第六代水性金属免去锈防腐漆Word文档格式.docx
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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（LuhydranS937T和水性HDI型固化剂（BasonatHW160PC）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
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
LuhydranS937T*（BASF羟基丙烯酸乳液）
400
2
DMEA（1:
1inWater）
8
3
FuC2030（分散剂）
4
DC65（消泡剂）
5
润湿剂
6
防沉剂
7
金红石钛白粉
硫酸钡
9
三聚磷酸铝
50-100
10
改性磷酸锌
11
TEGO822（消泡剂）
12
二乙二醇丁醚醋酸酯
15
13
Water
60
总计
约800
固化剂B（-NCO组份）
水性自乳化HDI型固化剂BasonatHW160PC**
注：
*：
LuhydranS937T为德国BASF羟基丙烯酸乳液
**：
BasonatHW160PC为德国BASF水性自乳化脂肪族异氰酸酯（HDI）
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<
=25微米，再加入消泡剂、成膜助剂、水、缓蚀剂，搅拌均匀，过滤包装。
施工配比
主漆A:
固化剂B:
水=5:
1:
1
1.4水性双组分聚氨酯重防腐涂料的性能指标
表2
*检测项目
检测结果
检验依据
*耐汽油性（90#7day）
轻微变色（合格）
GB/T1734-88
*耐碱性（5%NaOH7day）
无变化
GB/T9274-88
*耐酸性（5%H2SO47day）
很轻微变色（合格）
*耐盐水性（5%NaCl7day）
*耐盐雾性（3%NaCl）
240h漆膜无变化
GB/1771-91
*耐沾污性%（5次循环）
GB/T9757-2001
*铅笔硬度
2H
GB/T6739-1996A
*附着力（划格1mm）,级
GB/T9286-1998
*耐冲击性,CM
50
GB/T1732-93
*柔韧性，CM
<
=2
GB/T1731-93
**耐盐水性（5%NaCl20day）
**耐盐雾性（3%NaCl）
480h漆膜无变化
**QUV（1000h）
变色0级、粉化0级
注:
*为国家涂料质量监督检验中心结果
**为BASF亚太区技术中心实验室检测结果
从检测结果我们可以看出水性双组分聚氨酯防腐涂料的性能相当优越，完全可以取代目前大部分的溶剂型防腐涂料。
2结果与讨论
基料体系的选择
目前用于水性双组份聚氨酯涂料的分散体主要有以下两类：
表3
分散体类型
一级分散体
二级分散体
典型特征
应用外加乳化剂稳定
应用羧基基团自乳化稳定
分子量
高
低
典型树脂
羟基丙烯酸乳液（如BASFS937T）普通建筑漆乳液
聚酯乳液聚氨酯分散体
成膜特征
多相成膜
均一成膜
使用固化剂类型
亲水性聚异氰酸酯（如BASFHW160PC）
憎水性聚异氰酸酯（如BASFBasonat）
混合方式
常规搅拌混合
高剪切速混合/需要额外设备
其中二级分散体对固化剂的配比要求较高，而且施工难度较大，早期抗水性较差，因此在本实验中我们选择了BASF
公司的一级分散体LuhydranS937T和相应的水性固化剂HW160PC。
、颜填料体系的选择
根据水性聚氨酯涂料的应用要求来选择恰当的颜填料。
对耐酸碱介质的场合，可采用氧化铁红和沉淀硫酸钡等惰性颜填料；
对于有耐光和耐热要求的场合，可采用绢云母和云母氧化铁等颜填料；
若要增加涂膜的耐化学药品性和提高其机械性能，则应选择云母和滑石粉类的填料。
对于水性防腐涂料来说，一般尽量避免选用铅、铬等重金属颜料。
本实验中我们选用了三聚磷酸铝、和改性磷酸锌为主体防锈颜料，其特点在于他们能在金属表面形成附着牢固的络合物，同时与漆料的羟基、羧基络合、使颜料-漆料-底材之间形成化学结合而提高土层的附着力和抗渗性。
调节剂的选择
在水性涂料中，用于调整体系的PH的助剂较多如氨水、AMP-95、氢氧化钠等，但在水性双组份聚氨酯体系中只能用叔胺（如三乙胺、二甲基乙胺）来调节配方所需的PH值。
这是因为伯胺和仲胺含有活泼的氢，他们容易和固化剂中的异氰酸基团反应，而且会催化-NCO基团和水之间的反应。
本实验中我们选用了二甲基乙胺（DMEA）。
涂料最终体系PH值对活化期有决定性的影响，PH>
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。
成膜助剂的选择
LuhydranS937T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（EBacetate）、二乙二醇丁醚醋酸酯（DBacetate），碳酸丙酯（PC）等。
表4成膜助剂对S937T成膜温度的影响
成膜助剂
3%
6%
9%
EBacetate
50℃
33℃
12℃
DBacetate
40℃
14℃
4℃
PC
40℃
26℃
18℃
表5固化剂对S937T沉默温度的影响
S937T/HW100*（固体/固体）
10：
9：
8：
7：
成膜温度
40
26
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DBacetate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
