钢结构专用水性醇酸防锈漆配方设计因素分析

第 4 6 卷第 1 0期 2 0 1 6年 1 O 月 涂 料 工 业 P AI N T C0 AT I NG S I NDU S TR Y Vo 1 4 6 No 1 0 Oc t 2 0 1 6 钢结构专用水性醇酸防锈漆配方设计因素分析 江拥 ( 成都拜迪新材料有限公司， 成都 6 1 1 5 3 5 ) 摘要 ： 针对钢结构厂用防锈漆的特点， 从水性醇酸树脂 、 缓蚀剂 、 表面活性剂 的选择方面进行了 试验对 比。最终采用油度在 5 3 5 6 之间的水性醇酸树脂搭配碱土金属磺酸盐类缓蚀剂及主要成 分为十二烷基苯磺酸钠的油污乳化剂设计配方 ， 开发 了一种用 于大型钢结构前处理 的水性醇酸防锈 漆， 实现了涂料润湿性、 施工性、 干燥性、 防腐性、 耐水性各性能的平衡， 并已实现产业化。 关键词 ： 大型钢结构；水性醇酸防锈漆； 防腐性 ； 润湿性 ； 干燥 ； 耐水性 中图分类号 ： T Q 6 3 5 2 文献标识码 ： A 文章编号 ： 0 2 5 3 - 4 3 1 2 ( 2 0 1 6 ) 1 0 0 0 2 1 - 0 6 An a l y s i s o n Fo r mu l a De s i g n o f W a t e r b o r n e Al k y d An t i r u s t Pa i n t f o r S t e e l S t r u c t u r e J i a n g Y o n g ( C h e n g d u B a y d i N e w Ma t e r i a l C o ， L t d ，C h e n g d u 6 1 1 5 3 5 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Ac c o r d i n g t o t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e s t e e l s t r u c t u r e f a c t o r y，a s e r i e s o f c o n- p a r a t i v e e x p e r i me n t s h a d b e e n ma d e i n t e r ms o f s e l e c t i o n o f wa t e r b o r n e a l k y d r e s i n，c o r r o s i o n i n h i b i t o r a n d s u r f a e t a n t F i n a l l y t h e wa t e r b o r n e a l k y d r e s i n wi t h o i l l e n g t h o f 5 3 5 6 wa s mi x e d wi t h a l k a l i n e e a r t h me t a l s u l f o n a t e s a h c o r r o s i o n i n h i b i t o r a n d t h e o i l e mu l s i fie r ma i n l y c o n t a i n i n g s o d i u m d o d e c y l b e n z e n e s u l f o n a t e t o f o r m a wa t e r b o r n e a l k y d a n t i r u s t p a i n t f o r l a r g e s i z e s t e e l s t r u c t u r e s Th i s p a i