摘要： 本文以四种乳液为基料，将复合铁钛防锈颜料与其他颜填料进行配合，选择适宜的助剂，制备乳胶型防锈涂料。研究结果表明，以无皂纯丙乳液为基料并配合适量的复合铁钛防锈颜料，可以制备出综合性能较高的乳胶防锈涂料。
关键词： 乳液，无皂纯丙乳液，乳胶涂料，复合铁钛防锈颜料
• 前言
传统的防腐蚀涂料基本上是溶剂型的，这类涂料除含有大量有机溶液外，有的还含有许多有毒颜料，其应用会给环境造成污染。乳胶漆是以水为分散介质，一般仅含有 5% 以下的助溶剂，属低污染低毒性，而且乳胶漆施工方便、效率高。但其存在低温成膜性差、对基材的润湿性差和防腐性能较低等缺点。本文针对乳胶漆的上述缺点，以无皂纯丙乳液为主要基料，采用新型复合铁钛防锈纳米颜料和其他颜填料，选择适宜的助剂，研究制备出低毒且防腐蚀性能较高的乳胶防锈涂料。
• 实验部分
• 实验原料
基料：无皂纯丙乳液，纯丙乳液，硅丙乳液，苯丙乳液；
颜填料：铁红，复合铁钛防锈颜料，磷酸锌，三聚磷酸铝 , 碳酸钙；
助剂：消泡剂，成膜助剂，防腐剂，杀菌剂，增稠剂等
• 实验配方
基本配方见表如下：
原料名称 质量数 %
基料 35-45
铁红 10-25
复合铁钛防锈颜料 10-25
填料 6-10
分散剂 0.5-4
成膜助剂 1-4
消泡剂 适量
增稠剂 适量
防腐剂 适量
• 制备工艺
先将颜填料，分散剂，消泡剂，水研磨分散均匀到细度为 20-30 μ m ，再加入乳液和成膜助剂搅拌均匀，*后加入增稠剂调节粘度得到产品。
• 结果与讨论
• 颜料的选择
颜填料在涂料中起着着色，防锈，遮盖等作用，防锈颜料的主要功能是防止金属腐蚀，提高涂膜对金属表面的保护作用，可分为两类：物理性防锈和化学性防锈。研究表明，单一的物理颜料或单一的化学颜料都不能起到良好的防腐蚀作用，只有配套使用才能起到良好的防腐蚀作用。而常用的铅系列防锈颜料和含铬等重金属颜料具有良好的防锈效果，但会对环境和人体造成污染和毒害，故本文使用的是不含铅等重金属的环保防锈颜料，对比了三聚磷酸铝，磷酸锌和复合铁钛防锈颜料的防腐性能，物理颜料使用的是氧化铁红。选用了碳酸钙为体质填料，以降低成本，改善漆膜功能。
复合铁钛防锈颜料是以聚磷酸铁（钛）为载体，在一定的条件下，引入经预处理的硅基、钛基等纳米粉体材料，经机械混合、分散使纳米粉体材料均匀地分散在载体上，经排气后处理得到的产品。从表 1 可以看出，复合铁钛防锈颜料在相同条件下的耐盐水性明显比其他颜料时间要长得多。这是因为复合防锈颜料中的磷酸根与钢结构表面的铁原子反应生成磷酸铁络盐，这层络盐牢固附着在钢件表面，从而保护了钢件，另外一方面，纳米材料引入后可形成致密的漆膜，从而有效地阻隔了水分子，氯离子，氧气等的渗透而造成的对钢铁表面的侵蚀。 表 1 不同防锈颜料对耐盐水性能的影响 配方 | 质量分数 % | 质量分数 % | 质量分数 % | 质量分数 % | 耐盐水性（ 3% ） d | 无皂纯丙乳液 | 35-45 | 35-45 | 35-45 | 35-45 | | 复合防锈颜料 | 10-25 | / | / | / | >30 | 三聚磷酸铝 1 | / | 10-25 | / | / | >9 | 三聚磷酸铝 2 | / | / | 10-25 | / | >9 | 磷酸锌 | / | / | / | 10-25 | >14 | 铁红 | 10-25 | 10-25 | 10-25 | 10-25 | | 碳酸钙 | 6-10 | 6-10 | 6-10 | 6-10 | | 其他助剂 | 适量 | 适量 | 适量 | 适量 | |
