水性防腐涂料的發(fā)展現(xiàn)狀

1、水性防腐涂料的發(fā)展現(xiàn)狀作者：何慶迪，許洋，沈雪鋒0引言金屬腐蝕每年都會對機 械、設備等造成巨大的破壞，為了減少腐蝕造成的經(jīng)濟損失，一 般會在金屬表面涂覆防腐涂料，起到屏蔽、鈍化、電化學保護作 用。隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，我國防腐涂料的市場規(guī)模已僅次 于建筑涂料，位居第二位，預計到2020年我國防腐涂料的市場規(guī) 模將突破100萬t大關。目前，防腐涂料基本均為溶劑型涂料， 涂料中含有大量的揮發(fā)性有機化合物（VOC）,易燃，會對人體和 環(huán)境造成危害。年3月31日廣東省正式施行水性聚氨酯防腐 涂料（雙組分）標準，該標準是我國出臺的首個水性防腐涂料 標準；財政部國家稅務總局通知從xx年2月1日起對于施工

2、狀 態(tài)下V0C含量大于420 g/L的涂料征收消費稅。這些標準與法規(guī) 的出臺，體現(xiàn)了我國對環(huán)境問題的重視，促進涂料工業(yè)向水性化 方向發(fā)展，也推動了涂料行業(yè)的結構調整和產(chǎn)品的升級換代。1防腐涂料的作用機理屏蔽作用：通過在金屬表面形成致密 的涂層來隔離腐蝕介質與金屬的接觸，以達到防腐目的。鈍化作 用：借助涂料中某些顏料（如磷酸鋅、三聚磷酸鋁等）改變金屬 的表面性能，使金屬表面鈍化，從而達到延緩腐蝕的目的。電化 學保護作用：通過在涂料中添加一些活潑金屬作為填料，產(chǎn)生腐 蝕時，活潑金屬先反應，從而達到對基材的保護目的。比如鋼鐵 基材表面可以采用富鋅涂料進行保護，但要注意電化學保護對鋼 基材要求很高，表

3、面必須絕對清潔，噴砂處理至少達到Sa2、5 級。2水性防腐涂料的分類及發(fā)展狀況按成膜物質的組成可將水 性防腐涂料分為水性丙烯酸涂料、水性醇酸涂料、水性聚氨酯涂 料、水性環(huán)氧涂料、水性無機富鋅涂料等。目前，研究應用較為 廣泛的是水性丙烯酸涂料、水性聚氨酯涂料、水性環(huán)氧涂料及水 性無機富鋅涂料，下面主要針對這4種水性防腐涂料進行討論。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 及其酯類共聚物為成膜物質，具有施工方便、快干、耐候、耐水 等特點，可用作水性防腐底漆、中間漆和面漆。但由于水性丙烯 酸樹脂屬于熱塑性材料，存在耐溶劑性差、硬度不髙等缺陷，所 以傳統(tǒng)的單組分丙烯酸涂料很難在防腐

4、領域得到應用。目前的研 究重點在于對水性丙烯酸樹脂的改性方面，已有多家公司和研究 所開發(fā)出了可用于水性防腐涂料的改性丙烯酸乳液。奚麗萍等采 用新型二烷氧基型硅烷偶聯(lián)劑及傳統(tǒng)三烷氧基型硅烷偶聯(lián)劑對苯 丙乳液進行改性。研究表明：采用新型二烷氧基型硅烷偶聯(lián)劑KH- 578 （3-縮水甘油瞇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等用有機氟對水性丙烯酸樹脂進行改 性，合成出一種新型的防腐涂料，防腐性能非常優(yōu)異。環(huán)氧-丙 烯酸接枝共聚物具備優(yōu)良的使用性能，特別適用于水性涂料。環(huán) 氧樹脂與丙烯酸樹脂接枝共聚，使其大分子碳鏈上導入竣基，中 和成鹽可制得水分散型環(huán)氧-丙烯酸乳液

