水性防腐涂料的发展现状

1、水性防腐涂料的发展现状水性防腐涂料的发展现状时间 :2017-04-08 10:34 来源 : 中海油常州环保涂料有限公司作者 :何庆迪，许洋，沈雪锋0 引言金属腐蚀每年都会对机械、设备等造成巨大的破坏， 为了减少腐蚀造成的经济损失，一般会在金属表面涂覆防腐 涂料，起到屏蔽、钝化、电化学保护作用。随着国民经济的 持续发展，我国防腐涂料的市场规模已仅次于建筑涂料，位 居第二位，预计到 2020 年我国防腐涂料的市场规模将突破 100 万 t 大关。目前，防腐涂料基本均为溶剂型涂料，涂料 中含有大量的挥发性有机化合物（ VOC ），易燃，会对人体 和环境造成危害。 2013 年 3 月 31 日广

2、东省正式施行水 性聚氨酯防腐涂料（双组分）标准 ，该标准是我国出台的 首个水性防腐涂料标准；财政部国家税务总局通知从 2015 年2 月 1 日起对于施工状态下 VOC 含量大于 420 g/L 的 涂料征收消费税。这些标准与法规的出台，体现了我国对环 境问题的重视，促进涂料工业向水性化方向发展，也推动了 涂料行业的结构调整和产品的升级换代。 1 防腐涂料的作 用机理屏蔽作用：通过在金属表面形成致密的涂层来隔离腐 蚀介质与金属的接触，以达到防腐目的。钝化作用：借助涂 料中某些颜料（如磷酸锌、三聚磷酸铝等）改变金属的表面 性能，使金属表面钝化，从而达到延缓腐蚀的目的。电化学 保护作用：通过在涂料

3、中添加一些活泼金属作为填料，产生 腐蚀时，活泼金属先反应，从而达到对基材的保护目的。比 如钢铁基材表面可以采用富锌涂料进行保护，但要注意电化 学保护对钢基材要求很高，表面必须绝对清洁，喷砂处理至 少达到 Sa 2.5 级。 2 水性防腐涂料的分类及发展状况按成 膜物质的组成可将水性防腐涂料分为水性丙烯酸涂料、水性 醇酸涂料、水性聚氨酯涂料、水性环氧涂料、水性无机富锌 涂料等。目前，研究应用较为广泛的是水性丙烯酸涂料、水 性聚氨酯涂料、水性环氧涂料及水性无机富锌涂料，下面主 要针对这 4 种水性防腐涂料进行讨论。 2.1 水性丙烯酸防腐 涂料水性丙烯酸防腐涂料以（甲基）丙烯酸及其酯类共聚物 为成

4、膜物质，具有施工方便、快干、耐候、耐水等特点，可 用作水性防腐底漆、中间漆和面漆。但由于水性丙烯酸树脂 属于热塑性材料，存在耐溶剂性差、硬度不高等缺陷，所以 传统的单组分丙烯酸涂料很难在防腐领域得到应用。目前的 研究重点在于对水性丙烯酸树脂的改性方面，已有多家公司 和研究所开发出了可用于水性防腐涂料的改性丙烯酸乳液。 奚丽萍等采用新型二烷氧基型硅烷偶联剂及传统三烷氧基 型硅烷偶联剂对苯丙乳液进行改性。研究表明：采用新型二 烷氧基型硅烷偶联剂 KH-578 （ 3- 缩水甘油醚氧基丙基甲基 二乙氧基硅烷） 改性苯丙乳液的防腐性能最佳。 Robert F 等 用有机氟对水性丙烯酸树脂进行改性，合成

5、出一种新型的防 腐涂料，防腐性能非常优异。环氧 - 丙烯酸接枝共聚物具备 优良的使用性能，特别适用于水性涂料。环氧树脂与丙烯酸 树脂接枝共聚，使其大分子碳链上导入羧基，中和成盐可制 得水分散型环氧 - 丙烯酸乳液， 它既具有环氧树脂的高强度、 良好的耐化学品性、优良的防腐性，又兼具丙烯酸树脂的光 泽高、丰满度与耐候性好等特点。周兆喜将聚乙二醇、丙烯 酸及丙烯酸酯类单体进行聚合，制得亲水的丙烯酸树脂，再 在乳化剂作用下与环氧树脂反应，经过中和成盐，最后经乳 化剂乳化， 制成纳米级的丙烯酸环氧乳液， 适合制备油罐内、 外壁及管线防腐涂料，耐酸碱介质、耐盐水 1 个月无变化。 刘胜波等以甲基丙烯酸甲

