闫磊

产品总监

江苏富琪森新材料有限公司

乳液  

在使用PVDC乳液作为主要成膜物质的涂料体系中,研究了不同种类成膜溶剂及助剂对清漆性能影响,多种防锈颜填料的合理用量及配比,颜料体积浓度(PVC)对涂料防腐性能的影响,研制一种新型水性重防腐涂料？

研究课题：乳液&胶乳、成膜物质

闫磊   郭仁星

北京高盟新材料股份有限公司

摘要：在使用PVDC乳液作为主要成膜物质的涂料体系中,研究了不同种类成膜溶剂及助剂对清漆性能影响,考察了多种防锈颜填料的合理用量及配比,颜料体积浓度(PVC)对涂料防腐性能的影响,从而研制了一种新型水性重防腐涂料？

关键词：水性涂料；重防腐；PVDC；

1、前言

据统计，每年因腐蚀造成的损失约占国民生产总值的4 %~5 %,全球每年内因腐蚀而引起的经济损失高达7000亿美元。^[1]为了避免金属腐蚀，在金属表面涂装防腐涂料是目前被公认为应用最广泛、经济、有效的防腐方法^[2]，但是使用传统的溶剂型涂料又带来了大量的VOC排放。人类的生活和生产活动向大气中排放的VOC占全球大气污染量的15%,而涂料加工和生产释放出来的VOC量占排放总量的20%~25% ^[3]。同时溶剂型防腐涂料中大多含有易燃溶剂及有毒颜料,对使用者的安全健康及环境造成了极大地威胁？随着人类环保意识的不断提高,高性能？低污染的水性涂料成为了涂料行业中新的需求和发展方向？防腐涂料的水性化也成为研究热点之一，经过近十年的开发研究，水性工业防腐蚀涂料的性能得到长足的发展。但目前用于工业重防腐领域的水性涂料在实际使用过程中总是存在成本高企、施工难度高、性能不能满足要求等诸多问题，客观上需要新产品的出现。

PVDC类型材料由于其分子间凝集力强，结晶度高，分子中的氯原子有疏水性，不会形成氢键，氧分子和水分子很难在PVDC分子中移动，从而使其具有优良的阻氧性和阻湿性，且其阻氧性不受周围环境湿度的影响^[4]，作为成膜树脂在防腐领域中将会有很大的应用前景。本实验就是研究基于PVDC乳液进行重防腐涂料的制备。

2、实验内容及方法

2.1实验仪器

高速分散机、涂-4粘度计、涂膜冲击器、附着力测定仪、漆膜干燥实验器、弯曲测试仪、磁性测厚仪、中性盐雾实验箱

2.2 实验原料

PVDC共聚乳液（北京高盟）、分散剂（Tego及BYK）、消泡剂（Tego）、炭黑（P-25，德固赛）、滑石粉（2000目，广西龙广）、沉淀硫酸钡（1000目，淄博凯翔）、防锈颜料（Heubach）、防闪锈剂FA 579（Elementis）、TEXNOL（Eastman）、EB、PM、DPM（DOW）、RM-2020、RM-8W（DOW）、AMP-95（ANGUS）

2.3 涂料的基本配方

各组分质量百分比

去离子水        20~30

分散剂          0.5~2

消泡剂          0.1~0.2

炭黑            3

防锈颜料        2~10

填料            10~40

乳液            40~60

成膜助剂        1~3

防闪锈剂        0.5~2

增稠剂          0.2~0.4

2.4涂料的配制方法

（1）先将去离子水加入反应釜内，在搅拌转速为500 转/分钟的条件下加入分散剂搅拌3分钟，再加入消泡剂，PH值调节剂搅拌5分钟；

（2）在搅拌的情况下依次加入颜料、防锈颜料、填料，以转速800 转/ 分钟的速率搅拌30 分钟；

（3）将分散好的浆料加入震荡机进行研磨分散，研磨至细度达25μm合格。

（4）将PVDC乳液用PH调节剂将PH值调整至5~5.5。

（5）把研磨好的浆料加入配料罐内，在搅拌转速为600 转/分钟的条件下依次加入调整后的PVDC乳液、成膜助剂、防闪锈剂、增稠剂，搅拌20分钟，最后调整粘度至80s后即可出料，过滤即得成品。

