苯丙乳液水性防锈涂料的配方研究_唐金勇

表1 水性防锈涂料基本配方
Table 1 Formula of Waterborne Anti-rust Coatings
原料
w/%
去离子水
20～26
润湿分散剂
0.4～0.8
消泡剂A
适量
pH值调节剂
适量
氧化铁红
6～10
三聚磷酸铝
4～8
滑石粉
4～6
沉淀硫酸钡
4～6
云母
4～6
氧化锌
2～4
苯丙乳液
30～50
Table 4 Effects of Different PVC Values on Coating Performance
附着力/级
正冲击/(kg · cm)
耐水性/d
耐盐水性/d
1
50
12
5
1
50
20
10
1
50
25
15
2
40
25
15
2
40
12
6
柔韧性/级 1 1 1 2 2
从表4可以看出，当PVC为25%时涂膜的综合性 能 最 好。PVC低 于25%时，PVC对 涂 膜 的 附 着 力、柔 韧性、抗冲击性的影响不大，随着PVC的增加涂料的 附着力、柔韧性下降，整个涂膜的耐腐蚀性却是随着 PVC的增大趋势是先增大后减小。这是因为当PVC较 小时，涂膜中的树脂较多，从而使涂膜的附着力、柔 韧性、抗冲击性能都较好。当PVC增大时，基料不能 完全包裹颜料，造成涂膜的附着力下降，进而使涂膜 在受到冲击时易于破裂。由于基料不能完全包裹颜 填料，从而使涂料不能形成连续致密的涂层，使涂膜 出现空隙，形成多孔性涂膜，造成腐蚀性介质易于进 入涂层底部，与金属基材接触产生气泡、锈蚀，使涂 层的防腐性能下降。从表4中我们发现并不是PVC越 低越好，这是因为当涂料中基料过多时，虽然颜填料 颗粒之间由基料充满，涂膜致密但是防锈颜填料之 间很少接触，颜填料以分离的形式存在于基料中，不 能连续覆盖基材，造成基料和防锈颜填料不能很好 地产生协同作用，进而使涂层的防腐蚀性能降低。综 合考虑确定涂料的PVC为25%最佳。 2.4 颜填比对涂膜防锈性能的影响
防锈颜料在应用中或多或少有一定的局限性， 通过和填料的搭配使用可以改进涂料的流变性、物 理力学性能，超细处理或表面处理过的填料能使防 锈颜料在涂膜中分布更均匀从而降低成本，同时还 可以提高防锈性能[7]。不同颜填比对涂膜性能的影响 如表5所示。
从表5可以发现，颜填比对涂膜的耐水性无较大 影响。这是随着颜填比的增加，涂膜的防锈性能也在 增加，这是因为在防锈颜填料总量不变的情况下， 随着颜填比的增加，体系的防锈颜料也在增加，使 其与金属基材得到络合钝化形成致密的膜，随着颜
的综合性能最好。
关键词:颜填料；颜基比；水性防锈涂料；苯丙乳液
中图分类号：TQ630.7+1
文献标识码：A
文章编号：1006-2556(2013)10-0022-05
Formula Design of Styrene-Acrylic Emulsion Waterborne Anti-rust Coatings
GB/T 1732—1993
2 结果与讨论
2.1 基料的选择 水性涂料主要由基料、颜填料、水性助剂3大部
分组成，其中以成膜树脂对最终产品的性能起主要 作用。所选的树脂除了自身有突出的防锈性能外，还 应与颜填料共混性良好，钙离子稳定。本试验选择自 制苯丙乳液作为水性涂料的成膜物质，该乳液附着 力优异、柔韧性好、光泽度高，耐水、耐盐水性能突 出，硬度高。所得涂膜性能测试结果如表3所示。
4
耐盐水性(3%NaCl溶液)/d
10
耐水性/d
20
柔韧性/mm
1
2.2 防锈颜填料的选择 颜填料的选择是涂料配方设计中的重要步骤，基
