第六代水性金属免除锈防腐漆.doc

1、第六代水性金属免除锈防腐漆久江水性金属免除锈防腐漆，是本公司以美国特殊的进口自除锈防腐蚀树脂为主要原料，配以美国进口的多种除锈助剂及防锈材料精致而成，专门针对化工行业和沿海地区的企业研发的水性环保型带锈、除锈的重防腐漆。本防锈漆用于未经处理的金属表面防锈，对已锈蚀的金属件，可免除打磨、酸洗、 磷化、抛丸等复杂的除锈工程，减少施工工序、材料和人工成本，极大地提高涂装工效。给企业节省了巨额成本，又提高了防腐效果。除锈，防腐，底漆一遍即成！水性体系，低气味，极低 VOC，不燃、不爆、安全、无污染。本漆粘度低，易涂刷，对已生锈的未经预处理的钢铁表面提供长久高效的保护，防锈漆能渗入锈层与锈点产生化学反应

2、，转化为微黑色防锈膜，涂刷几分钟后与金属表面的锈蚀发生化学反应，即转化得到一层坚韧、致密的黑色惰性保护层，是基于新的化学螯合将表面的锈蚀转化为疏水钝化层，其膜层在金属表面形成牢固致密的保护膜、紧紧贴在钢材上，隔绝水气、氧及其它腐蚀因子的侵蚀。并为金属表面的活性基团反应而“键合”具有优良的防腐蚀性能，应用金属表面的装饰与保护。使得金属材料表面呈“疏水性”，同时涂层材料可与金属表面以化学键相结合，极大地增强了涂膜的附着力和防腐性能，具有优异的抗再锈蚀性能，是理想的环保防腐涂料。和传统体系相比，该免除锈防腐蚀系统在再次锈蚀发生之前提供更长久的保护。施工要求： 1、施工前要清除干净金属钢件表面的灰尘污

3、物，特别要彻底清洗干净表面的机油油污，因机油与水性漆不相融， 会隔绝防锈漆渗入基层，造成与基材分层，影响附着力。（特别是新钢件管材表面的防锈油脂、旧设备表面油污及夹缝的机油黄油），对锈蚀极严重的金属表面，如果已形成锈片，要先清除后再涂刷，用风吹净或用水洗净残留的锈尘再施工。 2、可用刷涂、喷涂、浸涂或辊涂的方法施工于干的或潮湿的金属表面。最好的方法是用刷涂的方法以提供更高的渗透性。和绝大多数水性涂料一样，不应于 5以下施工。在涂层干燥期间，应避免有结露或下雨情况。 3、 施工几分钟后，第一道涂层有锈蚀的地方转变为黑色。对已锈蚀严重的金属表面应涂刷 2-3 道，达到长效防锈。以提供最大限度的防锈

4、层保护。第二道应在第一道施工后 24 小时之后施工，以保证和金属表面发生化学反应及更好的成膜。 4、经过 24 小时干燥，然后涂中涂和面涂。中涂和面漆可以是水性漆，也可以是溶剂型漆。和市售大多数溶剂型漆匹配性好，不会和面漆发生分层和渗色。施工简便，涂刷面积大。 适用范围： 船舶、码头海洋设施，石油化工、冶金、电力设备、公路桥梁、火车、车辆交通运输工具、钢结构等各种行业的工业金属防腐底漆。水性双组分聚氨酯防腐涂料上海圣黎贸易有限公司 朱德勇0 前言随着人们环保意识的不断提高和环保法规对挥发性有机物质（VOC/TVOC）及有害空气污染物（HAPs）的限制等因素日趋严格，水性涂料将成为 21 世纪世

5、界涂料市场的主角；近年来防腐涂料工业在不断提高性能的同时，正迅速向“水性化”方向发展。其中水性双组分聚氨酯涂料正成为水性防腐涂料中的佼佼者，它不但有优异的物理性能，而且具有优异的耐老化、耐强酸、耐强碱、耐盐雾（480 小时）、耐盐水（480 小时）、耐油等化学性能。本文以德国 BASF 羟基丙烯酸乳液（Luhydran S937T 和水性 HDI 型固化剂（Basonat HW160PC）为基料，配合无毒高效的防锈颜料、水性缓蚀剂，配制成性能优越的水性重防腐涂料，并对涂料配方进行了分析。1 实验部分1.1 涂料配方表 1 主漆 A（含羟基组份）序号 原料名称 质量份数1 Luhydran S9

