水性金属防锈漆的研制

以水性丙烯酸一环氧树脂一聚氨酯为漆基制备水性防锈漆,与分别以水性丙烯酸乳液、环氧树脂乳液和聚氨酯乳液为漆基制备的水性防锈漆作比较,研究了几种水性防锈漆漆膜的机械性能和防锈性能。分析了防锈机理及导致不同防锈漆防锈性能差异的原因。

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山东

化

工

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S ND G C E C L I DUS RY HA ON H MI A N T

20 0 6年第 3卷 5

水性金属防锈漆的研制刘保伟，张建雨，赵轶嘉，孙华，文强王(东理工大学能源化工系，海华上 203) 0 2 7

摘要：以水性丙烯酸一环氧树脂一聚氨酯为漆基制备水性防锈漆，与分别以水性丙烯酸乳液、氧树脂乳液和聚氨酯乳液为漆基 环

制备的水性防锈漆作比较，研究了几种水性防锈漆漆膜的机械性能和防锈性能。分析了防锈机理及导致不同防锈漆防锈性能差异的原因。 关键词：丙烯酸酯；氧树脂；氨酯；环聚防锈漆

中圈分类号： Q 3 . T 624

文献标识码： A

文章编号： 0— 2 X 2 0 )6 0 0—0 1 8 0 1 (0 6 0— 0 6 3 0

S u y o t u t ai g t d n An i s tn r Co

L, Ba U o— we, HANG in—y Z iZ Ja u, HAO

—ja, i SUN a, ANG n— qa g Hu W We in

( p r n f n ryC e cl n ier g E s C iaUnv ri f c n e n eh o g, Deat t eg h mi gnei, at hn i st o i c dT c nl y me o E aE n e y S e a o S a g a 2 0 3, hn ) h n h i 0 2 7 C ia Ab ta t Th eh n cla d a t u t p o et s o e ea waeb r e a t u tc a ig, b sd o sr c: e m c a ia n n i s rp ri fsv rl r e tr o n n i s o t s ae n r n waeb r ea r l se/ p x/ U sbn e ep cie tr o n cyi e tr e o y P a id rrs et l c v y,h v e n c mp rd a eb e o ae .Th i e s n f eman ra o so rs lig i h i ee cso n lu tp o e t n n i s c a im a eb e ic se . eut n t edf r n e fa t s rp ry a d a tr tme h ns h v en dsu s d n f r u Ke r s a rl se;p x ei p lu eh n;n i s o tn

ywo d:cyi e tr e o y rsn; oy rt a e a t u tca ig c r

金属的腐蚀现象是十分普遍的。据统计，界世

水性丙烯酸乳液 (自制， S=6%,合性乳化 0聚剂 )水性丙烯酸乳液 (,自制， S:4%,规乳化 6常

上每年生产的金属材料约有 l3因腐蚀而报废。防/止金属腐蚀的最佳方法就是使用防锈性能优良的防锈涂料对金属进行保护处理，长被腐蚀时间，而延从延长其使用寿命。 目前，市场上使用的金属防锈漆主要有醇酸油 漆、硝基油漆及烤漆等溶剂型涂料，使用时不仅对环境污染严重，且对人体健康危害很大，时在施而同工、储藏、运输中存在易燃、易爆等安全隐患。随着环保意识的增强，们开发出了一系列的水性防腐人涂料，如水性氯磺化聚乙烯防腐蚀涂料、水性丙烯酸环氧防腐蚀涂料等，防腐涂料正朝着绿色、能、节安全、济高效的方向迈进，经向高性能及多功能化方向发展。

剂)水性环氧树脂乳液(,自制，:5%)水性聚氨 S 0、酯乳液 (自制， S=4%)WB型水性基础色浆( 5,无锡新光化工有限公司 )四水磷酸锌 (,国药集团化学试剂有限公司 )乙二醇丁醚 (苏南新助剂厂 )丙二，江，醇 (苏南新助剂厂 )其它助剂 (江，华夏助剂 )。 12水性防锈漆配方 .通过对各个原料及助剂的选择，用了正交设运计法确定了最佳的配方，如表 1。表 1水性防锈漆配方 原料名称水乳液

使用量/ g

磷酸锌

将具有不同化学组成和不同性能的高分子材料通过一定手段复合，之优势互补，使是研制新型材料和扩大应用范围的有效途径之一 u。采用无皂水 J

氧化锌水性基础色浆

乙二醇丁醚丙二醇助剂

性丙烯酸酯乳液、环氧树脂乳液和聚氨酯乳液复配， 结合了三种不同树脂各自的优点，制出一种经济研环保高效的水性金属防锈漆，在施工过程中固化时间短 ( 8℃, mi)漆膜坚硬、韧、亮、满、 10 2 n,柔光丰耐

13防锈漆的配制 .