n t s h o we d t he b a l a n c e d p r o p e r t i e s i n c l u d i n g we t t a b i l i t y，c o a t a b i l i t y，d r y i n g，a n t i c o rro s i o n a n d wa t e r r e s i s t a n c e，a n d h a d b e e n i n d u s t r i a l i z e d Ke y W o r ds： l a r g e s i z e s t e e l s t r u c t u r e；wa t e r b o r n e a l k y d a n t i c o r r o s i v e p a i n t ；c o rro s i o n r e s i s t a n c e；we t t a b i l i t y；d r y i n g；wa t e r r e s i s t a n c e 随着国家对环境保护要求的提高， 各地为了治理 P M 2 5也对溶剂型涂料 的生产 和使 用进行 了限制， 如何发展环境友好型涂层技术是涂料界 目前最迫切 需要解决的问题 。 目前针对使用醇酸防锈漆的大型钢结构厂家而 言 ， 应用水性漆需考虑 以下几点 因素 ： ( 1 ) 溶剂 型醇 酸防锈漆市场价格低 ， 水性漆如何实现成本最低化 ； ( 2 ) 大型钢结构厂为降低涂装成本 ， 一般不会对底材 进行抛丸或打磨处理 ， 使用溶剂型醇酸体系基本可以 解决钢材表面有轻微油污的问题 ， 但水性漆如何实现 底材不抛丸处理而使漆膜 同样具有非常优异的附着 力及润湿性； ( 3 ) 钢结构防腐漆的防腐性能要求， 目 前大型钢结构厂房 的安装周期都在 3 6个月 ， 如何 确保涂装厚度 只有 3 0 4 0 m的水性漆能达到 3 6 个月的防腐能力； ( 4 ) 钢结构因体积较大， 占地面积 太大 ， 没有足够大的室内空间对已经涂装好的产品进 行存放 。 一般在室内存放 4 h就必须转移到室外或工 地 ， 如遇上雨天 ， 漆膜初期耐水性及最终耐水性问题。 针对 以上 因素 ， 研究者采用不同类型的水溶性醇 酸树脂、 水性醇 酸乳液、 水性 改性醇酸树脂 、 苯丙乳 作者简介： 江拥( 1 9 7 8 一) ， 男， 硕士， 主要从事水性防腐涂料的研究工作。 江拥 ： 钢结构专用水性醇酸防锈漆配方设计因素分析 液 、 纯丙乳液 、 聚氨酯乳 液等进行测试 _ 1 ， 最终仍 然 以水性改性醇酸树脂的应用效果较为理想 ， 但并未根 据不同油度的水性醇酸树脂进行对 比测试。在解决 钢结构表面存在的油污问题时 ， 研究者选用表面活性 剂来降低漆 膜的表面张力 ， 从 而达到漆膜 平整 的 目 的， 但这种方法无法解决漆膜对带油钢结构表面的附 着力问题。本研究选择不同油度 的水性醇酸树脂进 行对 比实验 ， 并 以十二烷基苯磺酸钠为油污乳化剂 ， 制备一种用于大型钢结构前处理 的综合性能优异的 水性醇酸防锈漆。 1 实验部分 1 1 原材料 水性醇酸树脂 A、 B、 C、 D、 E( 对应 油度 分别 为 4 0 4 5 、 4 5 5 0 、 5 8 6 5 、 6 4 7 0 、 5 3 5 6 ) ： 市售 ； 缓蚀剂 A、 B、 C、 D、 E( 分别为 亚硝酸 钠 、 碱性含氮化合物 、 硅酸盐 、 三乙醇胺 、 碱土金属磺 酸盐) ： 市售 ； 表面活性剂 A、 B、 C、 D( 分别为非离子聚 氨酯类缔合型 、 非离子改性聚醚型 、 非离子型、 有机硅 丙烯酸酯类 ) ： 市售 ； 油污乳化剂 ： 主要成分为十二烷 基苯磺酸钠 ， 市售。 