隨著近年來國際標準對環境保護、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，環保型涂料的發展正在進入快車道，其中以高固體、無溶劑和水性化作為其中最主流的幾個發展方向，得到更廣泛的關注和研發投入，涂料水性化是其中的主要發展方向。涂料發展從有毒到低毒，從低毒到環保，已經有了質的飛躍。近幾年在在船舶涂裝領域，對涂裝的重視也逐漸從單一追求涂裝質量和效率，逐漸向更環保、更健康的方向發展，這種進步突出了涂料企業對施工人員、對環境等社會責任的重視，也使自己的產品具有更高的經濟附加值，提升市場競爭力。船舶涂料的水性化是造船業為了實現環保要求，提升產品技術附加值，同時保護施工人員的自身健康等因素出發而設計的產品。本文主要介紹水性涂料在船舶涂裝中的意義，簡要介紹環氧水性涂料的研發，以及在船舶艙室的施工中針對水性環氧涂料的一些特性，在配方中所做的改進及其效果。

    一、水性涂料的意義：

    水性涂料以水作溶劑，節省大量資源；水性涂料消除了施工時火災危險性；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溶劑，改善了作業環境。一般的水性涂料有機溶劑（占涂料）在10%～15%之間，對降低污染節省資源效果顯著。

    水性涂料目前在集裝箱行業已經率先有比較大范圍的使用，相對于密閉空間、可調節施工節奏和溫度、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合船舶特有的施工節奏、習慣等特性。

    水性涂料在船舶涂裝領域的應用，國際上曾經有一些先例，但是由于水性涂料本身的特性，如蒸發潛熱高，干燥條件相對苛刻等，涂裝效果差強人意，這也表明船舶用水性涂料的配方設計還不是非常完善。目前，中遠關西涂料化工有限公司在船舶水性化的領域率先破冰，在船舶用水性環氧涂料上進行了大膽的改進。

    中遠關西在水性涂料的研發上一直保持著國際領先的技術水平，這得益于其在集裝箱防腐涂裝上的高技術投入。近年來，中遠關西陸續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的環保化趨勢。在上海外高橋、滬東、廣州黃埔船廠等大型船舶制造企業，已經有對船舶涂裝水性化的需求，并進行過嘗試，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、水性環氧涂料的配方設計

    環氧涂料作為目前應用最廣泛的重防腐涂料，其配方設計、產品施工等的經驗都最為豐富，對該系列產品水性化的研究也開始的很早，中遠關西的環氧水性產品在包括集裝箱、儲罐、機械設備上都有成功應用。雙組分水性環氧涂料的成膜機理不同于一般聚合物乳液涂料，也不同于溶劑型環氧樹脂。其成膜過程既有物理過程，也有化學過程，取決于分散相的粒徑、分散相環氧顆粒的粘度和玻璃化溫度，以及固化劑和環氧樹脂的相容性。環氧樹脂結構中含有脂肪族羥基、醚鍵和活潑性環氧基團，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，形成比較牢固的化學鍵，使漆膜不僅具有優良的物理機械性能，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；同時，由于含有苯環和醚鍵，結構稠密，使漆膜的耐化學藥品性和耐油性也很好，特別是耐堿性非常好，這使得環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氧金屬防腐蝕涂料防銹效果和抗化學腐蝕性均能達到在船舶使用的重防腐環境下，應對海洋氣候所需要的防腐性能。

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

    表1：水性環氧涂料配套

    其中采用了高性能的水性環氧樹脂和水性環氧固化劑，并根據船舶涂裝特有的生產節奏和施工環境等，采用適當的助劑對涂料的理化性能進行完善。由于雙組份水性環氧涂料的非均相性，水相中的固化劑向環氧樹脂乳膠粒中的擴散對固話成膜的作用至關重要，本配方采用的美國氰特公司水性環氧樹脂EP系列，具有比較適宜的環氧樹脂乳膠粒大小，同時在和固化劑反應的擴散速率，反應進程方面都做了很好的改進。水性環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，如，氧化鐵紅是一種具有良好的化學惰性的功能性顏料，在涂層中呈鱗片狀排列，使腐蝕介質到達底材的擴散變得非常困難。三聚磷酸鋁是一種白色粉末，微溶于水，不揮發，三聚磷酸根離子能與底材的金屬離子有更強的螯合力，在被涂物表面形成卓越的鈍化膜。這些防銹顏料的選擇強化了環氧涂料的防腐性能。

    水性漆的制備：將蒸餾水加入設備容器，將高速分散機轉速調至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，使細度小于50um，然后加入到水性環氧樹脂中，充分混合，再加入消泡劑、流平劑、PH調節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）    水性環氧樹脂的固化

    水性環氧樹脂的固化過程

    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境下進行掃描，水性環氧樹脂的固化進行了紅外表征。圖1顯示的是水性環氧樹脂的紅外光譜圖，圖2顯示的是水性環氧樹脂固化劑的紅外光譜圖。

    圖1：水性環氧乳液樹脂EP385    

    氰特圖2：水性環氧樹脂固化劑A419  

    氣體化學由于水性涂料以水作為稀釋劑，水的表面張力為72.6dyn/cm，要比一般有機溶劑大，是涂料常用有機溶劑的2.5倍，因而難以浸潤底材，易產生縮孔，配方中采用氰特的水性環氧樹脂以及氣體化學的助劑，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：

    該結果符合實驗設計目的，對比同類型環氧漆，具有良好的防腐性和施工性。

    三、水性環氧涂料的施工

    在船舶的艙室施工中，傳統的溶劑型涂料施工一直存在比較大的弊端，對于居住艙室、機艙等部位，空間狹小，根據各船廠的自身條件不同、施工水平差異等，對艙室施工時，經常存在通風設施差，操作忙點多等問題，施工中又經常有交叉作業的情況，容易發生火災和中毒等事故，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，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格，如對環境溫度、空氣濕度的要求等。由于水的蒸發潛熱比溶劑高很多，水的蒸發潛熱為2457.22kJ/kg，而涂裝常用溶劑的蒸發潛熱：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，環境溫度要求比較嚴格，在5℃以下，水性涂料施工停止。

    中遠關西為船舶涂料提供防腐保護已經超過20年，對船舶施工節奏和施工特點非常熟悉，因此在開發船舶用水性涂料的過程中，考慮了雙方的特點，在研發的新產品中加入干燥促進劑，如美國氰特公司的EP384W/53WAMP，為水性環氧涂料增強初期干燥性能和與金屬、混凝土基材的附著力，為在船塢、船臺等露天環境的施工創造條件，經驗證，產品可在5度以上露天環境中使用，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，上層建筑內部采用水性環氧產品，干燥性能良好。

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責任編輯：王元

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