0前言

近年来，随着人们对绿色环保和身心健康的日益重视，水性涂料的销量逐年递增。传统的溶剂型涂料不仅会对环境造成影响而且溶剂易挥发，贮存不当容易发生爆炸。在施工过程中，有机溶剂也会对工人身体造成慢性伤害，对大气造成影响。为此，许多国家都颁布了相关法律法规严格限制VOC的排放 。

水性涂料的有机挥发性物质的排放量很低，对环境、对人体危害极小，而且不燃不爆，不属于危险化学品，不易黄变，持久性好。尤其是水性工业涂料，正成为逐步替代传统溶剂型涂料的发展方向之一。目前环境友好型的水性工业涂料按照成膜物质的不同，可以分为很多种，其中以醇酸树脂作为成膜物质的工业涂料防腐防锈能力较强，所以适合做防腐底漆，但是其主要缺点是：干燥时间慢、耐候性差、气味较大等。丙烯酸乳液的主要优点是：干燥时间快、耐候性好、气味小、光泽高等，但是丙烯酸乳液在防腐防锈能力上不如醇酸树脂，比较适合做防腐面漆。针对二者以上的优缺点，本文制备出兼具两者优点又能弥补各自缺点的杂化防腐涂料。所谓杂化防腐涂料就是采用两种或两种以上的基料通过化学方法或物理混拼共同作为工业涂料成膜物质的涂料体系。

本文将自制的水性醇酸树脂与丙烯酸乳液采用物理杂化的方法进行混拼，探讨成膜物质的种类及不同复配比列对杂化防腐涂料涂膜性能的影响，并通过配方优化制备出一种既有优异的防腐防锈能力，又能缩短涂膜干燥时间的杂化防腐涂料，这将对促进水性工业涂料的发展具有重大意义。

防腐涂料的防腐机理主要有以下3种：阴极保护、屏蔽保护以及抑制保护。本文研究的水性醇酸树脂/丙烯酸乳液杂化防腐涂料的防腐机理主要是屏蔽保护。杂化防腐涂料会形成一层致密的涂膜，将基体材料与腐蚀介质隔开，可以有效地屏蔽腐蚀介质，比如空气、水、酸雨等，防止金属材料发生防腐机理。其中制备水性醇酸树脂采用脂肪酸法，以亚油酸作为一元酸，中和剂为NH₄OH，助溶剂为丙二醇单甲醚，加快了以往水性醇酸树脂涂膜的干燥时间和硬度。

1试验部分

1.1主要原材料

苯酐（PA），利兴化工；间苯二甲酸（IPA），阿拉丁生化科技；亚油酸，淄博丰森油脂化工；三羟甲基丙烷（TMA），无锡百川化工；丙二醇单甲醚，扬州华伦化工；NH4OH,东莞市旭升化工；二甲基乙醇胺（DMEA），山东金恩新材料；催干剂，QD10，广东启润新材料；分散剂，SN-5040，盛大诺象国际贸易、消泡剂，Tego-810,三升贸易；磷酸锌，郑州比尔化工产品；钛白粉，THR-218，攀枝花市钛海科技；沉淀硫酸钡，800目，宏基粉体材料；闪锈抑制剂，ZT-706，北京之途化工；水性苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液，LR-2052，广东恒和永盛集团；十二碳醇酯，德纳化工滨海 ；耐划伤助剂，BYK-410,比克化学技术咨询；基材润湿流平剂，Tego-270,三升贸易；碱溶胀型增稠剂，TT-936，济南智恒致远化工科技；聚氨酯型增稠剂，海名斯德谦105A，上海凯茵化工。

1.2主要仪器设备

高速分散机，BGD741/1,广州市人民电机；组合铅笔硬度计，BGD505,表格达精密仪器；涂膜冲击器，BGD302，表格达精密仪器；盐雾试验机，BGD226,表格达精密仪器。

1.3防腐涂料的制备

1.3.1水性醇酸树脂的制备

制备水性醇酸树脂采用脂肪酸法，配方如表1所示。

表1 水性醇酸树脂的配方

Table 1 Formula of Waterborne Alkyd Resin

制备工艺：首先将亚油酸、IP、AP、ATMP二甲苯加入四口烧瓶中，加热至140℃，开始搅拌。60min后加热至180℃，120min后升温至200℃并测试酸值，当酸值小于10mgKOH/g（树脂）时蒸发溶剂并降温到170℃，加入TMA，反应完全后，降温到80℃，加入助溶剂丙二醇单甲醚和中和剂NH4OH,搅拌30min后，加入蒸馏水过滤，水性醇酸树脂制备完成。

1.3.2防腐涂料的制备

分别制备水性醇酸树脂防腐涂料、丙烯酸乳液防腐涂料和水性醇酸树脂/丙烯酸乳液杂化防腐涂料，表2～表4分别为杂化防腐涂料、水性醇酸树脂防腐涂料、丙烯酸乳液防腐涂料的配方。以杂化防腐涂料制备过程为例，其余两种防腐涂料制备方法相同。

