水性带锈防腐涂料的研制

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1　前言
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    钢铁结构设施防止腐蚀,最简便有效的方法就是采用涂料来保护。传统的油性涂料即通常所说的油漆,由于含有大量的有机溶剂,对环境造成极其严重的污染,因此水性涂料是世界各国涂料界研究的方向之一。在某些发达国家水性涂料产量已达到涂料总产量的50%以上。我国的水性涂料的需求量每年也以10%以上的速度递增。一般涂料在钢铁表面涂装时,都要求彻底除锈,特别是水性涂料要求除锈更为严格。除锈工作是一种十分繁重的工作,既耗费大量工时,又增加费用。据报道,钢板涂装费用分配比例为:表面除锈占42%,施工占30%,涂料占19%。

    水性带锈防腐涂料是一种可直接涂刷于有残余锈迹的钢铁表面的新型涂料。采用水性带锈防腐涂料涂刷钢铁表面,既减轻了繁重的除锈工作量,又节省了施工费用,提高了劳动生产率,改善劳动卫生环境,减小了环境污染。
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2　水性带锈防腐涂料的作用原理

" z+ F6 ~  t8 ]. W    钢铁表面上的锈层从结构上看,是一个疏松多孔的带水结构;从组成上看,又是稳定的无害铁化合物和有害铁化合物混合体。水性带锈防腐涂料采用渗透性较好的树脂为基料,如苯丙乳液,在渗透剂的配合下,使涂层具有较好的渗透性,从而浸润和渗透整个疏松多孔的锈层,使锈层粘结成为连续封闭型涂层,以封闭整个锈层和钢铁表面。

    水性带锈防腐涂料依靠涂料中树脂的反应基团,活性颜料或铁锈转化剂与锈层中活泼有害成分反应,生成稳定的抑制化合物,从而使整个锈层成为涂料中稳定的具有保护性的填料。涂料中各种不同活泼防锈料的适当配比和填料的配合,可使整个带锈层具有较好的防锈性,耐久性和物理机械性能。总之,水性带锈防腐涂料既要对锈蚀的钢铁表面有良好的适应性,同时也能在光洁的钢铁表面上形成能阻蚀的蚀化膜,从而起到防锈作用。
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3　水性带锈防腐涂料的生产

8 I/ ]  c- D% t    水性带锈防腐涂料主要是水性树脂乳液与填料颗粒分散体混合物,在通过添加各种性能的助剂,如增稠剂、分散剂、成膜助剂、防霉剂、缓蚀剂、流平剂等助剂,以达到要求的施工性能,成膜质量和稳定的贮存期。

3.1　防锈填料的选择

    采用云母氧化铁红(灰)、磷酸锌、三聚磷酸二氢铝、锌黄、氧化锌、滑石粉、硫酸钡等组成的防锈颜料体系与丙苯乳液制成涂料,涂装在金属表面,颜填料水解形成多种离子,如ＰＯ3-4、ＨＰＯ2-3、Ｚｎ2+、Ａｌ3+等与金属表面的Ｆｅ2+、Ｆｅ3+离子经过化学反应形成复杂的络合物,抑制金属的腐蚀,从而达到防锈作用。

3.2　缓蚀剂的选择
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1 u' I: j3 H/ B! I5 H( R+ W    水性涂料在金属表面,成膜初期容易发生锈蚀,必须加入缓蚀剂。通常使用亚硝酸钠(ＮａＮＯ2)作缓蚀剂,亚硝酸钠虽然能防止早期锈蚀,但由于其强水溶性而残留在膜中,极大影响膜的耐盐水性。经试验选择苯甲酸钠—亚硝酸钠制成复合型缓蚀剂,可有效地抑制锈蚀,还不影响涂料的耐盐水性能。复合型缓蚀剂加量一般为0.2～0.5%为宜。

