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新产品 新材料New Products and New Material

无溶剂环氧饮水舱涂料的制备

Preparation of Solvent-free Epoxy Coatings for Drinking Tank

□ 梁新方

（浙江鱼童新材料股份有限公司，浙江温岭 317500）

Liang Xinfang(Zhejiang Yutong Fada Paint Manufacture Co., Ltd., Wenling 317500, Zhejinag Province)

Abstract:This paper introduces the formula design, preparation and technical index of solvent-free epoxy coatings for drinking tank. It showed that the coatings are of tough film, good sealing property, water-resistance, anticorrosion, non off-smell, non abnormal color and non abnormality and they are a new generation of high performance environment friendly coatings for interior wall of drinking water tank, ballast tank, fresh water tank and food storage room.

Keywords:solvent-free, epoxy, drinking water, preparation

摘要:介绍了无溶剂环氧饮水舱涂料的配制，配方设计及技术性能指标，表明该涂料涂膜坚韧、密封性

强，具有优良的耐水、防腐功能，无异味、异色和异常，堪称船舶的饮水舱、压载水舱、各种淡水柜及食品贮存

室内壁等的一代新型高性能环保涂料。

关键词:无溶剂；环氧；饮水舱涂料；制备

中图分类号:TQ630 文献标识码:A 文章编号:1006-2556(2011)06-0058-05

0 前 言为进一步清洁空气，满足国际化环保涂料的发

展需求，国家将在“十二五”期间逐步制订相关政策

法规，以此加强控制与减少VOC的排放。随着涂料行

业的快速发展，无溶剂、高固体分、粉末、水性、光固

化等低污染型涂料也越来越被人们所注重。船舶长

期处于恶劣的海洋环境中，经常受到海水和海洋大

气的腐蚀，特别是船舶饮水舱空间狭窄，阴暗潮湿，

钢铁极易腐蚀，这与我国目前各类船舶饮水舱所大

多采用的传统的溶剂型涂料来说，其挥发出的有机

溶剂在环境、水质及人体的健康上均带来了一定程

度的污染和不利于卫生安全的因素。而无溶剂环氧

饮水舱涂料作为一种不含挥发剂的液体涂料，由于

固体含量极高而大大降低了溶剂的滞留，成膜后慢

性挥发的物质少，低VOC排放，防腐性能优异，无毒、

不污染水质，为饮水舱内的空气质量、防腐性及水质

的卫生安全提供了可靠的保障，在防腐和环保要求

较高的各类船舶饮水舱、压载水舱、淡水柜、食品容

器内壁等方面得到了广泛的应用。

本文研制了一代新型高性能环保涂料——无溶

剂环氧饮水舱涂料具有优良的耐水、防腐功能，无异

味、异色和异常，适用于船舶的饮水舱、压载水舱、各

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种淡水柜及食品贮存室内壁等。

1 试验部分

1.1 配方的确定及制漆工艺

1.1.1 参考配方

根据确定的技术路线及各组分的理论用量，经

多次试验确定基本配方如表1。表1 制漆参考配方

原料名称 w/%

A组分

环氧树脂A环氧树脂B环氧活性稀释剂

BYK163分散剂

聚酰胺蜡粉

BYK060消泡剂

钛白粉

超细滑石粉

25～305～105～10

0.3～0.50.6～0.8

0.04～0.06 25～2818～22

B组分 腰果壳油改性胺 12～16

1.1.2 制漆工艺

按配方工艺单的A组分比例将环氧树脂A、B和活性稀释剂混合，投入反应釜中，常温下搅拌均匀。

然后依次加入颜料、填料及各种助剂，均匀分散，再

进行砂磨研磨至≤80 μm。最后根据产品指标调节黏

度（一般控制黏度在3～5 Pa·s），黏度合格后过滤包

装。使用时，按mA组分∶mB组分=100∶15比例混对即可。

1.2 性能技术指标

按照比例配漆制板，依据GB/T5369-2008《船用

饮水舱涂料通用技术条件》中相关技术指标要求，对

无溶剂环氧饮水舱涂料进行性能的测试，检验的具

体性能结果如表2所示。

从表2的具体性能验证试验结果可以看出，无溶

剂环氧饮水舱涂料涂膜坚韧、附着力强、密封性能

佳、防化学腐蚀性能优异以及低污染化的结构完全

可以满足重防腐和卫生安全要求，其低VOC特性可

降低对环境的危害，起到了特殊的防护效果。

表2 无溶剂环氧饮水舱涂料技术性能验证试验结果

检验项目 指标 检验结果 检验方法

干燥时间/h 表干2 ；实干24 GB/T1728-1989耐冲击强度/(kg·cm) 通过 GB/T20264.1-2006附着力/MPa ≥3.0 4 GB/T5210-2006耐盐雾性(2 000 h) 涂膜无起泡，无脱落，无生锈 GB/T1771-2007

