水性防腐塗料

水性防腐塗料在重防腐塗料領域方面的套用呈上升趨勢，如基礎建設，油氣和電力行業，以及工業罐、船舶和化工行業等。

基本介紹

• 中文名：水性防腐塗料
• 種類：水性無機富鋅底漆
• 分類：塗料
• 詞性：名詞
• 是在低溫：和相對濕度高時水分揮發慢

介紹

實際套用表明水性工業防腐蝕塗料可以在極端的條件下對鋼材提供有效的保護。由於水是他們是主要溶劑，水也可以用來清洗和稀釋水性塗料，它們幾乎沒有溶劑味道，同時，使用水性塗料也可給用戶帶來較低的成本，如快乾可以節省時間，低燃性可以降低保險費用，較少的室內通風可以減少能耗，以及不需要溶劑和清洗劑上的花費，使用單層塗層配套，可以省去停工時間和架設腳手架的費用等。

由於水自身的特點，水性樹脂的缺點之一是在低溫和相對濕度高時水分揮發慢。由於水的表面張力高，因此配方中也必須引入一些助劑來改善漆膜對顏料和基料的濕潤性。這些助劑對漆膜的耐水性和滲透性有負面的影響，另外與溶劑型塗料相比，水性塗料的成膜性能對塗料性能的影響至關重要，這是因為它在0℃以下會結冰。

種類

在工業重防腐塗料體系中，主要套用的水性工業防腐蝕塗料有：

① 水性無機富鋅底漆；

②水性環氧富鋅底漆；

③水性環氧塗料；

④水性丙烯酸塗料；

⑤水性聚氨酯塗料

重防腐套用

水性塗料也可以用於重防腐保護，用水性塗料對重防腐保護時，基本上有兩種途徑可以實現，可以用純水性塗料體系，也可以用水性塗料和溶劑型塗料混合體系。混合體系通常用溶劑型塗料做底漆，中間漆和面漆則用水性塗料，但是也可以用水性塗料做底漆，溶劑型塗料做面漆進行配套。

研究狀況

1 水性丙烯酸塗料

目前很少研究單組分純丙體系，一般通過不同功能單體對純丙體系進行改性，如採用苯乙烯改性，製得的丙烯酸/苯乙烯聚合物體系可配製堅硬的防腐蝕塗料。YanaiHidenor等人採用含環氧基和羥基的丙烯酸酯類單體先聚合，製得聚丙烯酸酯中間體，再與含縮水甘油基和可水解矽烷基的低聚矽氧烷縮合反應，製得塗膜緻密的單組分低溫固化矽丙塗料，其耐水性、耐候性、耐高溫性、拉伸強度都有顯著提高。美國Rohm&Hass公司開發的水性雙組分環氧/丙烯酸塗料系列MAINCOTEAE-58，以環氧樹脂E-12為基料，過氧化苯甲醯（BPO）作為引發劑，在丙烯酸聚合中將環氧樹脂接枝到丙烯酸酯分子鏈中，且環氧基不開環，固化反應為雙鍵加成反應，所得雙組分乳液穩定性好，貯存時間長，塗膜緻密，耐水性佳、耐磨性和耐候性好，光澤度高。德國不久前也開發出一種新型性能優異的防鏽漆，是一種環氧改性的丙烯酸防腐蝕塗料。

我國的學者、研發工作者對丙烯酸酯的研究也從未間斷。潘祖仁等人研究了某些含氨基的高聚物作為交聯劑的聚合物乳液，如氨基樹脂、環氧樹脂、聚氨酯等，塗膜具有優異的緻密性、耐水性、耐候性、保色性和保光性。楊新革選用丙烯酸和丙烯酸正丁酯自由基聚合，製得丙烯酸酯乳液，並加入納米TiO2，製得水性納米丙烯酸抗菌塗料，具有優異的防腐蝕性、耐候性、耐菌性和耐溶劑性，抗污能力強。

