金属防腐的水性涂料是涂料的重要发展趋势之一

点击数：976发布：2016-11-09　来源: 聚脲防腐_聚脲喷涂_聚脲防水_江苏申正建设工程有限公司

金属防腐的水性涂料是涂料的重要发展趋势之一

  一种单组分防腐涂料用聚氨酯-环氧树脂复合乳液。采用甲苯二异氰酸酯（TDI）、聚醚二元醇（Diol-1000）、二羟甲基丙酸（DMPA）和无水乙醇合成部分封端的亲水性端异氰酸基聚氨酯预聚体，将此预聚体和环氧树脂进行接枝反应，用三乙胺（TEA）中和并加水分散后用乙二胺（EDA）打开环氧基并扩链。
 合成聚氨酯-环氧树脂复合乳液的工艺因素和配方因素，包括原料预处理、加料方式、DMPA 用量、环氧树脂用量、环氧树脂羟基接枝率、中和度以及乙二胺用量等对乳液和涂膜性能的影响。研究结果表明，当固态的 DMPA 和环氧树脂以溶解后和熔融后的液态形式加入，DMPA 用量为 8%～8.5%，环氧树脂用量为 45%，环氧树脂羟基接枝率为 95%～99%，中和度为 95%～100%，环氧基开环率为 100%时，乳液和涂膜性能最佳。

  采用激光粒度仪检测了乳液的粒径；电化学工作站测试了涂膜的极化曲线谱图，从而得出了涂膜的防腐蚀能力；综合热分析仪测试了涂膜的耐热性能；扫描电镜观察了涂膜的表明形态；盐雾实验箱测试了涂膜的耐盐雾性能。比较了不同环氧树脂用量、不同环氧树脂羟基接枝率和不同环氧基开环率的涂膜在防腐蚀性能方面的区别，发现环氧树脂用量、环氧树脂羟基接枝率和环氧基开环率越高，涂膜的防腐蚀性能越好。

  金属腐蚀的存在，给工业造成巨大损失，据不完全统计，全世界因金属腐蚀造成的经济损失每年高达 7000 亿美元以上，约占国民生产总值的 4%[1]。长期以来，防止金属腐蚀一直受到人们的广泛重视。在金属表面涂覆防腐蚀涂层是最有效﹑最简单以及最常用的防腐措施。目前金属防腐涂料主要是溶剂性涂料，但因其含有大量的有机挥发物（VOC），污染环境，浪费能源和资源，已经不能适应社会发展的需求。水性涂料是一种重要的环保型涂料，据统计，2010 年水性涂料已占到世界工业涂料的 22%，达到 1200 万吨。但由于目前水性涂料的防腐蚀性能与溶剂型涂料相比还存在一定差距，因此水性金属防腐涂料尚未得到广泛应用。水性涂料的发展方兴未艾，开发适用于金属防腐的水性涂料是涂料的重要发展趋势之一，其关键在于提高基料，即乳液的性能。

1.2 水性防腐涂料的发展状况

防腐涂料除具备一般涂料的技术性指标如硬度、强度、抗冲击性、附着力、柔韧性等，还要具备预防金属腐蚀的特殊要求，即根据金属的腐蚀原理，防腐涂层还要起到屏蔽作用，隔离水、氧、电解质直接与金属接触；缓蚀作用，涂层中释放出缓蚀离子，延缓钢铁腐蚀；阴极保护作用，涂料中含有锌粉（富锌涂料），作为牺牲阳极，钢材成为阴极，得到保护，从而延长了钢铁的使用寿命。

水性涂料用于防腐领域大致始于 20 世纪 70 年代，目前主要品种有：水性环氧树脂防腐涂料，水性聚氨酯防腐涂料，水性丙烯酸酯防腐涂料、水性醇酸树脂防腐涂料和水性无机硅酸富锌防腐涂料等。

1.2.1 水性环氧树脂防腐涂料

环氧树脂中的环氧基和羟基提供了内聚力和粘接力，醚键和羟基提供浸润性和粘附力，醚键和 C-C 键提供柔顺性，苯环提供耐热性和刚性，-C-O-键提供耐碱性，因此环氧树脂防腐涂料具有良好的附着力、耐酸碱性强、耐热性和电绝缘性好等特点，但其存在柔韧性差、耐候性差等缺点，且分子量小需外加固化剂交联，双组分使用也不甚方便[2]。

水性环氧树脂防腐涂料是目前应用最多的水性防腐涂料。水性环氧树脂防腐涂料分为单组分和双组分两种。单组分涂料由于环氧基含量少、交联度低、涂膜抗冲击性差等原因导致性能不好，应用较少；双组分涂料使用前将基料和固化剂
1.2.2 水性聚氨酯防腐涂料

