水性工业涂料

Free-Jack

目前大家知道有没有涂料公司开发水性工业涂料？
我知道目前一些企业在开发水性集装箱用涂料：水性环氧乳液底漆+水性丙烯酸乳液面漆。
大家讨论一下自己的看法：
有没有前途？目前主要的难题？
:lol

Free-Jack

期待大师，超级大师，开林（江西）制漆，ucoat几位专家的回复！

ucoat

现在立邦、关西有水性汽车面漆

ucoat

工业漆过去还有水性浸涂漆

大师

前一段时间做过水性锌粉底漆加水性面漆。发觉施工方面有问题，估计不可能进流水线施工。

都市丽化工

用在工业方面好像 前途有待考虑

八戒

特别是大面积施工。

xsl_hn

:D :D :D

ucoat

除汽车等少数工业企业有需求外，其他工业行业暂时没有需求，造成工业用水性树脂研发滞后。

飞花飘雪

水性纳米复合铁鈦防锈涂料的研制
王凤英（江苏大中制漆有限公司 ， 江苏无锡214184）

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

原材料        质量分数%
去离子水        12-14
润湿分散剂        0.8—1.2
闪蚀抑制剂        0.3—0.5
锐钛型钛白粉        6--8
纳米复合铁钛粉        18--25
超细填料        6--10
乳液        40--50
成膜助剂        2--3
流变改性剂        0.5—1.0
四 生产工艺流程：
将分散剂、润湿剂、去离子水、颜填料等按配方数量称量，搅拌均匀无大块，用砂磨机将上述混合物研磨至细度小于45微米, 再加入乳液、成膜助剂、助溶剂等搅拌均匀， 并在搅拌状态下,加入增稠剂调节黏度，经80目过滤网过滤，包装、即得底漆。.
五  性能测试
   上述底漆按规定制板后，,进行各项性能测试，结果如下：
表4 漆膜的性能测试
Table 4  performance test of film


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



乳液类型        纯丙乳液        苯丙乳液        硅丙乳液        叔丙乳液        环氧酯乳液        丙稀酸改性环氧聚酯
颜色        铁红色        灰色        桔红色        灰色        灰色        铁红色
耐盐水性（3%NaCl溶液）        20d起泡        30d无异常        30d无异常        30d无异常        30d无异常        30d无异常
本实验在30天后,没有再进行下去,但是漆膜并无异常，无起泡、脱落、生锈等现象，附着力较好。不同类型的乳液各自有不同的特点。
环氧酯乳液：具有优异的防腐性能,,在弱碱性条件下,既能烘干,又能氧化交联(加适当的水性催干剂)。
硅丙乳液：憎水性强，透气性好，但价格高。
丙烯酸改性环氧聚酯乳液:,独特的氧化交联成膜机理,可以替代传统油性环氧酯,有突出的机械稳定性和冻融稳定性,成膜致密, 可以不加防闪锈剂,,并直接研磨颜料,耐盐雾性好。
由此可见，纳米复合防锈颜料无论与哪一种基料配伍均表现出较优异的防锈性能及涂料稳定性。综合考虑性能和价格因素，最终选取苯丙乳液3作为成膜物质。
                                                                           
