0 引言

腐蝕給人類造成巨大的經濟損失，據不完全統計，全世界每年平均鋼材產量的1/3 因腐蝕而損失；我國每年因金屬腐蝕造成的直接經濟損失約占國民生產總值的4%，每年因鋼鐵腐蝕造成的經濟損失近萬億元，可見腐蝕的防護十分重要。

實踐證明，采用涂料對金屬進行防腐是最有效、最經濟、應用最普遍的方法。近年來，我國相繼開發了一系列防腐涂料，但大多為溶劑型的涂料在線coatingol.com。由于溶劑型防腐涂料中含有大量有機溶劑和有毒顏料，嚴重污染了大氣，破壞了生態環境。在環境保護日益受到重視的今天，防腐涂料的發展將以無污染、無公害、節約能源、經濟高效為原則。

因此，研究開發高性能的水性防腐涂料勢在必行，水性涂料已成為防腐涂料的研究熱點和主要發展方向之一。

本文采用自制的磺酸鹽基水性醇酸樹脂，配以無毒高效的防銹顏料，制備了磺酸鹽基水性醇酸防腐底漆。該底漆具有價格便宜、無毒、不燃、附著力強、防腐性好等優點，是一種環保的防腐底漆，具有較大的發展前景。

1 實驗部分

1.1 配方

磺酸鹽基水性醇酸防腐底漆配方見表1。

磺酸鹽基水性醇酸防腐底漆配方

1.2 儀器和設備

SDF 400 多功能分散機；QXD 刮板細度計；LC-213 鼓風干燥箱；505 機械秒表；黑白格遮蓋力板；漆膜劃格試驗器（1 mm）；鉛筆硬度測定儀；LE-200 磁性測厚儀；QI53-3K1 漆膜沖擊器；202杯突試驗儀；WZJ- Ⅱ 彎折機；YP1200 電子天平；ST-B2-12 標準鹽霧試驗箱。

1.3 配制工藝

1.3.1 研磨色漿階段

（1） 在分散釜中加入配方量的乙二醇丁醚和去離子水，在攪拌情況下慢慢加入配方量的一部分自制水性醇酸樹脂，使之稀釋；然后加入pH 值調節劑，調整pH 值為7~8 ；

（2） 在攪拌情況下，慢慢加入配方量的消泡劑、潤濕分散劑；

（3） 在攪拌情況下，慢慢加入配方量的防銹顏料和填料，然后用砂磨機研磨至細度小于3 μm ；

（4） 達到細度要求后，放出色漿，用計量的去離子水分3 次沖洗砂磨釜，并將該部分沖洗水用于后面的配漆中。

1.3.2 配漆階段

（1） 在調漆釜中加入配方量的乙二醇丁醚和去離子水（包括研磨色漿階段的沖洗水），在攪拌情況下慢慢加入配方量剩余部分的自制水性醇酸樹脂，使之稀釋；然后加入pH 值調節劑，調整pH 值為7~8 ；

