鋼結(jié)構(gòu)用水性丙烯酸底漆的制備與性能研究

朱斌勇，張博曉，裴 勇，張 培

(廣州集泰化工股份有限公司，廣東 廣州 510520)

丙烯酸樹脂是較早成功水性化的樹脂之一，丙烯酸涂料是較早水性化的涂料種類之一。因此水性丙烯酸涂料一直以來都是水性涂料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前水性丙烯酸涂料的研究工作主要分為三個方面。第一個方面是樹脂的改性研究[1]；第二個方面是無機(jī)填料或功能填料對水性丙烯酸涂料的改性研究[2-3]；第三個方面是水性丙烯酸涂料的配方研究，即原材料種類篩選與比例的調(diào)整[4-5]。涂料企業(yè)的研究工作一般以配方研究為主。

由于輕防腐鋼結(jié)構(gòu)用的溶劑型涂料的市場價格不高。在鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，水性涂料進(jìn)入市場的早期與溶劑型涂料競爭時，往往也追求良好的性價比。水性丙烯酸涂料因其具有良好的耐水性能、防腐性能以及良好的性價比。使得水性丙烯酸涂料在鋼結(jié)構(gòu)輕防腐中的應(yīng)用十分廣泛。鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件體積一般較大，構(gòu)型也較復(fù)雜。在進(jìn)行涂料施工時，常以室內(nèi)施工及自然干燥為主，施工時對場地的空間要求也很高。所以在追求良好防腐性能的同時，也要兼顧良好的干燥性能與初期耐水性能。

本文重點(diǎn)研究了樹脂，顏基比，分散劑與溶劑對涂料干燥性能、貯存穩(wěn)定性、耐鹽霧性能、早期耐水性等性能的影響。最后制備了一種綜合性能完全符合鋼結(jié)構(gòu)使用標(biāo)準(zhǔn)的水性丙烯酸底漆。

1 實 驗

1.1 實驗原料

快干王丙烯酸乳液，藍(lán)德堡實業(yè)有限公司；Tn-6119丙烯酸乳液，浙江天和樹脂有限公司；Wantipro 0612丙烯酸乳液，萬華集團(tuán)；8008丙烯酸乳液，東莞市水啟迪新材料有限公司。

纖維素3KB，亞什蘭；分散劑SN-1798、消泡劑SN-6791，上海深竹化工科技有限公司；分散劑BYK-190，畢克化學(xué)；增稠劑12w，分散劑731a，陶氏化學(xué)；成膜助劑OXFILM 351，廣州東博化工有限公司；分散劑A987，江門菲高；消泡劑A-10，巴斯夫；迪高4100，贏創(chuàng)；防閃銹劑H14，上海御捷新材料科技有限公司；防凍劑V200，維寧新材料；丙二醇、異丙醇、無水乙醇，氨水，工業(yè)級，市售；去離子水，自制。

鈦白粉，氧化鐵黑，氧化鐵紅，防銹顏料，滑石粉，硅灰石，硫酸鋇等市售。

1.2 儀器設(shè)備

BGD 750/1型攪拌砂磨分散多用機(jī)、刮板細(xì)度計、斯托默粘度計，廣州標(biāo)格達(dá)試驗室儀器用品有限公司；QTX涂膜柔韌性測定器，上?，F(xiàn)代環(huán)境工程技術(shù)有限公司；CZ290A型精密型鹽水噴霧試驗機(jī)，眾志檢測設(shè)備有限公司。

1.3 水性丙烯酸防腐涂料的制備

鋼結(jié)構(gòu)用水性丙烯酸底漆的制備配方見表1。

根據(jù)表1中各組分的用量按如下步驟制備鋼結(jié)構(gòu)用水性丙烯酸底漆：(1)漿料的分散，將去離子水，纖維素加入反應(yīng)釜中，高速分散至均勻；然后將消泡劑、氨水、分散劑、成膜助劑、溶劑依次加入反應(yīng)釜中；最后將粉料加入到反應(yīng)釜中，中速攪拌至均勻。(2)漿料的研磨，將漿料研磨至細(xì)度不大于50 μm。(3)調(diào)漆，將丙烯酸乳液，研磨好的漿料，消泡劑，氨水，防閃銹劑，潤濕劑依次加入反應(yīng)釜中，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颉?4)增稠，將增稠劑緩慢加入反應(yīng)釜中，充分?jǐn)嚢柚琉ざ染唬^濾即得到產(chǎn)品。