耐水性[浸于60 ℃蒸馏水中，

30 d ，(25±1) ℃]涂膜无起泡，无脱落，无生锈 HG/T1733-1993

耐油性（柴油，48 h） 涂膜不起泡，不脱落，不软化 HG/T9274-1988耐候性(12个月) 变色≤4级、粉化≤2级、裂纹0级 变色1级、粉化1级、裂纹0级 GB/T9276-1996

1.3 卫生安全性指标

依据《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生

安全评价规范》（2001）附录A方法配制浸泡水，将抽

取的无溶剂环氧饮水舱涂料样品浸在浸泡液中进

行卫生性能的检测。浸泡时间(24±1) h，浸泡温度

(25±5) ℃，检测的具体卫生指标结果如表3所示。

表3 无溶剂环氧饮水舱涂料卫生指标测定结果

检测项目测定结果

卫生规范要求 检测方法空白 样品

色度/度 ＜5 ＜5 增加量≤5度

GB/T5750-2006

浑浊度/NTU 0.46 0.55 增加量≤0.2臭和味 无 无 浸泡后水无异臭、异味

肉眼可见物 无 无 浸泡后水不产生任何肉眼可见的碎片杂物等

pH值 7.8 7.7 改变量≤0.5挥发酚类/（mg/L） ＜0.002 ＜0.002 增加量≤0.002溶解性总固体/（mg/L） 195 199 增加量≤10耗氧量（以O2计)/(mg/L） 0.30 0.94 增加量≤1铝/（mg/L） ＜0.02 ＜0.02 增加量≤0.02铅/（mg/L） ＜0.001 ＜0.001 增加量≤0.001铬(大价)/（mg/L） ＜0.005 ＜0.005 增加量≤0.005镉/（mg/L） ＜0.000 5 ＜0.000 5 增加量≤0.000 5

