刘晓庆，王 琛，边林防，王娅丽，刘宪文，陈安强
(陕西宝塔山油漆股份有限公司，陕西兴平 713100)
摘要：以苯乙烯/丙烯酸酯聚合物乳液为成膜物质,筛选防锈颜料、分散剂、防闪锈剂、成膜助剂等,制备了一种环境友好型水性丙烯酸防锈涂料。研究了防锈颜料、防闪锈剂、防沉剂对涂膜性能及涂料贮存稳定性的影响。检测结果显示水性防锈涂料涂膜关键指标耐水性达到120 h以上,耐盐水性达到168 h,且涂料VOC≤50 g/L,环保性能良好。
关键词：水性丙烯酸 防锈颜料 环境友好 防腐
0 前 言
长期以来，溶剂型防锈涂料由于具有优良的防腐蚀效果和通用性，在钢结构、石化、机械、船舶等工业领域应用广泛。众所周知，传统溶剂型涂料含有大量有机溶剂，在安全、环保方面存在很多问题，其对人和环境存在巨大隐患。随着国家环保政策法规的日益完善，国家对VOC的限排政策逐步收紧。面对日益严峻的环保形势，涂料水性化等向环境友好型升级势在必行。
本文以苯乙烯/丙烯酸酯聚合物乳液为主要成膜树脂，优选防锈颜料、水性助剂等制备出了综合性能良好、通用性强、水性环境友好型的防锈涂料。该产品具有初期耐水性好、涂膜干燥速度快的优点。
1 实验部分
1.1 原材料
苯丙乳液、109锌铬黄、柠檬锶铬黄等：市售；磷酸锌：进口；分散剂：迪高；消泡剂：海名斯；润湿剂：陶氏化学；杀菌剂：科莱恩；成膜助剂：伊士曼；增稠剂：南京维高；其余材料为氧化铁红、金红石型钛白粉等：湖南三环；复合铁钛粉：市售。
1.2 实验设备及仪器
变频高速搅拌分散机，SK-2小型砂磨机，QXD-50 刮板细度计，STM-IV(B)斯托默黏度计，QTX型涂膜柔韧性测定器等。
1.3 水性丙烯酸防锈涂料的制备
1.3.1 配 方
本实验通过筛选几种不同水性丙烯酸成膜物、防锈颜料，并对所制涂料性能进行比较，得出综合性能良好、通用性强、价廉环保的配方，见表1。
1.3.2 制备工艺
根据表1配方中各组分加量，将去离子水加入实验用容器中，在搅拌状态下依次加入杀菌剂、分散剂、 润湿剂、消泡剂、乙二醇等；加料完毕后，中速搅拌8～ 15 min，加入pH值调节剂；然后依次加入颜料、防锈颜料和填料等，在砂磨机中研磨30 min；在500 r/min搅拌状态下加入苯丙乳液，分散10 min后缓慢加入增稠剂 至合适黏度，过滤，包装。
1.4 样板制备
本研究样板的制作参照HG/T 4847—2015《水性 醇酸树脂涂料》标准中相关要求进行，具体制板要求如表2所示。
1.5 技术指标
本研究制备的水性丙烯酸防锈涂料的技术指标见表3.
2 结果与讨论
2.1 成膜物质的选择
涂膜的吸水率越高，其耐水性越差。选择能有效 阻止水分渗透到金属表面的成膜物质，有利于提高涂膜的耐水性。但透水率越低，表明透气性越小，反而不利于防锈颜料迁移到涂膜表面的缺陷处，因涂膜缺陷部分导致整体的防腐性能。苯丙乳液中含有大量的苯乙烯类憎水物，形成的涂膜透水率较低，具备较小的透气率，有利于提升涂膜耐水性和防腐性能。分别选用苯丙乳液A和苯丙乳液B，制膜进行实验，其耐水性和耐盐水性见表4，将不同的乳液按相同PVC配方制备试样，在马口铁皮板上涂刷规定的干膜厚度后，分别进行初期耐水性，常温干燥7 d后耐水及耐盐水性浸泡实验。用流水冲洗涂膜表面后用滤纸擦拭干 净，目测涂膜外观变化情况。
根据表4的性能测试结果，结合原材料的价格比较，选择苯丙乳液A为本实验成膜物质。
2.2 苯丙乳液加量对涂膜性能的影响
防锈涂料中成膜物质的加量不足会导致涂膜机械性能差、强度低，成膜物质加量过多会提高涂料成本，因此配方设计中对成膜物质不同加量的筛选至关重要，其不同加量对涂膜性能的影响见表5。
从表5结果可以看出：当苯丙乳液添加量为40% 时，涂膜性能表现良好且可达到防锈涂料的要求。
2.3 防锈颜料的选择
2.3.1 水性丙烯酸铁红防锈涂料用防锈颜料筛选