1.3.2.1制备浆料

首先将水性醇酸树脂加入配料缸中，在低速搅拌下（500r/min）依次加入DMEA、催干剂QD10、防沉剂凹凸棒土、去离子水、分散剂SN-5040、消泡剂Tego-810（其中催干剂加入之后要搅拌2min以上保证其完全分散，再加入防尘剂凹凸棒土），接下来依次加入防锈粉料磷酸锌、着色颜料钛白粉THR-218以及填料沉淀硫酸钡。其中水要分批次加入，并留出20～30g水.后冲洗缸壁和分散盘，分散40min后开始研磨，把分散盘换为研磨盘，加入适量锆珠即得到初始浆料 。

1.3.2.2调漆

将研磨好的浆料低速搅拌，依次加入耐盐雾剂ZT-719、闪锈抑制剂ZT-706、有机硅改性苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液LR-2052和成膜助剂醇酯十二、耐划伤助剂BYK-410、基材润湿流平剂Tego-270、增稠剂TT-936和海名斯105A（50%）、.后补水至....，搅拌30min后，测试黏度，黏度合格后过筛出料，在室温下静置12h左右即可使用。

表2 杂化防腐涂料的配方

Table 2 Formula of Hybrid Anticorrosive Coatings

表3 醇酸树脂防腐涂料的配方

Table 3 Formula of Alkyd Anticorrosive Coatings

表4 丙烯酸防腐涂料的配方

Table 4 Formula of Acrylic Anticorrosive Coatings

1.3.3样板的制备

首先将马口铁或钢板用平板砂光机打磨，破会其表面氧化膜，增加附着力。打磨后用酒精擦洗干净，然后用美纹纸将马口铁/钢板黏贴到纸板上。黏好后放到桌上型水帘喷漆柜中，开始喷漆，喷漆前先将喷枪中原有的水喷出，将成品漆倒入喷枪中，距离马口铁或钢板30～50cm处，垂直匀速喷涂，即得到所需样板。

1.4性能测试方法

防腐涂料样板制备完成后，涂膜耐盐雾时间按照GB/T1771-2007《色漆和清漆 耐中性盐雾性能的测定》，涂膜干燥时间按照GB/T 1728-1979《漆膜、腻子膜干燥时间测定法》测定，耐水时间、铅笔硬度、耐冲击性、弯曲试验、附着力、光泽等均按照国标进行测试，检测标准和方法如表5所示。

表5 杂化防腐涂料的性能测试方法

Table 5 Performance Test Method for Hybrid Anticorrosive Coatings

2结果与讨论

2.1闪锈抑制剂对防腐涂料性能的影响

所谓“闪锈”，是指在金属表面由于使用水性涂料，在涂膜干燥过程中发生的锈点腐蚀。闪锈的本质是在金属表面发生电化学腐蚀。由于水性涂料大部分是偏碱性，所以这个电化学腐蚀是吸氧腐蚀。金属表面涂刷水性涂料时，由于水性涂料中含有大量离子，相当于金属表面覆盖了电解质溶液层，且金属基材含有碳、锰和硅等杂质。铁为阳极，杂质为阴极，形成了腐蚀电池，于是就发生了闪锈现象。其中，电极反应方程式如下：

阳极（铁）：

Fe-2e→Fe2+

Fe2++2OH-→Fe（OH）2

阴极（杂质）：

O2+2H2O+4e→4OH-

闪锈相关化学反应方程：

4Fe（OH）2+O2+2H2O→4Fe（OH）3

2Fe（OH）3→Fe2O3+3H2O

发生闪锈的微观过程如图1所示。

取4等分100g制备好的浆料，分别添加0.5%（质量分数，后同）含量（0.5g）的闪锈抑制剂ZT-706、T-300、T-500、T-790，涂布于打磨后的钢板表面，并用塑料口杯盖住，目的是延长防腐涂料干燥时间，让闪锈效果更加明显，4款闪锈抑制剂的防闪锈效果如图2和表6所示。

表6 不同闪锈抑制剂的防闪锈效果

Table 6 Anti-flash Rust Effect of Different Flash Rust Inhibitors

注：※0表示不闪锈，1至4表示锈点由少到多。

要解决闪锈问题，就需要对腐蚀电池的电极过程加以抑制，而要抑制腐蚀电池电极过程，就需要对金属表面加以保护。从物理化学角度出发，闪锈抑制剂的作用可以分为钝化膜保护、沉淀膜保护、吸附膜保护。从图2和表6中可以看出，ZT-706的防闪锈能力.优，在钢板上几乎没有发生闪锈现象。因为ZT-706是由多种防腐蚀材料复配而成，成为含有钝化膜保护剂、沉淀膜保护剂和吸附膜保护剂，添加了ZT-706的水性涂料附到金属基材表面时，含有的氧化剂迅速钝化在金属表面，形成钝化层。通时，有部分有机材料在金属表面聚集形成沉淀膜保护层。.重要的是ZT-706会在基材表面形成致密的吸附膜，能有效地阻碍水与金属表面发生闪锈。闪锈抑制剂ZT-706的作用机理如图3所示。