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、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%就可以了。
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）GalgociEC,KomarPC,ElmoreJP.JCoatingTechnol,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腹地位，但金属侵蚀给人类造成的损失是惊人的，全世界每一年因侵蚀造成的经济损失约10000亿美元，约占全年属总产值的10％[1]。
因此研究金属的侵蚀防护方式以操纵金属的侵蚀，减少侵蚀造成的损失，关于创建资源节约型社会来讲具有重要的科学意义。
避免金属侵蚀的方式很多，如金属选材、阴极爱惜、采纳金属爱惜层、采纳缓蚀剂及采纳防腐涂料等。
在所有的防腐方法中，采纳防侵蚀涂料是应用最普遍、最经济、最方便的一种方式。
采纳涂料防侵蚀具有许多优势，如施工方便、适用性广、涂层的保护和重涂容易、本钱及施工费用较低等[2]。
在众多的防侵蚀涂料中，聚氨酯防腐涂料是继其他防腐涂料以后的最通用的涂料品种以后，其用量仅次于醇酸树脂涂料[3]。
受石油资源、环保法规等因素的阻碍，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良的涂料品种成为防腐涂料的重要进展方向。
防侵蚀水性聚氨酯可低温固化，而且具有突出的耐油、耐盐水、耐磨、抗冲击、抗应变等性能，是一类具有优良的综合性能和良好进展前景的防腐树脂涂料基料[4]。
可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]，假设要达到防侵蚀的性能，需要对其加以改性。
经常使用的改性材料为环氧树脂和丙烯酸树脂，环氧树脂除含有环氧基团外，还含有羟基基团，能直接参与水性聚氨酯的合成反映；
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]。
本文要紧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
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，涂层的屏蔽作用在于使基体和环境隔离以避免被侵蚀。
依照电化学侵蚀原理，金属发生侵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，要避免金属发生侵蚀，就要求涂层具有屏蔽隔间作用，能阻挡水、氧气等从外界环境渗透过涂层而抵达金属界面。
在涂料中加入的玻璃鳞片、铝粉等无机颜料能够增强涂膜的屏蔽隔离作用[7]。
涂膜的缓蚀、钝化作用
防侵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，使金属表脸部份或全数幸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，能够阻止锈蚀在涂膜被破坏的地址向外扩展。
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，通过各类机理使侵蚀电池的电极极化，抑制侵蚀进行电化学爱惜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，当电解质渗入涂层抵达金属基体时，金属基体与电负性金属填料形成侵蚀电池，填料作为阳极第一发生溶解，达到爱惜基体的作用，这种涂料称为捐躯型涂料[9]。
如富锌防腐涂料中的锌粉那么起到捐躯阳极的作用。
2.水性聚氨酯防腐涂料的分类
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先的水性聚氨酯涂料，其最大优势是以水为分散介质，作为涂料利历时不含液体有机填料，在成膜进程中只是水分挥发到环境中，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较，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睬想[11]。
通常需要对单组分水性涂料的涂膜进行后处置，以提高涂膜的交联度。
因此，单组分水性聚氨酯防侵蚀涂料在防侵蚀领域的应用受到专门大的限制。
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，它要紧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含量结合起来，因此，最近几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。
讨论了阻碍涂料性能的各类因素。
所得的水性聚氨酯分散体能专门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-聚氨酯涂层具有优良的耐水和耐老化等性能，能够普遍利用在外墙、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]通过利用交联固化剂氮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阻碍；
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。
研究结果说明，氮丙啶交联固化后，涂膜的物理机械性能转变不大，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含量慢慢降低，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，耐水性和耐碱性最正确，涂膜的力学性能达到最正确。
