劉承泰 （中遠關西涂料化工（天津）有限公司，天津 300457）

0 引言

近年來，人們在使用溶劑型涂料的過程中向大氣排放了大量的揮發(fā)性有機化合物（Volatile Organic Compound，VOC），造成了嚴重的大氣污染，破壞了生態(tài)環(huán)境［1-3］。因此隨著環(huán)保壓力日趨嚴苛，采用環(huán)保型涂料替代溶劑型涂料已經(jīng)迫在眉睫。水性涂料因其較低的VOC優(yōu)勢被人們所重視［4-6］。如今，在集裝箱領域，水性涂料替代油性涂料正在穩(wěn)步推進。但是相對于溶劑型涂料，水性涂料的防腐性能較差，尤其是水性丙烯酸涂料，需要提高其防腐性能來應對惡劣的腐蝕環(huán)境。

通過對水性丙烯酸涂料的防腐性能進行了研究，制備出一款具有良好防腐性能的水性丙烯酸涂料，并在集裝箱領域得到成功應用。

1 試驗部分

1.1 原料和儀器

原料：消泡劑，Tego；分散劑，BYK；水性丙烯酸樹脂，巴德富；基材潤濕劑，Tego；流平劑，Tego；觸變劑，DOW；防霉劑，伊士曼；殺菌劑，DOW；成膜助劑，DOW；蒸餾水，自制；防閃銹助劑，普為。

儀器：細度板，天津市精科材料；高速分散機，德國VNA-GETZMANN公司；膜厚儀，德國尼克斯；光澤儀，德國BYK公司；色差儀，上海一恒科學儀器有限公司；QUV加速老化試驗箱，美國Q-LAB；鹽霧箱，美國實驗室產(chǎn)品；天平，德國賽多利斯。

1.2 水性丙烯酸涂料的配方

水性丙烯酸涂料的配方如表1所示。

表1 水性丙烯酸涂料的配方Table 1 The formula of waterborne acrylic coatings

1.3 性能指標

參照HG/T 4758—2014《水性丙烯酸樹脂涂料》標準的要求，對制得的水性丙烯酸涂料進行性能測試，結果如表2所示。

2 結果與討論

2.1 水性丙烯酸樹脂的影響

樹脂作為基本的成膜物質，對防腐涂料的防腐性能起著關鍵作用。在防腐領域，優(yōu)質的樹脂需要具備2個基本性能：一是較好的阻隔性能，可以阻隔水汽、氧氣等腐蝕介質，防止金屬介質的腐蝕；二是樹脂與金屬基材之間有良好的附著力，防止涂層從金屬基材表面脫落，從而失去防護性能［7］。丙烯酸樹脂通常由（甲基）丙烯酸和（甲基）丙烯酸酯類單體在水介質中聚合制得，如圖1所示。但是與雙組分環(huán)氧樹脂相比，單組分丙烯酸樹脂防腐性能較差。目前可以通過兩種方法來提高其防腐性能：一是采用具有核殼結構的乳液，將防護性能優(yōu)良、玻璃化轉變溫度較高的部分置于核部分，將附著力較好、玻璃化轉變溫度較低的結構置于殼部分，從而使樹脂兼具阻隔和附著的能力；二是采用具有自交聯(lián)結構的乳液，在施工后漆膜可以進行適當?shù)亟宦?lián)，從而提升防腐性能。本研究中選用的水性丙烯酸樹脂是一種苯丙共聚物乳液，苯乙烯含量低，可避免因苯乙烯含量較高而引起的附著力和柔韌性欠佳、耐沖擊效果略差的問題，以確保其具有良好的保光保色性和抗粉化的能力。乳液的最低成膜溫度較低，有良好的附著力以及與普通防銹顏料的配伍性，賦予涂膜良好的耐腐蝕性和耐溶劑性能。