6、酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、丙 烯酸羟乙酯、环氧丙烯酸酯功能单体、磷酸酯功能单体为原 料，采用半连续种子乳液聚合法制备含磷、含环氧基团的丙 烯酸乳液。研究表明：环氧丙烯酸酯和磷酸酯功能单体用量 分别为单体总量的 4% 时，制得的水性防腐涂料的综合性能 最佳，耐盐水性达 700 h 。吴道新等采用丙烯酸丁酯、苯乙 烯、丙烯腈、丙烯酸 4 种单体共聚， 制备了性能优良的水性 防腐涂料用乳液。此外，还可以通过交联技术提高涂膜的致 密性，进而提高乳液的防腐性能。 N- 羟甲基丙烯酰胺不仅 能提高聚合物的耐化学品性，还能赋予聚合物防锈性能，增 加对金属的附着力和对颜料的润湿性。唐黎明等利用羟基与 酸酐、

7、乙酰乙酸基团等多种基团反应，制得可在室温下交联 固化的丙烯酸酯涂料，防腐性能良好。 2.2 水性聚氨酯防腐 涂料聚氨酯的分子链段中含有氨酯键，还可能含有酯键、醚 健、脲键等成分，因而具有较好的机械性能，优异的低温成 膜性、耐介质性及耐候性，既可制备成单组分聚氨酯涂料， 也可以制备成双组分聚氨酯涂料。聚氨酯涂料兼具保护性和 装饰性，但其在金属表面的附着力稍逊于环氧树脂涂料，所 以通常作为面漆与环氧底漆配用，以弥补环氧涂料装饰性和 耐候性差的缺陷。许海燕等采用聚碳酸亚丙酯二元醇为软 段，制得水性聚氨酯乳液，并将其与氨基树脂、颜填料和适 用的助剂复配，开发出性能优异的烘烤型水性涂料，可用于 金属基材

8、的表面。唐义祥等先制备部分封端的水性聚氨酯， 然后用乙二胺对环氧基团进行开环，并与水性聚氨酯中的异 氰酸酯基团交联，制得环氧改性聚氨酯乳液。研究表明：环 氧树脂占乳液总量的 45% 时，用其制备的单组分防腐涂料 的耐腐蚀性能最佳。朱德勇等采用拜耳公司的水性聚氨酯分 散体 Bayhydrol UH 245 制备水性单组分防腐涂料，其耐盐 雾性优异， 且施工容易， 完全可以满足轻到中等的防腐要求。 王雪等以环氧树脂开环制备的环氧树脂多元醇为改性剂，与 异氰酸酯、聚醚二元醇、二羟甲基丙酸（ DMPA ）和甲基丙 烯酸甲酯（ MMA ）等原料合成环氧树脂改性丙烯酸聚氨酯， 并应用于金属表面防腐。研究发

9、现：当 DMPA 、环氧树脂多 元醇和 MMA 的质量分数分别为 7%7.5% 、 12% 和25%35% 时，涂膜的耐水性、硬度和耐盐雾性最佳。张锡 凤等采用预聚物混合法制备丙烯酸酯多元醇作为羟基组分， 以异佛尔酮二异氰酸酯（ IPDI ）和三羟甲基丙烷（ TMP ）加 聚物为异氰酸酯固化剂组分，制备的水性双组分聚氨酯涂料 既具有优异的耐水性、耐化学品性及耐溶剂性，又具有优异 的耐腐蚀性能。李焕等采用磷酸酯改性羟基丙烯酸乳液，加 入水性异氰酸酯固化剂后，制得水性双组分聚氨酯涂料，磷 酸酯基团能在金属底材表面形成致密的磷酸盐保护膜，可以 防止水分子和其他盐离子与金属接触，提高了涂料的防锈性 能

10、。 2.3 水性环氧防腐涂料环氧防腐涂料由环氧树脂和固化 剂两组分组成，在金属表面具有极好的附着力和耐化学品 性。环氧涂料既可制成常温干燥型，也可制成高温烘烤型， 故被大量用于防腐涂料体系中，能适应不同的施工要求。但 环氧涂料也存在一些缺点，如户外耐候性差，涂膜脆性大。 20 世纪 70 年代，国外就开始了水性环氧树脂的研究；我 国从 20 世纪 90 年代初开始水性环氧树脂的研发。根据技 术发展情况， 通常可将水性环氧树脂产品分为 5 代：第 1 代 由液体环氧和水溶性胺固化剂组成； 第 2 代由固体环氧水分 散体和水溶性胺固化剂组成； 第 3 代由多功能固体环氧水分 散体和胺溶液组成；第

11、4 代由改性液体环氧和水溶性胺组 成；第 5 代由固体环氧水分散体和胺水分散体组成。 在防腐 体系中通常会选用 E20 或 E12 的固体环氧树脂体系。闫世友等采用水性环氧树脂 HDAE-605 为成膜物质，三聚磷酸 铝、磷酸锌为复合防锈颜料，改性蛭石为防腐功能填料制得 水性环氧防腐涂料。试验结果表明：当m （磷酸锌）：m （三聚磷酸铝）=3 2，改性蛭石用量为8%时，所制得的防腐涂 料性能最好。叶凤英等以改性脂肪胺加成物与环氧当量为 475 的固体环氧树脂的水分散体为主要基料，制备水性环氧 中间漆，一次喷涂干膜厚度 40200 pm，漆膜强度高，附 着力好，耐盐雾性大于 500 h 。姜美荣