6、37T*(BASF 羟基丙烯酸乳液) 4002 DMEA（1:1 in Water） 83 FuC2030(分散剂) 34 DC65（消泡剂） 0.55 润湿剂 56 防沉剂 17 金红石钛白粉 52.58 硫酸钡 87.59 三聚磷酸铝 50-10010 改性磷酸锌 50-10011 TEGO 822（消泡剂） 0.812 二乙二醇丁醚醋酸酯 1513 Water 60总计 约 800固化剂 B（-NCO 组份）水性自乳化 HDI 型固化剂 Basonat HW160PC*注：*：Luhydran S937T 为德国 BASF 羟基丙烯酸乳液*：Basonat HW160PC 为德国 BAS

7、F 水性自乳化脂肪族异氰酸酯(HDI)1.2 制备工艺将配方中 1-10 依次加入搅拌混合均匀后，在砂磨机中高速研磨至细度7 将加快-NCO 基团和水和胺的反应，对于水性双组分聚氨酯涂料，一般将 PH 值调节到 6-7，这样能达到较长的活化期和最佳的交联密度。2.3 成膜助剂的选择Luhydran S937T 成膜温度在 60/140以上,因此加入某种成膜助剂时非常必要的。在双组分聚氨酯体系中，应尽量避免选用醚醇类成膜助剂，而应选用醚酯类溶剂如乙二醇丁醚醋酸酯（EB acetate）、二乙二醇丁醚醋酸酯（DB acetate），碳酸丙酯（PC）等。表 4 成膜助剂对 S937T 成膜温度的影响

8、成膜助剂 3% 6% 9%EB acetate 50 33 12DB acetate 40 14 4PC 40 26 18表 5 固化剂对 S937T 沉默温度的影响S937T/HW100*(固体/固体) 10：0 9：1 8：2 7：3成膜温度 60 50 40 26注：HW160PC 为 HW100 在 PC 容剂中 60%的溶液从表 4 和表 5 种我们可以看出 DB acetate 是成膜效果相当好的成膜助剂（对 S937T 而言）,在确定成膜助剂的量时同时要考虑固化剂及其中含有的溶剂对成膜温度的影响。2.水性双组份聚氨酯成膜机理水性双组分聚氨酯涂料的成膜机理与一般的聚合物乳液涂料如丙

9、烯酸乳液的成膜有很大的区别，同时与溶剂型聚氨酯涂料的成膜也不完全相同。一般乳液涂料的固化成膜为单一物理过程，分散相粒子的玻璃化温度较低，在水分挥发后就形成紧密堆积的结构，并在毛细管压力作用下凝结成膜。在溶剂型聚氨酯涂料体系中，含羟基树脂和固化剂均以分子形式溶解在有机溶剂中，形成的体系是均相的，固化反应在分子之间进行，因而固化反应进行得比较完全，所形成的涂膜也是均相的。水性聚氨酯涂料为多相成膜，图 1 为水性双组分聚氨酯涂料的固化成膜示意图。首先当大部分水分蒸发后，乳液粒子相互接触，形成紧密堆积的结构，残余的水分和固化剂分子则处在乳液粒子的间隙处。随着水分的进一步蒸发，乳液粒子开始凝结，形成更为

10、紧密的六边形排列结构。与此同时，固化剂分子扩散到乳液粒子的界面及其内部发生交联固化反应。该固化成膜机理也可解释为水性聚氨酯体系由水包油的状态向油包水转变。（化学成膜）图一 水性双组分聚氨酯成膜过程2.4 防闪锈助剂的选择水性涂料涂覆在金属表面时易造成涂层表面有闪锈，特别在用于喷砂处理和含碳量较高的金属表面时必须加入防闪锈助剂。目前在国内 常用的有亚硝酸钠、苯甲酸钠等，虽然可以解决闪锈问题，但有以下缺点（1）：水溶性强，残留在漆膜中极大的影响漆膜的耐盐水性；（2）：亚硝酸钠对-NCO 基团有催化作用，加速固化剂与水的反应，缩短了涂料体的活化期。因此我一般选用其他类型的防闪锈助剂如：有机锌络合物、

