（1.北方涂料工业研究设计院，兰州730020；2.金川集团有限公司供应分公司，甘肃金川737104；3.兰州石化公司化肥厂，兰州730060）
环氧防锈底漆因其具有良好的理化性能被广泛应用于钢铁基材的防腐保护。作为防腐蚀底漆，其涂膜的附着力对整个涂层配套系统的防腐蚀性能至关重要。涂膜附着力通常是指涂膜与被涂物表面之间通过物理和化学作用相互黏结的能力，也包括涂层自身的内聚力，当涂层的附着力和内聚力均达到较高的水平时涂层才具有良好的黏结强度，不容易被外力破坏。钢铁发生腐蚀时，生成的Fe2+ 和OH- 等在涂膜下产生渗透压，使水进一步通过涂膜向基材渗透，形成迫使涂膜离开底材的作用力。因此涂膜的湿附着力越强，涂层抗腐蚀性能越好。目前通过添加偶联剂、使用片状防腐
颜料、
树脂改性等方法均能显著提高环氧涂层的附着力和湿附着力。本文从不同类型固化剂、不同固化条件、颜填料用量等方面入手，探讨了涂膜固化程度、颜基比等对环氧防锈底漆附着力和湿附着力的影响。
1 试验部分
1.1 原材料
环氧树脂E- 20、环氧树脂E- 51、固化剂D3014、固化剂D8115 （上海君江）、固化剂NX- 2015（Cardolite）、氧化铁红、滑石粉、沉淀硫酸钡、云母粉、
膨润土、
BYK- 410、
BYK- P104S、BYK- A530、混合溶剂。
1.2 试验设备
实验室用高速分散机、锥形磨、AT 型涂层拉拔仪、划格器。
1.3 试验工艺
1）制漆：按比例投料，于高速分散机上分散均匀后，在锥形磨上轧至细度小于60 μm，包装贮存。
2）样板制备：按比例将甲、乙组分混合均匀后加入稀释剂调节至喷涂黏度，熟化0.5 h 左右，喷涂于马口铁板及喷砂钢板上。将喷涂好的样板放置在不同的环境温度下进行固化，检测其物理机械性能。
2 结果与讨论
2.1 固化程度对涂层附着力的影响
2.1.1 不同类型固化剂涂膜性能对比
甲组分成膜树脂采用环氧树脂E- 20 与E- 51 搭配使用。乙组分为D3014、D8115 及NX- 2015。3 种固化剂基本性能见表1。将甲、乙组分按环氧当量∶活泼氢当量=1∶1 配漆后，制板，（23±2）℃固化7 d 后检测理化性能，检测结果见表2。
可以看出，采用以上3 种固化剂固化后的涂膜均具有良好的耐冲击性、柔韧性和附着力（划格法），但从拉开法附着力测试情况来看，D3014 固化的涂膜没有发生涂膜从底材脱落及内聚力破坏现象，胶黏剂自身破坏，D8115 固化的涂膜底材脱落及内聚力破坏现象同时存在，NX- 2015 固化的涂膜主要发生了内聚力破坏。采用钝器敲击涂膜观察，发现D3014 与D8115 固化的涂膜更为牢固，而NX- 2015 固化的涂膜在敲击时则较易脱落。测试情况见图1。
涂膜中的应力导致的界面上的剪切应力是涂膜失落附着的主要原因之一。附着于底材上的涂膜中总是承受着应力，一是外力导致的，二是成膜时产生的，如果这种应力超过了涂膜的内聚力，就会引起涂膜开裂，而当应力小于内聚力而其所产生的剪切应力超过了涂膜的对底材的黏接力时，就会引起附着失落。涂料的黏结力、内聚力以及形成涂膜后产生的内应力，将会共同影响涂膜附着力的变化。黏结力取决于涂膜与底材之间的物理化学作用，而内聚力则是涂料自身的特性。显然，当内聚力小于黏结力时，断裂发生在涂层内，产生内聚破坏；反之，则会沿界面脱落。
当涂料具有较高的内聚力时，形成更为连续致密的涂膜，在测试条件下D3014 固化的涂膜内聚力高于其他2 种固化剂，因此涂膜湿附着力也比采用其他2 种固化剂好。通过丁酮擦拭试验来看，D3014固化的涂膜固化程度较高，作为一种环氧改性的聚酰胺固化剂同D8115 聚酰胺固化剂比较，D3014 与环氧树脂具有更好的混容性，在固化过程中分子中的活泼氢能更充分地和环氧基反应，从而获得了较高的交联密度。
NX- 2015 具有快干、可低温固化等特点，在防腐涂装工程中被广泛应用，然而在上述试验中采用拉开法测附着力时数据低于其他2 种固化剂固化的涂膜。由于NX- 2015 的快干特性，涂膜在固化过程中Tg上升速度较快，在固化过程的后期含有反应基团的链段运动受限制较大，最终获得的涂膜固化程度较低，内聚力也低于其他两种固化及固化的涂膜。从丁酮擦拭试验来看，涂膜的实际交联密度低，容易被溶剂破坏，湿附着力也较差，采用该固化剂固化的涂膜在（23±2）℃固化60 d 后丁酮擦拭试验40 次仍然能被破坏。
