摘要
以不同类型乳液作为基料，将复合铁鈦防锈颜料中WD-A型粉和WD-D型粉以一定的比例配合，发挥协同效果，提高防锈性能，制备出性价比合理、综合性能优良的水性防锈涂料。并重点分析了影响漆膜耐盐水和盐雾性能的各项因素。
关键词
复合铁鈦防锈颜料、乳液、相容性
Preparation of Waterborne Nanocomposite Ferrotitanium Antirust Coatings
Wang Fengying
(Jiangsu Dazhong Coating Co., Ltd ,Wuxi214184 , Jiangsu , China)
Abstract : Water based antirust coating with costeffectiveness and good properties was prepared by using synergistic combinations of model WD—A and WD—D Ferrotitanium powder . And influencing factor on salt water and salt spray resistance of film were discussed in ditail in the article.
Key Word : Nanocomposite Ferrotitanium powder ; emulsion ; compatibility
前言
随着石油价格的持续上涨，环保法规的出台，水性防腐涂料技术的日趋成熟，工业涂料的水性化趋势愈加强烈，水性防腐涂料除树脂水性化外，大部分防腐颜料均为铅系，铬系颜料，仍存在一定的毒性。而纳米复合铁鈦粉属于高效、无毒防锈颜料，重金属含量在万分之二以下，应用在水性防锈漆中，是真正的环保产品。
纳米复合铁鈦粉是物理防锈和化学防锈双重防锈机理。浅色粉其化学防锈是通过无水聚磷酸盐中的磷酸根与钢铁表面的铁原子生成不溶的固体磷酸铁络盐，隔绝水、氧、氯,等对钢铁的腐蚀。而物理防锈是利用纳米材料的本身固有的性能：纳米颗粒的表面能很高,易与其它原子相结合，增加了涂层的致密性和抗离子渗透性。此外，还可以改善涂料的流变性，提高涂层的附着力、涂膜硬度、光洁度和抗老化性能。
黑色粉的载体粉本身与红丹结构相类似，也有一定的防锈作用，当用于钢铁表面时，由于与钢铁有亲和性而附着力提高。
实验部分
一 原材料的选择
基料：苯丙乳液、叔丙乳液、硅丙乳液、纯丙乳液、环氧酯乳液、丙烯酸改性环氧聚酯乳液。
助剂：缓蚀剂、分散剂、润湿剂、流变改性剂、成膜助剂等。
粉料：钛白粉、纳米复合铁鈦防锈颜料、超细填料。
二 正交实验设计
应用L9(3^4)，选取分散剂、颜基比、防沉剂、乳液四种影响因素，每个因素取三个水平，通过测试各项性能指标，着重分析各因素及水平对漆膜耐盐水和盐雾性能的影响，并确定最佳的实验配方。其中，防锈颜料采用纳米复合铁鈦防锈颜料A型粉和D型粉等。
表1 实验因素和水平
Table 1 factors and levels of orthogonal test
因素水平 分散剂 P/B 防沉剂 乳液类型
水平1 聚羧酸钠盐 1.2 聚氨酯增稠剂 苯丙1
水平2 聚丙稀酸铵盐 1.5 钛酸酯偶联剂 叔丙
水平3 特殊结构的聚羧酸铵盐 1.9 有机膨润土 苯丙2
表2 漆膜的盐水和盐雾性能测试结果
Table 2 salt water resistance and salt spray resistance of film
实验号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
耐盐雾性（小时） 5 5 29 264 5 5 5 264 264
耐盐水性（天） 25天边缘有渗锈 25天有少量锈斑 28天略有发白 30无异常 20天有大量锈斑点 28天底边缘有渗锈，略发白 28天边缘有2-3个小泡 30天无异常 25天边缘有渗锈
三 通过上述正交实验设计，确定最佳实验配方.
