自拋光防污漆配套用單組分連接漆的研發(fā)

王勝龍 （廈門(mén)雙瑞船舶涂料有限公司，福建廈門(mén) 361101）

0 引言

常用防銹涂層多為環(huán)氧樹(shù)脂基涂層，防污涂層多為丙烯酸酯樹(shù)脂基涂層，這兩種涂層體系的成膜原理不同，性能也千差萬(wàn)別，在應(yīng)用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)防污涂層從防銹涂層表面脫落的情況，為此，人們開(kāi)發(fā)了具有針對(duì)性的中間過(guò)渡涂料，即連接漆，對(duì)防銹涂層和防污涂層起到承上啟下的作用。當(dāng)前，針對(duì)不同涂層體系的單組分連接漆主要有氯化橡膠、乙烯連接漆等。氯化橡膠連接漆主要利用氯化橡膠基料的熱塑性，使防污漆能在其表面潤(rùn)濕鋪張，形成良好的粘接力，但其與環(huán)氧防銹涂層表面的附著強(qiáng)度較差，在海水或淡水環(huán)境中，干濕交替后連接涂層很容易從環(huán)氧防銹涂層上脫落［1-4］，實(shí)際應(yīng)用中對(duì)工藝和使用環(huán)境都有限制；乙烯基連接漆質(zhì)量固含量低，溶劑含量高，大量存在的VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）對(duì)環(huán)境和施工人員都有危害，不符合環(huán)保要求。

本研究以改性丙烯酸酯樹(shù)脂為基料，結(jié)合片狀鋁粉的性能，研制出一種性能優(yōu)異的連接漆，采用電鏡觀察涂層界面的變化情況并測(cè)試涂層吸水率和附著性能等。結(jié)果表明，此連接漆的性價(jià)比高，不受涂裝工藝影響，溶劑揮發(fā)量少，完全可應(yīng)用于中小型商船。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

氯醋樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、改性丙烯酸樹(shù)脂、鋁粉漿、滑石粉、云母粉、鐵鈦粉、有機(jī)膨潤(rùn)土、二甲苯、正丁醇；自拋光防污漆（725-B40-16）；防銹底漆（725-H44-61）。

1.2 儀器設(shè)備

迪斯夫高AT-A液壓附著力測(cè)試儀、德國(guó)瓦格納爾COBRA40-10噴漆機(jī)、梅特勒-托利多XA105DU電子天平、瑞士飛納臺(tái)式掃描電子顯微鏡、Nicolet iS 10傅立葉紅外光譜儀。

1.3 連接漆及樣板的制備

（1） 在二甲苯和正丁醇的混合溶劑中投入樹(shù)脂，攪拌均勻，配制成一定濃度的溶液。

（2） 在樹(shù)脂溶液中按質(zhì)量比加入顏填料，高速分散20～30 min后，加入觸變劑，再高速分散30 min后，補(bǔ)加溶劑調(diào)整黏度，即可獲得相應(yīng)的連接漆。

（3） 采用有氣噴涂制樣，控制連接涂層干膜厚度在60～100 μm，樣板固化7 d后進(jìn)行性能測(cè)試。

1.4 性能測(cè)試

1.4.1 傅立葉紅外光譜測(cè)試

將各種樹(shù)脂處理成粉末狀，然后采用Nicolet iS 10傅立葉紅外光譜儀的ATR附件測(cè)定樹(shù)脂的紅外光譜圖。

1.4.2 涂層斷面電鏡觀察

（1） 將制備好的涂料采用有氣噴涂法噴涂在載玻片上，自然干燥30 d以上。首先，采用液氮冷卻涂層后快速截?cái)嗤繉樱@取斷面較為完整、整齊的涂層；其次，對(duì)樣品斷面進(jìn)行噴金處理；最后在真空條件下采用電鏡進(jìn)行斷面觀察。

（2） 涂層浸泡：將載玻片樣板全部浸泡于去離子水中，連接涂層與防銹涂層配套樣板浸泡時(shí)間為5個(gè)月；連接涂層與防污涂層配套樣板浸泡時(shí)間為7個(gè)月，然后按上述步驟進(jìn)行處理，用電鏡觀察涂層斷面。