氧化铁红 ( 1 9 0 D) ： 湖南 三环； 煅烧高岭 土( T Z J 一 1 ) ： 内蒙古天之娇 ； 沉淀硫酸钡 ： 8 0 0目， 鑫业化工； 分 散剂 ( 7 6 0 W) ： 迪 高； 消泡 剂 ( D F 6 7 7 ) 、 有 机膨 润 土 ( L T ) ： 海明斯 ； 防闪锈剂( Z T 7 0 9 ) ： 海川 I 化工 ； 润湿剂 ( O F ) ： 惠恩化 工 ； 水 性催干 剂 ( C C 0 1 ) ： 自制复 合干 料 ； 去离子水 。 1 2 涂料 制备工艺 采用去离子水将水性有机膨 润土制成 8 的预 制浆 。往生产缸中加入水性醇酸树脂 、 分散剂 、 消泡 剂 、 防闪锈剂 、 水性催干剂 、 有机膨润土浆 ， 采用 6 0 0 8 0 0 r m i n的速度边搅拌边加入氧化铁红 、 煅烧 高岭 土、 沉淀硫酸钡 ， 继续搅 拌 l 5 2 0 m i n后研磨至细度 为 5 0 m， 加入润湿剂搅拌均匀 ， 过程 中视黏度需求 及时补加去离子水 。 1 3 性能测试 将干板室温条 件下保养 2 4 h进行物理性 能测 试 ， 保养 7 d后进行型式检测项 目测试 。按 照 G B T 1 7 2 8 -1 9 7 9 ( 1 9 8 9 ) 测 试 漆膜 干燥 时 间 ； 按 照 G B T 1 7 2 0 -1 9 7 9 ( 1 9 8 9 ) 测 试 附着力 ； 按 照 G B T 9 7 5 4 2 0 0 7测试光泽 ； 按 照 G B T 1 7 6 7 - 1 9 8 9测试耐人 工 老化性 ； 按照 G B T 1 7 7 1 2 0 0 7测试耐盐雾性 ： 按照 G B T 1 7 3 1 1 9 9 3测 试 柔 韧 性 ： 按 照 G B T 1 7 3 2 1 9 9 3 测试耐 冲击性 ； 按照 G B T 2 3 9 8 7 -2 0 0 9测试耐 化学品性 ； 依照 G B T 1 7 3 3 1 9 9 3 测试耐水性 。 2 结果与讨 论 2 1 水性醇酸树脂的选择 一 般应用于大型钢结构的涂料所选用 的水性醇 酸树脂的油度在 4 6 7 0 之间。实验发现 ， 当醇酸 树脂 的油度控制在 5 0 6 0 时， 得到的漆膜会具有 较优异的空气干燥性 、 户外耐久性 、 漆膜初期及终期 耐水性 _ 2 j 。本实验选择市售 的 5种不同油度 的水性 醇酸树脂进行对 比测试。实验设计的铁红底漆配方 如表 1 所示 ， 对应 的漆膜性能如表 2所示。 从表 2可以看出 ， 由 E树脂得到 的漆 膜在干燥 性 、 防腐性 、 耐水性 、 光泽 各方面均表现 出明显 的优 势 ， C树脂效果较好 ， D树脂最差 。可见水性 醇酸树 脂的油度控制在 5 3 5 6 之 间时得到 的漆膜 的干 燥性 、 防腐性 、 耐水性 、 光泽均较好 。以下试验采用 E 树脂进行测试 。 2 2 缓蚀剂 的选择 作为乳液涂料 的金属防护性涂装 ， 其干燥过程 中 存在着“ 闪蚀” 问题 ， 因此金属 防护乳 液涂料的调制 中引入缓蚀剂有着特殊的意义 l 3 。缓蚀剂一般分为 5类 ： ( 1 ) 亚硝酸钠一 苯甲酸钠系统 ， 此类成本较低 、 毒 性较大 ， 并且与其他原料 的相容性较差 ， 需经测试后 才能使用 ； ( 2 ) 碱性含氮化合物 ， 如胺 和弱酸的胍盐 、 苯并三唑 、 巯基苯并噻唑等 ， 但 同样存在毒性较大 ， 相 容性较差 的问题 ； ( 3 ) 硅酸盐、 铝酸盐之类能形成胶 体体系的物质 ， 但通常该体系添加量较大 ； ( 4 ) 三乙 醇胺、 乙醇胺 、 苯 乙醇胺 ， 此类缓蚀 剂效果不是很 明 显 ， 更适合于黑色金属工序 ； ( 5 ) 碱 土金属磺 酸盐系 列 _ 4 ， 其结构为 ： R S 0 ， M m MC O ， 此产品既能 达到缓蚀的效果 ， 同时可增强涂层 的附着力 、 黏度稳 定性和韧性 ， 与少量的聚合性有机磷 酸配合使用时 ， 可提升漆膜 的耐腐蚀性。 