本实验采用氧化铁红、磷酸锌、109锌铬黄、柠檬 锶铬黄进行搭配实验。氧化铁红结构紧密，防腐性能较好，因此以氧化铁红为主要防锈颜料，搭配磷酸锌以及109锌铬黄、锶铬黄颜料，降低水分在涂膜中的渗透性，提高涂膜的防锈性能。磷酸锌作为活性防锈颜料，具有较好的稳定性、无毒、耐水性能和防腐性能， 能与铁离子进行混合起到带锈作用[3]。磷酸锌是一种性能优良的新型无毒防锈颜料，其在水解过程中生成的各种中间产物，不仅与涂料中的羟基和羰基反应，还与金属表面的锈蚀进行反应，并在金属与腐蚀产物间形成隔离区，阻止腐蚀介质的进一步入侵，从而对金属基底进行保护。锌铬黄和锶铬黄不但具有阳极保护钝化作用，也具有阴极阻蚀剂作用，钝化作用是在阴极区发生的电化学过程所引起的，从而使铁离子与铬酸离子在钢铁表面形成一层金属氧化物的水合物， 由于这类铬酸盐都能提供铬酸根离子，配制成涂料后，在钢铁表面起钝化作用，是一种重要的防锈颜料， 但由于其含有Cr6+，故被限制使用。不同配比的防锈颜料对涂膜性能的影响见表6。
由表6可看出，防锈颜料配比中含有6价铬的锶铬黄时，其不符合环保要求。所以防锈颜料配比为： m(铁 红粉)∶m(磷酸锌)∶m(锶铬黄)=15∶4∶0时，涂膜耐水性和耐盐水性能较好。
2.3.2 水性丙烯酸灰防锈涂料用防锈颜料筛选
水性丙烯酸灰防锈涂料用防锈颜料重点研究了磷酸锌与锌铬黄的比例、磷酸锌与锶铬黄以及磷酸锌与复合铁钛粉的比例对涂膜耐水性和耐盐水性能的影响，结果见表7～表9。
从表7～表9可以看出，随着两种防锈颜料用量的逐渐增加，除耐水性保持不变外，耐盐水性均得到改善。但热贮存后发现配方中有锌铬黄时均存在热贮存 7 d后有结块问题，但分别选用锶铬黄、复合铁钛粉后未出现结块问题。考虑到铬系颜料的环保性，本实验选用磷酸锌和复合铁钛粉搭配：磷酸锌、复合铁钛粉用量分别为2%～3%和3%～4%，制得的涂料综合性能良好，且符合环保要求。
2.4 分散剂用量对涂层耐介质性能的影响
本研究选用疏水改性共聚物分散剂制备水性防 锈涂料。分散剂是一种表面活性剂，同时也是一种颜填料稳定剂，它能降低基料溶液和颜料表面的界面张力，置换出颜填料表面的空气，对涂料的防腐蚀性能也会产生影响。分散剂用量对涂膜耐介质性能的影响 结果见表10。
由表10可以看出，分散剂的用量对涂层耐水及耐盐水性影响较大。分散剂的加入提高了颜填料和助剂、树脂间的亲和力，能更紧密地把颜填料和成膜树脂结合起来，若加入量不足，颜填料的分散不均匀，形成的涂膜屏蔽性差，涂膜的耐水性和耐盐水均较差。 分散剂加量为0.6%可获得最佳的涂膜性能。
2.5 防闪锈剂的选择
水性涂料直接涂刷于金属表面，干燥成膜初期极易出现闪锈现象，本实验选取了3种防闪锈剂FA179、亚硝酸钠和SYF进行测试，不同防闪锈剂的用量及对涂膜的闪锈抑制性能见表11。
由表11可知，防闪锈剂用量在0.5%～0.8%时对涂膜的防闪锈性能最佳，在测试耐水时，发现FA179板面边缘有极轻微的生锈现象，且成本较高；亚硝酸钠有致癌隐患。所以综合考虑，选取了SYF防闪锈剂。
2.6 成膜助剂对涂膜性能的影响
涂膜性能及成膜性能的调节可通过使高聚物微粒软化的成膜助剂来实现。选用Texanol醇酯作为成膜助剂，无毒环境友好，不仅可以降低涂膜的最低成膜温度，还可以改善涂膜的耐候性和改进涂层的展色性。本实验研究不同成膜助剂用量对涂膜耐水性和耐盐雾性能的影响，结果见表12。
由表12可得出结论，成膜助剂加量为1.5%时，涂膜性能最佳，耐水性能与耐盐水性能均能达到标准。
3 结 语
本研究选用苯乙烯/丙烯酸酯聚合物乳液、环境友好型防锈颜料和防闪锈剂，制得一种新型的耐水性能优异的水性丙烯酸防锈涂料，并对苯乙烯/丙烯酸 酯聚合物乳液、防锈颜料、防闪锈剂对涂膜性能的影响进行研究。所制得的水性丙烯酸防锈涂料初期耐水 (在实干10 h后)达到120 h以上，涂膜的硬度、附着力、耐水性、贮存稳定性及施工应用性等综合性能优异。
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