2.5涂料性能的检测标准

漆膜制备:按GB/T 1727-1992（漆膜一般制备法）;硬度:按GB/T 6739-2006（漆膜铅笔硬度测定法);耐冲击性能:按GB/T 1732-1993(漆膜耐冲击性测定法);柔韧性:按GB/T1731-1993（漆膜柔韧性测定法）;耐水性:按GB/T1733-1993（漆膜耐水性测定法）;耐中性盐雾(5%NaCl):按GB/T1771-1991（漆膜耐中性盐雾测定法）。

3、实验结果分析

3.1助剂的选择及分析：

3.1.1成膜助剂的选择

与溶剂型涂料不同，水性乳液涂料的成膜过程对最终形成涂膜的表观状态、性能等有决定性的影响,而成膜助剂在水性乳液涂料整个成膜过程中起着重要的作用 ^[5]。

乳液型涂料的最低成膜温度（MFT）与成膜助剂的种类和乳液类型有关，对于同一种乳液，不同成膜助剂对其MFT的降低程度也有所不同。本实验研究了成膜助剂种类及添加量对PVDC乳液的MFT的影响，在实际生产运用过程中，涂料的MFT应该在10℃以下，才能保证低温环境下的施工。实验中将不同成膜助剂加入清漆体系中，通过改变添加量对MFT的影响，见表1。

表1不同成膜助剂添加量对MFT的影响

 从表1中可以看出,虽然成膜助剂的种类不同,但其对乳液MFT的影响趋势是大体相同的:乳液的MFT随成膜助剂用量的增加而降低。其中TEXNOL的降低效果最显著,其次是PM,添加EB和DPM的乳液其成膜温度的降低趋势略微平缓。

使用不同种类成膜助剂制备清漆，在钢板上喷涂一道，干膜厚度25μm，在湿度50%，温度23℃下自然干燥7天后测试性能，结果见表2。

表2.成膜助剂种类对清漆漆膜性能影响

以上成膜助剂添加量均按乳液质量的4%添加

从上表可以看出，TEXNOL及DPM均可以作为该体系中合适的成膜助剂，但由于醚类溶剂存在对增稠剂的缔合作用的破坏性，所以最终选用TEXNOL单独使用作为成膜助剂。

3.1.2其他助剂的选择

水性涂料体系比溶剂型体系复杂，在生产、施工与成膜过程中常常会遇到更多的问题，在水性防腐涂料中还有其它一些助剂也是必不可少的，例如：消泡剂、增稠剂、分散剂、防闪锈剂，此类助剂的选择也很重要，使用不当也会造成涂层缺陷。该实验中，出于涂层性能、长期储存等方面考虑分别选用Foamex810作为高效研磨消泡剂、选择Dispers 740W作为高浓度浆料体系分散剂。常用的水性体系增稠剂有：纤维素类、膨润土类、碱溶胀类、疏水碱溶胀缔合型、聚氨酯类及聚醚类增稠剂等，本实验出于施工性及储存性能考虑选择RM-2020、RM-8W等聚氨酯体系增稠剂复配使用、选择FA-579作为体系防闪锈剂使用。

3.2防锈颜料的选择及分析

多磷酸金属盐类是一种高效、无毒的新型金属防腐颜料，其防护机理为阳极极化和阴极极化作用。磷酸盐离解和水解，生成磷酸盐离子，在金属表面和 Fe^3＋形成附着牢固的络合物沉淀层而抑制阳极反应（阳极极化），金属离子与阴极的 OH－反应，生成溶解性很小的氢氧化物或碱式金属盐而起阴极极化作用，同时能与漆料中的羟基、羧基络合，使颜料－漆料－底材之间形成化学结合，从而提高涂层的附着力和抗渗性，起到防锈的作用^[6]。但是PVDC由于自身结构缺陷，在光和氧气的作用下，具有自身降解的特点，同时Fe、Mg、Ca、Zn 等金属的盐类在受热情况下是PVDC脱HCL发生降解的催化剂^[7]。所以，综合考虑各种颜料应起的作用，针对产品用途，而采用含有Al、Si、Ca等体系的防锈颜料srpp（含有Al的多磷酸盐）及capp（含有钙的水和硅酸磷酸盐），实验结果见表3，通过综合成本和实验数据分析防锈颜料占颜填料比例为20%，srpp和capp添加比例为2:1时，实际使用效果较好。