磨、附着力强，耐腐蚀性能优异。1实验部分

将水、助剂、液、乳色浆等按比例加入分散罐中 搅拌均匀，速搅拌，入成膜

助荆，后以增稠剂低加最调节体系的粘度，分散均匀即得产品。2结果与讨论

1 1实验原料 .收稿日期：06—0—2;回日期：0 6—0 20 6 5修 20 8—1 5

作者简介：刘保伟( 9 0,, 1 8一)男山东菏泽人，硕士，研究方向，水性聚合物；张建雨，通讯联系人。

以水性丙烯酸一环氧树脂一聚氨酯为漆基制备水性防锈漆,与分别以水性丙烯酸乳液、环氧树脂乳液和聚氨酯乳液为漆基制备的水性防锈漆作比较,研究了几种水性防锈漆漆膜的机械性能和防锈性能。分析了防锈机理及导致不同防锈漆防锈性能差异的原因。

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第 6期

刘保伟，:等水性金属防锈漆的研制

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分别以水性丙烯酸乳液、水性环氧树脂乳液、水性聚氨酯乳液及三种乳液的复配为漆基调制了 5种

水性防锈漆，并测试了相关性能如表 2:

表 2涂料及涂膜的性能

2 2漆基对水性防锈漆防锈性能的影响 .

导致涂膜起泡 L。 2 J

不同的漆基用相同的配方制备水性防锈漆，在防通过分析比较可知，漆基对水性防锈漆的防锈性锈性能上表现出很大的差异。蒸馏水浸泡实验，丙烯能有着决定性的影响。采用丙烯酸一环氧树脂一聚酸一环氧树脂一聚氨酯复配型防锈漆 10发生任氨酯复配乳液。服了三种乳液各自的不足，漆膜 4 h没克使何变化，水性丙烯酸防锈漆和水性聚氨酯防锈漆 9h兼具聚丙烯酸酯优良的光稳定性及耐候性、 6环氧树脂后有褪色， 4 h有几个气泡产生，性环氧防锈漆的刚性及附着力强和聚氨酯优良的弹性及耐磨性等 10水 9 h后有褪色，明漆基对水性防锈漆的防锈性能有优点，改善性能的同时也平衡了材料体系的成本。 6说在 着决定性的影响。丙烯酸防锈漆和聚氨酯防锈漆对 2 3防锈颜料的选择 .水和氧的透过率较大，当水透过漆膜到达金属表面颜料的加入能提高涂层的抗渗透性，颜料粒子不时，破坏漆膜与金属表面之间的作用而聚集在金属透水，会它能填充管孑， L延长渗透及基体的路程。涂层 与涂膜界面形成水层，透过漆膜溶解于水中。与中颜料小于临界颜料体积浓度时，氧水水通过颜料之间的 氧的存在使金属很快发生电化学腐蚀，阳极反应形粒子的基料渗透，而大于此浓度时便很快地通过颜料粒成的 F 2于水中产生渗透压，和氧可更迅速的子之间的空隙扩散， e溶水故色漆的水渗透性决定于颜料的 透过漆膜，漆膜的附着力进一步受到破坏，金属表品种、

与用量、分散度和粒子的几何形状。此外颜料一 面发生脱离，导致涂膜起泡。环氧防锈漆的附着力 (高聚物、料一高聚物一水、聚物一基体之间的相 1颜高级)比丙烯酸和聚氨酯防锈漆附着力 ( 2级 ),为互反应也对水的渗透有影响。好因 环氧分子中醚键化学性能稳定，水解力强，易发抗不选用含丙烯酸等活性基团的水性基础色浆，氧化生阴极剥离，而表现出较好的耐水、盐水性。丙锌为体质颜料，从耐磷酸锌为活性防锈颜料，亚硝酸钠一烯酸一环氧树脂一聚氨酯防锈漆在成膜时由于反应苯甲酸钠用作缓蚀剂。色浆中的活性基团可与丙烯基团发生反应。而形成均匀致密的三维网状涂层，酸一环氧树脂一聚氨酯乳液中的活性基团反应，从 大大涂膜的机械屏障作用大大提高。 增强了漆基的相容性和漆膜的抗渗透性。磷酸锌是由表 2中也可以看出，同一种防锈漆，泡在种水合物，对浸无毒无害，具有生成碱式络合物的能力。 蒸馏水中的涂片比浸泡在 3%的盐水中首先表现出此络合物可与漆料中的极性基团，羟基、基等进 如羧一

劣变。因为漆膜是一种半透膜，可以透过，对一步络合，水而生成交联络合物，使颜料一漆料一底材之些溶质则不易透过，以会产生渗透压。金属与漆膜间形成化学结合而提高涂层的附着力和抗渗性。也所界面的可溶性物质，如水溶性或微溶的颜填料等溶解能与 F 3成配位络合物使金属表面钝化，止锈 e形阻后均可引起渗透压，漆膜一金属界面与蒸馏水之间的的生成。氧化锌与磷酸锌配合使用可提高磷酸锌的渗透压差比漆膜一金属界面与盐水之间的大，蒸馏水防腐蚀性能，时还可以起到稳定体系 p的作用。同 H 比盐水更容易透过漆膜并聚集在金属与漆膜界面而缓蚀是阻止腐蚀的过程，过缓蚀剂阻抑阳极过程及通一

