0前言

为保障金属的使用寿命，在使用前一般进行涂装以降低金属的腐蚀速度。涂装前为保证防腐的效果，传统工艺要求彻底除锈，但对于大型设备、复杂结构件无法进行喷砂处理，为达到预期的防腐效果，只能采用带锈涂装，既可以减少表面处理的工作量，又满足了对金属锈蚀表面的防护要求。水性涂料作为涂料工业发展的新趋势之一，具有发挥性有机物（VOC）含量极低或不含VOC的优势，是一种绿色环境友好的涂料。

水性转化型带锈涂料含有可以与铁锈发生化学反应的成分，能将铁锈转化为稳定的或者有保护作用的物质，使锈蚀层成为坚实并能很好附着于钢铁表面的物质。以水性偏二氯乙烯乳液为主要成膜物质，添加酸性锈转化剂，制备的涂料具有高固低黏、成膜温度低、抗菌、阻燃、水气阻隔性突发等优势，是一类施工便捷、成本适中、VOC排放低、性能卓越的环境友好型水性产品。水性丙烯酸聚氨酯防腐涂料具有高耐候性、耐化学品性强、防腐性能好、耐玷污性优异等特点，适合用作防腐和耐候性优异的高性能防腐面漆。

本实验制备一种能够在一定的锈蚀表面直接施工的涂料，利用底漆锈转化技术与铁锈层发生固相反应，形成稳定的络合物，面漆高性能树脂及防锈颜填料作用，在基材表面形成致密的防腐涂层，起到带锈、防腐的涂装效果。

1试验部分

1.1主要原料和仪器

水性偏二氯乙烯乳液P，路博润；水性丙烯酸多元醇分散体W、水分散型聚异氰酸酯D，DIC化学；消泡剂A，巴斯夫；消泡剂B、分散剂，毕克助剂；润湿剂，空气产品：表面活性剂A，陶氏化学；触变剂，苏威化工；颜填料：钛白粉R-706、硫酸钡、云母粉，市售；磷酸锌/钼酸盐复合物N，纽碧莱；改性三聚磷酸铝、单宁酸，市售；锈转化剂A，HALOX，丙二醇甲醚、醇酯12，市售；三级水，自制 。

BGD750/1高速分散机、BGD502/1涂膜划格器，BGD560涂膜柔韧性测试仪、标格达精密仪器；QZM-1锥体磨，天津永利达；拉开法附着力测定仪，美国狄夫斯高；YWX/Q-150盐雾腐蚀试验箱，无锡苏南试验设备。

1.2水性防腐涂料的制备

1.2.1水性锈转化底漆的制备

在中速搅拌下，将表1配方中的三级水、消泡剂、助溶剂、润湿剂、表面活性剂等依次加入上磨釜，加入硫酸钡填料，充分搅拌后，研磨至细度≤30um。在低速搅拌下，将砂磨浆加入调漆釜中，混合均匀即可。

表1 水性锈转化底漆的配方

Table 1 Formula of Waterborne Rust Conversion Primer

1.2.2水性丙烯酸聚氨酯面漆的制备

将水性丙烯酸多元醇分散体加入调漆釜中，在搅拌状态下，依次加助剂、助溶剂、颜填料、充分搅拌后加入流变助剂、三级水，制得甲、乙组分，其配方见表2。

表2 水性丙烯酸聚氨酯面漆的配方

Table2 Formula of Waterborne Acrylic Polyurethane Topcoat

1.3涂料的性能检测

参照化工行业标准HG/T5173-2017《带锈涂装用水性底漆》中指标，及HG/T4761-2014《水性聚氨酯涂料》相关标准，满足南方某地区化工科技园客户要求，制定相应的技术指标，并检测涂料和涂层的各项性能，其结果见表3、表4所示。

表3 水性锈转化底漆的性能检测结果

Table3 Performance Test Results of Waterborne Rust Conversion Primer

表4 水性丙烯酸聚氨酯面漆的性能检测结果

Table 4 Performance Test Results of Waterborne Acrylic Polyurethane Topcoat

注：*为配套涂层测试

1.4水性带锈防腐涂层体系

水性带锈防腐涂层体系的选择要充分考虑大气腐蚀环境不同的特点，对于腐蚀比较严重的地区，水性锈转化底漆具有转锈、稳锈效果，但不具备防腐性^[10]。水性环氧中间漆或丙烯酸聚氨酯中间漆具有屏蔽、缓蚀保护等作用，应用于环境苛刻条件下。水性丙烯酸聚氨酯涂料可适用于各种腐蚀环境的作业，应用范围相对广，在工业防腐中，可符合不同复杂环境的防腐要求，以满足各种工程需求。根据行规HG/T5176-2017《钢结构用水性涂料》中大气腐蚀等级C3及客户对现场的施工要求，.终本实验确定涂装涂层体系见表5。

