水性醇酸防腐底漆的制备

腐蚀造成巨大的经济损失，据不完全统计，全世界每年平均钢材产量的1/3 因腐蚀而损失；我国每年因金属腐蚀造成的直接经济损失约占国民生产总值的4%，每年因钢铁腐蚀造成的经济损失达万亿元，可见腐蚀的防护十分重要。实践证明，采用涂料对金属进行防腐是最有效、最经济、应用最普遍的方法［1-3］。近年来，我国相继开发了一系列防腐涂料，但大多为溶剂型涂料。溶剂型防腐涂料中含有大量有机溶剂和有毒颜料，严重污染了大气，破坏了生态环境。在环境保护日益受到重视的今天，防腐涂料的发展将以无污染、无公害、节约能源、经济高效为原则。因此，研究开发高性能的水性防腐涂料势在必行，水性涂料已成为防腐涂料的研究热点和主要发展方向之一［4-5］。本文采用自制的水性醇酸树脂，配以高效无毒的防锈颜料，制得水性醇酸防腐底漆。该漆具有价格便宜、无毒、不燃、附着力高、防腐性好等优点，是一种环保型防腐底漆，具有较大的发展前景。

1 实验部分
1.1 原材料的选用
1.1.1 氧化铁系防锈颜料
在无机着色防锈颜料中，用得最多的是氧化铁系防锈颜料，主要有氧化铁红、氧化铁黄和氧化铁黑等品种，其中用量最大的是氧化铁红。氧化铁红（Fe2O3）是惰性颜料，具有很高的化学稳定性、耐碱性、耐稀酸性（不耐热浓酸）、耐高温性，对光的作用很稳定，能强烈吸收紫外线。其次，耐溶剂性、耐水性、耐化学品性好，耐候性强，具有不受大气腐蚀等特点。除炭黑外，氧化铁红的遮盖力最高。超细氧化铁红既是着色颜料，又是防锈颜料，可以增加漆膜的致密性，降低腐蚀性物质的渗透，提高漆膜的防腐性能。氧化铁红大量用于涂料，而且适用于制备水性涂料。

1.1.2 防腐蚀助剂 Alcophor 827
Alcophor 827 为科宁公司产品，是一种高效防腐蚀助剂。该产品是有机氮化合物的锌盐，为白色粉末，锌含量为47%~48%，吸油量80~85 g/100 g，与磷酸锌复合能达到最佳防护效果。lcophor 827 可以增强阳极区域的防腐蚀效果，也可改善防腐蚀涂料的稳定性，除了其优异的分散性外，还具有优异的防沉稳定性。按照防腐实验结果，它的最佳用量约1%~2%（按总漆量计）。

1.1.3 SZP-391 防锈颜料
SZP-391 为HALOX 公司产品，是含硅酸锶的磷酸锌化合物。它是白色非折射性、有效、通用的防锈颜料，可以用于多种树脂体系中，包括常规醇酸树脂、高固体分醇酸树脂、水稀释性醇酸树脂、环氧树脂和氯化聚乙烯乳液等，且由于其粒径较小和吸油量低，可以用于薄涂层的场合。在水性体系中，它的用量范围为2%~5% ；在传统溶剂型涂料中，其用量范围为3%~7%。

1.1.4 Nubirox 106 防锈颜料
Nubirox 106 为Nubiola 公司产品，是钼酸锌改性磷酸锌，并用有机物包覆而成。该产品是白色粉末，无重金属，具有较小的粒径和较高的比表面积，平均粒径1~10 μm，吸油量40 g/100 g，具高效的防腐性能和长效性，主要用于溶剂型涂料、水性涂料和粉末涂料等。

1.2 磺酸盐基水性醇酸防腐底漆配方
磺酸盐基水性醇酸防腐底漆配方见表1。
表1 磺酸盐基水性醇酸防腐底漆配方

表1 中，水性醇酸树脂为自干型水可稀释性醇酸树脂；氧化铁红由上海环球氧化铁颜料有限公司提供；CMS-555 为上海合山化工有限公司提供；沉淀硫酸钡由上海良良化工有限公司提供；BYK-333 为德国毕克公司提供。

