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水性快干防腐漆的研制
陳煥銘，陳 萍，吳 勇，胡 娟 （ 浙江傳化涂料有限公司，浙江杭州 311231）
0 引言
目前，國外水性樹脂的研究技術(shù)較為成熟，產(chǎn)品性能也較為穩(wěn)定，并趨于多功能化、高性能化。但是，國內(nèi)水性樹脂的研發(fā)起步較晚，目前產(chǎn)業(yè)化的水性樹脂較少，一般工業(yè)漆用樹脂皆以油性樹脂為主，國內(nèi)少數(shù)幾家企業(yè)生產(chǎn)的水性聚酯樹脂、醇酸樹脂、羥基樹脂等皆存在產(chǎn)品性能不穩(wěn)定、綜合性能有缺陷、價格較高的問題，這些問題一直以來成為制約國內(nèi)水性涂料發(fā)展的主要原因。現(xiàn)有的水性防腐漆VOC（揮發(fā)性有機化合物）含量偏高，而且干燥速度較慢，一般表干時間需要4 h，實干時間至少需要24 h，更有一些水性涂料產(chǎn)品需要48 h 后才能完全干燥。在工業(yè)化生產(chǎn)的今天，有些廠家只能依靠加熱進行烘干，這樣不僅浪費時間，而且浪費能源。
鑒于上述原因，研究和開發(fā)水性快干防腐漆具有特殊的意義�？捎盟♂�，涂膜具有干燥速度快、耐水性、耐鹽霧性好的防腐涂料，既能減少環(huán)境污染，又能提升產(chǎn)品的檔次，提高企業(yè)的綜合競爭力。
1 實驗部分
1.1 主要原材料
水性丙烯酸乳液、去離子水、防銹顏料、防閃銹劑、分散劑、消泡劑1、消泡劑2、成膜助劑、潤濕劑、防腐防霉劑、增稠劑1、增稠劑2、丙二醇、pH 調(diào)節(jié)劑、水性膨潤土、500 目云母氧化鐵、改性磷酸鋅、三聚磷酸鋁、硅灰石粉、722 鐵黑、炭黑、防銹顏料。
1.2 水性快干防腐漆制備配方
水性快干防腐漆制備配方見表1。
水性快干防腐漆配方
制備工藝：將一定量的去離子水加入至分散缸中，加入潤濕劑、分散劑、pH 調(diào)節(jié)劑、4% 水性膨潤土、消泡劑1 和丙二醇，中速攪拌均勻，邊攪拌邊加入炭黑、722 鐵黑、磷酸鋅、三聚磷酸鋁、防銹顏料、云母氧化鐵和硅灰石粉，分散均勻。然后砂磨至細度小于30 μm，轉(zhuǎn)入調(diào)漆缸，邊攪拌邊加入防腐防霉劑、成膜助劑和防閃銹劑。邊攪拌邊緩慢加入一定量的乳液、消泡劑2 和水，用pH 調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)漆的酸堿度，攪拌至均勻，再用增稠劑1 和增稠劑2 調(diào)整到合適的黏度，檢驗性能合格后，過濾，包裝。
1.3 水性快干防腐漆性能檢測
水性快干防腐漆性能檢測結(jié)果見表2。
水性快干防腐漆性能檢測結(jié)果
2 結(jié)果與討論
2.1 水性成膜物質(zhì)的選擇
由于水性環(huán)氧乳液價格較高，并且采取雙組分施工有一定施工適用期，且含有較多的助溶劑，VOC含量依舊偏高，故選擇綜合性能較好的單組分水性丙烯酸防銹乳液作為成膜物質(zhì)。在水性丙烯酸乳液中，與干燥性有關(guān)的因素主要有玻璃化溫度、相對分子質(zhì)量和粒徑大小等，下面將逐一分析它們是如何影響丙烯酸樹脂乳液的干燥速度的。
（1） 樹脂的玻璃化溫度
玻璃化溫度與聚合物的相對分子質(zhì)量、交聯(lián)密度有一定的關(guān)系，因此直接影響涂膜的干燥速度、硬度、柔韌性，以及涂料的黏度和貯存壽命。一般而言，樹脂的Tg（玻璃化溫度）越高，涂膜的干燥速度越快、硬度越高，但過高的Tg 會使有些粒子來不及反應(yīng)就失去流動性，降低涂膜交聯(lián)密度，影響涂膜光澤、耐水性和耐化學(xué)品性，同時樹脂的玻璃化溫度過高，將導(dǎo)致樹脂黏度增大、涂料的適用期縮短。
（2） 樹脂的相對分子質(zhì)量及其分布
隨著樹脂的相對分子質(zhì)量增加，涂膜的干燥速度加快，但涂膜硬度下降。因為相對分子質(zhì)量小的分子鏈交聯(lián)成大分子所需的時間，較相對分子質(zhì)量大的分子鏈更長，導(dǎo)致涂膜干燥時間延長。高相對分子質(zhì)量的丙烯酸樹脂水分散體所需的羥基含量較低，而相對分子質(zhì)量分布寬，使得單個小分子鏈上可能僅含一個甚至不含羥基，干燥后這些低分子鏈混雜在涂膜中起增塑劑的作用，導(dǎo)致涂膜硬度降低。
（3） 粒徑
