水性醇酸防銹底漆的性能研究

任 旭 （中遠(yuǎn)關(guān)西涂料化工有限公司，上海 200072）

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和各國政府對環(huán)境保護(hù)力度的逐漸加強(qiáng)，世界各國都非常注重推廣環(huán)保型涂料，限制溶劑型涂料的使用。由于溶劑型涂料揮發(fā)出來的有機(jī)溶劑對大氣污染非常嚴(yán)重并且直接危害到人體健康，尤其是近年來在中國飽受詬病的霧霾污染，引發(fā)了從政府到民眾對空氣污染物的極度重視。涂料工業(yè)正在大規(guī)模地向水性化、低VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）含量、生態(tài)友好方向發(fā)展。

時(shí)至今日，大力發(fā)展水性涂料不僅是大勢所趨，而且勢在必行。自2015年2月1日起，涂料產(chǎn)品VOC揮發(fā)量大于420 g/L的，政府會(huì)征收涂料價(jià)格4%的消費(fèi)稅。2016年7月1日以后，廣東全省“禁油推水”。進(jìn)入2017年，地方立法限制溶劑型涂料使用的地區(qū)越來越多，已呈燎原之勢，尤其在溶劑型涂料傳統(tǒng)的使用領(lǐng)域工業(yè)漆范疇，水性化壓力越來越大。

在工業(yè)漆領(lǐng)域，市場上用量最大的是醇酸涂料。它具有良好的物理機(jī)械性能、優(yōu)良的耐久性和防腐性、良好的基材適應(yīng)性和涂刷施工性，另外它的成本也較為低廉。醇酸樹脂涂料的產(chǎn)量占溶劑型涂料總產(chǎn)量的60%~70%，在涂料行業(yè)中占有極其重要的地位。因此實(shí)現(xiàn)氣干性醇酸涂料的水性化是涂料工業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展方向。

由于客戶對水性醇酸涂料最終的施工性和理化性能也延續(xù)了對傳統(tǒng)溶劑型涂料產(chǎn)品的要求，所以需要從業(yè)者有針對性地進(jìn)行考量。為迎合這類市場需求，滿足客戶需要，本研究對水性醇酸底漆的配方進(jìn)行了分析，并通過試驗(yàn)進(jìn)行了性能對比。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要原料和試驗(yàn)儀器

主要原料：水性醇酸分散體乳液，國產(chǎn)；分散劑，國產(chǎn)；鐵紅，國產(chǎn)；有機(jī)硅消泡劑，進(jìn)口；環(huán)保水性催干劑，進(jìn)口；PU增稠劑，進(jìn)口。

試驗(yàn)儀器：AJ-100電子天平，瑞士METTLER公司；CM-1100砂磨分散機(jī)，上海賽杰化工設(shè)備有限公司；QGS漆膜干燥時(shí)間試驗(yàn)器，東莞市萬光偉達(dá)實(shí)驗(yàn)機(jī)有限公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱，天津市天宇實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；鹽霧箱，Q-Lab；涂料流掛性測試儀，日本太佑公司；QTX漆膜柔韌性測試儀，上海普申化工機(jī)械有限公司。

1.2 涂料的制備

基礎(chǔ)配方見表1。

表1 基礎(chǔ)配方Table 1 The basic formula

根據(jù)表1的基礎(chǔ)配方，調(diào)整填料和樹脂乳液的比例，配制3個(gè)樣品，PVC（顏料體積濃度）分別為40、45、50。

制漆流程：

將原料1~8混合均勻后，用砂磨分散機(jī)分散、研磨至細(xì)度≤10 μm，然后在中速攪拌下加入原料9~14，攪拌均勻后，即得涂料成品。

1.3 樣板的制備

在上述制備好的涂料中按照一定比例加入適量去離子水，將產(chǎn)品黏度調(diào)至30 s（涂-4杯）左右，使用空氣噴槍制板。

（1） 干性、物理機(jī)械性能測試樣板：將樣漆噴涂在表面經(jīng)打磨處理過的馬口鐵板上，控制干膜厚度（20±3）μm/道。

（2） 耐水性、耐鹽水性測試樣板：將樣漆噴涂在手工打磨的1 mm厚鋼板表面，控制干膜厚度（40±5）μm/2道。

（3） 耐中性鹽霧測試樣板：將樣漆噴涂在經(jīng)噴砂處理到Sa 2.5級的1 mm厚鋼板表面，控制干膜厚度（40±5）μm/2道。

1.4 漆膜性能檢測標(biāo)準(zhǔn)

漆膜性能檢測標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 漆膜性能檢測標(biāo)準(zhǔn)Table 2 The test standard for film performance