2.2不同成膜物质防腐涂料的性能比较

醇酸树脂防腐涂料、丙烯酸乳液防腐涂料和水性醇酸树脂/丙烯酸乳液杂化防腐涂料三者涂膜的性能检测数据如表7所示。

表7 不同成膜物质防腐涂料的性能检测数据

Table 7 Performance Test Data of Anticorrosive Coatings with Different Film -forming Materials

从表7可以看出，杂化防腐涂料的耐盐雾时间可以达到200h，极大程度上改善了丙烯酸乳液防腐涂料在耐盐雾性能方面的不足。这是由于添加了醇酸树脂的杂化防腐涂料的涂膜比单一丙烯酸乳液更加致密，更好的将基材外界的水、空气等隔开，起到了屏蔽作用。杂化防腐涂料的表干时间为0.2h，实干时间为18h，缩短了单一水性醇酸树脂防腐涂料的涂膜干燥时间，这是因为丙烯酸乳液的成膜机理是物料挥发，也就是水分的直接挥发。而水性醇酸树脂的成膜机理除了物理挥发以外，它还需要和空气中的氧气进行氧化交联反应，属于氧化干燥，所以丙烯酸乳液的干燥速度比水性醇酸树脂要快很多。因此，杂化防腐涂料涂膜的干燥速度要快于单一的醇酸树脂。水性醇酸树脂的成膜机理如图4所示。

杂化防腐涂料的涂膜硬度为H，相对于单一丙烯酸乳液有提升；涂膜柔韧性≤1级，相对于单一醇酸树脂有改善；漆面光泽（60°）达到80%，介于水性醇酸树脂和丙烯酸乳液之间，能满足大多数领域的要求；耐水时间达到180h、耐冲击性达到50kg.cm、附着力为1级、闪锈抑制性正常。因此，杂化防腐涂料能够充分地结合水性醇酸树脂和丙烯酸乳液二者的优点。

2.3不同树脂含量防腐涂料的性能对比

为了探究水性醇酸树脂的用量对杂化防腐涂料涂膜性能的影响，设定醇酸树脂的质量分数（后同）分别为15%、17.5%、20%，丙烯酸乳液添加量均为10%，即水性醇酸树脂和丙烯酸乳液复配比例分别为3:2、7:4、2:1,分别记为醇酸-150、醇酸-175、醇酸-200。助剂和颜填料等均按表2配方添加，性能检测数据如表8所示。

表8 不同树脂含量防腐涂料的性能检测数据

Table 8 Performance Test Data of Anticorrosive Coatings with Different Resin Contents

从表8可以看出，在树脂添加量为17.5%时，耐盐雾时间达到200h，表干时间为0.2h，实干时间为18h；当树脂添加量为15%时，涂膜耐盐雾时间仅为180h；当树脂添加量为20%时，涂膜表干时间为0.3h，实干时间为20h，远超于醇酸-175；当醇酸树脂超过17.5%时，杂化防腐涂料耐盐雾时间无明显提升，而且延长了干燥时间。这是因为水性醇酸树脂含量越多，杂化防腐涂料的涂膜越致密，防腐涂料就能更好地将基材与外界隔开，起到屏蔽保护的作用。但是醇酸树脂过多时，杂化防腐涂料在成膜过程中就会更多的氧化干燥，从而延长了涂膜干燥时间，成本也随之提升。综上所述，当醇酸树脂添加量为17.5%，丙烯酸乳液为10%时，涂膜的综合性能.佳。

3结语

闪锈抑制剂ZT-706有钝化膜、沉淀膜和吸附膜3层膜的保护作用，有效地阻碍了水和氧气与金属表面发生腐蚀，从而抑制腐蚀电池的电极过程。因此，ZT-706相比与其他几种闪锈抑制剂具有更优异的防闪锈性能。

杂化防腐涂料的涂膜比单一丙烯酸乳液更加致密，更好地将基材与外界的腐蚀介质隔开，很大程度上改善了丙烯酸乳液在耐盐雾方面的不足；杂化防腐涂料的成膜机理主要是物理挥发，缩短了单一水性醇酸树脂的涂膜干燥时间。因此，杂化防腐涂料既可以作为底漆搭配其他面漆使用，又可以作为底面合一漆单独使用，是一种实用性很强的工业涂料。

通过对比性实验发现：当水性醇酸树脂添加量在17.5%时，丙烯酸乳液添加量在10%，即醇酸树脂与丙烯酸乳液复配比例为7:4时，涂膜的干燥时间、耐盐雾等综合性能.佳，漆面的光泽、硬度、耐水、耐冲击等性能均符合市场要求。

本文研究的杂化防腐涂料在一定程度上改善了醇酸树脂的干燥时间，提高了丙烯酸乳液的防腐防锈能力，但这款防腐涂料只适用于低、中防腐要求的钢结构建筑。对于防腐性能要求较高的领域并不适用，所以今后要继续完善该防腐涂料的配方设计，在保证成本的前提下，研发出综合性能更佳的水性防腐涂料 。