表3.防锈颜料对漆膜中性盐雾性能的影响

盐雾实验按连续喷雾300小时后结果，1级最好，5级最差

3.3填料的选择及分析

添加体质填料的目的是提高漆膜机械性能，减少成膜物质的结构气孔和涂层针孔,从而提高漆膜的屏蔽性。选用滑石粉，其化学性质稳定，不溶于弱酸，形态为片状结构，较大的径厚比增大了腐蚀介质的扩散路径，改善漆膜的耐候性，同时合适的添加量能提高体系的防沉降性。硫酸钡化学性质稳定，可以提高漆膜与基材的附着力、改善漆膜遮盖力及致密程度^[8]。填料的选择见表4.

表4.填料对成品漆储存稳定性影响

1级为最好，5级最差

从表4中可以看出，滑石粉的添加量的增大有助于提高体系防沉降性，但是在实际使用过程中，滑石粉的添加量过大会导致体系触变性过大，造成施工困难，经过综合分析认为滑石粉与硫酸钡添加比例为1:1时，实际使用效果较好。

3.4颜料体积浓度（PVC）的选择及分析

在涂料配方研制中,涂料的颜基比具有实际的指导意义，耐盐雾、硬度、干燥速度、附着力等均有显著影响[9]。不同颜基比下的涂膜性能见表5。

表5.PVC对漆膜性能的影响

漆膜均为自干7天后进行测试性能

从表5中可以看出，颜基比增大,涂层体系中颜填料的量相对增多,涂层的硬度由颜填料获得,当颜料增加超过一定量后,树脂已经不能包覆颜料,不能形成致密膜层,导致涂层的硬度下降。颜基比过低，乳液添加量大导致漆膜硬度较差。颜基比过高，粉料添加量大，导致附着力下降，同时明显影响盐雾实验结果。经实际分析比较，PVC控制在0.25至0.3之间较好，最佳值为0.27。

4、结论

1、使用消泡剂Foamex810、分散剂Dispers 740W、增稠剂RM-2020、RM-8W、防闪锈剂FA-579、成膜助剂TEXNOL作为助剂体系

2、PVC为0.27，防锈颜料（srpp：capp质量比2:1）占颜填料总量的20%，滑石粉和硫酸钡质量比为1:1时，膜厚80μm~90μm的涂膜耐中性盐雾实验可达800小时以上？

该实验以PVDC乳液为主要成膜物质，通过大量实验进行原料优选，最终研制开发的PVDC水性重防腐涂料具有优良的物理机械性能和防腐蚀性能,基本达到了预期的性能指标，具有实际应用价值，可满足车辆、钢结构等多领域性能需求？

（文章源自2015年《中国涂料行业资讯大全》）

参考文献

1.张剑锋.谈腐蚀与防护的重要性[J].内蒙古石油化工,1999,25(3):82-84.

2.李海丽，张晓玲，高晓转等. 几种金属防腐方法的比较[J].矿山机械，2002，10（5）：53-55

3.Doren K,Freitag W,Stoye D. Water-Borne Coatings [M].The Environmentally-Friendly Alternative. Hanser Publishers, 1994.

4.张成德.偏氯乙烯的应用[J].浙江化工,2002,(4):22-23.

5.沈慧芳,傅和青,黄洪,等.成膜助剂在乳胶漆中作用分析[J].合

成材料老化与应用, 2004, 33(2): 41-43.

6.赵金榜. 对环境友好的防锈颜料及作用机理[J].现代涂料与涂装，2002,01:37-39

7.Horikawa S,Takai Y,Ukei H et al.Chlorine gas recovery from polyvinyl chloride [J].J.Anal.Appl.Pyrol.1999,51:167-179.

8.刘登良.涂料工艺（第四版）[M].化学工业出版社，2010.

9．T.C.Patton. 王长卓译. 涂料流动和颜料分散[M].化学工业出版社，1988 

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