高技術(shù)投入。近年來，中遠(yuǎn)關(guān)西陸續(xù)成功研制系列水性涂料，在集裝箱涂裝上去的突破性成就，同時，公司致力于在船舶涂料方面的水性化，契合國際船舶涂裝行業(yè)的環(huán)保化趨勢。在上海外高橋、滬東、廣州黃埔船廠等大型船舶制造企業(yè)，已經(jīng)有對船舶涂裝水性化的需求，并進(jìn)行過嘗試，但是由于水性涂料本身在性能、施工上還存在一些問題，推廣上還具有很大空間。

    二、水性環(huán)氧涂料的配方設(shè)計(jì)

    環(huán)氧涂料作為目前應(yīng)用最廣泛的重防腐涂料，其配方設(shè)計(jì)、產(chǎn)品施工等的經(jīng)驗(yàn)都最為豐富，對該系列產(chǎn)品水性化的研究也開始的很早，中遠(yuǎn)關(guān)西的環(huán)氧水性產(chǎn)品在包括集裝箱、儲罐、機(jī)械設(shè)備上都有成功應(yīng)用。雙組分水性環(huán)氧涂料的成膜機(jī)理不同于一般聚合物乳液涂料，也不同于溶劑型環(huán)氧樹脂。其成膜過程既有物理過程，也有化學(xué)過程，取決于分散相的粒徑、分散相環(huán)氧顆粒的粘度和玻璃化溫度，以及固化劑和環(huán)氧樹脂的相容性。環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)中含有脂肪族羥基、醚鍵和活潑性環(huán)氧基團(tuán)，羥基和醚鍵具有極性，分子可與相鄰界面之間的游離鍵反應(yīng)，形成比較牢固的化學(xué)鍵，使漆膜不僅具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能，同時與被涂表面的附著力好，最突出的是它對金屬的附著力強(qiáng)；同時，由于含有苯環(huán)和醚鍵，結(jié)構(gòu)稠密，使漆膜的耐化學(xué)藥品性和耐油性也很好，特別是耐堿性非常好，這使得環(huán)氧樹脂本身具有防銹功能，同時通過選擇高性能的防銹顏料，因此，制備出的雙組分水性環(huán)氧金屬防腐蝕涂料防銹效果和抗化學(xué)腐蝕性均能達(dá)到在船舶使用的重防腐環(huán)境下，應(yīng)對海洋氣候所需要的防腐性能。

    船用水性環(huán)氧漆，首先要滿足船舶使用中防腐的要求，其次有良好的施工性，以水性環(huán)氧底漆30主劑（EPOSAFEPRIMER 30 BASE）為例，實(shí)驗(yàn)配方如下表1：

    表1：水性環(huán)氧涂料配套

    其中采用了高性能的水性環(huán)氧樹脂和水性環(huán)氧固化劑，并根據(jù)船舶涂裝特有的生產(chǎn)節(jié)奏和施工環(huán)境等，采用適當(dāng)?shù)闹鷦ν苛系睦砘阅苓M(jìn)行完善。由于雙組份水性環(huán)氧涂料的非均相性，水相中的固化劑向環(huán)氧樹脂乳膠粒中的擴(kuò)散對固話成膜的作用至關(guān)重要，本配方采用的美國氰特公司水性環(huán)氧樹脂EP系列，具有比較適宜的環(huán)氧樹脂乳膠粒大小，同時在和固化劑反應(yīng)的擴(kuò)散速率，反應(yīng)進(jìn)程方面都做了很好的改進(jìn)。水性環(huán)氧漆所選擇的防銹顏料，也考慮了水性涂料本身防銹性能較弱的特點(diǎn)，如，氧化鐵紅是一種具有良好的化學(xué)惰性的功能性顏料，在涂層中呈鱗片狀排列，使腐蝕介質(zhì)到達(dá)底材的擴(kuò)散變得非常困難。三聚磷酸鋁是一種白色粉末，微溶于水，不揮發(fā)，三聚磷酸根離子能與底材的金屬離子有更強(qiáng)的螯合力，在被涂物表面形成卓越的鈍化膜。這些防銹顏料的選擇強(qiáng)化了環(huán)氧涂料的防腐性能。

