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1.5%~3.5%。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
1.1 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。
1.2 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。
1.3 试验配方
试验配方如表1 所示。
1.4 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 μm，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。
1.5 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
2.1 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。
2.2 分散剂的选择
2.2 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好。
2.3 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有效的防腐能力。
2.4 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。