表5 涂装涂层体系

Table 5 Coatings System

注：水性环氧中间漆可在中等盐度的工业区和沿海区的C4-C5等级腐蚀环境中配套使用

2结果与讨论

2.1涂层配套性

树脂对涂层性能起着决定性作用。本实验中锈转化剂与铁锈在PH值为1.5-2酸性条件下进行转化，整个体系是偏酸性的。水性锈转化底漆PH在1.0-2.2，是一款偏酸性涂料。水性丙烯酸聚氨酯面漆是通过水性丙烯酸多元醇乳液和水性异氰酸酯固化成膜。因此水性锈转化底漆与水性丙烯酸聚氨酯面漆的相容性了涂装工艺的关键，也决定了配套涂层整体的带锈防腐效果。其相容性测试结果如表6所示。

表6 水性锈转化底漆与水性丙烯酸聚氨酯面漆相容性测试结果

Table 6 Compatibility Test  Results of Waterborne Rust Conversion Primer and Waterborne Acrylic Polyurethane Topcoat

通过实验对比现水性锈转化底漆与水性丙烯酸聚氨酯面漆具有良好的相容性，层间附着力优异，远高于行业标准。在刷涂、辊涂、和喷涂后无咬底、渗色、龟裂、脱落及起泡等现象。本实验制备的水性带锈防腐涂料可形成致密紧固的膜层，满足项目工程的需求。

2.2锈转化剂用量对锈转化效果的影响

锈转化剂是锈转化底漆涂料的重要组成部分，影响了涂料的带锈防腐性能。锈转化剂用量过低会导致转锈不完全，用量过高会有残留的酸留在钢铁表面，导致表面进一步腐蚀而影响防腐性能，因此选取合适的锈转化剂及用量是锈转化底漆的关键。

目前，常用的锈转化剂有磷酸、亚铁氰化钾、单宁酸、植酸、草酸等以及有机胺类产品如RC-980、SCH6817等^[3]。单宁酸、植酸等有机磷酸化合物作为锈转化剂，与金属络合形成多个螯合环，而且络合物稳定性高，使活泼铁锈转化为稳定的化合物并与涂膜牢固结合，形成封闭的保护层。有机胺类铁锈转化剂具有有机螯合配合物基质，有效地将基底上的铁锈转化成稳定的有机铁络合物，干燥之后，形成不可渗透的屏障。将有机磷酸化合物与有机胺类锈转化剂进行复配既提高了锈转化效果，同时也降低了配方成本。

本实验选用有机胺类锈转化剂A与单宁酸复配，成膜物含量为62%的条件下，改变铁锈转化剂[有机胺类锈转化剂A与单宁酸复配，m（有机胺类锈转化剂A）：m（单宁酸）=1:1]含量，制备带锈涂料，测试涂料各项性能，结果见表7和图1。

表7 锈转化剂对底漆涂膜性能的影响

Table 7 Effect of Rust Transfer Agent on Properties of Primer Film

有图1与表7可知，当涂料中锈转化剂质量分数为4.5%时，即可达到较佳的转化效果，在标注室温25℃条件下，10min可转化完全，得到的涂料涂膜呈黑色，涂膜均匀、平整、光滑、光泽度高，耐水浸泡可以达到96h，耐盐雾性超过168h；继续提高铁锈转化剂含量，酸性的铁锈转化剂导致乳液各项性能降低，涂膜性能劣化，因此铁锈转化剂用量宜为1.5%。