1.4.3 涂層吸水率測(cè)試

（1） 將干凈的載玻片用無(wú)水乙醇浸泡后自然晾干，稱重，記為m1；

（2） 在載玻片上涂覆連接漆，自然干燥7 d，修飾載玻片邊緣，稱重，記為m2；

（3） 將石蠟熔融成液體狀，然后采用浸至方式對(duì)載玻片四周進(jìn)行封邊，自然晾干后，稱重，記為m3；

（4） 將載玻片浸入淡水中，按設(shè)定時(shí)間取出載玻片，用濾紙吸干其表面，稱重，記為m3+i，其中i為浸泡次數(shù)；

（5） 涂層吸水率x計(jì)算

1.4.4 涂裝間隔時(shí)間

（1） 在規(guī)定的附著力測(cè)試鋼板上噴涂防銹底漆1道，干膜厚度180～200 μm；

（2） 按設(shè)定的時(shí)間在防銹底漆上噴涂連接漆，干膜厚度60～100 μm；

（3） 自然養(yǎng)護(hù)7 d后，采用液壓附著力測(cè)試法測(cè)定涂層的附著強(qiáng)度。

1.4.5 附著力測(cè)試

按GB/T 5210—2006所規(guī)定的內(nèi)容進(jìn)行附著力測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 樹(shù)脂的篩選

在涂料中，樹(shù)脂基料的性質(zhì)對(duì)涂料的各種性能起著決定性的作用，本研究選擇了丙烯酸酯和改性丙烯酸酯樹(shù)脂為基料樹(shù)脂，并與氯醋樹(shù)脂進(jìn)行了比較。試驗(yàn)按一致的顏填料種類、相同的PVC配方（表1）進(jìn)行小樣制備，采用相同的方法進(jìn)行噴涂制板，通過(guò)淡水浸泡方法分析樹(shù)脂結(jié)構(gòu)對(duì)涂層耐浸泡性能的影響。

表1 3種連接漆的基礎(chǔ)配方Table 1 Three basic formulas for connecting paints

圖1為連接漆與防銹底漆配套涂層浸泡前后的斷面掃描電鏡圖。

圖1 連接漆與防銹底漆配套涂層浸泡前后的斷面掃描電鏡圖Figure 1 Scanning electron microscope of cross-section of connecting paint and antirust primer matching coating before and after immersion

由圖1a可見(jiàn)，浸泡前，3種連接涂層與防銹涂層斷面的界面不明顯，但可以明顯觀察到有2種不同結(jié)構(gòu)的涂層，說(shuō)明3種連接漆對(duì)防銹涂層的潤(rùn)濕鋪展性能均較好。由圖1b可見(jiàn)，當(dāng)涂層在去離子水中浸泡5個(gè)月后，涂層之間的界面在不同結(jié)構(gòu)樹(shù)脂之間就發(fā)生了明顯的變化，TC-01和TC-02兩種樹(shù)脂體系的連接涂層與防銹涂層的界面間均存在明顯空隙，說(shuō)明氯醋樹(shù)脂和丙烯酸酯樹(shù)脂對(duì)底漆的結(jié)合力比水的氫鍵力小，在水的作用下，界面結(jié)合力遭到破壞，界面處出現(xiàn)明顯空隙；而TC-03配套涂層界面依然不明顯，說(shuō)明TC-03連接漆對(duì)底漆的潤(rùn)濕鋪展和附著力性能最優(yōu)，其層間作用力要大于水的破壞力。

通過(guò)樹(shù)脂的紅外譜圖（圖2）發(fā)現(xiàn)，丙烯酸酯樹(shù)脂中有酯鍵、苯環(huán)以及苯環(huán)間位取代官能團(tuán)，而改性丙烯酸酯樹(shù)脂結(jié)構(gòu)中除酯鍵、苯環(huán)及苯環(huán)間位取代官能團(tuán)等基團(tuán)外，在960 cm-1處還有丙烯酸丁酯（BA）單體的特征吸收峰，這說(shuō)明BA的存在更有利于提高連接涂層的附著性能，這是因?yàn)槎』拇嬖跍p小了分子極性，降低表面張力，使羰基的極性和烷基的非極性達(dá)到一個(gè)平衡，既有利于樹(shù)脂的潤(rùn)濕鋪展，又有利于涂層界面間氫鍵的結(jié)合力，同時(shí)非極性的丁基疏水性也較高，協(xié)效作用提高了改性丙烯酸酯樹(shù)脂連接漆對(duì)環(huán)氧防銹底漆的附著性能。

