0 前　言

目前，全世界的集装箱绝大多数为钢制结构。它是供轮船、铁路、汽车等联运用的国际性运输工具，因而必须适应地球上任何一个地方的恶劣环境。集装箱钢结构腐蚀是最严重的中国机械网okmao.com。

对集装箱外侧来说，需要承受从赤道到寒带，从-40～70 ℃的温度变幅；承受高温高湿、日晒风吹雨淋以及高盐分海水冲击及盐雾的影响；经得起工业大气中的SO2、H2S、Cl2和其他杂质颗粒的腐蚀；还要经得起不规范搬运作业中所出现的碰撞和冲击。对集装箱内部来说，货物装卸时对钢结构表面造成的摩擦和损伤是主要腐蚀因素；同时货物中水分的蒸发和冷凝，也会造成钢结构的电化学腐蚀；在运输酸碱盐时，内侧会受到化学腐蚀。

为了满足集装箱在严酷条件下的防腐要求，集装箱涂料性能要求达到IICL性能指标的要求。环氧富锌涂料是一种耐腐蚀性能优异的重防腐涂料，已广泛应用到工业防腐的各个领域。富锌涂料的防腐蚀机理主要是锌起到牺牲金属的作用，形成一个以锌粉为阳极，钢铁为阴极的电池，在腐蚀环境中腐蚀牺牲锌粉(阳极)而保护钢铁(阴极)。

本试验通过对环氧富锌涂料进行耐盐雾腐蚀试验筛选出锌粉涂料的基本配方，然后根据配套户外防腐跟踪及IICL认证试验研究优化配方，制得了具有优异防腐功能的适合集装箱配套要求的环氧富锌重防腐涂料。满足了集装箱防腐的需要且具有优良配套性能的环氧富锌涂料。

1　试验部分

1.1 主要原材料

环氧树脂，工业级，台湾南亚；锌粉，325目，江苏科程；流平剂，化学纯，EFKA；防沉剂，化学纯，德国毕克；混合溶剂，工业级，自配；环氧固化剂，工业级，上海江桥；环氧化合物改性聚酰胺固化剂，工业级，空气产品。

1.2 环氧富锌涂料的制造工艺

按配方量称取环氧树脂、助剂和混合溶剂，分散均匀，加入锌粉，高速分散30 min，调整黏度120KU(施托默黏度)，过滤出料。所制得的涂料组分与固化剂组分按12∶1的比例(质量比)配制成环氧富锌防腐底漆。

1.3 防腐试验

1.3.1 使用仪器及材料

盐雾箱：Q-FOG，Q-Lab公司；氯化钠：分析纯；试板：76 mm×152 mm×1.6 mm的打砂轧钢板，打砂清洁度：Sa2.5，粗造度 25～40 μm；QUV老化箱：Q-QUV，Q-Lab公司；户外防腐板：90 mm×300 mm×3 mm的打砂轧钢板；打砂清洁度：Sa2.5，粗造度25～40 μm；户外曝晒场，珠海，自制。

1.3.2 涂料配套

锌粉涂料：30 μm；

环氧中间漆：50 μm；

丙烯酸面漆：40 μm。

1.3.3 样板制作方法

盐雾试验：按所需板的规格，涂料配置好后无熟化时间马上喷涂，采用无气喷枪喷涂，喷涂2遍，隔24h喷涂第2遍。控制干膜厚为(80±5) μm，室温放置7 d后，在试板上划1道竖线划痕，划痕处露出金属底板，用环氧涂料封边。

IICL认证试验：按所需板的规格，采用压缩空气喷枪喷涂，根据上面涂料配套厚度喷涂料，自干，每层间隔24 h。控制干膜厚为(120±5) μm，室温放置7 d后，在试板上划1道竖线划痕，划痕处露出金属底板，用环氧涂料封边。

室外防腐跟踪：按所需板的规格，采用压缩空气喷枪喷涂，根据上面涂料配套厚度喷涂料，自干，每层间隔24 h。控制干膜厚为(120±10) μm，室温放置7 d后，在试板上划1道竖线划痕，划痕处露出金属底板，用环氧涂料封边。

