水性带锈防腐涂料的制备

data-full-width-responsive="true"> 水性带锈防腐涂料的制备乔红斌1，2，古绪鹏1，2，田 闽2，宁 珅1，2，杨建国1，2，余世峰2，曹忠富3（1 安工大工业技术研究院高分子与固体润滑研究所，安徽马鞍山 243002 ；2 安徽工业大学化学与化工学院，安徽马鞍山 243002 ；3 马鞍山采石矶涂料有限公司，安徽马鞍山 243100）0 引言我国每年因腐蚀所造成的经济损失约为2 800亿元，其中石油化工系统的损失（不含事故损失）为400 亿元，经济损失占国民生产总值的4% 左右，超过了风灾、火灾和地震等自然灾害所造成损失的总和。涂料防腐是金属防腐蚀的重要手段，传统的溶剂型带锈涂料存在两个弊端：一是施工前需要除锈；二是以有机物为分散介质或溶剂，挥发性有机物毒性大、污染环境、浪费资源、不安全，且锈蚀转化不彻底。本研究制备了一种新型水性带锈防腐涂料，以环氧改性苯丙乳液为主体成膜物，复合有机酸为转化剂，考察了成膜物质、铁锈转化剂、成膜助剂和消泡剂的用量对涂料性能的影响。1 涂料与涂膜制备在烧瓶中加入定量自制的环氧改性苯丙乳液，持续搅拌过程中缓慢滴加铁锈转化液，再分批加入增稠分散剂、成膜助剂等水溶液，继续搅拌，最后缓慢加入规定量的消泡剂水溶液后，升温至40~50℃，搅拌20~30 min，制得涂料。涂料在室温下静置一定时间，待气泡消失后，刷涂于带锈的A4 钢板表面，经过一段时间后，钢板表面即可形成致密、均匀的黑色涂膜。涂膜外观变化过程如图1 所示。2 结果与讨论21 环氧改性苯丙乳液用量对涂膜耐水性的影响有机成膜物在带锈涂料中的用量对涂料的性能有很大的影响。以环氧改性苯丙乳液作为成膜物质，固定涂料中铁锈转化剂用量为8%，考察环氧改性苯丙乳液用量对带锈涂料耐水性的影响，结果见图2。由图2 可见：随着乳液用量的增加，涂膜的耐水性变好。这是由于随着成膜物的增加，涂膜的厚度有所增加，再加上转化后的铁锈相当于填料，成为涂膜的一部分，所以涂膜的耐水性也就理所当然越来越好。环氧改性苯丙乳液的最佳用量为60%。22 铁锈转化剂用量对铁锈转化率的影响制备的涂料以复合有机酸为铁锈转化剂，复合有机酸体系转化剂与环氧改性苯丙乳液相容性良好。固定涂料中的乳液用量，考察铁锈转化剂用量对铁锈转化率的影响，结果见图3。铁锈转化率定义为用刀具刮开涂层后白色金属基体占刮开面积的比率。由图3 可见：随着涂料中铁锈转化剂用量的增加，铁锈转化率越来越高。这是因为随着铁锈转化剂用量增大，有更多的有效成分与铁锈接触，转化时间也就越来越短，转化程度越来越大，涂膜表面随之就越来越均匀；同时随着转化剂用量的增加，涂膜的耐水性也有所好转。这是由于随着铁锈被转化后，形成的络合物在涂膜干燥后滞留在涂膜中，成为涂膜的一种填料，这使得涂膜的耐水性越来越好。当铁锈转化剂用量达到8% 左右时，铁锈转化程度与转化时间基本上不再变化。确定铁锈转化剂的用量为8%。23 成膜助剂用量对涂膜性能的影响由于环氧改性苯丙乳液的玻璃化温度高于室温，这样使得涂层的机械性能好，涂膜坚硬且结实，但是玻璃化温度越高，最低成膜温度也越高，室温下的成膜效果就会不理想，所以需要添加一些成膜助剂来降低最低成膜温度，改善涂膜外观和性能。本研究采用乙二醇叔丁醚作为成膜助剂，在固定乳液用量为60%，铁锈转化剂用量为8% 的条件下，考察成膜助剂用量对涂膜性能的影响，实验结果如表1 所示。由表1 可见：成膜助剂对涂料的成膜效果、耐水性、耐腐蚀性及附着力都有着重要的影响。随着成膜助剂用量的增加，涂料最低成膜温度降低，大大改善了成膜效果，涂膜外观逐渐变得更佳，涂膜的耐水性和耐盐雾性也有所增强。这可能因为成膜助剂增进了乳胶粒子的相互融合，成膜更加完全，耐腐蚀性能得到增强。但是当成膜助剂用量大于一定量时，涂膜附着力又开始降低，这是因为成膜助剂用量过多，部分残留于涂层中，吸水，从而降低了乳胶涂膜对于底材的附着力。成膜助剂的用量以15% 为宜。24 消泡剂用量对涂膜性能的影响由于乳液聚合中加入了乳化剂，所以乳胶涂料都有一个弊端，就是容易产生泡沫，后来又加入了成膜助剂、渗透剂等有机物，更加降低了涂料的表面张力，泡沫的出现使涂膜产生表面缺陷，既有损外观，也会影响涂膜的防腐性和耐候性。采用磷酸三丁酯作为消泡剂，考察其用量对涂膜耐水性的影响，结果见图4。由图4 可见：加入适量的消泡剂后，涂膜的耐水性有所提高；当消泡剂用量为01% 时，涂膜的耐水性最好；再增加消泡剂用量，涂膜的耐水性反而变差。消泡剂用量过多，会引起涂刷性差、缩孔等问题；其用量过少，则泡沫难以消除。消泡剂的用量在01% 为宜。25 水性带锈涂料作用机理分析本研究的水性带锈防腐涂料主要由环氧改性苯丙乳液、铁锈转化剂及助剂组成，其作用机理主要是依靠涂料中的铁锈转化剂能与钢铁表面锈层中活泼有害的铁锈（主要是氧化铁）发生化学反应，生成黑色稳定的配位化合物。通过化学反应将有害的铁锈转化为无害、难溶、具有一定保护作用的络合物与螯合物，并随着有机乳液涂膜的干燥固化，借助于成膜物的黏附作用，这些螯合物就成了涂膜中稳定的具有防锈作用的填料。适当加入成膜助剂赋予涂膜一些更优良的性能，增强了涂料的防腐效果，使得整个涂层具有较好的防锈性、耐久性和物理机械性能。3 结语当乳液用量为60%，铁锈转化剂用量为8%，成膜助剂用量为15%，消泡剂用量为01% 时，所制得的水性带锈防腐涂料铁锈转化率达到99%，涂膜的硬度为3H，附着力为2 级，外观均匀平整，综合性能优良。该涂料可直接刷涂在简单处理的锈蚀钢铁表面，不需要进行喷砂处理，其所含的有效成分能与铁锈相互作用，生成稳定的络合物，将活性的铁锈转化为涂层中稳定的填料。以此为基础制得的GDX-168系列涂料正在船体和铁路器材上推广应用。