蔣翠翠，李 勇，廖艷芳，廖木榮，莫友彬，黃蔚欣
（1.廣西化工研究院有限公司，廣西 南寧 530001；
2.廣西新晶科技有限公司，廣西 南寧 530007）
在節能減排、低碳環保理念和政策的推動下，水性涂料、粉末涂料、高固體分涂料和無溶劑涂料等綠色環保型涂料將逐步替代各類溶劑型涂料。在水性涂料中，水性醇酸涂料是符合國家可持續發展戰略要求的一類生物基涂料。充分利用可再生資源，研究開發綠色環保、高性能產品是涂料行業發展的總趨勢之一[1]。水性醇酸樹脂的主要原材料為植物油，屬于可再生資源，因此研究高性能水性醇酸防腐涂料具有重要的現實意義。
水性醇酸防腐涂料具有低VOC 含量、基材的潤濕性能好、裝飾性能好等優點，已在鋼結構、工程機械和農用機械設備、彩鋼瓦等領域廣泛應用，主要起保護和美觀的作用，但它也存在干燥慢、耐水性差、涂料穩定性差等缺點。為了解決上述缺點，使水性醇酸防腐涂料能發揮優異的防腐性能，本文著重研究了樹脂種類、催干劑、防銹顏料、PVC 等因素對涂料性能的影響，優化涂料配方，最終研制了一款高性能水性醇酸防腐涂料。
1.1 主要原材料
潤濕分散劑TEGO-755W，消泡劑TEGO-812，鈦白粉R-902，硫酸鋇，防閃銹劑KM404，催干劑(Borchi?OXY-Coat 1101、TH-3305、ALCAT-CS07A、DR02)，水性醇酸樹脂(CS01A、LR-5816、AK9504、01W75、3AK0240B)，磷酸鋅、改性三聚磷酸鋁，鈣離子交換硅膠，磷硅酸鋁鋅鉬，去離子水。
1.2 實驗儀器
GZX-DH300BS 型烘箱，W-71 型噴漆槍，HSE550 型噴漆柜，BGD881/S 型鹽霧腐蝕試驗箱，SPT0.5W 型砂磨分散機，AE200 型電子天平，BGD503 涂膜劃格器，BGD542 精密涂層測厚儀，BGD513光澤儀，BGD505組合鉛筆硬度計。
1.3 涂料配方及制備工藝
高性能水性醇酸防腐涂料的配方見表1。將水性醇酸樹脂、pH調節劑、復配催干劑、去離子水和助溶劑加入分散容器中攪拌均勻，按表1的順序，依次加入潤濕分散劑、消泡劑、填料、防銹顏料及防閃銹劑，高速分散均勻后加入鋯珠進行研磨。研磨至涂料的細度≤30μm，用去離子水調至合適黏度，過濾即得到最終產品。
表1 高性能水性醇酸防腐涂料的配方表
1.4 漆膜試樣的制備及性能測試
將水性醇酸涂料加入適量的水，調整到合適的施工黏度，噴涂在預處理過的冷軋鋼板上，自然放置14d后進行性能測試。
漆膜的基本性能按HG/T 4847-2015進行測試；
鉛筆硬度測試參照GB/T 6739-2006；
劃格附著力測試參照GB/T 9286-2021；
耐中性鹽霧性能測試參照GB/T 1771-2007；
耐水性能測試參照GB/T 1733-1993。
2.1 樹脂的篩選
水性醇酸防腐涂料的主要成膜物質為樹脂，樹脂性能直接影響涂料的最終性能，因此篩選合適的水性醇酸樹脂至關重要。本實驗選取了5款國產的水性醇酸樹脂作為成膜物質，通過對比實驗篩選出合適的成膜樹脂，實驗結果見表2。由表2 可知，幾款樹脂的表干時間差別較小；
樹脂E 的實干時間最快。樹脂A 的光澤最高，其次是樹脂E。樹脂D 的漆膜硬度較好，其他漆膜偏軟。從其它指標來看，樹脂B、C、E 的附著力好于樹脂A、D；
樹脂E 的鹽霧性能最好。綜合考慮，選擇樹脂E作為成膜樹脂，進行其他配方成分的篩選。
表2 不同水性醇酸樹脂對涂料性能的影響
2.2 催干劑的選擇