1.4 測試與表征

按照GB/T 9271的要求制備樣板，漆膜的基本性能按照表2中的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測。

表2 漆膜的性能測試項目及相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與討論

2.1 樹脂對漆膜性能的影響

在一定程度上，樹脂的性能決定涂料的性能，因此，選擇性能良好的樹脂至關(guān)重要。其中，在鋼結(jié)構(gòu)用水性丙烯酸底漆中，水性丙烯酸樹脂對漆膜影響較大的是耐鹽霧性能與耐水性能。而在標(biāo)準(zhǔn)HG/T 5176-2017《鋼結(jié)構(gòu)用水性防腐涂料》中并沒有對底漆的耐鹽霧性能有所要求。因此配套我司的水性丙烯酸面漆JT-208M，測試耐鹽霧性能。

在其他原料用量相同的情況下，利用快干王丙烯酸乳液，Tn-6119丙烯酸乳液，Wantipro 0612丙烯酸乳液，8008丙烯酸乳液，制備了四種鋼結(jié)構(gòu)用水性丙烯酸底漆。并制備樣板測試性能如表3所示。

表3 樹脂對漆膜性能的影響

由表3可以看出不同廠家的樹脂，其性能表現(xiàn)也不一。通過耐鹽霧性能的測試結(jié)果得知快干王丙烯酸乳液、Tn-6119丙烯酸乳液，Wantipro 0612丙烯酸乳液制備的底漆與我司的水性丙烯酸面漆JT-208M的配套耐鹽霧性能均能達(dá)到120 h。從早期耐水性的測試結(jié)果可以看出，除8008丙烯酸乳液外，其他丙烯酸乳液制備的水性丙烯酸底漆均擁有良好的早期耐水性能。

因此，快干王丙烯酸乳液、Tn-6119丙烯酸乳液與Wantipro 0612丙烯酸乳液均能用來制備鋼結(jié)構(gòu)用水性丙烯酸底漆。

2.2 顏基比對漆膜性能的影響

一般情況下，鋼結(jié)構(gòu)在涂裝施工過程中，往往對場地空間的要求較大，其主要原因是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸較大且構(gòu)型復(fù)雜，涂料涂裝后也只能自然干燥。因此涂料的干燥速度就直接影響了施工效率。

總所周知，水性涂料的干燥一共分為四個階段，分別是濕膜階段、顆粒的密堆積階段、顆粒的堆積變形階段與均一漆膜階段。鋼結(jié)構(gòu)用水性丙烯酸底漆屬于單組份漆，其干燥方式大部分以自然干燥的為主，因此這每一階段的變化都屬于物理變化過程。所以，要提高鋼結(jié)構(gòu)用水性丙烯酸底漆的干燥速度，只能提高液漆的質(zhì)量固含，降低液漆的含水量。

目前，絕大部分市售的水性丙烯酸乳液的質(zhì)量固含在40%～50%之間，提高樹脂用量往往不能提高液漆的質(zhì)量固含，相反還會提高液漆的含水量。因此，提高涂料的顏基比就成為提高干燥速度的較好的方法。

較高的顏基比往往會帶來液漆穩(wěn)定性的問題，同時樹脂用量的降低，也影響配套的耐鹽霧性能。通過對液漆顏基比的設(shè)計，我們利用三種丙烯酸乳液，制備了多個顏基比條件下的液漆，其性能變化如表4所示。

表4 不同的顏基比對涂料性能的影響

由表4可以看出，涂料的顏基比越高，其質(zhì)量固含越高，表干時間越短。同時，液漆的貯存穩(wěn)定性也越差。相同的顏基比，不同乳液制備的鋼結(jié)構(gòu)用水性丙烯酸底漆的表干時間差異不大。

從不同乳液制備的鋼結(jié)構(gòu)用水性丙烯酸底漆配套我司的水性丙烯酸面漆JT-208M測試的耐鹽霧性能的數(shù)據(jù)可以看出，隨著顏基比的增大，樹脂用量逐步減少，配套耐鹽霧性能有所降低。其主要原因是樹脂用量降低，涂料的PVC值升高，漆膜的封閉性能降低導(dǎo)致。同時提高涂料的顏基比，涂料的表干時間也越來越短。