7 N4 O. n2 F4 X+ I. P3.3　防霉剂的选择

% ]' W' j6 t, T0 b    水性带锈涂料是以水为分散介质,产品一般呈弱碱性,ｐＨ值一般为7～9,贮存温度一般在40以下。贮存期大多为6～18个月,容易受到微生物的污染与破坏,因此,在水性带锈防腐涂料的生产和贮存中易造成产品质量不稳定、变色、发臭、ｐＨ值改变、甚至涨听等现象;涂料干燥成膜后,会发生变色、松软、附着力降低、失光、开裂、气泡等现象,从而使涂层失去保护作用。微生物生长条件及环境见表1,部分微生物的生长条件及环境见表2。

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& s, @8 v; D# Z  z; T# Q* ]  f    罐内防腐剂一般只能抑制细菌和霉菌的生长,对藻类无效;而干膜杀菌剂只能杀死霉菌和藻类,对细菌和真菌不起作用,故应两者配合使用,才能达到抗菌的效果。经过试验选择华科981和ＲＯ20ＮＥ复合防腐防霉杀菌剂,用量一般为0.05%～0.1%。
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3.4　水性带锈防腐涂料配方
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    经过数次试验优化配方设计,水性带锈防腐涂料配方见表3。(表略)
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3.5　水性带锈防腐涂料生产工艺

    将水加入到球磨机,再将配方中的分散剂、防霉杀菌剂、缓蚀剂、消泡剂、润湿剂加入球磨搅拌一段时间,然后将颜填料逐渐加入,球磨2～3ｈ,加入部分乳液,再球磨1～2ｈ,细度达到60μｍ时,将球磨机内的半成品转入高速分散机内,加入剩余乳液及成膜助剂等其它助剂,高速搅拌分散均匀,经检测技术指标合格后,包装成品(见图1)。
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% c: Y1 k7 N' B8 I3.6　产品性能检测
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5 B' z6 D4 U* h" A    产品性能检测结果见表4。

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3.7　质量技术指标对比

. ^+ k/ H& [6 E) \& f0 U/ P    与酚醛防锈漆、醇酸防锈漆性能比较见表5。

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; Y) g9 Q3 ?0 ?) O8 ]  w  ]- R3 {4　水性带锈防腐涂料的应用
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8 j$ ^1 z+ z8 h    水性带锈防腐涂料在带锈钢铁上渗透性和附着力强,具有优良的耐侯性和耐酸碱性;在无锈的金属表面也有良好的防锈作用;可直接涂装在带锈底材上,不需再涂装面漆;无毒无污染,不燃烧。该涂料可用于一些难以进行表面处理的大型金属构筑物,如桥梁、护栏、大型机械、金属门窗、化工管道、生产工厂区管架等。
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5 K7 `* i( \- m- W& ^5　施工要求
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2 [' t, d+ E7 o0 j1 E; e    锈层的处理好坏,也是水性带锈防腐涂料使用效果好坏的关键。因此,使用水性带锈防腐涂料还必须进行除锈的清理。一是除去浮锈(疏松锈或鳞片状锈)、油污、杂质等;二是控制一定锈层厚度。如果除去浮锈后锈层仍然过厚,还需要进一步铲除厚锈层,以适应涂料对锈层的要求;三是清理氧化皮,氧化皮与钢铁表面附着不紧,容易受应力作用引起剥离而损坏涂层,所以锈层清理需尽量除去氧化皮。

1 `# B$ w+ c* H6 t- u    上述方法的除锈与使用常规油漆除锈的要求相比,所需的除锈工时将节省70～80%。

6　结束语

% T1 H; A  B, u8 n# r% F, J    水性带锈防腐涂料是自干性涂料,其性能指标与测试结果优于酚醛防锈漆和醇酸防锈漆。该涂料具有优良的耐盐水性、耐腐蚀性、附着力强、坚韧牢固,可与同类面漆配套使用。以水为溶剂,无毒害、不燃不爆,对环境污染减小。便于贮存运输,施工涂装方便,简单,安全可靠