料只有在配合一定的防锈颜填料之后才能更好地发 挥其防锈性能。本试验采用氧化铁红、三聚磷酸铝、氧 化锌为防锈颜料，其中氧化铁红属于物理防锈颜料， 氧化铁红性质稳定，其细微颗粒能填充涂膜结构，使 涂膜的致密性提高，可渗透性降低。三聚磷酸铝能解 离出三聚磷酸根，三聚磷酸根离子能捕捉金属基材 的铁离子，与其发生螯合作用，形成螯合无机高分子 错合体，钝化金属表面，使涂料的硬度高、附着力好， 可以较好地保护基材不受腐蚀[3]。三聚磷酸盐由于酸 性、水溶解度等原因，会破坏树脂的稳定性[3]，故目前 多采用碱性的氧化锌与三聚磷酸铝中的氢离子反应 以获得合适的pH值[4]。氧化锌对酸性物质的高反应 性以及其反应所形成的皂类，有助于防止贮存中的 颜料发生硬结，提高三聚磷酸铝的防锈性能。云母粉 是一种片状粉末，在涂膜中水平并列且交叉重叠，产 生所谓的“迷宫效应”，有效阻缓了水分子及其他腐 蚀介质到达基材的时间，提高了涂膜的耐水性和防 腐蚀性。滑石粉是一种羟基络合物，由于羟基的存在 可以提高涂膜的附着力。滑石粉稳定性好，不溶于 水、有机溶剂、冷酸和冷碱，密度适中，易于分散，较 适合用于水性防锈涂料。沉淀硫酸钡是一种化学性 质很稳定的体质填料，耐酸碱性好，能使涂膜坚硬， 并且极大地降低了涂膜的渗透性，提高了涂膜的防 锈性能。
醇酯12
2～4
消泡剂B
适量
增稠剂
适量
1.3 涂料的制备
在低速搅拌下按顺序将去离子水、丙二醇、润湿
分散剂、消泡剂、pH值调节剂加入到配漆缸中，充分
混合均匀后，在高速分散下加入各防锈颜填料进行
高速分散，分散至细度小于40 μm。然后在中速搅拌
下加入自制改性丙烯酸酯乳液、成膜助剂、消泡剂，
一定时间以后在低速分散下加入增稠剂混合均匀，
的参数，颜料体积浓度能科学反映涂料性能，在科学 研究和实际生产中成为制定和描述涂料配方的重要
参数[6]。颜料体积浓度不同，颜填料与树脂界面间空 隙数量和分布也不同。对腐蚀性介质在涂层中的传 输行为也会产生影响。不同PVC对涂膜性能影响如 表4所示。
PVC/% 15 20 25 30 35
表4 不同PVC对涂层性能的影响
而是趋于平稳，综合成本与性能考虑确定颜填比为 1.6∶1。 2.5 氧化铁红与三聚磷酸铝配比对涂膜的影响
作为主体的防锈颜料在其他条件不变的情况下
研究两种防锈颜料不同配比对涂膜性能的影响是十
分有必要的，结果如表6所示。
23
行技业术走研势发 Technical Research IanndduDsterviaeloTprmenednst
第 28 卷 第 10 期 中201国3 年涂10料月
中国涂料 CHINA COATINGS
Vol.28 No.10 Octob第er 22801卷3
2.3 颜料体积浓度对防锈性能的影响 颜料体积浓度(PVC)是表征涂料最重要、最基本
表3 自制苯丙乳液所得涂膜性能测试结果 Table 3 Test Results of the Films Prepared by the Self-
made Styrene-acrylic Emulsion
性能
自制苯丙乳液
耐冲击性/(kg · cm)
50
铅笔硬度
H
附着力/级
1
耐盐雾性(5%NaCl溶液)/d
分间产生协同作用，可以获得性能优异的涂料。完整 涂膜、好的湿附着力、低的透水性和透氧性将有助于 涂膜的防腐蚀[2]。
本文以自制性能优异的改性苯丙乳液为基料， 配合适当的防锈颜填料和水性助剂，制备出一种综 合性能良好、通用性强的水性防锈涂料。
第 28 卷 第 10 期 2013年年 第10 1月0 期
National Standards
测试项目
国标
铅笔硬度
GB/T 6739—2006
耐盐雾(5%NaCl溶液)
GB/T 1771—1991
耐水性
GB/T 1733—1993
耐盐水性(3%NaCl溶液)
GB/T 1763—1989 甲法
附着力
GB/T 1720—89
柔韧性
GB/T 1731—1993
冲击强度
调至合适黏度，过滤出料，即可得到水性防锈涂料。
1.4 性能测试
把制得的涂料按照GB/T 1727－1992制膜，常温
干燥7 d或是85 ℃烘烤30 min，按照相应国标测试各
项指标，具体见表2。
表2 涂料性能测试项目及对应国标 Table 2 Tests of Coatings Performance and Corresponding
0前言
金属腐蚀造成的损失是惊人的，防锈防腐最简 便、有效的方法之一是施涂防锈防腐涂料[1]。随着经 济进步，社会的环保意识日益增强，非溶剂型环保涂 料特别是水性涂料得到了长足发展。水性涂料配方 相对比较复杂，其含有多种颜填料和助剂。这些组分 对涂膜的影响各不同。通过合理的配方设计，使各组