• 基料的选择 本文选择了 2 种苯丙， 2 种硅丙， 1 种叔丙， 1 种纯丙和 1 种无皂纯丙乳液为成膜物质。从表 2 可看出，不仅不同的乳液表现出不同的性能，而且相同的乳液也具有不同的性能，甚至差别相当大。硅丙乳液 2 和纯丙乳液 2 在配制过程中，涂料体系出现变稠凝聚，无法成膜。结果表明这两种乳液与复合防锈颜料相容性较差。叔丙乳液和苯丙乳液和复合防锈颜料的相容性较好，可以获得均匀的乳胶涂料，但其防锈性能较差。这主要是由于乳液的耐水性较差而导致的结果。而硅丙乳液 1 的防腐蚀性能尚可，但附着力较差，抗冲击能力也较低。防锈性能较好的是以无皂纯丙乳液配制的涂料，这可能是无皂纯丙乳液中没有游离的乳化剂，形成的涂膜比较致密，使涂膜的屏蔽性能提高。 表 2 不同乳液的性能比较 乳液 | 附着力，级 | 冲击强度， kg/cm 2 | 耐水性， d | 耐盐水性（ 3% ）， d | 无皂纯丙乳液 | 1 | 50 | 50 | 30 | 叔丙乳液 | 1 | 50 | 9 | 4 | 硅丙乳液 1 | 4 | 50 | 17 | 28 | 硅丙乳液 2 | 1 | <50 | / | / | 纯丙乳液 2 | 不成膜 | / | / | / | 苯丙 1 | 1 | 50 | 11 | 11 | 苯丙 2 | 1 | 50 | 3 | 3 |
• 颜料体积浓度对性能的影响 颜料体积浓度（ PVC ）对于乳液型防锈涂料的防锈效果起着重要作用，在 PVC 低于其临界颜料体积浓度（ CPVC ）时，基料能填满颜料颗粒堆砌留下的空隙，空隙间存在的空气较少，涂膜的致密性较高。所以，在临界体积浓度以下时防锈性能随颜料浓度的增加而增加。但当 PVC 大于 CPVC 值时，涂膜空隙中的空气含量增加，涂膜致密性下降，其防锈性能则急剧下降。因此一般的实际应用均是低于临界颜料体积浓度的。 表 3 PVC 值对耐盐水性能的影响 PVC 值 (%) | 40 | 35 | 30 | 27 | 24 | 3% 盐水中起泡时间 (d) | 0.5 | 1 | 30 | 20 | 10 |
有表 3 的数据，我们可以推测该体系的 CPVC 值为 30 ％左右。 • 其他助剂的选择
在乳胶型防锈涂料中，助剂的作用是不可忽视少的。筛选与体系配匹的助剂需要大量的实验研究。对于本研究使用的无皂纯丙乳液为基料的体系，主要的助剂是：成膜助剂为 Texanol ，分散剂助剂为康宁公司的 5040 ，消泡剂则主要选用了 BYK 公司的 034 和 024 。
• 技术性能指标
无皂纯丙乳液防锈涂料的性能指标如表 4 。
表 4 无皂纯丙乳液防锈涂料的基本性能 检测项目 | 检测结果 | 检测方法 | 外观 | 铁红色 | 目测 | 干燥时间 /h ，表干 实干 | 2 24 | GB/T1728-79 | 附着力 / 级 | 0-1 | GB/T9286-88 | 冲击强度 /(kg/cm 2 ) | 50 | GB1732-79 | 柔韧性 / 级 | 1 | GB1731-79 | 耐盐水性 (3%)/ 天 | >30 | GB1763-79 | 耐水性 / 天 | >50 | |
• 结束语
无皂纯丙乳液与复合铁钛防锈颜料的相容性好，可以获得致密的涂膜，涂膜的附着力高，且具有较好的防锈性能。
研究中发现，复合铁钛防锈颜料可以替代三聚磷酸铝和磷酸锌防锈颜料，且防锈效果良好。乳液中游离乳化剂的存在会严重降低涂膜的防锈性能，因此应选择不含游离乳化剂的乳液为成膜物。
以无皂纯丙乳液、复合铁钛防锈颜料、铁红和碳酸钙主要涂膜成分的乳胶防锈涂料的临 CPVC 值约为 30 ％。
参考文献
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