5、，它既具有環(huán)氧樹脂的 高強度、良好的耐化學品性、優(yōu)良的防腐性，又兼具丙烯酸樹脂 的光澤高、豐滿度與耐候性好等特點。周兆喜將聚乙二醇、丙烯 酸及丙烯酸酯類單體進行聚合，制得親水的丙烯酸樹脂，再在乳 化劑作用下與環(huán)氧樹脂反應，經(jīng)過中和成鹽，最后經(jīng)乳化劑乳 化，制成納米級的丙烯酸環(huán)氧乳液，適合制備油罐內、外壁及管 線防腐涂料，耐酸堿介質、耐鹽水1個月無變化。劉勝波等以甲 基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、丙烯酸輕乙酯、環(huán)氧 丙烯酸酯功能單體、磷酸酯功能單體為原料，采用半連續(xù)種子乳 液聚合法制備含磷、含環(huán)氧基團的丙烯酸乳液。研究表明：環(huán)氧 丙烯酸酯和磷酸酯功能單體用量分別為單體總量的4%時，制得的

6、 水性防腐涂料的綜合性能最佳，耐鹽水性達700 ho吳道新等采用 丙烯酸丁酯、苯乙烯、丙烯睛、丙烯酸4種單體共聚，制備了性 能優(yōu)良的水性防腐涂料用乳液。此外，還可以通過交聯(lián)技術提高 涂膜的致密性，進而提髙乳液的防腐性能。N-輕甲基丙烯酰胺不 僅能提高聚合物的耐化學品性，還能賦予聚合物防銹性能，增加 對金屬的附著力和對顏料的潤濕性。唐黎明等利用羥基與酸軒、 乙酰乙酸基團等多種基團反應，制得可在室溫下交聯(lián)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 子鏈段中含有氨酯鍵，還可能含有酯鍵、瞇健、淼鍵等成分，因 而具有較好的機械性能，優(yōu)異的低溫成膜性、耐介質性及耐候 性，既可制

7、備成單組分聚氨酯涂料，也可以制備成雙組分聚氨酯 涂料。聚氨酯涂料兼具保護性和裝飾性，但其在金屬表面的附著 力稍遜于環(huán)氧樹脂涂料，所以通常作為面漆與環(huán)氧底漆配用，以 彌補環(huán)氧涂料裝飾性和耐候性差的缺陷。許海燕等采用聚碳酸亞 丙酯二元醇為軟段，制得水性聚氨酯乳液，并將其與氨基樹脂、 顏填料和適用的助劑復配，開發(fā)出性能優(yōu)異的烘烤型水性涂料， 可用于金屬基材的表面。唐義祥等先制備部分封端的水性聚氨 酯，然后用乙二胺對環(huán)氧基團進行開環(huán)，并與水性聚氨酯中的異 氧酸酯基團交聯(lián)，制得環(huán)氧改性聚氨酯乳液。研究表明：環(huán)氧樹 脂占乳液總量的45%時，用其制備的單組分防腐涂料的耐腐蝕性 能最佳。朱德勇等采用拜耳公司的

8、水性聚氨酯分散體Bayhydrol UH245制備水性單組分防腐涂料，其耐鹽霧性優(yōu)異，且施工容 易，完全可以滿足輕到中等的防腐要求。王雪等以環(huán)氧樹脂開環(huán) 制備的環(huán)氧樹脂多元醇為改性劑，與異範酸酯、聚瞇二元醇、二 務甲基丙酸（DMPA）和甲基丙烯酸甲酯（MMA）等原料合成環(huán)氧樹 脂改性丙烯酸聚氨酯，并應用于金屬表面防腐。研究發(fā)現(xiàn)：當DMPA、環(huán)氧樹脂多元醇和MMA的質量分數(shù)分別為7%7、5%、12% 和25%、35%時，涂膜的耐水性、硬度和耐鹽霧性最佳。張錫鳳等 采用預聚物混合法制備丙烯酸酯多元醇作為輕基組分，以異佛爾 酮二異氧酸酯（IPDI）和三輕甲基丙烷（TMP）加聚物為異氤酸酯 固化劑組分