22
行技业术走研势发 ITnedchunstirciaallRTerseenadrsch and Development
中国涂料 CHINA COATINGS
Vol.28 No.10 唐金勇等：苯丙乳液水性防锈涂O料ct的ob配er方2研01究3
1 试验部分
1.1 试验原料 水性苯丙乳液，自制；氧化铁红，拜耳；三聚磷酸
铝、氧化锌、滑石粉、云母、沉淀硫酸钡，国产；润湿分 散剂，迪高；消泡剂 A，科宁；消泡剂B，毕克；醇酯12， 壳牌；增稠剂，陶氏(原罗门哈斯)。 1.2 水性防锈涂料基本配方(见表1)
表5 不同颜填比对涂膜性能的影响
Table 5 Eቤተ መጻሕፍቲ ባይዱfects of Different P/B Values on Coating
Performance
颜填比
耐水性/d
耐盐水性/d
1.2∶1
25
5
1.4∶1
25
12
1.6∶1
25
20
1.8∶1
25
21
2∶1
25
21
填比的进一步增加，涂料的防锈性能并未相应增加
第 28 卷 第 10 期 2013 年 10 月
中国涂料 CHINA COATINGS
Vol.28 No.10 October 2013
苯丙乳液水性防锈涂料的配方研究
□ 唐金勇，闫福安 (武汉工程大学化工与制药学院，武汉 430073)
摘要:以自制苯丙乳液为基料，通过加入多种防锈颜填料和助剂，制备出一种水性防锈涂料。研究了涂
料中颜料体积浓度(PVC)、防锈颜料种类及用量、防锈颜填料之比、铁红和三聚磷酸铝质量之比、润湿分散
剂用量、消泡剂对涂层性能的影响。试验结果表明，颜料体积浓度PVC=25%，颜填料比为1.6∶1，氧化铁红
和三聚磷酸铝比为1∶1，润湿分散剂用量为涂料总量的0.7%，消泡剂A与B按质量比1∶1时，水性防锈涂料
TANG Jin-yong, YAN Fu-an (School of Technical Engineer & Pharmacy, Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430073, China)
Abstract:The waterborne anti-rust coatings is prepared by adding varying anti-rust pigments, fillers and additives into self-made styrene- acrylate emulsion. The effects of pigment volume concentration(PVC), types and dosage of anti-rust pigments and fillers, the ratio of anti-rust pigment and filler, the ratio of iron oxide red and aluminum tripolyphosphate by weight, wetting dispersions dosage, and deformer on the coating were studied. Tests show that the PVC at 25%, the ratio of pigment and filler at 1.6∶1,the ratio of iron oxide red and aluminum tripolyphosphate by weight 1∶1, the wetting dispersant ratio 0.7% , the ratio of defoamer A∶B by 1∶1, the coatings has good performances. Key words: pigment and filler, the ratio of pigment and filler, waterborne anti-rust coatings, styrene-acrylate emulsion