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

基料与颜料是配方中的重要组成部分，在颜料和基料已经确定的情况下，涂膜的结构和物理性能基本上取决与两者之比。由于本实验选取的1.2，1.5，1.9三个不同的颜基比都在合理的范围内，所以在四个因素中，是对耐盐水和耐盐雾性能影响最小的。但是随着防锈颜料量的增加，漆膜的渗透性和防腐蚀性提高。在确定的颜料体积浓度下，防锈颜料的用量越多，则漆膜防锈效果越好。实验表明，复合铁钛防锈颜料控制在总量的18%---30%之间，表现良好的防锈性能。用量过少，达不到预期的防锈性能；用量过多，贮存性能不理想。考虑防锈性能和经济价格，选取1.9的颜基比都是最好的。
在选取防锈颜料上，本实验的一个突出的特点是应用复合铁钛防锈颜料，加入少量的缓蚀性颜料，而不用任何其他的防锈颜料，比如三聚磷酸铝、红丹、磷酸锌、云铁等。尤其是中灰色，可由两种不同类型的纳米复合铁鈦防锈颜料搭配使用，增效配合。避免使用碳黑时出现颜料分散性的问题，大大简化了工艺。同时也起到了活性颜料与屏蔽性颜料相结合的效果。
采用WD—F101型改性铁红粉制备的低成本配方，价格与市场上的普通醇酸防锈漆相当，性能明显好于后者，具有可观的经济价值。
水性体系是一个复杂的多相分散体系，助剂、乳液、颜料浆体系必须有适当的相容性，，才能保证得到贮存和施工稳定性，并具有优良的流变性和防腐性。填料的不同组合也可以改变许多性能。本实验选用碳酸钙、绢云母等超细填料搭配使用。
绢云母：高纵横比的晶体片状结构，提高抗水渗透性；活性羟基基团，容易与乳液相结合，形成致密的网状结构，提高综合机械性能。同时，具有一定的悬浮性，降低防沉剂的用量。
碳酸钙：可以降低成本，增加硬度，提高漆膜对底材的附着力。
五  其他方面的影响
  1   非离子型润湿剂和阴离子型分散剂共用，能获得良好的黏度稳定。润湿剂通过降低表面张力来提高颜料的润湿性，但同时起泡倾向加强。
本实验采用一种无泡润湿剂，并不用消泡剂。一方面可以节省成本,另一方面可以消除泡沫引起的各种缺陷：比如缩孔,鱼眼等弊病。它的特殊结构，使得无论在静态或动态条件下，都能够迅速迁移至新形成的界面，降低表面张力的速度也快，形成了有效的迁移动向，因此对涂料施工性影响很大。
2        防闪蚀剂：亚硝酸钠盐有一定的防闪锈性，但有后增稠倾向。而且如果加量略有闪失，闪锈现象更为严重，漆膜的耐水性能也降低。故此在此体系中没有采用。
3        助溶剂的合理搭配使用可以使挥发速度趋向平衡，有利于早期的抗腐蚀性提高。
结语
应用纳米复合铁鈦粉制造的自干型单组分水性防腐底漆，耐盐水性、防锈性等有所突破, 而且对漆膜的其他物理性能如：硬度，附着力、冲击性、柔韧性等均无影响，综合性能达到甚至超过溶剂型漆，是水性防锈涂料全新的选择。研制的防腐底漆,对基料的要求放宽,与大多数基料配伍,并可以制作出传统的铁红、桔红、海灰等颜色，在化工、大气环境下的金属储罐、管道、设备、盘梯、围栏等钢结构的底涂中，均表现出较优异的防锈性能,不逊色于相应的溶剂漆，目前已经批量应用于大型设备上，反映良好。

参考文献
[1 ]涂料工艺编委会。涂料工艺[M]。北京：化学工业出版社，1997。12
[2] 焦可伯（美），著。涂料助剂大全[M]。朱传渠，译。上海：上海科学技术文献出版，2000
[3 ] 谢芳诚，刘国杰，著。最新涂料品种配方和工艺集[M]。北京：中国轻工业出版社，1996
[4 ] 李家权。复合铁钛防锈颜料及其“无铅红丹”防锈涂料[J]。涂料工业，2004，34（7）：
    55—58
[5] 钱逢麟，竺玉书，著。涂料助剂：品种和性能手册[M]。北京：化学工业出版社，1990，11

作者简介：王凤英，女，工程师，技术主管，主要从事水性涂料和卷钢涂料的研发工作。
联系方式：13861715039

jushan33lu

牛！现在水性工业漆在汽车上已经成熟了，PPG日前在天津建了一个5000万美金的车间！