1.3.4　试验过程

先采用铁标的盐雾试验及室外防腐跟踪结果筛出锌粉涂料配方，然后用筛出锌粉涂料配方做配套进行IICL试验测试。

盐雾按国标GB/T 1771进行试验。将试板以150 °～250 °放置在盐雾箱内，每48 h观察1次试验结果，每96 h测定1次喷雾量。按铁标TB/T 2772—1997《铁路钢桥用防锈底漆供货技术条件》评判试验结果。IICL试验：按IICL标准做循环试验，经过8次循环后按IICL标准进行评测。

1.4　参考配方

设计参考配方如表1。

参考配方

户外防腐跟踪：在曝晒场挂板，挂板如图1所示平放，每年评测1次，根据板面及加速线的锈蚀程度进行。

珠海海边曝晒场

2 结果与讨论

2.1 锌粉含量对涂膜耐盐雾性能的影响

涂层防腐蚀保护作用主要基于3个方面：(1)屏蔽作用；(2)颜料的钝化、缓蚀作用；(3)电化学阴极保护作用。环氧富锌涂膜导电发挥牺牲阳极的作用，涂膜中就要求含有大量电位比铁低的锌粉粒子，其量足以使锌粉之间及锌粉和底材之间达到点接触程度。

锌粉在腐蚀过程中起到牺牲阳极的阴极保护作用，使基材金属面授腐蚀。一般涂料干膜中锌粉含量大于77%时，富锌涂料才有导电和保护阴极的作用。但如涂层中锌粉含量过高，涂层的PVC会增加，涂膜中的孔隙增加，涂膜的屏蔽作用降低，水分和腐蚀性离子渗透到底材的时间大大缩短，且富锌涂料上若再涂覆其他高固体分面漆，便会使面漆产生气泡、针孔，降低防腐蚀效果。设计涂料的PVC值(体积颜料浓度)和涂膜中锌粉的质量分数及其对涂料性能的影响结果如表2所示。

涂料的PVC值对涂料性能的影响

从表2可知，在防腐试验过程中，随着PVC值的增大，涂膜的起泡性逐渐降低，防腐蚀增大。随着锌粉含量的增加，PVC增加到接近或大于CPVC时，锌粒之间才有可能直接接触，在涂料内部形成完整的导电电路，在牺牲阳极作用下能更好保护底材[4]。

但当锌粉含量增大到一定值时，PVC远大于CPVC，涂膜的孔隙率会增大，屏蔽作用减少，防腐性能降低。由表2可知，配方最佳的PVC值为42%，此时对应的涂膜(干膜)中的锌粉质量分数为82%，涂料具有最佳的耐盐雾腐蚀性能和配套室外防腐性能，耐盐雾腐蚀试验时间可达1 000 h以上，室外加速防腐可以达到5a以上，5 a室外防腐效果见图2。

配套涂膜室外5 a后腐蚀情度

从图2可以看出，锌粉含量达82%后，室外防腐性能出现一个质的提升。

2.2　环氧改性聚酰胺固化剂对涂膜耐盐雾性能的影响

环氧富锌涂料中是通过环氧树脂所含的环氧基团与胺类环氧固化剂中的活性氢进行化学交联反应，从而形成性能优良的涂膜。集装箱因为成本问题，固化剂选择主要以价格便宜的聚酰胺固化剂为主，而箱漆现场因生产节奏快没有活化时间，为了保证交联充分，试验选用相容性更好的环氧改性聚酰胺固化剂。

在涂料配方相同的条件下，锌粉涂料主剂和固化剂混合没有活化就喷板，通过配套涂层来考察聚酰胺固化剂和环氧改性聚酰胺固化剂的室外5 a防腐蚀性能，结果如图3所示。

　不同环氧固化剂样板配套户外防腐蚀性能对比

从图3可以看出，喷有环氧富锌防腐涂料的打砂钢板经过8次56 d的循环试验后，图3(a)普通固化剂的划叉处锈蚀严重(锈蚀宽度＞2 mm)，而图2(b)使用环氧改性的聚酰胺固化剂的配方划叉处仅轻微锈蚀(锈蚀宽度＜1 mm)，其原因应该和涂膜的最终Tg有关。

随着聚合和交联反应进行，Tg增加，如果最后反应涂膜的Tg高于固化温度，少量官能团还未反应时，反应行为很慢；如果Tg接近高于反应温度约40～50 ℃，反应基本停止。