2.1.2 固化剂不同配比下涂膜性能对比
通过上述试验，选用性能最优异的D3014 作为固化剂，考察甲、乙组分不同配比对涂膜性能的影响，检测结果见表3。
通过试验可以发现，当n 环氧基∶n 活泼氢=1.1∶1.0时，涂膜的性能较为优异。
2.1.3 不同固化条件下涂膜性能对比
将3 种类型的固化剂制备的涂膜在120 ℃烘烤2h 后进行性能测试，测试结果见表4。
将3 种类型的固化剂制备的涂膜在0 ~ 5 ℃干燥21 d 后进行性能测试，测试结果见表5。
通过上述试验结果可以看出，不同的固化条件对涂膜拉开法测试附着力的影响较大，3 种固化剂固化的涂膜烘烤后均有较好的黏结强度，测试时D8115和NX- 2015 固化的涂膜内聚力破坏现象减少，湿附着力明显提高。而低温固化的涂膜附着力明显下降，测试时均表现为内聚力破坏，NX- 2015 附着力下降最少。
防锈底漆涂层在使用过程中，水和氧可以借助聚合物膜中的自由体积通过“跳跃”机理在膜内穿行，固化程度高的涂膜更加致密，交联密度也越大，Tg 也越高，从而降低了涂膜的渗透率，湿附着力增强。在实际防腐涂装工程中，环氧防锈底漆通常需要在多种不同环境温度下施工，在不利条件下最大限度地提高涂膜的固化程度对涂层的附着力及湿附着力影响至关重要，配方设计时通过选用不同类型固化剂、添加固化促进剂、不同环氧树脂合理搭配等方法均是提高涂膜固化程度的有效手段，提高涂膜的干性而忽略涂膜的固化程度将直接影响涂层系统最终的防腐能力。
2.2 颜基比（P/B）对涂膜附着力的影响
按不同P/B 配方制备环氧防锈底漆，以D3014 为固化剂，（23±2）℃固化7 d 后测试涂膜的附着力及湿附着力，结果如表6。
可以看出，随着P/B 的增加，在一定范围内附着力变化不大，测试时没有发现内聚力破坏的现象，当P/B达到2.4 以上时附着力测试数据下降，涂层出现了内聚力破坏现象。分析认为内聚力是高聚物分子固有的自身性能，在临界颜料体积浓度（
CPVC）以下，颜填料的加入并没有降低涂膜的内聚力，颜料粒子均匀分散于成膜树脂中，树脂仍然可充分润湿包裹颜料粒子，当P/B 达到2.4 以上时附着力下降，
PVC 超过了
CPVC，附着力与P/B 的关系如图2 中曲线A 所示。
在上述配方中加入润湿分散BYK- P140S 后，P/B为2.4 时附着力测试值为15.5 MPa，没有发生内聚力破坏，盐水浸泡后划格法测试附着力为2 级，该试验证明添加
分散剂后，体系实际的CPVC 提高，在较高P/B的情况下，成膜物质仍能够有效包覆颜料颗粒，涂膜的内聚力没有降低，并且涂膜的空隙率下降，涂膜具有较好的抗渗透性能。添加
分散剂后附着力与P/B 的关系如图2 中曲线B 所示。
涂层在环境湿度或水的作用下，水分子会通过渗透到达底材表面，由于水也可以与极性基团形成氢键，从而破坏涂膜与底材表面之间的相互作用，这就使得涂层与底材的结合键断裂而失去附着力。涂层有水存在时，在尚未出现宏观变化前，就已经发生了湿附着力的破坏情况，已有研究结果表明，有机涂层由于涂层湿附着力的破坏会引起气泡、脱落以及丝状腐蚀等，因此一个优异的防腐涂层不仅要具有良好的干膜附着力，其湿膜附着力将直接决定涂层的实际防腐效果。
某些表面极性很高的颜料吸水性较强，水的渗透率会随着颜料含量的增加而提高，片状晶型颜料（如云母、云母氧化铁、铝粉等）是减少水和氧渗透率的颜填料。当溶剂挥发时，涂膜收缩有利于片状晶体平行于涂膜的定向排列。这种定向排列结构使得最后制备的涂膜具有较高的致密性，对于水和氧的渗透起到一定的阻隔作用，从而在宏观上提高了涂膜的耐腐蚀性能。
3 结语
附着力的实质是一种界面作用力，而涂层的附着力因为其特殊性应该包括两方面，首先是涂膜与底材表面的黏结力，其次是涂层本身的内聚力。在涂料施工后，涂层应必须牢固地黏结于底材表面，黏结力强度越大越好；同时涂层的内聚力也是非常重要的，涂层必须形成致密牢固连续的膜层，才能起到良好的阻挡作用，两者共同决定了涂层的附着力，是涂层保护作用的关键因素，而固化程度的高低直接影响涂膜的附着力及湿附着力。另外，合理的颜料用量和品种选择能使涂膜的抗渗透性能提高，这也是影响涂层湿附着力的重要因素。