表2 水性丙烯酸涂料的性能Table 2 Performances of waterborne acrylic paint

圖1 丙烯酸樹脂的制備Figure 1 Preparation of acrylic resin

2.2 填料的影響

填料主要從物理和化學兩個方面來改善涂料的防腐性能。與硫酸鋇相比，滑石粉、云母粉等片狀填料能更好地提供阻隔性能，減緩腐蝕物質對基材的腐蝕。但是滑石粉和云母粉的加入對面漆的光澤會有影響，因此，需要根據(jù)具體需求選擇填料的種類以及添加量。磷酸鋅等填料雖然能夠通過與金屬基材的反應，使金屬鈍化，進而提高其防腐性能，但是這樣會降低水性丙烯酸樹脂的穩(wěn)定性，這是因為磷酸鋅等填料的加入會產(chǎn)生Zn2+，進而破壞乳液的穩(wěn)定性，因此在選擇磷酸鋅時，還需要考察其對乳液穩(wěn)定性的影響。另一類非常重要的填料是納米填料，如納米二氧化鈦等。納米粒子所具有的表面效應和小尺寸效應賦予其特殊的性質，將納米粒子填充到涂料中來提高涂料的附著力，進而提高防腐性能［8］。本研究中采用的填料微溶于水，為白色防銹顏料，在涂層下持續(xù)溶解時可電離出P3O105-，從而形成一種不溶的鈍化膜，鈍化膜的硬度高，附著力優(yōu)異。通過將上述環(huán)境友好型的防銹顏料進行復合搭配，所得涂膜具有優(yōu)異的防腐蝕效果。

2.3 成膜助劑的影響

水性涂料的成膜方式與溶劑型涂料不同，主要是通過溶劑的蒸發(fā)，乳液粒子不斷靠近后緊密排列，再擠壓變形，最后成膜。在成膜時，借助成膜助劑將粒子進行溶脹，從而使不同粒子進行融合，形成致密的膜。成膜助劑的沸點通常較高，揮發(fā)速率較低。但若揮發(fā)速率過慢，則會影響漆膜的干燥速率。另外，成膜助劑的用量也非常重要，若用量過少，則影響成膜效率和成膜質量；若用量過多，則影響干燥速率同時增加VOC含量。因此，成膜助劑的選擇至關重要。在本研究中，所選的助溶劑的醇酯十二，它既是聚合物的強溶劑，能降低聚合物的玻璃化溫度，同時又具有較好的相容性，易被樹脂吸附而有優(yōu)異的聚結性能，微弱的水溶性，優(yōu)良的揮發(fā)速度，成膜前保留在聚合物中，成膜后能完全揮發(fā)。

3 應用

根據(jù)以上研究結果，按照表1配方研制出水性丙烯酸防腐面漆，按照集裝箱產(chǎn)品配套的要求進行噴涂。具體配套工藝為：水性環(huán)氧富鋅底漆（30 μm）+水性環(huán)氧中間漆（40 μm）+水性丙烯酸面漆（40 μm）；烘干工藝為：底漆（60 ℃，20 min）+中間漆（55 ℃，30 min）+面漆（70 ℃，20 min）。施工完成后進行配套涂層的性能測試，結果見表3。

表3 水性集裝箱配套涂層的性能Table 3 Performances of waterborne container coating system

集裝箱涂料目前的主要難題：首先是在施工過程中，集裝箱面積大，側面垂直噴涂，當噴涂漆膜較厚時，容易產(chǎn)生流掛；其次在集裝箱底漆、中涂和面漆施工過程中，必須對每一個涂裝工序進行充分烘烤，加快干燥速度［9］，卻容易出現(xiàn)因涂膜表層和涂膜本體的干燥速度不一致而導致的針孔、開裂、氣泡等涂膜弊病。因此，為了保證更好的施工性能，對面漆的干燥性和流掛性能要求較高。本研究中的水性丙烯酸面漆產(chǎn)品在現(xiàn)場應用過程中，施工便利，干燥較快，漆膜表面較好，完全能夠替代油性產(chǎn)品，在保證防腐性能的同時降低了VOC的排放。

4 結語

通過對水性丙烯酸樹脂、填料、成膜助劑等影響因素進行研究，選擇了自交聯(lián)核殼結構的苯丙乳液為成膜物，水解穩(wěn)定性好、揮發(fā)性低的醇酯十二作為成膜助劑，并通過填料、防銹顏料的合理復配，制備出了兼具防腐性能和施工性能的水性丙烯酸涂料，并成功應用于集裝箱防腐領域。