11、烷基磷酸盐等，通过实验我们在配方中选用了 L-1，对涂抹的性能和活化期影响较小，一般加入量为 0.3%就可以了。 2.5 其它助剂的选择 在水性双组分聚氨酯防腐涂料中,助剂的选择必须进行仔细认真的试验,首先在配制涂料配方时必须注意溶剂、润湿剂、分散剂、填充料不能与-NCO 基团进行反应，即应尽量避免所有带活性基团的物质。其次助剂的选择有一定的相容性，若配合不当，可能对漆膜有负面的反应，必须经过大量的试验以确定各种助剂对涂层的性能和活化期的影响。 3 结语 （1）：采用 BSAF 羟基丙烯酸乳液 S937T 和 HW160PC 固化剂制备的水性双组分聚氨酯防腐涂料的综合性能优越，施工容易，完全可

12、以取代目前大部分溶剂型防腐涂料。（2）：在配方设计时要充分考虑到各种助剂对水性固化剂-NCO 集团的影响如：PH 值、活性基团等。参考文献（1）18 陈铤，顾国芳. 建筑材料学报，2001，4(4):356-361.(2) BASF 内部技术资料(3) Galgoci EC, Komar PC, Elmore JP. J Coating Technol, 1999,71(891):45-72.前言金属材料以其优良的机械和工艺性能在材料领域占据重要地位，但金属腐蚀给人类造成的损失是惊人的，全球每年因腐蚀造成的经济损失约 10000 亿美元，约占全年属总产值的 101。因此研究金属的腐蚀防护方法以

13、控制金属的腐蚀，减少腐蚀造成的损失，对于创建资源节约型社会来说具有重要的科学意义。防止金属腐蚀的方法很多，如金属选材、阴极保护、采用金属保护层、采用缓蚀剂及采用防腐涂料等。在所有的防腐措施中，采用防腐蚀涂料是应用最广泛、最经济、最方便的一种方法。采用涂料防腐蚀具有许多优点，如施工方便、适用性广、涂层的维护和重涂容易、成本及施工费用较低等2。在众多的防腐蚀涂料中，聚氨酯防腐涂料是继其他防腐涂料之后的最通用的涂料品种之后，其用量仅次于醇酸树脂涂料3。受石油资源、环保法规等因素的影响，世界防腐涂料工业在不断提高涂料性能的同时，开发无公害或少公害且性能优异的涂料品种成为防腐涂料的重要发展方向。防腐蚀水

14、性聚氨酯可低温固化，并且具有突出的耐油、耐盐水、耐磨、抗冲击、抗应变等性能，是一类具有优异的综合性能和良好发展前景的防腐树脂涂料基料4。但是水性聚氨酯由于以水为分散剂，含有亲水基团，其涂膜的耐水、耐化学性和耐溶剂性较差5，若要达到防腐蚀的性能，需要对其加以改性。常用的改性材料为环氧树脂和丙烯酸树脂，环氧树脂除了含有环氧基团外，还含有羟基基团，能直接参与水性聚氨酯的合成反应；丙烯酸酯含有羟基基团，以共聚或共混的方式对水性聚氨酯进行改性6。本文主要介绍了改性水性聚氨酯防腐涂料的研究现状及最新进展。1.水性聚氨酯防腐涂料防腐机理1.1 涂膜的屏蔽隔离作用有机防腐涂料在被涂机体表面上固化后形成涂层，涂

