苯丙乳液對富鋅涂層的改性研究

周　倩，王子瑜

（國家知識產權局專利局 材料工程發(fā)明專利審查部，北京100088）

苯丙乳液對富鋅涂層的改性研究

周倩，王子瑜

（國家知識產權局專利局 材料工程發(fā)明專利審查部，北京100088）

以硅溶膠、氫氧化鉀及少量偶聯(lián)劑反應產物為液相部分，鋅粉為固相部分，固液比（質量比）為2.5∶1制備得到的無機富鋅涂料為基料，苯丙乳液為改性劑，制備了一種苯丙乳液改性涂料，并研究了苯丙乳液的添加對涂層柔韌性和耐蝕性的影響，確定了最優(yōu)化的苯丙乳液種類和含量。

苯丙乳液；富鋅涂層；改性

水性無機富鋅涂料是以水為溶劑、硅酸鹽（包括硅酸鉀、硅酸鈉、硅酸鋰等）為成膜基液（黏合劑）、鋅粉為顏料的重防腐涂料。鋅粉與硅酸鹽反應生成網(wǎng)狀結構的硅酸鋅，同時還與鋼鐵反應在金屬表面形成了硅酸鋅鐵絡合物，因而在鋼鐵表面形成鍵能較強的化學吸附。而環(huán)氧富鋅涂料的附著力來自樹脂對鋼鐵表面的黏合力，屬于物理吸附。無機物較有機物導電性能好，因此鋅粉的陰極保護作用較強，水性無機富鋅涂料的耐腐蝕性遠遠優(yōu)于有機富鋅涂層［1］。

國內水性無機富鋅涂料的基料主要有鈉水玻璃、鉀水玻璃和鋰水玻璃。無機硅酸鹽中的硅酸鈉和硅酸鉀價格低、成膜性好，故用于涂料的多為鉀鹽、鈉鹽或它們的混合物［2］。相對于硅酸鈉涂層來說，硅酸鉀涂層有其獨特的優(yōu)點，不僅固化快，而且耐粉化，可以在濕度較大的地區(qū)施工［3］。因此，我們選用高模數(shù)硅酸鉀作為基液，制備了水性無機硅酸鉀富鋅涂料。

富鋅涂料中水玻璃在干燥成膜過程中產生收縮應力，使涂膜出現(xiàn)微裂紋，涂層柔韌性較差，而有機材料成膜后柔韌性較好，因此在無機富鋅涂料中添加一些水溶性乳液作為輔助成膜物，使有機物填充在“—Si—O—Si—”網(wǎng)狀結構中以減少成膜收縮和溫差引起的脹縮變化［4］。本文對苯丙乳液改性的無機硅酸鋅涂料進行了研究。

1　無機富鋅涂層的制備

根據(jù)已有研究［5］，確定了研究選用的無機硅酸鋅涂料的初始配方。該涂料由液相部分和固相部分混合而成。液相部分（基料）主要是硅溶膠、氫氧化鉀以及少量偶聯(lián)劑通過一系列反應得到的膠體溶液，固相部分主要由鋅粉組成，實驗得出固液比為2.5∶1（質量比），液相模數(shù)為5。

表1　不同用量苯丙乳液改性的無機硅酸鋅涂層的柔韌性

2　苯丙乳液對富鋅涂料的改性

2.1苯丙乳液改性后涂層的柔韌性

不同苯丙乳液由于選用乳化劑的不同，性能也有很大的差異［6］。本研究選擇了一種苯丙乳液（以下簡稱苯丙A）作為輔助成膜物，參照GB/T 1731—1993《漆膜柔韌性測定法》，檢測經其改性的無機硅酸鋅涂層的柔韌性［7］，結果見表1。由表1可知，涂料中加入乳液后，涂層的柔韌性得到了明顯的改善。圖1是涂層經柔韌性檢測后試樣的宏觀照片。加入乳液后的涂層完好、無裂紋；而不加乳液的涂層中部有裂紋，邊緣剝落。用50倍的立體顯微鏡對試樣的局部區(qū)域進行拍照，進一步比較涂層的柔韌性（圖2、圖3）。比較圖2、圖3可得，加乳液的涂層裂紋細、短、淺，而無乳液的涂層裂紋粗、長、深，并且有貫穿性的裂紋。

圖1　試樣A和G經2 mm軸棒彎曲后的宏觀照片

圖2　涂層A經2 mm軸棒彎曲后的局部顯微照片

圖3　涂層G經2 mm軸棒彎曲后的局部顯微照片

對涂層中鋅粉顆粒周圍區(qū)域進行能譜線掃描分析可知，在很大范圍內都檢測到了碳元素，這說明有機乳液包覆在了鋅粉周圍。高柔性和高彈性有機膜的存在改善了涂層的柔性和彈性，為剛性的骨架提供了內聚性，并且使涂層能夠承受更高的應力；互相交織的膜層對微裂縫合并為貫穿裂縫有一定的阻礙作用。

