水性醇酸涂料耐盐雾的研究

data-full-width-responsive="true"> 水性醇酸涂料耐盐雾的研究刘国旭 荆 旺 王瑞宏 李幕英 （ 河北晨阳工贸集团有限公司，保定 072550）0 引言据统计，全世界每年因腐蚀生锈的金属约为年产量的20%~40% 以上，每年因腐蚀而报废的金属达1 亿吨以上，所带来的经济损失约10 000 亿美元，我国每年由金属腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的15%~35%。由于钢铁占金属使用量的95%，而且其中70% 是在易生锈的大气中使用，因此，钢铁的腐蚀防护具有非常重要的意义。采用涂料涂装防止金属腐蚀是最简单、经济、有效的方法。目前，受石油资源及环保法规的限制，防腐涂料开始由传统的有机溶剂型向绿色化的方向发展，其中水性化技术是当今化学师们研究的重点和主要发展方向之一。水性醇酸涂料具有优良的光泽、耐久性、保光保色性、硬度和柔韧性，同时还可以制成常温干燥、低温烘干的氨基树脂改性烘干漆、环氧树脂改性和丙烯酸树脂改性等改性水性醇酸涂料，因此它在水性涂料中占有非常重要的地位。然而，由于它本身防腐性能有限，耐盐雾100 h 就已经达到了极限，所以在防腐领域就发挥不了相应的作用。考虑到用其他树脂进行改性会大大增加产品的制造成本和技术难点，本文在制备水性醇酸涂料的基础上，通过配方设计，选用特殊的防锈颜料合理搭配，研制出防腐性能高、性价比合理，综合性能优异的新一代水性醇酸涂料。1 实验部分11 原材料水性醇酸树脂、去离子水：自制；助溶剂：美国陶氏公司；中和剂：瓦克公司；分散剂：日本诺普科；硬质炭黑、氧化铁黑：德国拜耳公司；复合铁钛粉：浙江万达科技；改性磷酸锌、有机膨润土：劲辉化工；沉淀硫酸钡：蕉岭广福建材精化有限公司；催干剂：天津。12 仪器TO6001 电子天平：天津天平仪器有限公司；JJ-1 增力电动搅拌器、QSM- Ⅱ型砂磨机：天津材料试验机厂；YWX/Q-150 型盐雾试验箱：无锡苏南试验设备有限公司。13 试验配方试验配方如表1 所示。14 生产工艺将水性醇酸树脂、助溶剂、中和剂、去离子水、分散剂、颜填料等按配方称量，依次加入容器内，搅拌均匀无大块，然后用砂磨机将上述混合物研磨至细度小于30 m，加入水性催干剂搅拌均匀，并在搅拌状态下加入去离子水调节粘度，经200 目过滤网过滤，包装即得成品。15 性能测试上述底漆按规定制板后，进行各项性能测试，结果见表2。2 结果与讨论21 水性醇酸树脂的选择水性醇酸树脂是涂料的主要成膜物质，选择合适的基料是配方设计的关键环节，经过反复试验，树脂相对分子质量的大小对漆膜的水溶性和防腐蚀性影响较大，以同类型的树脂比较，相对分子质量小的树脂水溶性好，但漆膜的防腐性能差，相对分子质量较大的树脂漆膜有较好的防腐性能，但水溶性变差，因此，在选择树脂时，保证树脂水溶性的前提下，尽可能使树脂的相对分子质量大一些，以制得性能较好的漆膜。22 分散剂的选择分散剂的选择非常重要，很多分散剂都会降低涂膜的耐腐蚀性，防腐蚀性和分散性的最佳平衡是选择分散剂的关键，强疏水性的分散剂吸咐在颜料颗粒表面，通过电荷排斥和空间位阻排斥，使颜料颗粒稳定分散，防止絮凝颗粒的形成，不会产生诸如附着力降低、柔韧性不良、耐水性、耐盐雾性变差，颜料粒子沉降等问题。选择聚丙烯酸铵盐，聚羧酸钠盐和聚羧酸铵盐进行实验，实验结果见图1。从图1 可知：选择不同种类的分散剂对漆膜耐盐雾性的影响很突出，疏水性的铵盐形成良好耐水膜，钠盐类亲水性分散剂相对分子质量低，降低了涂膜的耐水性和耐盐雾性，高相对分子质量特殊结构的聚羧酸铵盐防腐性最好。23 防锈颜料的选择防锈颜料在涂料中主要是通过物理和化学反应起到防腐蚀的作用，不同的防锈颜料及其不同的搭配所产生的防锈效果也不同，见图2。由图2 可看出：单一的防锈颜料所产生的防锈作用不大，而以改性磷酸锌和复合铁钛粉搭配使用效果最佳，这是因为复合铁钛粉的主要成分是几种形态不同的磷酸盐，通过进一步加工，使它成为一种不含水的聚磷酸复盐，它本身具有一定的防锈能力，然后引入几种纳米粉体材料，使其防锈能力得到大幅度提高。磷酸根与钢结构表面的铁原子反应生成磷酸铁络盐，这层络盐牢固地附着在钢铁表面，从而保护了钢件。引入纳米材料后形成超常致密的漆膜，有效地阻隔了水分子、氯离子、氧气等对钢铁表面的侵蚀，从而达到物理防锈和化学防锈。改性磷酸锌与磷酸锌的防锈机理基本相同，只是由于改性磷酸锌是磷酸铝锌的水合物，其磷酸盐的组分比磷酸锌多，在磷酸锌的基础上增加了漆膜的防腐性、耐水性。因此通过复合铁钛粉和改性磷酸锌两种特殊防锈颜料的配合，不但能够起到物理防锈还起到了化学防锈作用，可以使钢材在很长时期内具有最有效的防腐能力。24 PVC 的确定实验考察了颜料体积浓度（PVC）对涂料耐盐雾性能的影响，结果见图3。由图3 可以看出：随着PVC 在15%~25% 的范围内增加，涂料的耐盐雾性能也在逐步提高，当PVC 增加到25%~35% 的范围，耐盐雾性能基本不变，但当PVC 增加到35%~50% 的范围，耐盐雾性能逐步下降，这主要是由于随着颜填料的不断增多，基料量下降，漆膜的附着力和封闭性下降，水分和氧气等腐蚀性物质能够很快穿透膜层，对钢材的腐蚀程度加大，导致涂料的防腐性能下降。3 结语针对水性醇酸涂料进行进一步研究，使该产品在防腐性能上有了很大突破，新一代水性醇酸涂料除了具备普通水性醇酸涂料的各项性能外，以其优异的防腐蚀性，已经成为大气环境下金属储罐、管道、设备、围栏，钢结构和海洋重防腐领域中使用最为广泛的品种之一。根据两年来投入市场使用的反馈情况，水性醇酸涂料的防腐性得到了用户的认可。