1.3 实验仪器和设备
实验仪器和设备见表2。
表2 实验仪器和设备

1.4 磺酸盐基水性醇酸防腐底漆的配制工艺
1.4.1 研磨色浆阶段
（1）在分散釜中加入配方量的助溶剂和去离子水，在搅拌下慢慢加入配方量的部分水性醇酸树脂，使之稀释，然后加入pH 调节剂，调整pH 值为7~8 ；
（2）在搅拌下，慢慢加入配方量的消泡剂、水性催干剂；
（3）在搅拌下，慢慢加入配方量的防锈颜料和填料，然后用砂磨机进行研磨，直至细度<30 μm ；
（4）细度达到要求后，放出色浆，并用计量的去离子水分3 次冲洗砂磨釜，并将该部分冲洗水用于后面的配漆中。

1.4.2 混合阶段
（1）在调漆釜中加入配方量的乙二醇丁醚助溶剂和去离子水（包括研磨色浆阶段的冲洗水），在搅拌下，慢慢加入配方量剩余的水性醇酸树脂，使之稀释，然后加入pH 调节剂，调整pH 值为7~8 ；
（2）在搅拌下，慢慢加入配方量的消泡剂、流平剂等助剂；
（3）在搅拌下，慢慢加入第1 步制好的色浆。
（4）检测pH 值，用pH 调节剂调整pH 值为7~8，可加适量的去离子水调节黏度；
（5）用80~120 目滤网过滤，即得水性醇酸防腐底漆。

1.5 磺酸盐基水性醇酸防腐底漆的性能指标
按以下国标对磺酸盐基水性醇酸防腐底漆的性能指标进行检测：细度按GB 6753.1 ；固体含量按GB 1725—89 ；干燥时间按GB 1728—89 ；柔韧性按GB/T 1731—93 ；耐冲击性按GB 1732—79 ；铅笔硬度按GB 6739—96 ；附着力按GB 1720—79 ；杯突试验按GB/T 9753—88 ；耐盐水性按GB 1763—89 ；耐盐雾性按GB 1771—91，漆膜厚度40 μm，检测结果见表3。
表3 磺酸盐基水性醇酸防腐底漆的性能指标

2 结果与讨论
2.1 不同防锈颜料及其用量对防腐性能的影响
防锈颜料的主要功能是防止金属腐蚀，提高漆膜对金属表面的保护作用。防锈颜料分为物理性防锈颜料和化学性防锈颜料两类。前者借助其细密的颗粒填充漆膜结构，提高漆膜的致密性，起到屏蔽作用，降低漆膜渗透性，从而起到防腐作用，最常用的如氧化铁红等铁系颜料；后者依靠化学反应，改变金属表面的性质或反应生成物的特性来达到防腐目的。化学性防锈颜料能与金属表面发生作用，如钝化、磷化，产生新的表面膜层、钝化膜、磷化膜等。防锈颜料还可与某些漆料中的成分进行化学反应，生成性能稳定、耐水性好、渗透性小的化合物。常用的含铅、铬等重金属的防锈颜料具有优良的防腐性能，但都有毒，其使用范围受到限制。本文采用磷酸锌或改性磷酸锌、防腐蚀助剂和氧化铁系防锈颜料的混合体系，具有良好的防腐效果。其中，磷酸锌或改性磷酸锌和
防腐蚀助剂作为主体防锈颜料，它们之间发生协同作用，起化学防腐作用，与传统防锈颜料相比，具有无毒、防腐性强、与树脂相容性好等特点。氧化铁系防锈颜料起物理防锈作用，可提高漆膜的致密性，降低可渗性。

2.2 pH 调节剂的选择
之所以在该水性醇酸防腐底漆中添加pH 调节剂，主要是为防止其由于添加不同颜料和助剂导致体系的pH 值变化，以保持涂料体系的酸碱平衡，pH值控制在7.5~8.5 为宜。选用的pH 调节剂不同，会明显影响水性醇酸涂料的贮存稳定性、黏度、干燥速度及漆膜的泛黄性。通常，选用pH 调节剂应综合考虑以下几个因素：挥发性好；价格便宜，气味小；对体系的稳定性好。试验中分别选用氨水（25%）、三乙胺、AMP-95 及N，N- 二甲基乙醇胺作为pH 调节剂，对漆膜性能进行了考察，结果如表4 所示。
表4 各种pH值调节剂在磺酸盐基水性醇酸防腐底漆中的效果

由表4 可见：氨水的挥发速度快，漆膜干燥性能优良；三乙胺的挥发性较氨水差，且原料毒性较大；AMP-95 和N，N- 二甲基乙醇胺气味小，毒性小，但漆膜干燥较慢。通过筛选，氨水（25%）具有最佳的综合性能。