丙烯酸基水性防腐涂層的研制

李永崗，王桂剛，張 杰，鐘婷婷

(青島愛爾家佳新材料股份有限公司，山東 青島 266071)

傳統(tǒng)的油性防腐涂料中含有大量有毒有害的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)，危害人體健康并且對大氣產(chǎn)生破壞性的污染[1]。水性防腐涂料的優(yōu)點在于安全環(huán)保。相比于傳統(tǒng)的油性涂料，水性涂料的氣味較低，干燥的時間短，在具備良好的耐腐蝕性的條件下，可燃性較低。

成都拜迪新材料有限公司江擁[2]開發(fā)的應(yīng)用于塔機(jī)表面的水性防腐涂層具有優(yōu)異的裝飾、防護(hù)效果以及良好的耐候性能。張獎池[3]研制的水性環(huán)氧防腐涂料在涂膜的附著力方面具有優(yōu)異的性能和在耐酸、耐堿、耐鹽方面表現(xiàn)良好。A.K.Singh等人[4]研究了丙烯酸-聚氨酯水性防腐蝕涂層在鍍鋅鋼上的制備及表征，通過Tafel極化、EIS、鹽霧和循環(huán)腐蝕試驗表明，在涂料配方中加入納米氧化鋅和相關(guān)緩沖劑能夠顯著的改善涂層的附著力以及耐腐蝕的性能。本實驗以陰離子型丙烯酸乳液作為成膜物質(zhì)，利用鈦白粉、重鈣粉等作為顏填料，加入相關(guān)助劑，制備了耐腐蝕性能良好的水性防腐涂料。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

AMP-95中和劑，SB-520消泡劑，SN-1727分散劑，SN-4008流平劑，SN-9779水性防閃銹劑，U605增稠劑，陰離子丙烯酸乳液，均為上海深竹化工科技有限公司采購；重鈣粉，工業(yè)純，凌源市鑫利鈣業(yè)有限公司；鈦白粉，工業(yè)純，中國攀鋼集團(tuán)鈦業(yè)有限責(zé)任公司；膨潤土，工業(yè)純，濰坊華濰膨潤土集團(tuán)股份有限公司；二丙二醇丁醚，CAS，深圳市金騰龍實業(yè)有限公司；醇酯十二，CAS，深圳市金騰龍實業(yè)有限公司。

1.2 實驗底板的制備

采用規(guī)格 120 mm×52 mm×0.1 mm 的馬口鐵作為實驗板。先用180目的砂紙進(jìn)行打磨，除去馬口鐵表面的氧化薄膜與鐵銹，然后用沾有無水乙醇的棉花對其表面進(jìn)行擦拭，等到金屬表面的無水乙醇揮發(fā)之后，才可進(jìn)行涂刷涂料。

1.3 實驗步驟

1.3.1 攪拌分散工藝

在反應(yīng)器中加入一定量的去離子水、分散劑、消泡劑與中和劑，使用攪拌機(jī)進(jìn)行中速分散攪拌 5 min，轉(zhuǎn)速 300 r/min；然后按照顏填料由輕到重的順序?qū)⑵浼尤氲椒磻?yīng)器中，高速攪拌 15 min，轉(zhuǎn)速 500 r/min。充分?jǐn)嚢韬髮ζ溥M(jìn)行研磨，即可得到漿料。

1.3.2 調(diào)漆工藝

將漆漿與一定量的陰離子型丙烯酸乳液進(jìn)行混合攪拌 5 min，轉(zhuǎn)速 300 r/min，然后加入定量的醇酯十二、二丙二醇丁醚與流平劑和防閃銹劑，攪拌 15 min，轉(zhuǎn)速 500 r/min，再加入增稠劑與適量的去離子水，使其達(dá)到所需要的黏度要求，所得到的即為成品。實驗配方設(shè)計如表1所示。

表1 實驗初步設(shè)計配方比

2 結(jié)果與分析

2.1 水性防閃銹劑的影響

添加水性防閃銹劑可以有效避免樣品“閃銹”現(xiàn)象的發(fā)生。對比沒有添加和分別添加0.2%(質(zhì)量比數(shù)，下同)、0.5%的防閃銹劑的涂料外觀，結(jié)果如圖1所示。