注：此为第30 d的检测结果。

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无溶剂环氧饮水舱涂料从表3的检测结果可以

表明，所测试指标均符合《生活饮用水输配水设备及

防护材料卫生安全评价规范》（2001）中有关规定的

卫生要求。

1.4 理化检验和毒理检验

根据《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生

安全评价规范》（2001）附录A方法配制浸泡水，将无

溶剂环氧饮水舱涂料样品浸于浸泡水中，分别进行

理化和毒理检验。理化检验1 L浸泡液浸泡50 cm2，毒

理检验1 L浸泡液浸泡1 000 cm2，浸泡期30 d，浸泡温

度22 ℃。检验的具体理化检验和毒理检验结果如表4～表7所示。

表4 无溶剂环氧饮水舱涂料的理化检验结果（卫生安全性浸泡试验）

测定项目 空白 样品 卫生要求 检验方法

三氯甲烷/(mg/L) ＜0.005 ＜0.005 增加量≤0.006

GB/T5750-2006四氯化碳/(mg/L) ＜2.0×10-4

＜2.0×10-4 增加量≤0.000 2环氧氯丙烷/(mg/L) ＜2.8×10-4

＜2.8×10-4 增加量≤0.002苯乙烯/(mg/L) ＜2.5×10-4

＜2.5×10-4 增加量≤0.002

表5 无溶剂环氧饮水舱涂料的毒理检验结果(雌雄小鼠急性经口毒性试验）

动物性别 剂量/（mg/kg） 动物数/只 死亡数/只 死亡率/%雌性小鼠 20000 10 0 0雄性小鼠 20000 10 0 0

注：经口半数致死量（LD50）大于20 g/kg，属无毒级。

表6 无溶剂环氧饮水舱涂料的毒理检验结果（Ames试验）

受试物 数量/个 测试方法 检验结果 检验方法

菌株 4 不论加S9或不加S9 阴性 GB/T5750-2006

表7 无溶剂环氧饮水舱涂料的毒理检验结果（小鼠骨髓细胞微核试验结果）

受试物 剂量/（mg/kg） 性别 动物数/只嗜多染红

细胞数/个微核细胞数/个 微核率/‰ 统计学检验

样品浸泡液 20 000雄性 5 5 000 4 0.8 ＞0.05雌性 5 5 000 5 1.0 ＞0.05

阴性对照(浸泡水) 20 000雄性 5 5 000 4 0.8雌性 5 5 000 6 1.2

注：小鼠微核试验未能引起微核率增加，结果为阴性。

从表4的具体指标测试结果可以看出，无溶剂环

氧饮水舱涂料的理化检验和毒理检验均为卫生、安

全，完全符合《生活饮用水输配水设备及防护材料卫

生安全评价规范》（2001）对于防护材料的卫生要求

和对毒理学指标的要求。

2 配方设计及分析

2.1 环氧树脂的选择

环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的

环氧基团为其特征，可与多种类型的固化剂发生交

联反应而形成不溶、不熔的具有三相网状结构的高

聚物。环氧树脂其本身分子量不高，能与各种固化剂

配合制造无溶剂、高固体、粉末涂料及水性涂料，符

合近年的环保要求，并能获得厚膜涂层[1]。环氧饮水

舱涂料是无溶剂涂料的配方设计，该体系几乎可以

在0～180 ℃温度范围内固化。固化后的环氧树脂具

有良好的物理化学性能，和所用的固化剂的反应是

通过直接加成反应或树脂分子中环氧基的开环聚合

反应来进行，没有水或其他挥发性产物放出。与酚醛

树脂等相比，在固化过程中显示出极低的收缩性（小

于2%），吸水性低，内应力产生小，柔韧性好，酸性等

性能优异，并能耐大多数霉菌。同时，因环氧树脂分

子链中固有的极性羟基和醚键的存在，使其对多种

物质具有较高的黏附力，但正因为如此，配方设计中

未添加溶剂，使得体系中的黏度过大，给施工带来了

不便。在整个体系中树脂黏度是最主要的影响因素，

为此，在A组分的配方中，主体树脂A选用了黏度低

及适中的环氧树脂E-44。该树脂防腐能力强，施工时

对环境污染小，若在配方设计中结合常温固化剂及

活性稀释剂，涂装和操作时就大为简便了。树脂B选用环氧树脂E-20，分子链较长，可改善涂膜的机械性

能，提高其柔韧性。双酚A环氧树脂在重防腐领域中

应用最广泛。因为双酚A型环氧树脂分子中含有羟基

和醚键，使其对底材具有较高的浸润性和粘附力。又

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因其结构为刚性的苯环和柔性的烃键交替排列，从

而赋予涂膜较好的物理机械性能，且施工的性能较

佳。因此配方中选用E-44和E-20混拼，以此来满足成

膜的性能要求。

2.2 颜填料的选择

所选用的颜填料本着满足无毒、不污染水质的

要求，在涂膜中具有良好的封闭性、防化学腐蚀、防

锈性能，使涂膜坚韧、附着力强并具有良好的流变

性，同时能有效地降低涂料的成本。

颜料在涂料中最重要的是起着遮盖和赋予涂层

以色彩的作用。除此之外其活性表面还可以和大分

子链相结合，形成交联结构，增加强度，减少涂料固

化时体积的收缩，改善附着力等。无溶剂环氧饮水舱

涂料属于厚浆型涂料，若涂料施工表干时间较长，则

有机颜料容易产生浮色、发花等问题，因此本配方选

用了耐化学介质性能和耐候性能俱佳的无机颜料钛

白粉。

填料的选用关系着涂层的最终性能，它不仅是

在为涂料“填充”，提高固体含量，减少树脂与溶剂用

量而降低成本。现代涂料技术更重视填料的第二方

面作用，即通过填料的加入来改变涂膜或漆料的物

理和化学性质。适量加入可有效改善涂料的贮存性