表3 参考配方
Table 3 reference formulation
项目 测试结果 执行标准
附着力（级） 1级 GB/T1720-1979(1989)
耐冲击性（Kg.cm） 50 GB/T1732-1993
柔韧性（mm） 1 GB/T1731-1993
耐盐水性（d） 30天无异常 GB/T1763-1979(1989)(甲法)
耐硝基性 不咬起、不渗色
耐盐雾性（h） 264h无异常 GB/T1171-91
耐温性（200℃，4小时） 不开裂、不脱落 GB/T1735-79
干燥时间 表干,h 0.2h GB/T1728-89
实干,h 6h
结果与讨论
由实验结果分析，各因素中，乳液、分散剂、防沉剂、颜基比对盐水和盐雾性能均有不同程度的影响。
一 乳液的影响
基料的选择很重要，良好的附着力、耐水性、以及防锈性是选择防锈乳液的关键。乳液的开放性结构以及亲水性助剂的诱导因素，都会使环境中的氧气和水分容易透过漆膜到达底材造成铁锈。
图1 乳液对漆膜耐盐水性和耐盐雾性能的影响
Fig 1 Effect of emulsion on salt water resistance and salt spray resistance of film
由上图所示，叔丙乳液的耐盐水性较好，但耐盐雾性却很差。虽然1、3都是苯丙乳液，但性能差别却很大。苯丙乳液3无论耐盐水性和耐盐雾性都是最好的。这说明不同类型的乳液具有不同的性能，而相同类型的乳液也表现出不同的性能。聚合物的组成不同、聚合工艺的不同、制备中所用表面活性剂和稳定剂也不同，因而会对乳液的性能有显著影响。聚合物基料通过粒径、不同的化学成分影响CPVC值。乳液在表面憎水性上也存在差别，
叔丙和苯丙乳液干燥速度快,防锈性能优,无论从价格、与防锈颜料的相容性、耐水性、防锈性、附着力等方面分析，都是最佳的选择，具有一定的实用价值。尤其是苯丙乳液，具有优异的颜料亲和力，最为憎水。
在同一种颜基比、分散剂、防沉剂条件下，以不同类型乳液做基料，比较其防锈性能
表 5 铁钛粉在不同类型乳液中防锈性能的比较
Table 5 Comparison of film properties with ferrotitanium powder in different emulsion
二 分散剂的影响:
分散剂的选择是至关重要具有临界性质的，许多分散剂都会降低抗腐蚀性。防腐蚀性和分散性的最佳平衡,是选择分散剂的关键。强疏水性的分散剂吸附在颜料颗粒表面，通过电荷排斥和空间位阻排斥，使颜料颗粒稳定分散，防止絮凝颗粒的形成。不会产生诸如附着力降低，柔韧性不良，耐水、耐盐雾性能变差，颜料粒子沉降等问题。
分散剂选择聚丙稀酸铵盐、聚羧酸钠盐和铵盐。疏水性的铵盐形成良好的耐水膜，但钠盐类亲水性分散剂分子量低，在涂膜中降低了耐水性，而且不会形成耐水膜。
图 2 分散剂对漆膜耐盐水性和耐盐雾性能的影响
Fig 2 Effect of dispersant on salt water resistance and salt spray resistance of film
如上图观察，其中，钠盐和铵盐对耐盐水性能的影响区别不明显，但是对耐盐雾性能的影响却很突出。高分子量特殊结构的聚羧酸铵盐防腐蚀性能最好。
三 防沉剂的影响：
实验中选择了三种不同类型的防沉剂进行对比，结果如图：
图 3防沉剂对漆膜耐盐水性和耐盐雾性能的影响
Fig 3 Effect of anti-settling agent on salt water resistance and salt spray resistance of film
有机膨润土，网状结构的硅氧四面体特殊的凝胶网络结构增强了涂层的性能，悬浮性好，改善体系的流变性，抗流挂，对静止沉降现象十分有效，但是却降低了漆膜的耐水性，因此，耐盐水和盐雾性能下降。
纤维素增稠剂保水性强,影响干燥速度,故采用聚氨酯增稠剂或流平剂,.使用HEUR增稠剂可以大大增进抗腐蚀性，它所带来的非絮凝性漆所构成的膜更为致密，使离子渗透性因而下降。但是应尽量少用,避免影响涂膜耐水性能，HEUR作增稠剂与各组分均有吸附作用。
钛酸酯偶联剂，属于多功能助剂，由于焦磷酸基具有阻燃、防锈功能，在防沉的同时，有效地增加了漆膜的防腐蚀性，虽然耐盐水性能略有影响，但是耐盐雾性能最为突出。
四 颜基比的影响：
图 4 颜基比对漆膜耐盐水性和耐盐雾性能的影响
Fig 4 Effect of pigment/binder ratio on salt water resistance and salt spray resistance of film