(a)0%水性防閃銹劑

從圖1可知，添加水性防閃銹劑后，閃銹的情況大大改善。從刷涂后立即出現(xiàn)閃銹，到刷涂后逐漸沒有銹跡，證明水性防閃銹劑具有突出的效果。根據(jù)實驗的經(jīng)驗，一般的水性防腐涂料的水性防閃銹劑的添加量在0.5%左右。

2.2 乳液用量對涂料性能的影響

樹脂的種類和添加量影響涂層的沖擊強(qiáng)度、附著力和硬度，以及耐水性、耐化學(xué)試劑等相關(guān)性能。樹脂用量太多或太少都不利于成膜。本實驗中選擇陰離子型的丙烯酸乳液具有耐候性好、自然干燥快的優(yōu)點，用量分別是45%、50%、55%。考察乳液的用量對涂料性能的影響，結(jié)果如表2所示。

表2 乳液的用量對涂料性能的影響

由表2可知，乳液用量少于50%時，制備的涂料有沉降的現(xiàn)象，漆膜有凹陷；乳液多于50%時，涂料表面出現(xiàn)破乳的現(xiàn)象。

將3種樣品在5%HCl溶液中進(jìn)行 3 d 的耐腐蝕檢測，結(jié)果如圖2所示。

(a)樣品浸泡前后對比

由圖2可知，a、c樣品表面均出現(xiàn)了不同程度的鼓泡或脫落的現(xiàn)象，b樣品表面沒有出現(xiàn)脫落和氣泡。結(jié)合表2和圖2可知，添加50%的丙烯酸乳液所制備的涂料具有良好的防腐性能。

2.3 鈦白粉用量對涂料性能的影響

鈦白粉在涂料工業(yè)中表現(xiàn)出良好的著色力、遮蓋力與化學(xué)穩(wěn)定性，同時分散性好、白度好，以及耐候性也較好[5]。但是用量過大，會影響到涂料的黏度，造成沉降，進(jìn)一步的影響到涂層的結(jié)合力。添加量分別為是4%、6%、8%，考察鈦白粉添加量對涂料性能的影響，結(jié)果如表3和圖3所示。

(a)樣品浸泡前后對比

表3 鈦白粉的摻雜量對涂料性能的影響

由表3可知，鈦白粉的量在6%的時候表現(xiàn)良好，鈦白粉的量太多或太少，涂層外觀均出現(xiàn)不同程度的針孔缺陷。

將3種樣品在5%HCl中浸泡 3 d,測試其耐腐蝕性能,結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知,a、c樣品表面均出現(xiàn)了鼓泡或者脫落的現(xiàn)象,b樣品滿足防腐要求。結(jié)合表3與圖3的結(jié)果,選用6%的鈦白粉所制備的涂層防腐性能良好。

2.4 重鈣粉用量對涂料性能的影響

選用重鈣粉與鈦白粉配合使用,重鈣粉可以用來增加涂料漆膜的厚度,提高涂層的耐磨性與耐久性。表4為重鈣粉不同的量對涂料的性能影響。

表4 重鈣粉的量對涂料性能影響

將3種樣品在5%HCl中浸泡 3 d,測試其耐腐蝕性能。結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知,a、c樣品均出現(xiàn)了鼓泡或脫落,b樣品表現(xiàn)出很好的耐腐蝕性能,因此添加20%的重鈣粉,涂料表現(xiàn)良好的防腐性能。

3 最佳配方及性能

根據(jù)實驗對原材料的確定以及原材料添加量的變化對涂料性能影響的實驗研究及分析,確定了所研制的水性防腐涂料的最終基本配方,如表5所示。

表5 水性防腐涂料的最終配方

測試水性防腐涂料的各項性能，結(jié)果如表6所示。

表6 水性防腐涂料的性能指標(biāo)

由表6可知，本實驗研制的水性防腐涂料滿足相關(guān)指標(biāo)的要求，干燥時間快，成本低，在來化學(xué)試劑性能方面上表現(xiàn)優(yōu)異，浸泡 3 d 漆膜沒有起泡、脫落和生銹；同時該涂料為水性涂料，原料都是低VOC，大大降低了有毒有害有機(jī)物的揮發(fā)，從而保護(hù)了環(huán)境與施工人員。