以不同缓蚀剂设计铁红底漆配方 ， 如表 3所示 。 对应漆膜的性能如表 4所示 汀 ： ，刺结构 州水性醇酸防锈漆 斤没汁冈素分析 表 1 底漆 配方 Ta bl e 1 Fo r m u l a t i on f or p r i me r 水 H 醇酸树脂 A 水性醇酸树脂 B 水性雕睃树脂 c 水性醇酸树脂 D 水性醇酸树脂 E 分散剂 7 6 0 W f Ij 泡刹 I ) F 6 7 7 防闪锈剂 Z T 7 0 9 水性催 r刹 C C O 1 水性有机膨润土 L T 氧化铁红 I 9 0 1 ) 煅烧高岭土 T Z J 一 1 ) C 淀硫酸坝( 8 0 0 f j 1 润湿剂 O F 太离了水 表 2 漆膜的基本性能 Tab l e 2 Ba s i c pr o pe r t i e s o f c oa t i ng fil m s 注： ( 1 ) 一即时耐水性指漆膜表干2 h后， 在漆膜表面滴 l 滴 自来水， 水滴 自然挥发后观察漆膜的变化情况 ) ) ) ) 2 3 2 5 4 2 5 0 5 2 一 (C C 3 C； ( = ； 2 ) ) ) 2 ) 3 2 5 4 2 5 O S 2 ， 一 3 C； c = ； 2 ) )2) 3 2 5 4 2 5 0 5 2， 一 C 3 C( C； 2 ) 2 ) ) ) 3 2 5 4 2 5 0 5 2 3 ( c； c； 2 2 ) ) ) ) 3 2 5 4 2 5 0 5 2 “ 3 2 c = ； 汀拥 ： 钢结构专用水性醇酸防锈漆配方设 计 素 分析 表 3 底漆配方 Ta b l e 3 For mul a t i on f or pr i me r 水性醇酸树脂 E 分散剂 7 6 0 W 消 泡剂 D F 6 7 7 缓蚀剂 A 缓 蚀剂 B 缓蚀剂 C 缓蚀剂 D 缓蚀剂 E 水性催 f剂 C C O 1 有机膨润土 L T 氧化铁 红 1 9 0 D 煅烧高岭土 T Z J 一 1 沉 淀硫 酸 ( 8 0 0 r J) 润湿剂 O F 去离子水 3 2 0 3 0 2 0 ( ) 0 5 ( ) 0 0 4 0 2 l 5 1 O 2 5 O 2 l 6 2 表 4 漆膜的基本性能 Ta bl e 4 Bas i c p r o pe r t i e s o f c o a t i n g fil m s o 0 0 0 m 3 C C C C C ； 2 o 0 o 0 m C C C C 2 0 0 0 o m 3 C ； C C C C ， 2 0 0 0 0 m 3 c = ； C C (C C ； 2 C ； l 拥 ： 锏结构 0川 水 r 醇酸 防锈漆 眦力 设 汁 采分析 从太 4 I J _ 以仃， 荆结构水性醇酸防锈漆配方 i I 1 采川 j 伽 扼 上 属雠峻盐系列的l i 售缓蚀刹 E较为适合 、 2 3 表面活性剂 的选择 人 钠结构 小 仃 较多的防锈油 、 蜡 、 机 油 、 柴f I I I 、 助焊剂等 响涂料附着的成分， I 日前有很 多铡结构J 为 J 降低 卜 产 成小， 埘底材不作抛 丸 、 打 瞪 、 除州 I 处 ， 这 I 溶刹 n ， J 雕酸防锈漆影响程度 小 是 “ ， 脱 需 收成水性防锈漆进行涂装时， 就 人 大增 J J J l J 水惟 防锈漆的施 r难度 ， 许影响柿结强度 针对这利 情 一般会选择 f r 机硅类流平剂米降低 水 性漆 的表 张力而达到流半的效果， 这址 为 J L 4 ； I 类流平剂带有低衷 能的侧 ， 其表 能和 面张 均很低。