一般而言，粒徑越小，分散體越穩(wěn)定。粒徑較小時，在同樣固含量下，顆粒之間的間距就越小，干燥速度就越快，而且粒徑小，粒子的比表面積增大，不僅使固化劑分散進入粒子內(nèi)部的路程縮短，而且在成膜時有利于組分間的相互擴散，提高交聯(lián)度的同時縮短了涂膜的干燥時間。
選擇不同型號的水性丙烯酸防銹乳液，配以相同用量的鈦白粉和磷酸鋅作為顏填料進行實驗，測試水性防銹丙烯酸乳液對漆膜耐鹽霧性能的影響，結(jié)果見圖1。
水性防銹丙烯酸乳液對漆膜耐鹽霧性的影響
圖1 中的漆膜厚度均在100~120 μm，室溫干燥7 d 后放入鹽霧箱中，30 d 后取出樣板。由圖1 可見：國產(chǎn)的8508、719F 兩款防銹丙烯酸乳液制成的樣板銹蝕比較嚴重，而采用歐寶迪的2403 防銹丙烯酸乳液制成的樣板除劃線處銹蝕外，其他位置并無變化。故選擇水性丙烯酸乳液2403 為本研究的成膜樹脂。
2.2 潤濕劑的影響
涂料對基材的潤濕程度直接影響到漆膜在基材上的附著性能�；臐櫇駝┯昧繉λ宰愿煞栏崞崮じ街Φ挠绊懸妶D2。
基材潤濕劑用量對漆膜附著力的影響
由圖2 可見：隨著基材潤濕劑用量的提高，涂膜剝落率不斷減小，即漆膜附著力逐漸增強。當基材潤濕劑的質(zhì)量分數(shù)增大到0.7% 時，繼續(xù)提高基材潤濕劑的用量，對改善漆膜附著力的作用不大，反而影響漆膜的其他性能，如流平性、耐水性等。由此可見：在水性漆中添加一定劑量的基材潤濕劑，有助于漆膜附著力的提高。
2.3 防銹顏料的選擇
確定水性丙烯酸乳液作為成膜物質(zhì)以后，防銹顏料及填料的選擇至關(guān)重要。經(jīng)過長時間的實驗分析，本研究選擇了無毒、環(huán)保的改性三聚磷酸鋁與具有高效防銹性能的正磷酸鋅水合物為防銹顏料，并添加少量一種有機緩蝕劑5- 硝基間苯二酸酯鋅，提高防銹能力。有文獻指出：磷酸鋅能生成堿式絡(luò)合物，增強涂膜的耐水性和附著力，也能與Fe2+ 形成牢固的配位絡(luò)合物沉淀層，從而抑制鐵銹的形成和發(fā)展。
三聚磷酸鋁的主要成分為，它的防銹基團是，是一種新型無害高效的防銹顏料，其解離出的三聚磷酸根離子可以與金屬陽離子交叉螯合，具有極強的捕捉金屬離子能力，能有效地封閉金屬離子形成無機高分子錯合體，鈍化金屬表面，起到化學(xué)防銹的效果。然后它再慢慢分解為致密的正磷酸皮膜，避免水分、氧氣等與金屬表面接觸，起到隔絕防銹的效果，因而它具有化學(xué)防蝕和隔絕防銹的雙重效果。金屬表面防銹原理如下：
2.4 防沉劑的選擇
水性涂料的流變性能主要考慮其施工性能和貯存性能。鋼箱梁內(nèi)表面的涂裝對施工要求較高，一般為2 道施工，每道干膜厚度需達到100 μm 以上。使用水性膨潤土可以提供低剪切黏度，使得漆膜在流平過程中有很好的觸變性，不易流掛，漆膜可達到較高的一次性干膜厚度。締合型聚氨酯流變助劑可使涂料獲得類似牛頓流體的流變性能，并賦予漆膜很好的光澤、豐滿度和耐水性，故而受到青睞。
2.5 涂膜耐水性改進
水性涂料由于其特殊的結(jié)構(gòu)，其耐水性較差，添加云母氧化鐵可提高漆膜耐水性。云母氧化鐵是一種物理性防銹顏料，其主要成分是三氧化二鐵。由于這種氧化鐵具有類似云母的片狀結(jié)構(gòu)，所以稱為云母氧化鐵。片狀的云母氧化鐵粒子交叉地分布在涂膜中，使涂膜的機械強度增加�；蠘渲c云母氧化鐵粒子能形成封閉性很好的致密涂層，對水汽的滲透有良好的抵御作用。同時這種致密的防腐涂層還能有效防止紫外線對漆膜的降解。
2.6 產(chǎn)品特點
（1） 水性快干防腐漆能夠直接用水稀釋，而且VOC 含量只有4 g/L，有效減少VOC 對環(huán)境的影響。
（2） 產(chǎn)品干燥速度快，常溫下0.5 h 即可表干，解決普通水性防腐漆干燥速度慢的問題，可有效提高生產(chǎn)效率。
（3） 產(chǎn)品選用三聚磷酸鋁、改性磷酸鋅和有機緩蝕劑作為防銹顏料，能有效提高耐鹽霧效果。
（4） 水性快干防腐漆具有良好的貯存穩(wěn)定性。
3 結(jié)語
對水性快干防腐漆的原材料進行了深度篩選，合理搭配，通過選用特殊的水性丙烯酸乳液作為成膜物質(zhì)，使用三聚磷酸鋁、改性磷酸鋅及有機緩蝕劑作為防銹顏料，加入消泡劑、流平劑、防腐防霉劑和增稠劑等功能性助劑制得水性快干防腐漆，產(chǎn)品具有卓越的耐水性、耐化學(xué)品性、耐磨性和良好的貯存穩(wěn)定性，可直接加水涂裝，具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢和突出的社會效益。