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良的耐寒性、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进展环保型涂料的趋势，但不能知足防腐性能的要求，需要对其加以改性。
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映，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侵蚀涂料要紧以环氧树脂为改性剂，环氧树脂作为防侵蚀领域一类重要的高分子材料，将其用于改性水性聚氨酯能够给予聚氨酯良好的防侵蚀性能。
最近几年来，这方面的研究报导引发科研工作者的踊跃关注。
王春艳等[19]为制得环保且防侵蚀性能优良的富锌涂料，引入环氧树脂来改性水性聚氨酯，以水性环氧聚氨酯为基料制备富锌涂料，通过对其侵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溶液中的侵蚀电化学行为，并与添加少量铝粉的富锌涂料及传统富锌涂料进行了对照。
结果说明，水性环氧聚氨酯富锌涂料的防侵蚀能力比传统环氧富锌底漆强；
锌粉的添加量对涂层的防侵蚀成效有必然的阻碍，添加少量铝粉能提高涂层的防侵蚀性能；
水性环氧聚氨酯富锌涂料防侵蚀性能优良，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漠的应用前景。
孙道兴等[20]将环氧树脂E-44与含硅聚氨酯树脂接枝共聚取得的水性聚氨酯改性环氧丙烯酸树脂WPUEP。
研究了环氧树脂的用量对涂膜力学性能的阻碍，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阻碍。
结果说明，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成效，且选用钛铁粉的防腐成效最好，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正确水平。
环氧丙烯酸一起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，能够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二者有机地结合起来，从而使聚氨酯乳液涂膜的性能取得明显改善[22]。
环氧丙烯酸一起改性水性聚氨酯能够综合三者的优势，取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。
通过乳液稳固性、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阻碍。
实验结果说明，当NCO/OH总摩尔比为，TMP用量为2%-3%,E20用量为4%-6%，DMPA用量为6%-9%，MMA用量为20%-30%时，分散液贮存期超过10个月，冻融循环大于5，其涂膜硬度大于，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。
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、疏水性好等优势[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，有机硅改性聚氨酯能够综合二者的优良性能，弥补聚氨酯材料的不足[28]。
随着新材料的深切研究，有机硅改性聚氨酯材料的性能将加倍优良，以知足不同行业和领域的需求。
等[29]利用溶胶-凝胶技术，用有机硅MTMS和GPTMS改性水性聚氨酯，制备了用于爱惜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点进行了表征。
通过动电位极化测试，分析了涂层的侵蚀电流转变；
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。
结果说明，有机硅的加入增强了水性聚氨酯涂料抗侵蚀性、弹性和机械应力，涂膜的降解温度增加到约206℃，热稳固性取得较大的增加。
这种有机硅改性的高性能水性聚氨酯涂料能够适用于航天、海洋、汽车等领域。
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能够给予材料一些特殊性能，因此，引发了科学工作者的普遍爱好。
一样，它在改性聚氨酯防侵蚀涂料方面也产生了良好的成效。
等将球状的纳米TiO二、片状的纳米粘土、和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能够够使聚合物的热力学性能和机械性能大大提高。
纳米粒子还能够用来提高聚氨酯的防腐性能。
Jui-MingYeh等[32]以PCL、DMPA和H12MDI等为要紧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较，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溶液中的侵蚀电化学行为，结果说明，与未加Na+-MMT的WPU涂层相较，含有3%Na+-MMT的水性聚氨酯涂层具有优越的防侵蚀爱惜作用。
4.结语
随着建筑、交通、石化、电力等行
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