從實驗數(shù)據(jù)看出快干王丙烯酸乳液制備的鋼結(jié)構(gòu)用水性丙烯酸底漆，其貯存穩(wěn)定性、耐鹽霧性能良好，同時也能制備高顏基比的涂料。因此我們選擇快干王丙烯酸乳液作為鋼結(jié)構(gòu)用水性丙烯酸底漆的樹脂，配方顏基比則設(shè)定為2.7。

2.3 分散劑對涂料性能的影響

一般情況下，常規(guī)的丙烯酸乳液是不能參與研磨的。故在水性丙烯酸涂料的生產(chǎn)中，多設(shè)計成無樹脂漿料。那么選擇良好的分散劑至關(guān)重要。因為良好的分散劑，其降低漿料粘度的效果良好，方便漿料的研磨；同時，性能良好的分散劑也不會影響涂料的貯存穩(wěn)定性與耐水性能。

在水性丙烯酸涂料中，常用的分散劑有多種類型。對此我們選取了四種分散劑，依次為非離子型分散劑BYK-190與SN-1798，離子型分散劑A987與731a。主要試驗其對涂料漿料黏度及貯存穩(wěn)定性的影響，如表5所示。其中漿料的黏度使用目測的方法觀察，并記錄漿料黏度達(dá)到合適研磨黏度時的最低用量。

表5 分散劑的用量對涂料性能的影響

由表5可以看出，非離子型分散劑的使用量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于陰離子型分散劑，這說明陰離子型分散劑的分散效率或者是降黏效果要優(yōu)于非離子型分散劑。

分散劑的主要作用是讓細(xì)粒物質(zhì)分散于水中，并能形成穩(wěn)定的懸浮液。其和流變助劑搭配可以使得涂料擁有良好的貯存穩(wěn)定性。本組實驗也驗證了分散劑與增稠劑12W配合使用，在其他條件相同的情況下，得出了貯存穩(wěn)定性合格時分散劑的最低使用量，同時驗證其早期耐水性能。

從表5還可以看出，液漆貯存穩(wěn)定性良好時分散劑的用量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于漿料可研磨分散劑的最低用量。非離子型分散劑不會帶來早期耐水的問題，離子型分散劑則存在早起耐水不合格的風(fēng)險。綜合考慮原材料成本、漿的稠度以及綜合性能，實驗制備的鋼結(jié)構(gòu)用水性丙烯酸底漆使用731a作為分散劑。

2.4 溶劑對涂料性能的影響

鋼結(jié)構(gòu)用水性丙烯酸底漆的凍融穩(wěn)定性直接關(guān)系到涂料在低溫環(huán)境時的穩(wěn)定性。因此，在標(biāo)準(zhǔn)HG/T 5176-2017《鋼結(jié)構(gòu)用水性防腐涂料》中，對水性底漆的凍融穩(wěn)定性是有明確要求的。

通常情況下，我們利用醇類溶劑來改善水性涂料的凍融穩(wěn)定性。因此，篩選丙二醇、異丙醇，以及混合多元醇防凍劑V200來實驗對比，實驗結(jié)果如表6所示。

表6 不同添加量的溶劑對凍融穩(wěn)定性的影響

由表6可以看出，異丙醇、丙二醇及V200均能改善水性丙烯酸底漆的凍融穩(wěn)定性，但是添加量卻不相同。通過添加量可以看出，丙二醇在實驗體系中的添加量最少，其最少添加量為1.5%，因此選擇丙二醇作為抗凍融的溶劑。

2.5 涂料性能

根據(jù)上述實驗對原材料篩選的結(jié)果，我們制備了鋼結(jié)構(gòu)用水性丙烯酸底漆。其主要性能測試結(jié)果如表7所示。其中附著力，耐水性，耐酸性，耐中性鹽霧均為配套測試。面漆配套為我司的水性丙烯酸面漆JT-208M。

表7 涂料的性能測試結(jié)果

3 結(jié) 論

通過對樹脂、溶劑及部分助劑篩選，樹脂選擇快干王丙烯酸乳液作為成膜樹脂，顏基比設(shè)定為2.7。溶劑選擇丙二醇，其添加量為1.5%。分散劑選擇731a，其添加量為0.4%。制備的鋼結(jié)構(gòu)用水性丙烯酸底漆的質(zhì)量固含高，表干時間短，耐鹽霧性能、抗凍融穩(wěn)定性、貯存穩(wěn)定性、早期耐水性與耐水性均良好。其綜合性能完全符合水性丙烯酸底漆在鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。