2 水性環氧塗料

水性環氧防腐蝕塗料的研究經歷了幾個階段：第一代水性環氧體系直接用乳化劑進行乳化，主要以聚乙烯醇為乳化劑，並開始研究用多醯多胺與環氧化合物的加成物、聚乙氧撐醚等作為乳化劑。第二代水性環氧體系是採用含環氧基的水溶性固化劑乳化油溶性環氧樹脂，並出現自乳化型環氧樹脂。第三代水性環氧體系是由美國殼牌公司經多年研發成功的，這一體系的環氧樹脂和固化劑都接上了非離子型表面活性劑，由其配製塗料的性能指標可達到或超過溶劑型塗料。

從20世紀70年代開始，國外已經不斷有新的合成技術及防腐蝕塗料產品推出，如德國Henkel公司的水性環氧樹脂系列WATERPOXYl401、1455等，水性環氧固化劑WATERPOXY751、755等；美國Shell公司的EPIREZ3510-W-60及EPI-REZW-5l等；美國DEVOEMAREN塗料公司的Devran230、240QC和Devchem252和Devran188都是卓有成效的無溶劑環氧樹脂的代表。

我國很多高校和科研院所對水性環氧防腐蝕塗料進行了研究，華南理工大學宋蓓蓓等人用超支化樹枝狀聚酯BoltornTMH20（B-OH）與乙醯乙酸叔丁酯（t-BAA）進行酯交換反應，製備成乙醯乙酸封端的B-OH，使得BBA的乙醯乙酸基的亞甲基發生接枝共聚反應，合成了以BBA為核的超支化聚合物，使塗膜具有更高的交聯度、更高的玻璃化溫度、更好的熱穩定性，從而使塗料具有優異的防腐性。燕山大學任宇紅等人用自乳化法製備了丙烯酸酯改性水性環氧樹脂，漆膜的緻密性好，防腐蝕性、耐候性、耐水性和拉伸強度都比未改性的有顯著提高，並已經開始用於石油化工、冶金、五金交電、汽車、船舶等領域的防腐。

3 水性無機富鋅塗料

水性無機富鋅防腐塗料經歷了70餘年的發展歷程，主要有3個階段：第一階段，熱固化無機富鋅塗料。無機富鋅塗料最早誕生於20世紀30年代的澳大利亞，其發明人是工程師VictoeNightingale。第二階段，後固化無機富鋅塗料。無機富鋅塗層的處理工藝於1949年被介紹到美國，並於1952年開發成功後固化無機富鋅塗料。第三階段，自固化無機富鋅塗料。隨著對鋅/矽酸鹽化學研究的深入，開發了具有自固化特性的水性富鋅塗料，即不必噴灑後固化液，固化後也不必另行清除塗層表面固化反應產物，而自固化後的塗層硬度又與後固化的塗層硬度相當。

JohnBSchutt從20世紀90年代開始進行了一系列的研究工作，製備成可商業化使用的水性無機富鋅塗料。澳大利亞Morgan-Wyalla油管，長達250km，採用水性無機富鋅防腐塗料，效果很好。