15、层的屏蔽作用在于使基体和环境隔离以免被腐蚀。根据电化学腐蚀原理，金属发生腐蚀是因为在金属界面存在水、氧气等，且存在离子流通的途径。因此，要防止金属发生腐蚀，就要求涂层具有屏蔽隔绝作用，能阻挡水、氧气等从外界环境渗透过涂层而到达金属界面。在涂料中加入的玻璃鳞片、铝粉等无机颜料可以增强涂膜的屏蔽隔离作用7。1.2 涂膜的缓蚀、钝化作用防腐蚀涂层中通常含有缓蚀、钝化作用的化学型防锈颜料，与金属表面发生作用，例如钝化作用、磷化作用等，产生新的表面膜层，例如钝化膜、磷化膜。这些薄膜的电极电位较原金属为正，使金属表面部分或全部避免了成为阳极的可能性。同时，由于薄膜上存在许多微空，便于成膜物质的附着，可以阻

16、止锈蚀在涂膜被破坏的地方向外扩展。当有微量水存在时，颜料就会从涂层中离解出具有缓蚀功能的离子，通过各种机理使腐蚀电池的电极极化，抑制腐蚀进行 1.3 电化学保护作用通过在涂料中添加一些电位比基体金属活泼的金属作为填料，当电解质渗入涂层到达金属基体时，金属基体与电负性金属填料形成腐蚀电池，填料作为阳极首先发生溶解，达到保护基体的作用，这类涂料称为牺牲型涂料9。如富锌防腐涂料中的锌粉则起到牺牲阳极的作用。2.水性聚氨酯防腐涂料的分类2.1 单组分水性聚氨酯防腐涂料水性单组分聚氨酯涂料是应用最早的水性聚氨酯涂料，其最大优点是以水为分散介质，作为涂料使用时不含液体有机填料，在成膜过程中只是水分挥发到环

17、境中，符合环保的要求，且施工简单10。水性单组分聚氨酯具有很高的断裂伸长率和适当的强度，并能常温干燥，国内外水性聚氨酯涂料仍以单组分为主，但与水性双组分聚氨酯涂料相比，水性单组分聚氨酯涂料的力学性能、耐水性、耐化学品性及耐溶剂性等都不理想11。通常需要对单组分水性涂料的涂膜进行后处理，以提高涂膜的交联度。因此，单组分水性聚氨酯防腐蚀涂料在防腐蚀领域的应用受到很大的限制。2.2 双组分水性聚氨酯防腐涂料双组分水性聚氨酯涂料是一种新的环境友好型涂料，它主要由含羟基的水性多元醇和含异氰酸酯基的固化剂组成12，由于双组分水性聚氨酯涂料以水为介质，并将双组分溶剂型涂料的高性能和水性涂料的低 VOC 含量

18、结合起来，因此，近年来水性双组分聚氨酯涂料的研究开发变得十分活跃13。陈俊等14以 PE、BDO、DMPA 及 IPDI 等为原料合成了水性聚氨酯大单体水性聚氨酯分散体，并以水性聚氨酯大单体和 BA、MMA、HEA、TFEA 等丙烯酸单体合成了以氟丙烯酸酯为核、聚氨酯为壳的水性羟基氟丙烯酸-聚氨酯杂化体。讨论了影响涂料性能的各种因素。所得的水性聚氨酯分散体能很好地分散水性多异氰酸酯交联剂。该羟基组分同水性固化剂复配制备的室温固化水性双组分氟丙烯酸-聚氨酯涂层具有优异的耐水和耐老化等性能，可以广泛使用在外墙、钢结构等一些对涂料要求苛刻的场合，是一种性价比很高的涂料。秦瑞等15通过使用交联固化剂氮

19、丙啶与丙烯酸聚氨酯复合乳液（PUA）组成双组分体系，研究了体系交联密度对改善涂膜性能的影响；通过红外光谱和拉伸测试研究了聚氨酯胶膜的结构和力学性能。研究结果表明，氮丙啶交联固化后，涂膜的物理机械性能变化不大，硬度方面稍有提高，涂膜的耐水、耐碱性和耐溶剂性有明显的提高；随着体系中 PU 含量逐渐降低，体系的拉伸强度增加，断裂伸长率减小。当所用交联固化剂量为 2%左右时，耐水性和耐碱性最佳，涂膜的力学性能达到最佳。3.水性聚氨酯防腐涂料研究进展聚氨酯具有良好的物理机械性能和优异的耐寒性、弹性、柔韧性和耐磨性，但其防腐性能相对较差16,17。目前成功应用于工业防腐领域的水性涂料是水性丙烯酸涂料、水性