2.2苯丙乳液改性后涂層的耐蝕性

涂膜的耐鹽霧性反映涂膜抵抗鹽霧侵蝕的能力，鹽霧試驗是目前普遍用來檢驗涂膜耐腐蝕性的方法［8］。本研究為了加速腐蝕，制備涂層較薄（25 μm左右）。參照GB/T 1771—1991《色漆和清漆 耐中性鹽霧性能的測定》中涂膜耐中性鹽霧性能的測定方法進行試驗，500 h后，觀察試板的破壞現(xiàn)象，如起泡、生銹、附著力的降低、劃痕處腐蝕的蔓延等［9］，結果見表1。由表1可知，無機硅酸鋅涂料中加入苯丙A后，涂層的柔韌性大大改善，但是乳液加入量超過2.5%后，涂層的耐蝕性降低，這是因為苯丙乳液本身導電性較差，加入量過多會影響鋅粉的導通性，從而影響其對涂層的電化學保護作用，使得涂層的耐蝕性降低。圖4為加入不同乳液含量的底漆鹽霧試驗后的宏觀照片。

圖4　不同乳液含量無機硅酸鋅涂層鹽霧試驗后的宏觀照片

用掃描電子顯微鏡觀察涂層截面微觀結構，結果發(fā)現(xiàn)，加入2.5%和7.5%苯丙A的涂層的孔隙率大大降低，涂層比較致密，并且鋅粉比無乳液的鋅粉顆粒大，這是因為鋅粉被乳液嚴重包覆，這影響了鋅粉的導通，從而導致涂層耐蝕性降低。進一步與不含乳液的涂層比較，結果發(fā)現(xiàn)，當乳液加入量適中時，加入一定量的乳液能減少涂層孔隙而又不影響鋅粉的導通性，在改善涂層機械性能的同時，還能增加涂層的耐蝕性。圖5為鹽霧試驗700 h后A組與G組涂層鹽霧試驗結果對比照片。

圖5　A組和G組700 h后鹽霧試驗結果

3　結語

綜上所述，苯丙A的加入可以大大改善無機硅酸鋅涂層的柔韌性，但是乳液的含量必須嚴格控制，無機硅酸鋅涂層是依靠鋅粉的電化學保護作用而起到耐腐蝕作用的，而乳液是不導電的高分子聚合物，若乳液含量太高，將會影響鋅粉的導通性，從而降低涂層的耐蝕性。但是并不是在無機硅酸鋅涂料中加入乳液就一定會降低涂層的耐蝕性，若含量適中，則既不影響鋅粉的導通性，又能降低孔隙率，并且能提高涂層的柔韌性。因此研究確定加入乳液苯丙A，且其含量為2.5%。

［1］劉磊，陳亮，汪在芹，等.水工金屬結構水性無機富鋅涂料研究進展［J］.人民長江，2013（10）：61-65.

［2］高瀚文，鄧寬，王煒.水性無機富鋅涂料的研制［J］.上海涂料，2012（1）：1-3.

［3］KLINE H H.Inorganic Zinc-rich［J］.Journal of Protective Coatings&Linings，1996，13（11）：73-97.

［4］洪嘯吟，馮漢保.涂料化學［M］.北京：科學出版社，2005：51-59.

［5］任英.無機硅酸鋅涂層的改性及水性無機富鋁面漆的研究［D］.北京：中國礦業(yè)大學，2010.

［6］周磊.硅丙乳液改性高模數(shù)硅酸鉀水性無機富鋅涂料的研究［D］.長沙：.湖南大學，2014.

［7］蔣樂.硅酸鋰基有機無機復合涂層的制備與性能研究［D］.杭州：浙江大學，2015.

［8］周春婧，李三喜，王松，等.硅丙乳液改性高模數(shù)硅酸鉀無機富鋅涂料的研究［J］.上海涂料，2013（2）：5-9.

［9］郭康.改性苯丙乳液的制備及防水涂料的研制［D］.武漢：武漢工程大學，2015.

【責任編輯 黃艷芹】

Study on Zinc-rich Coating Modified by Styrene Acrylic Latex

ZHOU Qian，WANG Ziyu
（Material Engineering Invention Patent Prosecution Department，the Patent Office，State Intellectual Property Office of P.R.China，Beijing 100088，China）

A styrene acrylic latex modified paint was prepared by mixing a solid portion and a liquid portion with the mass ratio of 2.5：1，and adding styrene acrylic latex as a modifier.The liquid portion was prepared by mixing silica sol，potassium hydroxide and slight amount of coupling agent.The solid portion was made of zinc powder.The flexibility and corrosion resistance of the coating were discussed.The optimum species and amount of styrene acrylic latex were determined.

styrene acrylic latex；zinc-rich coating；modification

TG174.45

A

2095-7726（2016）09-0020-03

2016-03-05

周倩（1983-），女，山東萊西人，碩士，研究方向：金屬材料鍍覆。