水性醇酸涂料的干燥速度緩慢，添加催干劑能加快涂料的干燥速度，同時催干劑對涂料的貯存穩定性及漆膜的性能如硬度、附著力、耐水性、泛黃性和耐腐蝕性等的影響也較大，因此選擇合適的催干劑十分重要。對4 款催干劑進行了對比測試，結果見表3。由表3 可知，催干劑ALCAT-CS07A、DR02會影響涂料的貯存穩定性，且漆膜發黃，耐腐蝕性也較差；
催干劑Borchi?OXY-Coat 1101是新型環保無鈷催干劑，綜合性能較好，但漆膜偏軟；
TH-3305是復配型催干劑，對漆膜的貯存穩定性有一定影響，但漆膜硬度高，耐水性和附著力較好。因此選用TH-3305和Borchi?OXY-Coat 1101，以一定比例配置涂料進行實驗，發現TH-3305和Borchi?OXY-Coat 1101按3∶2的比例搭配時，涂料的綜合性能最好。
表3 不同的催干劑對涂料性能的影響
2.3 PVC的確定
水性醇酸涂料中，不同的顏料體積濃度(PVC)會有不同的漆膜性能，一般在涂料的最佳PVC 附近，漆膜的致密性較高，涂料會有較高的光澤、優異的附著力和耐腐蝕性能。為了提高涂料的各項性能，測試了不同的PVC 對涂料性能的影響，結果見表4。由表4 可知，涂料體系的PVC（顏料體積濃度）為30%時，漆膜的綜合性能最好；
涂料體系的PVC 低于30%時，漆膜的性能隨PVC 的增大而不斷提升；
涂料體系PVC 高于30%時，漆膜的性能隨PVC 的增大出現降低。這是因為PVC 小于30%時，體系中樹脂的占比較大，由于水性醇酸樹脂的耐水性差，加入顏填料可以有效提高漆膜的耐水性及致密性，從而提高漆膜的防腐性能；
PVC 大于30%時，涂料體系中樹脂的占比變小，此時基料無法充分包裹住顏料粒子，造成漆膜的致密性下降，涂層的抗滲透性下降，相應地漆膜的附著力降低，防腐性能變差，導致基材易被侵蝕[2]。最終確定涂料體系的PVC為30%。
表4 不同PVC對涂料性能的影響
2.4 防銹顏料的選擇
在水性涂料中加入防銹顏料，理論上可以提高漆膜的防腐性能，但對于水性醇酸防腐涂料，樹脂與防銹顏料有一定的適配性。在確定涂料體系的成膜樹脂后，加入合適的防銹顏料才能有效提高漆膜的防腐性能。本文探究了4款防銹顏料對涂料性能的影響，防銹顏料的添加量為3%，測試結果見表5、圖1。
圖1 中性鹽霧圖
表5 不同的防銹顏料對涂料性能的影響
由表5 和圖1 可知，加入磷酸鋅后涂料消光嚴重，且耐腐蝕較差，原因是磷酸鋅的活性低，初期的防腐性能差。改性三聚磷酸鋁具有一定的固體酸特性，單組分水性醇酸涂料在弱堿性條件下才穩定，加入三聚磷酸鋁后，體系的pH 降低，涂料貯存時不穩定，導致漆膜的耐腐蝕性能差。加入鈣離子交換硅膠后，涂膜的耐腐蝕性能未有明顯提高，還會增加涂料的成本。加入磷硅酸鋁鋅鉬后，在保持漆膜高光澤的基礎上，漆膜的防腐性能大大提高，原因是磷硅酸鋁鋅鉬是一種復合防銹顏料，含有一定量的片狀材料，可以屏蔽一部分腐蝕介質對基材的侵蝕，起到物理防銹的作用；
另外，解離出的磷酸根、硅酸根離子可以鈍化鋼鐵，在基材表面形成一層保護膜，起到抑制腐蝕的作用。在水性涂料的固化過程中，鋁離子能夠與羥基發生交聯形成更加致密的結構[2]，鉬酸鋅則起到了協同防銹的作用。因此最終選擇自制的防銹顏料磷硅酸鋁鋅鉬，成功配制了一款高性能水性醇酸防腐涂料。
本文篩選了綜合性能好的水性醇酸樹脂作為成膜物質，篩選了合適的催干劑，確定了體系的最佳顏填料體積濃度（PVC），添加合適的環保型防銹顏料，研制了一款高性能水性醇酸防腐涂料，耐鹽霧時間可達到216h。產品可應用于三腳架、彩鋼瓦、農用機械、汽車底盤、護欄等鋼結構的防護，具有較好的市場前景。
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