聚酰胺和环氧树脂的相容性相对单体多元胺来说已经提高很多，但还没达到最佳。如为了保证涂膜性能，在施工时最好有30 min的活化期。但箱漆施工是一个流水线施工，施工现场为了追求效率，涂料往往配好后就马上进行施工，不能保证其充分活化，环氧树脂和固化剂因轻微不相容从而使树脂和固化剂之间不能均匀接触，最终因不能充分反应而影响涂膜的交联密度。

环氧树脂改性聚酰胺固化剂能提升固化剂和环氧树脂的相容性，在涂膜Tg达到高于反应温度时，保证环氧树脂和固化剂充分接触，使反应更加充分，从而涂膜交联密度增加，最终提高涂膜的Tg。

涂膜的玻璃化温度高能提高高温下的涂膜附着力。对于金属底材，涂层的附着至关重要，这主要是由附着力和涂层下金属的腐蚀过程的密切关系决定的。因为涂层覆盖下的金属发生腐蚀是由于相界面的电化学腐蚀引起的：首先，良好的附着力能有效地阻挡外界电解质溶液对基材的渗透，推迟界面腐蚀电池的形成；第二，只有在局部阴极和局部阳极为电解质连通后才有可能发生，牢固的界面附着力可以极大地阻止腐蚀产物——金属阳离子经相间侧面向阴极区域的扩散，这些阳离子扩散是为了平衡阳极反应所生成的带负电荷的氢氧根离子。

环氧树脂改性聚酰胺固化剂使反应更加完全，提高涂膜的交联密度和Tg，从而提高涂膜的高温下附着力，这样涂料的耐盐雾腐蚀性能及配套户外防腐性能就得到了大幅度提高。

2.3 当量比对IICL测试结果的影响

针对集装箱的使用特点，IICL(国际集装箱租箱协会)认证设计以下试验方法、认证指标及评分标准:(1)试验过程及设备简单叙述如图4。

IICL试验循环简图

(2)认证指标及评分权重见表3。

指标及评分权重

其环氧富锌涂料的当量比影响配套涂膜的腐蚀和机械性能，不同当量比的涂膜对最终涂膜的评测分如表4所示。

当量比对评分的影响

从表4可知，当当量比增加时，IICL试验后的总分逐渐增加；当量比达到0.8时，IICL认证检测评分可以达到最高90分，高于IICL检测的最低要求70分；大于0.8时，总分会有所降低。

IICL测试是一个比较严酷的试验，是由QUV和盐雾组成的循环试验，试验过程涉及到干湿交替、高温、蒸馏水及盐水交互渗透及配套涂层之间因收缩不一而引起的内应力等因素影响。在多种因素的影响下，涂膜容易产生附着力严重下降，涂膜变脆从而抗冲击力下降以及涂膜起泡锈蚀等。

较佳的湿附着力是涂膜具有良好防腐蚀性的一个关键因素。随着当量比的增加，涂膜的交联密度增大，从而提高了涂膜的玻璃化温度，保证了涂膜的湿附着力，从而降低盐水和蒸馏水在底材沿加速线往两边渗透的速度，保证划线部位的腐蚀要求。且随当量比的增大，涂膜的内聚强度增加，降低因涂膜内聚强度不够造成的涂膜附着力不好的假象，也提高涂膜的抗冲击强度。但当量比超过一定程度时，涂膜一方面因交联密度提高而变脆，影响抗冲击强度，另一方面因涂膜中的残留官能团发生改变，涂膜对底材的附着力有所改变，从而对盐雾中的氯离子渗透有所改变，进而影响涂膜加速线的耐盐雾性能。

3 结　语

当环氧富锌涂料配方中选用某环氧改性聚酰胺作固化剂且当量比定为0.8时，改善了涂膜的内聚力，提高了涂膜的交联密度和玻璃化转变温度，从而较大幅度地提高了涂料的耐盐雾腐蚀性能。

当环氧富锌涂料涂膜的PVC值为42%、干涂膜中锌粉含量为82%时，环氧富锌涂料具有最佳的机械性能和耐盐雾腐蚀性能，其耐盐雾腐蚀试验时间可达1 000 h，配套室外防腐能保证5 a以上的箱漆保证期，且满足IICL认证指标要求，顺利通过了IICL认证，表现处优异的综合性能。