（2） 在攪拌情況下，慢慢加入配方量的消泡劑、流平劑和增稠劑等其他助劑；

（3） 在攪拌情況下，慢慢加入第一步的色漿。

（4） 檢測pH 值，用pH 值調節劑調整pH 值為7~8，可加適量的去離子水調節黏度；

（5） 用80~120 目的濾網過濾，即得磺酸鹽基水性醇酸防腐底漆。

1.4 性能指標

磺酸鹽基水性醇酸樹脂防腐底漆的性能指標見表2。

磺酸鹽基水性醇酸樹脂防腐底漆性能指標

2 結果與討論

2.1 自制磺酸鹽基水性醇酸樹脂的特點

自制磺酸鹽基水性醇酸樹脂具有以下特點：（1）樹脂中引入磺酸鹽基團，該磺酸鹽基團較羧酸鹽基團有更好的水溶性，只需很少的添加量就能使樹脂具有很好的水稀釋性；（2）樹脂合成后，并不需馬上用水稀釋，而是用助溶劑將其稀釋成75％的固含量。在這樣的體系中，樹脂不與水直接接觸，提高了樹脂的貯存穩定性和耐水解性；同時，由于其固含量高，可節約罐裝和運輸成本；（3）由于樹脂是靠較少量的磺酸鹽基而獲得水稀釋性，樹脂的酸值可以降得很低，且不需要用胺（或氨）中和，因此漆膜的耐水性好；（4）樹脂具有很好的機械穩定性，制漆時可用水直接稀釋，且可與顏料直接砂磨，減少分散劑的用量，進一步提高漆膜的耐水性。

 2.2 水性催干劑的選擇

水性醇酸防腐底漆中必須加入催干劑，以促進其氧化交聯。目前使用的典型催干劑為溶劑型的，可溶于芳烴或脂肪烴溶劑中，而在水中很難分散，因此可采用提前加入助溶劑中，然后再分散到水中的方法。即便如此，也難以得到快干、高光澤的涂膜。筆者采用了OMG公司提供的Octa-Soligen 421催干劑，該催干劑具有自乳化性，與水性涂料具有良好的混溶性。用該催干劑所得涂料的干燥性能已達到或接近溶劑型涂料的水平。它的添加量一般為醇酸樹脂固含量的4%~6％。

2.3 不同防銹顏料及用量對防腐性的影響

防銹顏料的主要功能是防止金屬腐蝕，提高漆膜對金屬表面的保護作用。防銹顏料可以分為物理防銹顏料和化學防銹顏料。物理防銹顏料是借助其細密的顆粒填充漆膜結構，提高漆膜的致密性，起到屏蔽作用，降低漆膜滲透性，從而起到防銹作用，最常用的如氧化鐵紅等鐵系顏料。化學防銹顏料是依靠化學反應改變金屬表面的性質或反應生成物的特性來達到防腐目的。化學防銹顏料能與金屬表面發生作用（如鈍化、磷化），產生新的表面膜層（鈍化膜、磷化膜）等。防銹顏料還可與某些漆料中的成分進行化學反應，生成性能穩定、耐水性好、滲透性小的化合物。

常用的含鉛、鉻等重金屬顏料具有優良的防腐性，但都有毒，因此其使用范圍受到限制。

圖1 為水性醇酸防腐底漆耐鹽霧性樣板（168 h）。

水性醇酸防腐底漆耐鹽霧性樣板

由圖1 可見：采用磷酸鋅（或改性磷酸鋅）、防腐蝕助劑和氧化鐵系防銹顏料的混合體系，具有較好的防腐效果。其中，磷酸鋅（或改性磷酸鋅）和防腐蝕助劑作為主體防銹顏料，它們之間發生協同作用，起到化學防腐作用，與傳統防銹顏料相比，具有無毒、防腐性強、與樹脂相容性好等特點。氧化鐵系防銹顏料起到物理防腐作用，提高漆膜的致密性，降低可滲性。

2.4 顏料體積濃度（PVC）對防腐性的影響

顏料體積濃度（PVC）對防腐漆的效果起著重要作用。低于臨界顏料體積濃度（CPVC）時，涂料的防腐性隨PVC 的增大而提高；超過臨界值，其防腐性急劇下降，因此一般應用均低于CPVC。隨著各種顏填料的配比不同，其PVC 和CPVC 都有所改變，PVC/CPVC 對漆膜耐鹽霧性的影響見圖2，從中篩選最佳的PVC/CPVC 配比。

PVC/CPVC 對漆膜耐鹽霧性的影響

由圖2 可見：隨著PVC/CPVC 比值的提高，漆膜耐鹽霧性呈下降趨勢，這是由于隨著防銹顏料的增加，樹脂對它的包覆逐漸變得不充分，影響了漆膜的致密性，從而影響漆膜的耐鹽霧性。當PVC/CPVC 為0.7~0.8 時，漆膜的耐鹽霧性最佳。

