双组分水性丙烯酸聚氨酯防腐装饰涂料的研制
高金利，牛 顺，刘建颖，卢 平
(天津灯塔涂料有限公司，天津 300400)
0 前 言
在环境保护要求越来越严格的今天，水性工业涂料的需求越来越大，水性涂料、高固体分涂料等环境友好型涂料已成为全球涂料行业的发展趋势。随着环境保护法律法规的日益严格，水性涂料成为各国的研究及应用热点。水性涂料分为水性建筑涂料、水性工业涂料、水性汽车涂料、水性集装箱涂料、水性防腐涂料等。德国等欧美国家水性涂料占涂料总产量的近80%，而我国水性涂料占涂料总产量不足50%。国外水性工业涂料应用较广，性能满足标准要求。我国目前用于防腐领域的水性工业涂料有：水性醇酸体系、水性环氧体系、水性无机富锌底漆体系、水性环氧酯体系、水性丙烯酸体系等。国内一些典型的重防腐领域，水性涂料的用量正在不断增加。本研究采用水性羟基丙烯酸乳液及固化剂为成膜物、多磷酸铝锌等作为环保防锈颜料，开发了双组分水性丙烯酸聚氨酯防腐装饰涂料并进行了批量应用。
1 实验部分
1.1 主要原料
水性羟基丙烯酸乳液A及固化剂、水性羟基丙烯酸乳液B及固化剂、水性羟基丙烯酸乳液C及固化剂、水性羟基丙烯酸乳液D及固化剂、水性羟基丙烯酸乳液E及固化剂、水性蜡浆、防闪锈剂、低铅磷酸锌、三聚磷酸铝、填料、消泡剂、助溶剂，国产；分散剂、水性防沉剂、多磷酸铝锌、基材润湿剂、流变增稠剂、钛白粉，进口。
1.2 实验设备
主要仪器：研磨分散多用机JSF-400，上海现代环境工程技术有限公司；电子天平BS2000S，北京赛多利斯仪器公司；气相色谱仪7890A，美国安捷伦公司；循环式盐雾腐蚀实验仪CCT-1100，美国Q-PANE公司；紫外/凝露耐候筛选仪UC-1，美国ATLAS公司。
1.3 双组分水性丙烯酸聚氨酯防腐装饰涂料的制备
1.3 双组分水性丙烯酸聚氨酯防腐装饰涂料的制备
双组分水性丙烯酸聚氨酯防腐装饰涂料的配方见表1。
制备方法：将60%的去离子水、水性羟基丙烯酸乳液、分散剂、水性防沉剂、消泡剂、助溶剂加入配料罐中低速搅拌均匀；加入防锈颜料、钛白粉、填料，高速分散研磨达到规定的细度后将浆料加入调漆罐；加入基材润湿剂、水性蜡浆、防闪锈剂，中速搅拌均匀；用余下40%的去离子水稀释流变增稠剂搅拌均匀后慢速加入调漆罐中，搅拌20 min后检测涂料的固体分、黏度，合格后过滤包装即得双组分水性丙烯酸聚氨酯防腐装饰涂料A组分，B组分为水性聚氨酯固化剂。施工时将A组分和B组分按一定比例充分搅拌均匀，视黏度加0～10%的去离子水搅拌均匀，放置10～15 min即可施工。
1.4 性能测试
研制的双组分水性丙烯酸聚氨酯防腐装饰涂料性能测试结果见表2。
2 结果与讨论
2.1 水性羟基丙烯酸乳液及固化剂种类对涂料性能的影响
水性羟基丙烯酸乳液及固化剂是双组分水性丙烯酸聚氨酯防腐装饰涂料的重要组成部分，影响着研制产品的各项性能，在确定乳液、颜填料、各种助剂加量的基础上，分别选用5种水性羟基丙烯酸乳液及固化剂进行对比实验，检测结果见表3。
由表3可以看出，水性羟基丙烯酸乳液及固化剂B制备的双组分水性丙烯酸聚氨酯防腐装饰涂料综合性能好，满足产品标准要求。
2.2 防锈颜料的选择
铅系、锌系和铬酸盐化学防锈颜料的防腐性能较好，但其中所含的铅、铬重金属对人体危害较大。考虑到防腐性和环保的要求，本研究对无铬防腐颜料ZAPP、低铅磷酸锌和三聚磷酸铝进行了筛选。无铬防腐颜料ZAPP是一种多磷酸铝锌水合物，其中，锌含量达28%～31%，Al2O3含量11%～13%。ZAPP与其他防锈颜料拼合可形成复合防锈颜料体系，利用颜料间的协同作用，可以达到或接近有毒颜料的防锈效果。
磷酸锌其化学成分为Zn3(PO4)2 · (2-4)H2O，可水解生成氢氧化锌及二代磷酸盐离子，这些水解产物形成附着和阻蚀络合物，可使金属底材表面磷化，形成在阳极范围内特别有效的保护层，白色凝胶状氢氧化锌和底材具有很好的附着力。