以水性丙烯酸一环氧树脂一聚氨酯为漆基制备水性防锈漆,与分别以水性丙烯酸乳液、环氧树脂乳液和聚氨酯乳液为漆基制备的水性防锈漆作比较,研究了几种水性防锈漆漆膜的机械性能和防锈性能。分析了防锈机理及导致不同防锈漆防锈性能差异的原因。

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阴极过程，以有效地阻止“蚀” Na 2 n料与基材具有最佳的润湿性，可闪 n( No ): 杜绝漆膜出现皱纹和缩 (6 s O N ) 11

C H C O a:0配制成 1%水溶液，量约为孔， 0用流平剂添加量应控制在 0 1~0 2 .% .%为宜。成膜助剂是用于降低乳胶漆最低成膜温度的助剂，能使 24助剂的使用 .乳液颗粒溶胀 T g暂时下降，以促进聚结成膜，后随涂料制备中要加人多种助剂，以有效改善涂层的又逐渐析出，使于膜恢复原来的 T, g从安全性和提高 物理化学性能。 耐水性来看，入丙二醇和乙二醇丁醚作为成膜助加0 5%。 .

在机械分散过程中，料颗粒在体系内处于高度剂，量在 1%左右。颜用 5 分散状态 .其表面能相当大，于相互结合而导致凝 3结论趋聚结块，如何使颜料分散体系在相当长时间内处于相通过对几种水性防锈漆的性能比较可知，以水性对稳定状态，分散剂将发挥熏要作用。用滴定法确定丙烯酸一环氧树脂一聚氨酯为漆基的水性防锈漆结分散剂在颜料中的最佳用量：向定量的色浆中逐滴滴合了三种树脂的优势，漆膜的机械性能和防锈性能在入分散剂溶液，每加一次测一次黏度。作颜料分散剂上优于另外几种水性防锈漆，到了工业应用效果。达 量/占曲线，番度黏度随分散剂的逐步加入而降低，过一参考文献

最低点后又上升，这最低点即为颜料分散剂最佳用[]Weram Ae . hmi lr iac fwa ron px/ 1 gar l C e c es neo t breeo y x a st e量，约为 1 %。 a n aig[]P orsnog nc ot g,97 3:3 miec t sJ . rge i rai cai s1 9,2 2 4 o n n 2 6 3 .流平剂能减小因水分挥发导致的张力梯度， 能调[]虞兆年 . 2防腐蚀涂料[ .二版 . M]第北京：化学工业出版社， 整水份挥发速度，高涂料的流动性，使涂料在干提促 20 02.燥成膜过程中形成一个平整、滑、光均匀的涂膜，使涂~

(接第 5页)上 反应的影响。图 4是反应温度为 20C,同进料 6"不流速时与 1 4,一二氧六环的产率的关系。

后，面均产生一定的结炭现象，表这是导致催化剂失活的主要原因。一般说来，固体酸的酸性越强、反应温度越高，结炭越严重，活

也越快。固体超强酸较失其他固体酸催化剂就有更强的酸性，因此在催化过程中结炭问题也更为突出，验表明， 一实 s O 2 3 2 0 8℃催化反应温度条件下，续 0在 0~20连化合成 4 0 0h未发现活性降低现象，明该催化剂有说良好的抗结炭能力。催化剂失活后，马福炉中一在定温度条件下焙烧 3 m n进行活化处理， 0i可以使其活性基本恢复到原有水平，明该催化剂具有良好表一

7a

6。

6B

瓣 6~

6。

的再生能力。3结论

综上所述， s j/ 采用 o一 M O固体超强酸催化剂进丰述J ( L i 斗￣/ m mn)

固定床催化合成 1 4一二氧六环，最佳的反应条，其件是：应温度为 2 0和进料流速为 0 1mL 反 6℃ .2/

mn O一M O固体超强酸催化剂有较强的 i。s j/ 催化图 4产品的产率与原料流速的关系

活性，率可达到 6%~7%以上，产 0 O而且具有使用寿命长，率高，化剂与反应体系易分离，于工产催适业生产等优点。

根据图中数据可以看出，进料流速越慢，原料在

反应器中存留的时间越长，可以与催化剂更充分的 接触，使催化反应越充分，从而提高原料的转化率。 但是，当进料流速很慢时，致单位时间内进入反应导器参与反应的原料减少，际得到的产品产量则相实应减少，当加快进料流速，品转化率有所下降，适产 而产量却有所提高。进料流速加快到一定程度。出现转化率和产量都下降的情况。因此，转化率降低的同时，量也降低。根据实验数据，合产率与产综产量的关系，们认为较理想的进料流速为我0. 2 1 mL/ n mi。

参考文献[]俞善信， 1文瑞明，罗新湘 .J .[]常德师范学院学报，0 1 20,1 ( )5~5 . 3 2:6 7

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3 O.

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2 3催化剂的失活与再生 .固体酸类催化剂经过多次使用或长时间使用

【]高根之， 6赵斌，孙玉希 .P . L:2 5 5 6 32 0— 2[] Z 0 11 2 .,0 5 0 .