能和施工性能，提高涂膜的机械强度、耐磨性、耐水

性、抗紫外线、隔热性和抗龟裂性等。过量加入则会

增加涂料黏度，难以流平，造成施工困难。所以填料

应宜以低吸油量、细度适中、性能稳定的纤维状及片

状等为妥，如体系所选用的超细滑石粉。

2.3 固化剂的选择

对于环氧体系所选用的固化剂种类及用量对涂

膜性能有较大的影响[2]。尤其是要重点考虑到不同环

境温度、湿度条件下的凝胶时间、固化情况、防腐保

护及环保情况等。体系选用了腰果壳油改性胺作为

固化剂。腰果壳油是一种农业副产物，组分主要是酚

类化合物，但价格却比苯酚便宜许多。其衍生物都是

以带有不饱和双键的C15直链取代酚为基础，通过反

应引入的多元胺基与相邻的弱酸性的酚羟基是环氧

树脂固化反应的催化剂。从而使这种体系在低温下

也能快速固化。同时极性的羟基增加固化剂的极性，

增强了对底材的润湿和附着力，进一步降低体系的

黏度，提高主剂和固化剂的兼容性。长直链不但给体

系提供了良好的内增韧效果，而且对体系的固化反

应有初始的空间位阻效应。固化剂分子中的特殊结

构含有憎水性优异的长脂肪链、常温反应活性高的

脂肪胺以及抗化学腐蚀的苯环结构，使其在低温（-5 ℃）或常温条件下完全和环氧树脂起交联反应，且不

产生副产物，无毒、不含苯酚，凝胶时间长，可水下快

速固化，现场施工使用混合比例范围宽，对钢铁等表

面渗透力强，与环氧树脂相容性好，容易操作，并兼

具了环保性、高性能、快速固化、低处理表面正常施

工等诸多优点，是用于船舶饮水舱涂料的最佳固化

剂。

2.4 助剂的选择

助剂在整个涂料配方中所占的比例虽说很少，

但却是涂料不可分割的重要组成部分。涂料生产工

艺的强化、涂料贮运中的稳定性、涂层的配套性及涂

膜缺陷的克服、涂装施工性能的改善和提高，都与涂

料助剂的应用分不开[3]。为确保无溶剂环氧饮水舱

涂料的优异性能，必须添加一定的助剂，如润湿分散

剂、触变剂和消泡剂等。同时也要注意助剂的整体匹

配性，如助剂与基料之间的相容性，助剂与助剂之间

的协同性，用助剂协调涂料性能要求之间矛盾的平

衡性等。为调低树脂黏度，体系也加入了适量的活性

稀释剂。

润湿分散剂主要应用在涂料的制造阶段，可以

降低颜料与树脂之间的界面张力，提高润湿效率，减

少研磨时间，降低能耗，还可以提高涂料贮存的稳定

性，防止絮凝，返粗、沉淀、以及涂膜的浮色发花，增

强颜料的着色力、展色力、遮盖力、减低成本等。体系

选用了对基料有宽广相容性的BYK163作为分散剂，

用量为0.3%～0.5%。

触变剂主要是用于控制体系高中低剪切速率下

的黏度，使其在贮存时防止颜料的沉淀，改善涂刷

性，在涂装时能使涂膜较厚而不流挂。通过一系列的

筛选试验，体系选用了聚酰胺蜡粉作为触变剂。聚酰

胺蜡粉是一种颗粒极其细微、具有100%活性的流变

助剂。它的主要特点是高效的防返粗性能，其性能不

会因为高加工温度和长加工时间而受到不利影响；

其卓越的触变抗流变性能，可保证体系极强的触变

性能，可有效防止涂料进行立面涂装时所经常发生

的各种不同程度的厚涂层流挂现象。而且防沉性能

特别优越，可大大减少颜料的沉淀。

消泡剂是一种表面活性剂，在气/液界面处发挥

作用，用于抑制涂料体系中气泡的形成，使厚涂涂层

致密无空隙平整，达到最佳的防腐保护效果。其主要

原因是由于在配制无溶剂环氧涂料的过程中，机械

搅拌把空气夹带到涂液中，同时分散剂所用的非离

子表面活性剂也增加了起泡性，泡沫的存在导致了

针孔、缩孔、鱼眼、橘皮等有损外观的不良现象，并影

响了涂层的结合力、耐蚀性。因此，需选择合适的消

泡剂使涂液中的气泡降到最低，从而制得性能良好

的无溶剂环氧涂层。体系选用了BYK060作为消泡

剂，其添加量在0.04%～0.06%。

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2.5 稀释剂的选择

体系选用了NC-513活性环氧稀释剂。该稀释剂

是一种低黏度的液体，每个分子上都有一个活性环

氧官能团，比较独特，最宜用于与饮用水接触的无溶

剂涂料的配方设计，特别是针对需要柔韧性和耐水

性优的涂料。

3 结 语本试验制备的无溶剂环氧饮水舱涂料无毒、急

性口毒性试验属无毒级，小白鼠骨髓细胞染色体畸

变试验、Ames试验结果均为阴性，不污染水质，不影

响人体健康，防腐能力强，符合GB/T5369-2008《船

用饮水舱涂料通用技术条件》和《生活饮用水输配水

设备及防护材料卫生安全评价规范》（2001）的性能

要求和防护标准，完全可以取代目前正在普遍使用

的溶剂型涂料。其不含有机溶剂的环保特征，减少了

对环境的污染及对人体的危害，同时也节约了能源，

是船舶饮水舱涂料的主要发展方向和开发研究的热

点，适应了环保要求。经性能测试和用户试用表明：

该涂料涂膜坚韧、密封性强，具有优良的耐水、防腐

功能，盛水数月洁净如初，无异味、异色和异常，堪称

船舶的饮水舱、压载水舱、各种淡水柜及食品贮存室

内壁等的一代新型高性能环保涂料。可以预见，不久

的将来溶剂型饮水舱涂料必将被无溶剂环氧饮水舱

涂料所代替。

参考文献

[1] 虞兆年.环氧树脂与涂料.涂料工艺(第四版上册).北京：

化学工业出版社，2010[2] 李桂林.环氧树脂的固化(三)[J].涂料工业，1987[3] 杨其岳.助剂的分类、作用及整体匹配性.涂料工艺(第

四版上册).北京：化学工业出版社，2010

收稿日期 2011-05-20

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