9、，制備的水性雙組分聚氨酯涂料既具有優(yōu)異的耐水 性、耐化學品性及耐溶劑性，又具有優(yōu)異的耐腐蝕性能。李煥等 采用磷酸酯改性輕基丙烯酸乳液，加入水性異氟酸酯固化劑后， 制得水性雙組分聚氨酯涂料，磷酸酯基團能在金屬底材表面形成 致密的磷酸鹽保護膜，可以防止水分子和其他鹽離子與金屬接 觸，提高了涂料的防銹性能。2、3水性環(huán)氧防腐涂料環(huán)氧防腐涂 料由環(huán)氧樹脂和固化劑兩組分組成，在金屬表面具有極好的附著 力和耐化學品性。環(huán)氧涂料既可制成常溫干燥型，也可制成高溫 烘烤型，故被大量用于防腐涂料體系中，能適應不同的施工要 求。但環(huán)氧涂料也存在一些缺點，如戶外耐候性差，涂膜脆性 大。20世紀70年代，國外就開始了水

10、性環(huán)氧樹脂的研究；我國 從20世紀90年代初開始水性環(huán)氧樹脂的研發(fā)。根據(jù)技術發(fā)展情 況，通?？蓪⑺原h(huán)氧樹脂產(chǎn)品分為5代：第1代由液體環(huán)氧和 水溶性胺固化劑組成；第2代由固體環(huán)氧水分散體和水溶性胺固 化劑組成；第3代由多功能固體環(huán)氧水分散體和胺溶液組成；第 4代由改性液體環(huán)氧和水溶性胺組成；第5代由固體環(huán)氧水分散 體和胺水分散體組成。在防腐體系中通常會選用E20或E12的固 體環(huán)氧樹脂體系。閆世友等采用水性環(huán)氧樹脂HDAE-605為成膜物 質，三聚磷酸鋁、磷酸鋅為復合防銹顏料，改性蛭石為防腐功能 填料制得水性環(huán)氧防腐涂料。試驗結果表明：當m（磷酸鋅）：m（三聚磷酸鋁）二3： 2,改性蛭石用量為

11、8%時，所制得的防腐涂 料性能最好。葉鳳英等以改性脂肪胺加成物與環(huán)氧當量為475的 固體環(huán)氧樹脂的水分散體為主要基料，制備水性環(huán)氧中間漆，一 次噴涂干膜厚度40200 um,漆膜強度高，附著力好，耐鹽霧性 大于500 ho姜美榮采用3520-WY-55水性環(huán)氧（環(huán)氧水分散體） 和IITW-208水性固化劑（水稀釋性胺加成物）分別制備雙組分鐵 紅底漆和雙組分灰色面漆。試驗結果表明：環(huán)氧樹脂過量10%可 以提高涂膜的耐鹽霧性，底漆、面漆配套復合涂層的耐鹽霧性能 達到700 ho有人采用水性環(huán)氧固化劑乳化液體環(huán)氧樹脂為主要成 膜物質，制得的水性環(huán)氧防腐涂料的耐鹽霧性能達到1 000 ho劉 東杰將9

12、0#瀝青乳化后對EP-51環(huán)氧樹脂乳液進行改性，制得的 水性瀝青環(huán)氧防腐涂料兼具瀝青的耐水性與防腐蝕性和環(huán)氧的硬 度與附著力。研究表明：m （水性環(huán)氧樹脂）：m （瀝青）為 2 ：廣1 ： 4時，涂層具有較大的阻抗值和較低的腐蝕電流密度， 同時在較長的浸泡時間后依然具有很好的防腐蝕能力。葉鳳英等 以固體環(huán)氧樹脂的水分散體或乳液和水性胺固化劑為主要基料， 添加干膜鋅含量為80%的鋅粉，制得水性環(huán)氧富鋅底漆，其耐鹽 霧性大于1 000 h,可用于船舶、橋梁鋼結構、集裝箱等場合的防 腐和防護，也可作為車間底漆使用。Sarvat等以水性環(huán)氧丙烯酸 酯（EPAC）和三聚氧胺甲醛樹脂（MF）制備水性防腐涂