2.3防锈颜填料的选择及用量的确定

磷酸锌/钼酸盐复合物N水解出来的锌离子和铁离子形成难溶性络合物沉淀Fe[Zn₃（PO₄）]，起到阴极保护作用。而钼酸盐的活性比磷酸锌高，不但与铁离子形成络合物，起到阴极钝化作用，而且产生的钼酸根可以和铁锈反应生成杂多酸类的络合物，从而起到稳定铁锈的作用。改性三聚磷酸铝中的三聚磷酸根离子能与各种金属离子生成螯合物，在被涂物表面形成卓越的钝化膜，对钢铁以及轻金属等的腐蚀具有极强的抑制作用。云母粉的片状结构有效改善涂膜的一系列物理机械性能，涂料中加入绢云母粉做填料，其硬度和机械强度可明显提高。通过正交试验考察水性丙烯酸乳液、磷酸锌/钼酸盐复合物、改性三聚磷酸铝及云母粉的用量对涂膜性能的影响。

2.3.1正交实验设计

将水性丙烯酸多元醇分散体W+水分散型聚异氰酸酯D、磷酸锌/钼酸盐复合物N、改性三聚磷酸铝和云母粉等4总影响因素作为变量，每个因素取3个水平值，按L₉（3⁴）研究各因素用量对涂膜性能的影响。实验安排如表8所示。

表8 水性丙烯酸聚氨酯面漆的正交实验中各因素用量

Table 8 Factors and Dosages in the Orthogonal Test of Waterborne Acrylic Polyurethane Topcoat

2.3.2正交实验结果（见表9）

表9 水性丙烯酸聚氨酯面漆的正交实验结果

Table 9 Orthogonal Test Results of Waterborne Acrylic Polyurethane Topcoat

2.4锈层厚度对水性锈转化底漆涂膜性能的影响

从表9看出，水性成膜树脂的用量对涂层性能的影响.大，其次为防锈颜料N106和改性三聚磷酸铝的用量，而云母粉的用量对涂层性能的影响.小。试验结果表明，当水性树脂用量为75，防锈颜料N106、改性三聚磷酸铝、云母粉的用量分别为12、9和15（三者的质量比为4:3:5）时，涂层的各种性能都达到.好，而且比较均衡，实现了涂层性能的.优化。

对于涂料而言，基材的状况对于涂膜性能具有非常大的影响，因此本文制备的水性带锈底漆在无锈碳钢板、锈蚀碳钢板和带锈热镀锌板上进行了耐水、耐盐水和耐湿热性能试验，结果如表10所示。锈层厚度按标准GB8923.1-2011中手工除锈St2去除浮锈后的铁锈厚度，基材表面可见油脂和污垢，无附着不牢的铁锈、氧化皮、旧涂层等附着物。

表10 锈层厚度对水性带锈防腐配套涂层涂膜防腐性能的影响

Table 10 Effect of Rust Layer Thickness on Anti corrosion Performance of Waterborne Anti corrosive Coatings with Rust

3结语

由表10可知，锈蚀基材的锈层厚度对带锈涂料涂膜的防腐性能具有很大的影响。当涂料应用于无锈钢板时，由于涂膜中残留的锈转化剂能够溶于水，使得涂膜具有一定的亲水性，造成了带锈涂料涂膜的防腐性能较差；而当涂料应用于40um以内锈层时，锈转化剂反应较为充分，残留量很少甚至没有，带锈防锈涂料涂膜防腐性能较好；锈层厚度继续增加时，锈转化剂的量难以将锈层完全转化，因此涂料涂膜的防腐性能会下降。

本文制备一款水性锈转化底漆与水性丙烯酸聚氨酯面漆配套防护涂层，该底漆以水性偏二氯乙烯乳液为成膜物，添加锈转化剂及其它助剂配制而成，面漆选用水性丙烯酸乳液与异氰酸酯为主要成膜物，添加高性能防锈颜填料，具有独特的转锈、固锈、稳锈等防腐性能，低VOC含量，安全环保。

对比了不同施工条件下涂层配套性，在刷涂、辊涂和喷涂后无咬底、渗色、龟裂、脱落及起泡等现象，满足客户施工要求。

分析了不同含量的锈转化剂对底漆性能的影响，确定涂料中锈转化剂质量分数为1.5%时，锈转化效果.好且涂膜各项性能优。

通过正交实验，确定了防腐颜填料及树脂的用量对水性丙烯酸聚氨酯面漆常规性能，耐水、耐盐雾等防腐性能的影响，提高了涂层的耐久性能。

基于.优锈转化效果（锈转化剂质量分数1.5%）的锈转化底漆转锈效果，确定了在锈层厚度≤40um条件下，锈转化效果好。