圖2 3種基料樹(shù)脂的紅外光譜圖Figure 2 Infrared spectra of three base resins

試驗(yàn)同時(shí)研究了3種連接涂層與自拋光防污漆的連接性能，結(jié)果如圖3所示。由圖3可見(jiàn)，浸泡前，3種配套涂層斷面的界面均不明顯，連接效果較好；浸泡7個(gè)月后，TC-01涂層出現(xiàn)了不是非常明顯的界面，但也能滿足要求，而其它兩種配套涂層界面仍不明顯，說(shuō)明氯醋樹(shù)脂相較其它兩種丙烯酸酯樹(shù)脂附著性能略有不足，但也能滿足使用要求。

圖3 連接漆與防污漆配套涂層浸泡前后的斷面掃描電鏡圖Figure 3 Scanning electron microscope of cross-section of connecting paint and anti fouling paint matching coating before and after immersion

綜上所述，改性丙烯酸酯樹(shù)脂對(duì)防銹底漆和防污漆的連接性能和耐水性能都更為優(yōu)異，故試驗(yàn)最終選擇改性丙烯酸酯樹(shù)脂作為本連接漆用基料樹(shù)脂。

2.2 鋁粉漿對(duì)涂層性能的影響

從樹(shù)脂結(jié)構(gòu)對(duì)涂層性能的影響可知，水對(duì)涂層附著性能的破壞強(qiáng)度較大，因此，涂層應(yīng)具有一定的隔水屏蔽性能，否則涂層很容易受到破壞。鋁粉漿為鱗片狀結(jié)構(gòu)，在涂層中會(huì)形成十幾層的平行排列，具有良好的屏障性作用，能阻隔水、氣體和離子的滲透；其次，鋁粉漿材質(zhì)輕、密度小，吸油量低，可用于制備高固低黏的涂料，減少VOC排放量；最后，鋁粉漿遮蓋力和延展性優(yōu)異，適合用作低膜厚且需要防水、有韌性要求的連接漆的顏填料，因此，試驗(yàn)研究了鋁粉漿及其添加量對(duì)連接涂層性能的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4、5。

從圖4結(jié)果可知，連接涂層對(duì)防銹底漆的附著強(qiáng)度隨鋁粉漿含量的增加先變大，在其添加量超過(guò)8%后出現(xiàn)下降趨勢(shì)。由圖5可知，有無(wú)添加鋁粉漿對(duì)涂層初期吸水率的影響不大，但30 d后，涂層吸水率則發(fā)生了明顯變化，60 d時(shí)，涂層吸水率由未添加鋁粉漿時(shí)的4.2%降至2.3%，降幅達(dá)到45%，說(shuō)明鋁粉漿的加入可明顯改善涂層對(duì)水的屏蔽作用，防止水對(duì)涂層界面的破壞，最終鋁粉漿的添加量選擇為8%。

圖4 鋁粉漿含量對(duì)涂層附著力的影響Figure 4 Effect of aluminum paste content on coating adhesion

圖5 鋁粉漿對(duì)涂層吸水率的影響Figure 5 Effect of aluminum paste on water absorption of coating

2.3 顏填料體積濃度（PVC）的影響

試驗(yàn)研究了不同顏填料體積濃度（PVC）對(duì)涂層附著性能的影響，結(jié)果如圖6所示。

圖6 PVC對(duì)連接涂層附著性能的影響Figure 6 Effect of PVC on the adhesion performance of connecting coating

由圖6可知，隨著顏填料體積濃度的增加，連接涂層對(duì)防銹底漆和防污漆的附著強(qiáng)度呈現(xiàn)出相同的趨勢(shì)，均為先增加后減小，并且在PVC等于0.38時(shí)出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，且此時(shí)連接涂層對(duì)防銹底漆與防污漆的附著強(qiáng)度越接近，這是因?yàn)殡S著PVC的增大，連接涂層中樹(shù)脂含量較少，涂層與涂層之間的氫鍵等作用力減少，附著強(qiáng)度降低且趨向一致。同時(shí)考慮產(chǎn)品成本，試驗(yàn)確定連接漆的PVC為0.38。

