高性能水性環(huán)保防銹成膜材料的研制與應用

秦棟　梁清延　楊艷明　張常清　秦榮華

摘 要：在工業(yè)生產(chǎn)中，機械產(chǎn)品的流銹水問題一直是困擾著工藝技術人員的共性難題。水性防銹材料因其低揮發(fā)性有機化合物（VOC）排放、低毒性和易于處理的特點，近年來受到了廣泛關注。本項目通過系統(tǒng)地篩選水性樹脂、功能助劑和防銹添加劑及其配比，優(yōu)化材料的配方，開發(fā)了一種高性能水性環(huán)保防銹成膜材料。通過廣泛的實驗室測試和玉柴公司生產(chǎn)線上的驗證和應用，性能滿足要求。

關鍵詞：水性樹脂 防銹材料 功能助劑

０ 前言

隨著工業(yè)技術的不斷發(fā)展，金屬材料在各個領域的應用日益廣泛。然而，金屬材料在加工、存儲和使用過程中，容易受到環(huán)境因素（如濕度、氧氣等）的影響而發(fā)生銹蝕，這不僅影響了材料的使用性能和壽命，還增加了生產(chǎn)成本和維護難度。因此，開發(fā)一種高效、環(huán)保的防銹技術顯得尤為迫切。傳統(tǒng)的金屬材料防銹方法主要包括使用含重金屬溶液和涂防銹油。這些方法雖然在一定程度上起到了防銹作用，但存在著環(huán)境污染、施工不便、防銹周期短等問題。隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴格和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推進，開發(fā)一種環(huán)保、高效、長周期防銹的新型材料成為了行業(yè)的研究熱點。水性防銹材料以其環(huán)保、安全、易施工等優(yōu)點受到了廣泛關注。本項目旨在研制一種以水性樹脂為主要成膜材料的高性能水性環(huán)保防銹薄膜型成膜材料。該材料能夠在常溫下快速干燥，施工方便，且防銹周期長，對于推動金屬材料防銹技術的綠色化、高效化具有重要意義。

1 實驗設計

1.1 實驗材料與設備

根據(jù)玉柴公司產(chǎn)線的工藝要求，該水性防銹材料需易于施工、常溫自干、薄涂、防銹期長。初步篩選了四種水性材料，它們都能夠常溫自干成膜，包括兩種水性丙烯酸樹脂（B261、B291）、兩種水性環(huán)氧樹脂（H356、H389）。為了優(yōu)化成膜性能和增強防銹效果，還選用了多種助劑，包括成膜助劑、潤濕添加劑、流平助劑、防銹添加劑和防流掛助劑，這些材料均從專業(yè)化學品供應商處獲得。

實驗設備包括電熱鼓風干燥箱、QCJ-50/100型漆膜沖擊器、電子天平JM-A0002、鹽霧試驗機、附著力測試器、水浴試驗箱、試驗用小型高速攪拌機等。

1.2 樣品的制備

在前期實驗的基礎上，優(yōu)選了如表1所示的A、B、C、D四個配方。準確稱取各種原材料和添加劑，按比例混合，使用高速攪拌器充分攪拌，確保所有成分均勻分散，調(diào)整pH值至適宜的范圍，以優(yōu)化涂料的穩(wěn)定性和應用性能。

依據(jù)GB/T3186-2006標準，在標準鐵板上涂布所制備的水性防銹材料，控制涂層厚度，一般控制涂層厚度在10±2um，然后將涂布好的試板放入干燥箱中，設置溫度80℃下干燥。干燥完成后，我們對試板進行防銹性能、附著力、硬度等性能測試。通過對比不同試板的測試結果，分析水性防銹材料的性能表現(xiàn)，并優(yōu)化制備工藝和配方。

1.3 性能測試

根據(jù)國家標準GB/T 1728-1989、GB/T 1720-1989、GB/T 1740-2007和GB/T 1771-2007，對涂層進行表干時間、附著力、耐濕熱性及耐鹽霧性能的測試是確保其質(zhì)量符合行業(yè)標準的重要環(huán)節(jié)。下面我將對這些測試方法及其操作過程進行詳細描述。