20、环氧涂料、水性无机硅酸富锌涂料。水性聚氨酯涂料虽符合涂料行业发展环保型涂料的趋势，但不能满足防腐性能的要求，需要对其加以改性。3.1 环氧树脂改性水性聚氨酯防腐涂料环氧树脂具有高模量、高强度、优良的附着力和低收缩率，对水、中等酸、碱和其他溶剂有良好的耐蚀性和耐化学性18，并可直接参与水性聚氨酯的合成反应，提高水性聚氨酯涂膜的综合性能。目前单组分水性聚氨酯防腐蚀涂料主要以环氧树脂为改性剂，环氧树脂作为防腐蚀领域一类重要的高分子材料，将其用于改性水性聚氨酯可以赋予聚氨酯良好的防腐蚀性能。近年来，这方面的研究报道引起科研工作者的积极关注。王春艳等19为制得环保且防腐蚀性能优异的富锌涂料，引入环氧树脂

21、来改性水性聚氨酯，以水性环氧聚氨酯为基料制备富锌涂料，通过对其腐蚀电位和电化学阻抗谱(EIS)的测试分析，研究了添加不同含量锌粉的富锌涂层在 3%NaCl 溶液中的腐蚀电化学行为，并与添加少量铝粉的富锌涂料及传统富锌涂料进行了对比。结果表明，水性环氧聚氨酯富锌涂料的防腐蚀能力比传统环氧富锌底漆强；锌粉的添加量对涂层的防腐蚀效果有一定的影响，添加少量铝粉能提高涂层的防腐蚀性能；水性环氧聚氨酯富锌涂料防腐蚀性能优良，涂层机械强度高，环境污染小，施工方便，在钢铁重防腐方面具有广阔的应用前景。孙道兴等20将环氧树脂 E-44 与含硅聚氨酯树脂接枝共聚得到的水性聚氨酯改性环氧丙烯酸树脂 WPUEP。研究

22、了环氧树脂的用量对涂膜力学性能的影响，探讨了不同防腐颜料及其用量、不同基料树脂对涂料防腐性能的影响。结果表明，当环氧树脂 E-44 在树脂中的质量分数为 30%时，涂料的综合性能达到最优；比起传统的氧化铁红和铬酸铅防锈颜料，选用钛铁粉和磷酸锌无毒防锈颜料的环保防腐涂料具有较好的防锈效果，且选用钛铁粉的防腐效果最好，用量最少，5%的用量可使该防腐涂料的防腐性能和机械性能处于最佳水平。3.2 环氧丙烯酸共同改性水性聚氨酯防腐涂料丙烯酸树脂具有较好的耐水性、耐候性21。用丙烯酸树脂对水性聚氨酯进行改性，可以使聚氨醋的高耐磨性和良好的机械性能与丙烯酸良好的耐候性和耐水性两者有机地结合起来，从而使聚氨酯

23、乳液涂膜的性能得到明显改善22。环氧丙烯酸共同改性水性聚氨酯可以综合三者的优点，获得高性能的水性聚氨酯涂料23。吴校彬等24以甲苯二异氰酸酯(TDI-80)、聚醚二元醇(N220)、环氧树脂(E20)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)等为原料，通过原位聚合，制备了水性聚氨酯-环氧树脂-丙烯酸(WPUEA)复合分散液。通过乳液稳定性、涂膜硬度和拉伸强度及涂膜的耐酸碱性、耐溶剂性等测试，研究了体系 NCO/OH 总摩尔比和 TMP、E20、DMPA 及 MMA 用量对 WPUEA 分散液及其涂膜性能的影响。实验结果表明，当 NCO/OH 总摩尔比为 1.2-1.5，TMP 用量为 2%-3%,E20 用量