12、采用 3520-WY-55 水 性环氧（环氧水分散体）和 HTW-208 水性固化剂（水稀释 性胺加成物）分别制备双组分铁红底漆和双组分灰色面漆。 试验结果表明：环氧树脂过量 10% 可以提高涂膜的耐盐雾 性，底漆、面漆配套复合涂层的耐盐雾性能达到 700 h 。有 人采用水性环氧固化剂乳化液体环氧树脂为主要成膜物质， 制得的水性环氧防腐涂料的耐盐雾性能达到 1 000 h 。刘东 杰将 90# 沥青乳化后对 EP-51 环氧树脂乳液进行改性，制 得的水性沥青环氧防腐涂料兼具沥青的耐水性与防腐蚀性 和环氧的硬度与附着力。研究表明：m （水性环氧树脂）：m（沥青）为2 1 1 4时，涂层具有较大

13、的阻抗值和较低的 腐蚀电流密度，同时在较长的浸泡时间后依然具有很好的防 腐蚀能力。叶凤英等以固体环氧树脂的水分散体或乳液和水 性胺固化剂为主要基料，添加干膜锌含量为 80% 的锌粉， 制得水性环氧富锌底漆，其耐盐雾性大于 1 000 h ，可用于 船舶、桥梁钢结构、集装箱等场合的防腐和防护，也可作为 车间底漆使用。 Sarvat 等以水性环氧丙烯酸酯（ EPAC ）和 三聚氰胺甲醛树脂 （MF ）制备水性防腐涂料， 应用于低碳钢 片，并考察其在不同环境条件下的防腐性能。研究表明：该 防腐涂料中三聚氰胺甲醛树脂的存在增强了涂膜的划痕硬 度、耐冲击性和耐碱性，其防腐性能优于水性环氧丙烯酸酯 涂料。

14、A Wegmann 等32 研究了 2种不同反应活性的固 化剂（水性环氧 / 胺加成物）和 3 种环氧树脂（基于双酚 A 和双酚 F 混合的液体环氧树脂， 以及环氧值分别为 1.9 eq/kg 和 2.0 eq/kg 的双酚 A 固体环氧树脂） 之间的应用情况。 试 验结果表明：低反应活性的固化剂有助于改善液体环氧体系 的适用期，高反应活性的固化剂有利于提高涂膜的防腐性 （耐盐雾性通过 1 000 h ，测试仍在进行中） 。 Jim 等 33 认为：与传统的水性环氧涂料体系相比，新型水性环氧涂料 体系具有以下几个特点： （1 ）分散体系从离子型转向完全的 非离子型；（2）水性环氧和固化剂之间具

15、有更快速的相容性； （ 3 ）具有高度枝化的环氧 / 胺体系；（4）在非离子型环氧 / 胺 体系中能稳定地添加水性助剂和填料。目前我国市场上用于 水性防腐涂料的水性环氧树脂产品有很多，如气体化工的 AR555 和 419 ，亨斯迈公司的 3986 和 3961 ，迈图公司的 6520 和 6870 ，浙江安邦的 EP-20 和 HGA-50 ，邦和化学 的 2060 和 901 等，能广泛用于港口机械、冶金、石油化工 等领域的防腐。 2.4 水性无机富锌防腐涂料水性无机富锌涂 料以无机聚合物 （硅酸盐、 磷酸盐、 铬酸盐等） 为成膜基料， 锌粉与其反应，在金属表面形成锌铁络合物，从而形成坚实

16、的防护涂层。一般认为无机富锌涂层的防腐机理分两种：前 期利用锌粉的阴极保护作用，后期利用锌粉腐蚀产生锌盐逐 渐堵塞涂层空隙而产生的屏蔽作用。富锌涂料还具有“自修 补”作用，当涂膜表面出现机械损伤后， 腐蚀电流流向损伤处， 锌粉的腐蚀产物在此沉积并形成保护膜，起到自修补保护作 用。据报道，无机硅酸锌涂层是所有耐腐蚀涂层中耐蚀性最 长久的一种，使用寿命长达 2050 a 。温静采用自制的物质 的量之比为5 : 1的硅酸钾为基液，添加锌粉、磷铁粉和高 岭土制成水性无机硅酸锌涂料，并在不同条件下评价涂层的 耐腐蚀性。试验结果表明：添加填料的无机硅酸锌涂层具有 良好的耐腐蚀性，涂层抗腐蚀介质渗透的能力提高。涂层最 佳组分配比为纯锌粉加入量占固相部分总质量的 70% 、磷铁 粉占 10%、高岭土占 18% 和膨润土占 2%，相比纯锌粉涂 层， 其成本降低了近 30% 。徐亮等在常用的水性无机硅酸盐 富锌涂料中添加适量的硅丙乳液及碳纳米管，制成了无机 - 有机复合水性富锌涂料。试验结果表明：当硅丙乳液和碳纳 米管分别占基料总量的 20% 和 1%，颜基比为