2 結果與分析

2.1 干燥時間

四種配方在室溫25℃條件下的表干時間如表2所示，從中可以看出相較于A、C、D三種配方，配方B表干時間更短、展現(xiàn)出更優(yōu)的干燥性能。滿足快干要求。

2.2 附著力測試

附著力測試結果表明，配方B和C的附著力等級達到了0級，表明涂層與基體金屬之間的附著非常良好。配方A的附著力等級為1級，配方D的附著力只有2級。

2.3 耐濕熱性測試

在濕熱試驗中，配方A、配方C、配方D涂層在濕熱試驗后分別在600、648、648小時分別出現(xiàn)輕微的起泡現(xiàn)象。720小時后，配方B的涂層還無明顯脫落或泡化現(xiàn)象，耐水性表現(xiàn)優(yōu)異。說明配方B的耐水性顯著優(yōu)于其他三種配方。

2.4 鹽霧試驗

168小時的鹽霧試驗圖片見圖1所示，配方B展現(xiàn)出極佳的耐腐蝕性能，試板表面幾乎無銹蝕產(chǎn)生。相比之下，配方A、C和配方D的試板在試驗期間出現(xiàn)了不同程度的銹蝕現(xiàn)象，尤其是配方A，其銹蝕覆蓋面積較大。

2.5 試驗結論

試驗結果顯示，配方B在表干時間、耐濕熱性，鹽霧，附著力方面綜合表現(xiàn)最佳。相比之下，配方A、配方C、配方D雖然在某些性能指標上表現(xiàn)不錯，但在耐濕熱性和附著力方面略遜一籌。

配方B之所以在各項性能測試中展現(xiàn)出優(yōu)異的表現(xiàn)，主要得益于其獨特的配方設計。首先，選用的水性環(huán)氧樹脂和水性丙烯酸樹脂的組合，潤濕流動性較好，良好的潤濕、流動、鋪展，可以使漆膜與底材更為緊密的接觸。樹脂粒徑較小，防止過大乳膠粒子形成的空間位阻效應，影響漆膜與底材的有效接觸，成膜更加致密。本身又含有特殊的錨定基團，以及擁有偏低的內(nèi)聚力。通過特殊基團的鏈接效應，水性樹脂的組合與金屬表面之間強烈的化學和物理吸附作用。這種吸附作用幫助涂層牢固地附著在基體上。此外，特選的防銹添加劑在涂層中發(fā)揮了至關重要的作用，顯著增強了涂層對基體金屬的保護效果，從而有效延長了材料的防銹周期。這種防銹添加劑與水性樹脂的完美結合，共同構建了一道堅固的防護屏障。它們不僅通過物理隔離的方式，有效阻止了水分和腐蝕介質(zhì)對金屬基體的滲透，降低了金屬生銹的可能性，而且還在金屬表面形成了一層致密的保護層。這層保護層不僅具有極佳的附著力和耐久性，能夠長期保持其防護效果，而且還具有出色的耐候性和耐化學腐蝕性，能夠抵御各種惡劣環(huán)境的侵蝕。因此，特選防銹添加劑的加入，使得涂層在防銹性能上得到了極大的提升，為金屬材料的長期保護提供了有力保障。

該高性能水性環(huán)保防銹成膜材料的形成還因為通過添加合適的潤濕添加劑，降低了成膜材料的表面張力，當該成膜材料涂布于基材表面時，原有界面消失，形成新的界面。而涂布過程中，涂料對基材的有效潤濕，保證了涂膜與基材形成有效的接觸。

3 結語

此次研究成功研制了一種高性能水性環(huán)保防銹成膜材料，通過一系列實驗室測試和工廠試用，驗證了其在防銹性能、干燥速度、附著力、耐水性和環(huán)保性方面的顯著優(yōu)勢。通過對不同配方的比較測試，確定了具有最佳的防銹效果和理化性能的組合。特別是配方B在干燥時間、附著力、耐水性及耐腐蝕性方面均達到了優(yōu)異水平，滿足了工業(yè)應用的高標準要求。通過廣泛的實驗室測試和玉柴公司生產(chǎn)線上的驗證和應用，性能滿足要求。作為一種水性材料，配方B大幅降低了VOC排放，符合當前環(huán)保法規(guī)和可持續(xù)發(fā)展的趨勢。

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