24、为4%-6%，DMPA 用量为 6%-9%，MMA 用量为 20%-30%时，分散液储存期超过 10 个月，冻融循环大于 5，其涂膜硬度大于 0.70，拉伸强度大于 10MPa，耐水性、耐酸碱性、耐溶剂性等较水性聚氨酯(WPU)有明显改善。3.3 有机硅改性水性聚氨酯防腐涂料有机硅改性聚氨酯涂料是指聚氨酯分子主链或侧链上引入 Si-O 或 Si-C 键的合成树脂涂料25。有机硅涂料具有耐热性好、耐候性好、疏水性好等优点26,27。聚氨酯涂料具有突出的耐磨损性、耐油性和良好的可焊性，但耐热性、耐水性不够理想。因此，有机硅改性聚氨酯可以综合二者的优异性能，弥补聚氨酯材料的不足28。随着新材料的深入

25、研究，有机硅改性聚氨酯材料的性能将更加优异，以满足不同行业和领域的需求。S.S.Pathak 等29利用溶胶-凝胶技术，用有机硅 MTMS 和 GPTMS 改性水性聚氨酯，制备了用于保护铝及铝合金的有机硅聚氨酯水性涂料。通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）和扫描电子显微镜（SEM）对涂层的结构和形态特征进行了表征。通过动电位极化测试，分析了涂层的腐蚀电流变化；通过涂膜的DSC/TG、接触角及拉伸测试，研究了涂膜的耐热性、耐水性及力学性能。结果表明，有机硅的加入增强了水性聚氨酯涂料抗腐蚀性、弹性和机械应力，涂膜的降解温度增加到约206，热稳定性得

26、到较大的增加。这种有机硅改性的高性能水性聚氨酯涂料可以适用于航天、海洋、汽车等领域。3.4 纳米粒子改性水性聚氨酯防腐涂料纳米粒子具有与宏观颗粒所不同的特殊的体积效应、表面（或界面）效应和宏观量子隧道效应等30，将其用于制备聚合物基纳米复合材料可以赋予材料一些特殊性能，因此，引起了科学工作者的广泛兴趣。同样，它在改性聚氨酯防腐蚀涂料方面也产生了良好的效果。M.C.Saha31等将球状的纳米 TiO2、片状的纳米粘土、以及棒状的纳米纤维用来改性聚氨酯泡沫。实验结果显示，在所有实验中，仅仅加入 1%质量分数的纳米粒子就可以使聚合物的热力学性能和机械性能大大提高。纳米粒子还可以用来提高聚氨酯的防腐性

27、能。Jui-MingYeh 等32以 PCL、DMPA 和 H12MDI 等为主要原料合成了水性聚氨酯乳液，再通过水溶液分散技术将纳米蒙脱土（Na+-MMT）分散于水性聚氨酯分散液中，制备了一系列 WPU/Na+-MMT 复合乳液。通过气体渗透仪（GPA）、热重分析仪（TG）、差示扫描量热法（DSC）和紫外可见透射光谱分析等测试可知，添加 Na+-MMT 的水性聚氨酯与未添加的相比，涂膜的透气性降低，耐热性增强，光学透明度有所降低；研究了涂层在 5%NaCl 溶液中的腐蚀电化学行为，结果表明，与未加 Na+-MMT 的 WPU 涂层相比，含有 3%Na+-MMT 的水性聚氨酯涂层具有优越的防腐蚀保护作用。4.结语随着建筑、交通、石化、电力等行业的发展，防腐涂料的市场规模已经仅次于建筑涂料而位居第二位，据估计 2020 年将突破 100 万 t 大关，这些领域对防腐涂料的品种和性能提出了更高的要求33。由于水性聚氨酯防腐蚀涂料具有环境保护方面的优势，某些性能达到了溶剂型聚氨酯涂料的性能水平，特别是水性双组分聚氨酯涂料在防腐蚀领域有着广阔的应用前景。但水性聚氨酯防腐涂料还存在着一些问题，如耐水性不佳、成本较高等，限制了其应用的推广。可以预见随着环境保护法规的日益重视和各国科研工作者的不断努力，水性聚氨酯防腐涂料的发展和应用必将带来防腐蚀领域的一场革命。