    水性漆的制備：將蒸餾水加入設(shè)備容器，將高速分散機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)至300r/min，在攪拌下一次加入。按照配方中的量，在水中加入潤濕劑、分散劑，然后加入防銹顏料及填料，在高剪切力作用下砂磨分散30分鐘，使細(xì)度小于50um，然后加入到水性環(huán)氧樹脂中，充分混合，再加入消泡劑、流平劑、PH調(diào)節(jié)劑和增稠流變劑等其他助劑，中低速攪拌，充分混合均勻，即制備得水性金屬防腐蝕涂料。

    （1）    水性環(huán)氧樹脂的固化

    水性環(huán)氧樹脂的固化過程

    采用傅里葉變換紅外譜儀，將涂有試樣的膜片在恒溫恒濕的環(huán)境下進(jìn)行掃描，水性環(huán)氧樹脂的固化進(jìn)行了紅外表征。圖1顯示的是水性環(huán)氧樹脂的紅外光譜圖，圖2顯示的是水性環(huán)氧樹脂固化劑的紅外光譜圖。

    圖1：水性環(huán)氧乳液樹脂EP385    

    氰特圖2：水性環(huán)氧樹脂固化劑A419  

    氣體化學(xué)由于水性涂料以水作為稀釋劑，水的表面張力為72.6dyn/cm，要比一般有機(jī)溶劑大，是涂料常用有機(jī)溶劑的2.5倍，因而難以浸潤底材，易產(chǎn)生縮孔，配方中采用氰特的水性環(huán)氧樹脂以及氣體化學(xué)的助劑，很好的解決了水性涂料潤濕分散性差，而且對施工條件要求比較苛刻的問題，同時采用防銹顏料、基材潤濕劑、潤濕分散劑、消泡劑、鈦白粉等，使配方保持了面漆的均一流平和外觀，同時避免水性涂料對底材容易產(chǎn)生閃銹的問題。

    上述涂料制備后，可測得涂料基本理化性能如下，見表2：

    該結(jié)果符合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)目的，對比同類型環(huán)氧漆，具有良好的防腐性和施工性。

    三、水性環(huán)氧涂料的施工

    在船舶的艙室施工中，傳統(tǒng)的溶劑型涂料施工一直存在比較大的弊端，對于居住艙室、機(jī)艙等部位，空間狹小，根據(jù)各船廠的自身?xiàng)l件不同、施工水平差異等，對艙室施工時，經(jīng)常存在通風(fēng)設(shè)施差，操作忙點(diǎn)多等問題，施工中又經(jīng)常有交叉作業(yè)的情況，容易發(fā)生火災(zāi)和中毒等事故，另外在一些艙室采用絕緣包覆施工中，絕緣隔熱材料和包覆材料多為多孔性，吸附大量施工中逸散的涂料和溶劑，造成艙室除味困難，影響之后船舶操作人員的健康。水性涂料的使用能夠比較好的減輕這種狀況，同時容許交叉作業(yè)，提高造船效率。

    但是水性涂料的干燥條件比油性涂料要更嚴(yán)格，如對環(huán)境溫度、空氣濕度的要求等。由于水的蒸發(fā)潛熱比溶劑高很多，水的蒸發(fā)潛熱為2457.22kJ/kg，而涂裝常用溶劑的蒸發(fā)潛熱：二甲苯為343.2kJ/kg，丁醇為590.2kJ/kg，酮類為343～444kJ/kg，都要比水低得多，因此對于水性涂料的施工來說，環(huán)境溫度要求比較嚴(yán)格，在5℃以下，水性涂料施工停止。

    中遠(yuǎn)關(guān)西為船舶涂料提供防腐保護(hù)已經(jīng)超過20年，對船舶施工節(jié)奏和施工特點(diǎn)非常熟悉，因此在開發(fā)船舶用水性涂料的過程中，考慮了雙方的特點(diǎn)，在研發(fā)的新產(chǎn)品中加入干燥促進(jìn)劑，如美國氰特公司的EP384W/53WAMP，為水性環(huán)氧涂料增強(qiáng)初期干燥性能和與金屬、混凝土基材的附著力，為在船塢、船臺等露天環(huán)境的施工創(chuàng)造條件，經(jīng)驗(yàn)證，產(chǎn)品可在5度以上露天環(huán)境中使用，并對相對濕度有比較高的耐受范圍。在旅順4810船廠的工程船施工中，上層建筑內(nèi)部采用水性環(huán)氧產(chǎn)品，干燥性能良好。

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