耐中性鹽霧試驗(yàn)為檢測涂料防腐性的主要手段之一。需將噴好漆的樣板放置在恒溫恒濕條件下養(yǎng)護(hù)7 d后，再放入中性鹽霧箱內(nèi)。每隔24 h取出樣板用水沖洗干凈，觀察涂層表面狀況，然后將樣板再次放入鹽霧箱中重復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)，直至涂層出現(xiàn)起泡、生銹、脫落等狀況。耐鹽水試驗(yàn)為將樣板浸入3% NaCl水溶液中，每隔24 h取出樣板用水沖洗干凈，觀察涂層表面狀況。

2 結(jié)果與討論

2.1 涂層性能檢測結(jié)果

涂層性能檢測結(jié)果見表3。

2.2 水性醇酸樹脂的影響

水性樹脂的合成方法分為乳液聚合（一級分散體）和溶劑聚合（二級分散體）。一級分散體具有相對分子質(zhì)量大，快干的特點(diǎn)，但是漆膜有透氣性，實(shí)干之后在漆膜表面形成微細(xì)孔洞，對防腐不利。二級分散體相對分子質(zhì)量小，表面狀態(tài)致密，而且乳液的機(jī)械穩(wěn)定性好。因鋼結(jié)構(gòu)涂裝行業(yè)更看重的是涂層的防腐性能，要求涂裝后在較長時(shí)間內(nèi)不得出現(xiàn)生銹、起泡、脫落等情況。因此二級分散體更加符合應(yīng)用要求，本研究亦采用二級分散體。

與溶劑型醇酸樹脂的成膜機(jī)理不同，水性乳液在樹脂分子聚合之前，需要等水分揮發(fā)完全，乳液粒子互相靠近后，樹脂本體混同一體發(fā)生聚合（圖1），其過程比溶劑型樹脂緩慢，而且由于乳化劑的作用，可能鋪展不均勻，會(huì)對防腐性造成影響。因此本研究對涂料的干燥性能、耐水性等進(jìn)行重點(diǎn)考察。由表3可知，水性醇酸底漆在前期的水揮發(fā)過程中耗時(shí)較長，干燥較慢。尤其在PVC較低、乳液含量相對較高時(shí)，此問題更加明顯。所以在施工時(shí)建議可增加風(fēng)扇除濕和低溫烘烤設(shè)備。

表3 涂層性能檢測結(jié)果＊Table 3 The test results of coating performance

圖1 乳液成膜過程Figure 1 The film-formulation process of emulsion

2.3 顏料體積濃度的影響

本研究的配方設(shè)計(jì)將改變要素設(shè)置為顏料的體積濃度（PVC），考察不同PVC下涂料性能的變化。同種涂料，不同PVC情況下，產(chǎn)品性能一般隨著PVC的升高而逐漸劣化。本研究所涵蓋的試驗(yàn)結(jié)果基本上符合這一規(guī)律，當(dāng)PVC增加時(shí)，水性醇酸防銹底漆的耐鹽霧性、耐沖擊性等逐漸下降。

與溶劑型涂料相比，在同一PVC數(shù)值下，水性醇酸涂料的防腐性稍弱于溶劑型涂料。水性醇酸涂料在PVC=45時(shí)，防腐性能可以達(dá)到合格線，而溶劑型醇酸涂料在PVC=50時(shí)，仍可以滿足防腐要求。這一點(diǎn)在耐鹽水浸泡和耐鹽霧性能上體現(xiàn)得較明顯。

PVC越大，意味著填料越多，成膜物質(zhì)越少，涂料成本下降，因此同等性能的水性涂料在成本上與原用溶劑型涂料相比會(huì)略高。但在環(huán)保性方面，水性涂料較易做到低VOC含量。而且水性醇酸涂料的催干劑在源頭上即控制使用無鉛、無鉻產(chǎn)品，容易滿足Rohs等國際環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3 結(jié)語

總之，在漆膜外觀、耐水性、耐鹽霧性、機(jī)械性能，制漆工藝及涂料施工工藝等方面，水性醇酸底漆產(chǎn)品可以做到和溶劑型醇酸底漆產(chǎn)品非常接近，使用國產(chǎn)水性醇酸乳液制備的防銹底漆，完全可以滿足現(xiàn)有溶劑型醇酸防銹底漆的防腐技術(shù)要求?；诖?，客戶在涂料水性化的過程中會(huì)比較容易接受此類產(chǎn)品的性能和施工工藝。如果能在工業(yè)鋼結(jié)構(gòu)涂裝領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，則可以較好地滿足客戶需要，具有很高的市場推廣價(jià)值。