但钢材表面的油污仍然存在， 最终被漆腆包 覆着， 仍存在于钢材 与漆膜之问 ， 严重影响着漆膜 的 附着 、 实验采川 I主要成分 为十二烷 坫苯磺酸盐 的 表而活性剂作为 J I 污乳化剂 ， 可将钢材表面的各类i f l 污直接进行乳化 使水性防锈漆能 良好地接触到铡材 表面 、 选择小 同的表面活性剂没汁的铁红底漆 方 殳 表 5所示 各漆膜性能如表 6所示 表 5 底漆 配方 Ta b l e 5 Fo r mul a t i o n f o r p r i me r 水 腋树脂 ： 分散剂 7 6 0 W f j 泡 刺 I ) F 6 7 7 表面活性剂 A f 刺 I 表面活性剂 C j 刹 I ) 油污乳化剂 | 1 绥例l j：f 1J 水性催干剂 C C O 1 仃 【 l 】彭 f 卜 r 氧化铁红 1 9 0 D 煅 烧 I 岭 ： J 一1 沉淀硫酸钡 ( 8 0 0目) 洲 【 齐 lJ ( ) l 去离子水 从犬 6 I t J1 以行， 小同 活性剂埘打油污的钢 材有 的涧f l 效 纯依 降低 而张 力很雉 解决汕 的 题 ， 【 l J 使解决 J 外观缺 ， 也尤法解决 钢材太的f I l i 污给漆膜附 力带米 的影响 从测 试 结果术行， 疗 1 5添 J I I 油污乳化剂后 漆膜孑 F 有油污 钢材的 m 施展 带 ， 锈 的钢材表面 、 有_ f f 1 污的俐材 面附 竹 均- I丁 达到 l 级 ， 具订优异的耐水 、耐盐雾性 ， 最终确定配 力 1 5 3 结 语 ( I ) 验甜 比 r f 同水性 阪树脂 刈 漆膜性 能 的影响， 结果表 叫： 油度控 制 5 3 5 6 之 问的水 性醇酸树脂 E j 仃成本低 、 漆膜 ： 速怏 、 防腐性 、 耐水性好 、 耐盐水性 的特点、 ( 2 ) 实验对比 r不 缓蚀刹对漆膜 能的影响， 果表明： 碱土金属碳酸盐类的缓蚀剂 E 防 【 发生闪锈 现象的I I H , J ， 还I I f 利J I J 磺酸根 j 铁锈发生“ 桃合反应” 的 特性， 使得水性漆可直接涂装 带锈的钢材表I ( 3 ) 实验对 比 J ， 不 同表 性 剂刈 漆膜性能 的 影响， 结果表明： 汕污乳化剂 J 以将钢材表面的汕 进行乳化， 使得漆膜能直接 钢材精 禹 解决了油 钢材表 不作处理的问题 、 ， 一3 2) 2 5 4， 一5 0 5 2 6 3 c； 2 2 3 2) 2 ) 5 4 2 5 0 5 2 6 3 C； C； 2 2 3 2) 2 J) 5 4 2 5 0 5 2 6 3 c； 2 2 3 2) 2 ) 5 4 2 5 0 5 2 6 3 2 2 3 2 2，) )5 4 2 5 0 5 2 6 3 2 汀圳 ： 钢结构 专H _j 水 醇酸 防锈 漆配 设计 素分析 ( 4 ) 实验最终采月 lj 市售水性醇酸树脂 E 、 市售缓 蚀剂 E及油污乳化剂进行搭 配使 用 ， 可 以起 到对带 锈钢材 、 油污钢材表面直接涂装 的 日的 ， 完全满足于 目前市场上大型钢结构涂装的T序要求 ， 并且该 丁艺 捌备的水性铁红底漆的成本较低 ， 可替代溶剂型醇酸 防锈 漆 参考文献 1 1 1 江拥 水性防锈漆在大型铜结构表面的应用技术I 1 J 现 ( 上接第 2 0页) 8 t t A N A J r r A， HA S H I M R B ， C H A A R L E， e t a 1 E n v i r o n I I 1 n t a l e f f e c t s O i l a g r i d c o n n e c t e d 9 0 0 W p h o t o v o l t a i c t h