聚氨酯是由多异氰酸酯和低聚多元醇聚合而得的树脂。在聚氨酯分子中由于含有大量氢键，分子间作用力大，大分子链对多数化学物质稳定，所以以聚氨酯为成膜物质配成的聚氨酯防腐涂料具有优良的耐化学品性、抗渗透性、耐磨性以及良好的附着力等特性，聚氨酯可以根据不同的情况进行分子设计和结构调整，更好的满足实际需求[5]。

水性聚氨酯防腐涂料也分为单组分和双组分[6]。单组分水性聚氨酯防腐涂料通常乳液聚合物为线性分子结构，成膜时也不发生交联反应，因此与溶剂性的涂料相比，其力学强度、耐水性、耐化学药品性和耐溶剂性都不理想。引入交联剂可以极大地改善单组分水性聚氨酯涂料的性能，提高交联度的方法之一是加入内交联剂，由于交联反应在乳胶粒内进行，所以只会增大乳胶粒内聚氨酯链的分子量，而不会影响乳液的稳定性；另一种交联方法是在分子中引入可发生热反应的活性基团，涂料施工后，热处理时发生交联反应，典型的有封闭型异氰酸酯乳液组成的单组分水性聚氨酯涂料[7]。双组分水性聚氨酯涂料由 A 组分和 B 组分组成， A 组分为含活泼异氰酸根的组分，B 组分为含多羟基的水分散体系，使用时将两个组分混合，成膜时交联。双组分水性聚氨酯涂料近年来已经在建筑、市政工程以及重型混凝土楼板上使用。

1.2.3 水性丙烯酸酯防腐涂料

水性丙烯酸酯涂料正在化工大气建筑防腐领域得到应用，其具有以下特点：施工方便；透气性好；涂膜干燥快；树脂相对分子量高，涂膜的耐候性好，并具有良好的力学性能、耐碱性和耐水性。水性丙烯酸酯涂料乳液采用乳液聚合的方法制得，比较具代表性的有：醋丙乳液、苯丙乳液、纯丙乳液、高固体份丙烯酸酯乳液和核壳乳液。孙德乾等[8]研究了对有机硅单体的种类、用量和加入方式对丙烯酸酯乳液涂膜性能的影响，结果发现有机硅可以很好的提高涂膜的耐水性、附着力和力学性能。赵维等[9]以甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酰氧基三乙氧基硅烷等为主要原料，采用半连续乳液聚合法，合成了具有核壳结构的有机硅-丙烯酸酯微乳液，研究表明涂膜的耐水性比常规乳液聚合物有明显的提高，综合性能良好。张勇[10]研究了一种带有呋喃羧酸酯基结构单元的含氟共聚物形成的水性分散涂料，该涂料在常温下固化，形成的涂膜具有耐污染性、耐药品性等性能，适用于建材、机械等行业。张祖文等[11]运用冷拼法制备氟丙树脂并配制了氟丙防腐涂料，结果表明氟丙涂料比氟碳涂料具有更高的光泽度，比丙烯酸涂料有更好的耐候性，含氟量增加，涂膜的光泽度和失光率均线性下降。

1.2.4 其他水性防腐涂料

常用的水性防腐涂料还有水性醇酸树脂防腐涂料和水性无机硅酸富锌防腐涂料等。醇酸树脂是由各种油类（干性油、半干性油和不干性油类）和多元醇（如甘油、季戊四醇等）反应生成各种醇介物，然后在和多元醇（如苯酐、顺酐等）缩聚而成。醇酸树脂涂料的特点是具有很好的施工性能、耐候性、涂膜丰满光亮且附着力好。李慕英等[12]介绍了水性醇酸厚浆涂料的制备方法和性能指标，通过改变颜料体积浓度（PVC）和水性醇酸树脂的酸值，提高水性厚浆涂料的防腐性能。富锌涂料作为钢铁防腐蚀的重要组成部分，是利用锌粉的强活性，形成电化学阴极保护，来阻止钢铁的锈蚀，具有优异的防锈性和耐久性。

富锌涂料根据成膜物质的不同，一般分为有机富锌涂料与无机富锌涂料两大类，有机富锌涂料是以合成树脂（如环氧、聚酯树脂等）为成膜物质，以高含量锌粉为填料的防锈涂料；无机富锌涂料是以无机聚合物（如硅酸盐、磷酸盐、重铬酸盐等）为成膜基液，锌粉与其反应，在金属表面形成锌铁络合物，从而形成坚实的防护涂层。无机富锌涂料在导静电性、耐候性、耐热性、耐溶剂性、防锈性等方面都优于有机富锌涂料。其中无机硅酸锌涂料以其优异的重防腐性能以及经济性而得到了深入研究和广泛应用，这种涂料主要用于金属结构件的重防腐保护。开发出具有快速自固化特征的水性硅酸锌涂料，这种涂料具有以下特点：防腐蚀性能优异、耐温性好、导电性能好、抗滑移性能好、施工性能好。水性防腐涂料由于用水做分散介质，其综合性能特别是防腐性能与溶剂性涂料相比还有一定的差距，因此要获得高性能的水性防腐涂料必须开发综合性能更好的乳液。

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