高性能水性環保防銹成膜材料的研制與應用

秦棟　梁清延　楊艷明　張常清　秦榮華

摘 要：在工業生產中，機械產品的流銹水問題一直是困擾著工藝技術人員的共性難題。水性防銹材料因其低揮發性有機化合物（VOC）排放、低毒性和易于處理的特點，近年來受到了廣泛關注。本項目通過系統地篩選水性樹脂、功能助劑和防銹添加劑及其配比，優化材料的配方，開發了一種高性能水性環保防銹成膜材料。通過廣泛的實驗室測試和玉柴公司生產線上的驗證和應用，性能滿足要求。

關鍵詞：水性樹脂 防銹材料 功能助劑

０ 前言

隨著工業技術的不斷發展，金屬材料在各個領域的應用日益廣泛。然而，金屬材料在加工、存儲和使用過程中，容易受到環境因素（如濕度、氧氣等）的影響而發生銹蝕，這不僅影響了材料的使用性能和壽命，還增加了生產成本和維護難度。因此，開發一種高效、環保的防銹技術顯得尤為迫切。傳統的金屬材料防銹方法主要包括使用含重金屬溶液和涂防銹油。這些方法雖然在一定程度上起到了防銹作用，但存在著環境污染、施工不便、防銹周期短等問題。隨著環保法規的日益嚴格和可持續發展戰略的推進，開發一種環保、高效、長周期防銹的新型材料成為了行業的研究熱點。水性防銹材料以其環保、安全、易施工等優點受到了廣泛關注。本項目旨在研制一種以水性樹脂為主要成膜材料的高性能水性環保防銹薄膜型成膜材料。該材料能夠在常溫下快速干燥，施工方便，且防銹周期長，對于推動金屬材料防銹技術的綠色化、高效化具有重要意義。

1 實驗設計

1.1 實驗材料與設備

根據玉柴公司產線的工藝要求，該水性防銹材料需易于施工、常溫自干、薄涂、防銹期長。初步篩選了四種水性材料，它們都能夠常溫自干成膜，包括兩種水性丙烯酸樹脂（B261、B291）、兩種水性環氧樹脂（H356、H389）。為了優化成膜性能和增強防銹效果，還選用了多種助劑，包括成膜助劑、潤濕添加劑、流平助劑、防銹添加劑和防流掛助劑，這些材料均從專業化學品供應商處獲得。

實驗設備包括電熱鼓風干燥箱、QCJ-50/100型漆膜沖擊器、電子天平JM-A0002、鹽霧試驗機、附著力測試器、水浴試驗箱、試驗用小型高速攪拌機等。

1.2 樣品的制備

在前期實驗的基礎上，優選了如表1所示的A、B、C、D四個配方。準確稱取各種原材料和添加劑，按比例混合，使用高速攪拌器充分攪拌，確保所有成分均勻分散，調整pH值至適宜的范圍，以優化涂料的穩定性和應用性能。

依據GB/T3186-2006標準，在標準鐵板上涂布所制備的水性防銹材料，控制涂層厚度，一般控制涂層厚度在10±2um，然后將涂布好的試板放入干燥箱中，設置溫度80℃下干燥。干燥完成后，我們對試板進行防銹性能、附著力、硬度等性能測試。通過對比不同試板的測試結果，分析水性防銹材料的性能表現，并優化制備工藝和配方。

1.3 性能測試

根據國家標準GB/T 1728-1989、GB/T 1720-1989、GB/T 1740-2007和GB/T 1771-2007，對涂層進行表干時間、附著力、耐濕熱性及耐鹽霧性能的測試是確保其質量符合行業標準的重要環節。下面我將對這些測試方法及其操作過程進行詳細描述。

2 結果與分析

2.1 干燥時間

四種配方在室溫25℃條件下的表干時間如表2所示，從中可以看出相較于A、C、D三種配方，配方B表干時間更短、展現出更優的干燥性能。滿足快干要求。

2.2 附著力測試

附著力測試結果表明，配方B和C的附著力等級達到了0級，表明涂層與基體金屬之間的附著非常良好。配方A的附著力等級為1級，配方D的附著力只有2級。

2.3 耐濕熱性測試

在濕熱試驗中，配方A、配方C、配方D涂層在濕熱試驗后分別在600、648、648小時分別出現輕微的起泡現象。720小時后，配方B的涂層還無明顯脫落或泡化現象，耐水性表現優異。說明配方B的耐水性顯著優于其他三種配方。

2.4 鹽霧試驗

168小時的鹽霧試驗圖片見圖1所示，配方B展現出極佳的耐腐蝕性能，試板表面幾乎無銹蝕產生。相比之下，配方A、C和配方D的試板在試驗期間出現了不同程度的銹蝕現象，尤其是配方A，其銹蝕覆蓋面積較大。

2.5 試驗結論

試驗結果顯示，配方B在表干時間、耐濕熱性，鹽霧，附著力方面綜合表現最佳。相比之下，配方A、配方C、配方D雖然在某些性能指標上表現不錯，但在耐濕熱性和附著力方面略遜一籌。

配方B之所以在各項性能測試中展現出優異的表現，主要得益于其獨特的配方設計。首先，選用的水性環氧樹脂和水性丙烯酸樹脂的組合，潤濕流動性較好，良好的潤濕、流動、鋪展，可以使漆膜與底材更為緊密的接觸。樹脂粒徑較小，防止過大乳膠粒子形成的空間位阻效應，影響漆膜與底材的有效接觸，成膜更加致密。本身又含有特殊的錨定基團，以及擁有偏低的內聚力。通過特殊基團的鏈接效應，水性樹脂的組合與金屬表面之間強烈的化學和物理吸附作用。這種吸附作用幫助涂層牢固地附著在基體上。此外，特選的防銹添加劑在涂層中發揮了至關重要的作用，顯著增強了涂層對基體金屬的保護效果，從而有效延長了材料的防銹周期。這種防銹添加劑與水性樹脂的完美結合，共同構建了一道堅固的防護屏障。它們不僅通過物理隔離的方式，有效阻止了水分和腐蝕介質對金屬基體的滲透，降低了金屬生銹的可能性，而且還在金屬表面形成了一層致密的保護層。這層保護層不僅具有極佳的附著力和耐久性，能夠長期保持其防護效果，而且還具有出色的耐候性和耐化學腐蝕性，能夠抵御各種惡劣環境的侵蝕。因此，特選防銹添加劑的加入，使得涂層在防銹性能上得到了極大的提升，為金屬材料的長期保護提供了有力保障。

該高性能水性環保防銹成膜材料的形成還因為通過添加合適的潤濕添加劑，降低了成膜材料的表面張力，當該成膜材料涂布于基材表面時，原有界面消失，形成新的界面。而涂布過程中，涂料對基材的有效潤濕，保證了涂膜與基材形成有效的接觸。

3 結語

此次研究成功研制了一種高性能水性環保防銹成膜材料，通過一系列實驗室測試和工廠試用，驗證了其在防銹性能、干燥速度、附著力、耐水性和環保性方面的顯著優勢。通過對不同配方的比較測試，確定了具有最佳的防銹效果和理化性能的組合。特別是配方B在干燥時間、附著力、耐水性及耐腐蝕性方面均達到了優異水平，滿足了工業應用的高標準要求。通過廣泛的實驗室測試和玉柴公司生產線上的驗證和應用，性能滿足要求。作為一種水性材料，配方B大幅降低了VOC排放，符合當前環保法規和可持續發展的趨勢。

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