三聚磷酸铝为白色颜料，微溶于水，在涂层下溶解时电离出P3O105-，在阳极部位与金属离子结合成不溶的钝化膜，该膜硬度高，附着牢固。
上述防锈颜料的合理复配，既起到了很好的防腐作用又减少了可溶性重金属的加入，与市售的溶剂型或水性防腐涂料相比，其重金属含量极低，符合HJ 2537—2014《环境标志产品技术要求水性涂料》中有害物质限量要求。
磷酸锌其化学成分为Zn3(PO4)2 · (2-4)H2O，可水解生成氢氧化锌及二代磷酸盐离子，这些水解产物形成附着和阻蚀络合物，可使金属底材表面磷化，形成在阳极范围内特别有效的保护层，白色凝胶状氢氧化锌和底材具有很好的附着力。
三聚磷酸铝为白色颜料，微溶于水，在涂层下溶解时电离出P3O105-，在阳极部位与金属离子结合成不溶的钝化膜，该膜硬度高，附着牢固。
上述防锈颜料的合理复配，既起到了很好的防腐作用又减少了可溶性重金属的加入，与市售的溶剂型或水性防腐涂料相比，其重金属含量极低，符合HJ 2537—2014《环境标志产品技术要求水性涂料》中有害物质限量要求。
2.3 分散剂的选择
本研究筛选了ZR-4110、P30、SN-5040、NUOSPERSEFX-365、740W等不同分散剂，比较了浆的分散效果、漆的贮存稳定性，实验结果见表4。
通过浆、漆的黏度比较及漆的贮存稳定性考察，优选了具有亲水聚醚链段和多电子疏水成分组成的非离子AB嵌段聚合物作为润湿分散剂，有效地防止了颜料的沉淀、浮色、发花，使本研究具有很好的颜料分散性和贮存稳定性。同时采用环保型不含烷基酚乙氧基化合物的基材润湿剂，促进涂料在难以润湿或受污染的基材表面上的均匀涂布，提高了涂膜的润湿性、附着力、装饰效果，展现了极佳的再涂性。
2.4 防沉剂的选择
2.4 防沉剂的选择
为改善本研究产品的施工性及贮存稳定性，筛选了高分子改性膨润土、有机改性锂锰脱石黏土、流变助剂等多种防沉剂，通过对不同防沉剂品种、用量的实验及贮存稳定性的考察，优选了适宜体系极性、防沉和触变效果较好的有机改性锂锰脱石黏土作为防沉剂，并与流变增稠剂复配，从而保证了研制产品的贮存稳定性、施工性及流平性，施涂后涂膜光泽适宜、装饰性及丰满度得到用户认可。
2.5 水性蜡浆的选择
在完成本研究产品的配方设计，树脂、防锈颜料、填料、功能助剂的筛选，配方优化及性能检验后，并不能完全保证本研究产品能够满足用户的使用要求，还要根据用户生产线的工艺条件、被涂样件的形状、温度、涂装季节等情况进行调整。如果用户夏季湿度较大的天气施工，样件涂装后经80 ℃烘烤30min下线，样件降温较慢，涂膜容易返黏。为解决此问题，采用DeuWax W-2335A、DeuWax W-2340、255水性蜡乳液之一种或其中的几种，有效地改善了涂膜的耐磨性、滑爽度和抗黏连性，解决了零部件涂膜夏季返黏的问题。
2.6 助溶剂的优选
助溶剂的优选复配对涂膜的表面效果影响很大，不加或品种复配不好，其涂膜表面状态差异很大(涂膜表面易缩边，有油缩、花斑等)，本研究分别加入助溶剂二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、十二碳酯醇及以不同比例复配制漆喷板检查板面效果，经多次重复实验，终确定m(二丙二醇甲醚)∶m(二丙二醇丁醚)∶m(十二碳酯醇)为2∶2∶1的比例加入配方中，涂膜板面平整、无缩边、无油缩花斑。
3 结 语
采用综合性能优异的水性羟基丙烯酸乳液及固化剂为成膜物，优选低铅铬防锈颜料及各种助剂研制的双组分水性丙烯酸聚氨酯防腐装饰涂料具有优异的耐候性、附着力、柔韧性、耐冲击性、耐水性及耐盐雾性，其铅、铬重金属含量远低于HJ 2537—2014《环境标志产品技术要求 水性涂料》中有害物质限量要求。本研究产品已批量生产应用于部分客户零部件表面涂装，其耐候性、防腐性、装饰性及环保性满足用户要求，正进一步推广应用。