2.5 防閃銹劑對漆膜耐腐蝕性的影響

水性底漆直接涂覆在鋼鐵表面過程中，在成膜初期容易造成鋼鐵底材的點蝕，必須加入防閃銹劑來避免點蝕。常用的防閃銹劑是亞硝酸鈉，該閃銹劑雖可解決早期點蝕，但由于其水溶性強，殘留在漆膜中，極大地影響漆膜的耐水性和耐鹽水性，且亞硝酸鈉屬于陽極防閃銹劑，防閃銹效果與其用量有很大關系，若用量不足，還會促進閃銹。

我們選擇了有機防閃銹劑Raybo 60。Raybo 60 是美國Raybo 公司的產品，主要用作水性體系的防閃銹助劑，用量為涂料總量的0.2%~2%。Raybo 60 是一種非常有效的防閃銹助劑，它包含蒸氣相和液相部分，因此，不僅可用于金屬的直接防閃銹，而且可以保持罐內的防閃銹性。防閃銹劑對漆膜耐腐蝕性的影響見表3。

表3 防閃銹劑對漆膜耐腐蝕性的影響

表3 防閃銹劑對漆膜耐腐蝕性的影響

2.6 pH 值調節劑的選擇

一般地，水性醇酸涂料的pH 值控制在7.5~8.5 為宜。pH 值調節劑不同，能明顯影響水性醇酸涂料的貯存穩定性、黏度、干燥速度及漆膜的泛黃性，因此選擇pH 值調節劑十分重要。各種pH 調節劑在磺酸鹽基水性醇酸防腐底漆中的效果見表4。

各種pH 值調節劑的應用效果

由表4 可見：氨水的揮發速度快，漆膜干燥性能優良；三乙胺的揮發性較氨水差，且原料毒性較大；AMP-95 和N，N- 二甲基乙醇胺氣味小，毒性小，但漆膜干燥較慢。通過篩選，氨水（25%）具有最佳的綜合性能。

2.7 助溶劑的選擇

助溶劑的作用是調節涂料體系的黏度，提高涂料的穩定性，改善涂膜的流平性和外觀。實踐表明，助溶劑的加入對涂料及涂膜性能的影響很大。助溶劑的選擇主要由以下幾個性能來決定：a. 與水的混溶性；b. 氣味；c. 揮發速度等。選用溶解性較強、揮發較快的醇醚類助溶劑可使體系的穩定性達到最佳；涂膜的干燥速度、光澤、豐滿度等性能也達到最佳。考慮到助溶劑的來源、價格及毒性，采用環保型的乙二醇單丁醚作為助溶劑，助溶效果好，用量少，其它各項性能也達到預期要求。

2.8 其他助劑的選擇

助劑在涂料體系中用量雖少，但其作用卻非常顯著。由于水性涂料體系表面張力較大，非常容易出現回縮、火山口、針孔，流平性和外觀較差等多種漆膜弊病，因此，助劑的選擇及其用量確定尤為重要。水性體系常用的助劑包括流平劑、潤濕分散劑、消泡劑及增稠劑。需要注意的是任何一個助劑品種都不是萬能的，需要針對特定的體系進行篩選。筆者通過實驗篩選確定：消泡劑用Tego Foamex 810 ；流平劑用BYK-333 和RM-2020 ；增稠劑用RM-8W。

3 結語

采用自制的磺酸鹽基水性醇酸樹脂，配以無毒高效的防銹顏料，以及沉淀硫酸鋇等填料，制備了具有優異防腐性能的水性防腐底漆，并對影響底漆性能的因素進行了探討。該防腐底漆與現有的水性防腐底漆相比有以下優點：（1）貯存穩定性好；（2）耐水性和防腐性能優異；（3）自交聯性好；（4）使用安全方便；（5）應用前景廣闊。