13、料，應用 于低碳鋼片，并考察其在不同環(huán)境條件下的防腐性能。研究表 明：該防腐涂料中三聚魚胺甲醛樹脂的存在增強了涂膜的劃痕硬 度、耐沖擊性和耐堿性，其防腐性能優(yōu)于水性環(huán)氧丙烯酸酯涂 料。A Wegmann等32研究了 2種不同反應活性的固化劑（水 性環(huán)氧/胺加成物）和3種環(huán)氧樹脂（基于雙酚A和雙酚F混合 的液體環(huán)氧樹脂，以及環(huán)氧值分別為1、9 eq/kg和2、0 eq/kg 的雙酚A固體環(huán)氧樹脂）之間的應用情況。試驗結果表明：低反 應活性的固化劑有助于改善液體環(huán)氧體系的適用期，高反應活性 的固化劑有利于提高涂膜的防腐性(耐鹽霧性通過1 000 h,測試 仍在進行中)。Jim等33認為：與傳統(tǒng)的水

14、性環(huán)氧涂料體系相 比，新型水性環(huán)氧涂料體系具有以下幾個特點：(1)分散體系從 離子型轉向完全的非離子型；(2)水性環(huán)氧和固化劑之間具有更 快速的相容性；(3)具有高度枝化的環(huán)氧/胺體系；(4)在非 離子型環(huán)氧/胺體系中能穩(wěn)定地添加水性助劑和填料。目前我國 市場上用于水性防腐涂料的水性環(huán)氧樹脂產(chǎn)品有很多，如氣體化 工的AR555和419,亨斯邁公司的3986和3961,邁圖公司的 6520和6870,浙江安邦的EP-20和IIGA-50,邦和化學的2060 和901等，能廣泛用于港口機械、冶金、石油化工等領域的防 腐。2、4水性無機富鋅防腐涂料水性無機富鋅涂料以無機聚合物(硅酸鹽、磷酸鹽、鎔酸鹽

15、等)為成膜基料，鋅粉與其反應，在 金屬表面形成鋅鐵絡合物，從而形成堅實的防護涂層。一般認為 無機富鋅涂層的防腐機理分兩種：前期利用鋅粉的陰極保護作 用，后期利用鋅粉腐蝕產(chǎn)生鋅鹽逐漸堵塞涂層空隙而產(chǎn)生的屏蔽 作用。富鋅涂料還具有“自修補”作用，當涂膜表面出現(xiàn)機械損 傷后，腐蝕電流流向損傷處，鋅粉的腐蝕產(chǎn)物在此沉積并形成保 護膜，起到自修補保護作用。據(jù)報道，無機硅酸鋅涂層是所有耐 腐蝕涂層中耐蝕性最長久的一種，使用壽命長達2050 ao溫靜采 用自制的物質的量之比為5 : 1的硅酸鉀為基液，添加鋅粉、磷 鐵粉和高嶺土制成水性無機硅酸鋅涂料，并在不同條件下評價涂 層的耐腐蝕性。試驗結果表明：添加填料的無機硅酸鋅涂層具有 良好的耐腐蝕性，涂層抗腐蝕介質滲透的能力提高。涂層最佳組 分配比為純鋅粉加入量占固相部分總質量的70%、磷鐵粉占10%、 高嶺土占18%和膨潤土占2%,相比純鋅粉涂層，其成本降低了近 30%o徐亮等在常用的水性無機硅酸鹽富鋅涂料中添加適量的硅丙 乳液及碳納米管，制成了無機-有機復合水性富鋅涂料。試驗結 果表明