2.4 涂裝間隔時(shí)間對(duì)附著性能的影響

單組分連接漆與雙組分連接漆的成膜機(jī)理不同，雙組分連接漆是通過(guò)環(huán)氧開(kāi)環(huán)產(chǎn)生羥基，漆膜交聯(lián)固化形成熱固性涂層，對(duì)底漆能起到優(yōu)異的附著效果，因此，其對(duì)底漆表面特性的要求較少。而單組分結(jié)構(gòu)中不存在交聯(lián)反應(yīng)，僅依靠較高相對(duì)分子質(zhì)量的樹(shù)脂自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)底漆潤(rùn)濕鋪展形成范德華力和氫鍵作用力，因此，底漆的表面特性對(duì)連接漆的附著強(qiáng)度影響較大。防銹底漆在固化過(guò)程的不同時(shí)間段其表面特性不同，固化時(shí)間越久、固化交聯(lián)點(diǎn)越多，固化強(qiáng)度越高，涂層表面越光滑，即表面能越低，越不利于潤(rùn)濕鋪展。試驗(yàn)考察了防銹底漆不同的固化時(shí)間，即涂裝間隔時(shí)間對(duì)單組分連接漆附著性能的影響，結(jié)果如圖7所示。

圖7 不同涂裝間隔時(shí)間對(duì)連接漆附著性能的影響Figure 7 Influence of different coating intervals on adhesion performance of connecting paint

由圖7可知，隨著涂裝間隔時(shí)間的延長(zhǎng)，連接漆對(duì)防銹底漆的附著強(qiáng)度并未發(fā)生明顯變化，基本保持在3.3 MPa以上，說(shuō)明防銹底漆的固化時(shí)間對(duì)連接漆的附著性能并未產(chǎn)生明顯影響，也說(shuō)明研制的連接漆對(duì)防銹底漆具有優(yōu)異的潤(rùn)濕鋪展性能；同時(shí)，連接漆對(duì)防污漆的附著性能也基本保持不變。試驗(yàn)采用截面電鏡法觀察了涂裝間隔時(shí)間5 d和8 d的涂層在淡水中浸泡7個(gè)月后的涂層斷面情況，結(jié)果見(jiàn)圖8。由圖8可見(jiàn)，在此兩個(gè)涂裝間隔時(shí)間下，連接層與防銹底漆層間基本不存在破壞情況，佐證了連接漆與防銹底漆涂層結(jié)合力良好，也說(shuō)明了片狀鋁粉對(duì)改善涂層耐水性的良好作用。

圖8 浸泡7個(gè)月后連接漆與防銹底漆配套涂層的斷面電鏡分析Figure 8 Electron microscopic analysis of cross section of connecting paint and antirust primer matching coating after soaking 7 months

2.5 連接漆的性能指標(biāo)及力學(xué)性能對(duì)比

研制的連接漆的主要性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 連接漆的主要性能指標(biāo)Table 2 Main performance indexes of joint paint

試驗(yàn)還比較了自制連接漆與當(dāng)前市售其它單組分連接漆的力學(xué)性能，結(jié)果如表3所示。由表3可知，自制連接漆對(duì)底漆的附著強(qiáng)度為3.4 MPa，比對(duì)比樣（1.8 MPa）高出88%；對(duì)防污涂料的附著力為2.2 MPa，比對(duì)比樣（1.7 MPa）高出30%。可見(jiàn)自制連接漆對(duì)防銹底漆和防污漆均具有良好的附著性能。

表3 自制連接漆與市售連接漆的附著性能對(duì)比Table 3 Comparison of adhesion performance between self-made connecting paint and commercial connecting paint

3 結(jié)語(yǔ)

（1） 選用改性丙烯酸酯樹(shù)脂作為連接漆的基料樹(shù)脂，其耐水性和連接性能均較其它樹(shù)脂優(yōu)異；

（2） 片狀鋁粉有利于阻隔水的滲透，當(dāng)其添加量為8%時(shí)，涂層的附著性能優(yōu)異且吸水率比其加入前降低45%；

（3） 連接漆在防銹涂層上的涂裝間隔時(shí)間可達(dá)7 d以上，附著強(qiáng)度達(dá)3.4 MPa；通過(guò)性能對(duì)比，此單組分連接漆可以進(jìn)行推廣應(yīng)用。