以色列、韓國採用環氧富鋅底漆代替熱噴漆用於地下管道防腐，也取得了良好效果。

在我國，天津化工研究院自20世紀80年代初開始對水性矽酸鋰富鋅塗料進行研發並使之工業化，成為我國最早生產、推廣、套用該產品的單位之一。90年代起，我國自行研製的水性無機富鋅塗料得到了長足發展，如上海高科推出的LW-I型無機富鋅塗料、天津燈塔的E53851、重慶三峽的E06-1、武漢現代的E777-1、台灣的TC-799等。目前，我國對水性無機富鋅塗料的研究主要是在其改性研究上，華南理工大學彭剛陽等人採用低模數矽酸鉀溶液、鹼性矽溶膠為主要原料，以有機矽氧烷作為改性劑，製備成穩定的高模數矽酸鉀溶液，配製成粒徑均勻、貯存穩定、耐水性和耐候性優異的高性能無機富鋅塗料。天津大學研發的水溶性矽酸鋰富鋅塗料具有耐高溫、耐候、導靜電、長效防腐蝕等特性。山東大學吳波以水溶性矽酸鋰-矽酸鈉、矽酸鋰-矽酸鉀、矽酸鋰-甲基矽酸鈉、矽酸鋰-甲基矽酸鉀4種矽酸鹽複合物作為基料，通過分析和研究，開發出一條新的製備矽酸鋰富鋅塗料的工藝路線，製成耐高溫、附著力好、耐鹽霧性優異的無機富鋅塗料。揚州市金陵特種塗料廠研製的ET-98無機磷酸鹽富鋅塗料屬國內首創，製備的塗層堅牢，耐磨性、耐油性、耐水性和耐熱性優良，對黑色金屬表面具有優異的隔熱和陰極保護作用。

水性無機富鋅塗料廣泛適用於海洋大氣、高溫等各種環境下的鋼結構，如海洋平台、船舶、貨櫃、大型鋼鐵構件、輸油管線、各種化學貯槽內襯的長效防腐。

4 水性聚氨酯塗料

在聚氨酯樹脂中，除了含有大量的氨酯鍵外，還有脲鍵、酯鍵、醚鍵、醯胺鍵等，這些特殊的鍵結構賦予塗層優異的黏結性、耐磨性、柔韌性、回彈性、耐化學腐蝕性、耐溶劑性、光澤等，從而集裝飾性與防腐性於一體。20世紀90年代，Jacobs成功開發出能分散於水中的多異氰酸酯固化劑，從而使雙組分水性聚氨酯防腐蝕塗料進入實用研究階段。美國ARCO化學技術公司，採用含重複的烯丙基醇或烷氧化烯丙基醇單元的水分散聚合物、TDI、HDI等多異氰酸酯開發了雙組分聚氨酯塗料，具有卓越的柔韌性、機械強度、耐磨性、耐化學品性和耐久性。

S.S.Pathak等人用有機矽MTMS（甲基三甲氧基矽烷）和GPTMS（γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基矽烷）改性水性聚氨酯塗料，增強了水性聚氨酯塗料的彈性和機械應力，其降解溫度升高到約206℃，熱穩定性得到較大的提高，使其適用於航天、海洋、汽車等領域的防腐。

在我國，華東理工大學藉助DSC、FTIR等方法討論了擴鏈劑對聚氨酯脲-聚甲基丙烯酸甲酯水分散液的分子鏈結構和性能的影響。孫道興等人以環氧樹脂與含矽的聚氨酯樹脂接枝共聚製得水性聚氨酯，再以其來改性環氧丙烯酸樹脂作為防腐蝕塗料的基料，鈦鐵粉為防鏽顏料，製得綜合性能優異的水性防腐蝕塗料。吳校彬等人通過原位乳液聚合製備了用環氧丙烯酸樹脂雙重改性的水性聚氨酯乳液，乳液貯存期超過10個月，耐凍融循環超過5次，塗膜擺桿硬度超過0.7，拉伸強度大於10MPa，耐水性、耐酸鹼性、耐溶劑性和防腐性都比未改性的有明顯提高。合肥工業大學的呂建平教授採用低聚聚酯多元醇和甲苯二異氰酸酯（TDI）反應，用新戊二醇（NPG）和三羥甲基丙烷（TMP）等小分子擴鏈，採用二羥甲基丙酸（DMPA）引入親水基團，最後採用TEA（三乙醇胺）中和，在快速攪拌下分散，製得具有良好貯存穩定性、耐水性和物理性能的聚酯型水性聚氨酯，並已經用於室外場地鋪裝的防腐蝕塗料。

目前水性聚氨酯塗料已經廣泛套用于飛機、船舶、車輛、建築物的表面防腐塗裝，以及其他一些要求較高的表面防腐塗裝領域。

5·存在的問題和技術動向

經過研發工作者們多年的努力，水性防腐蝕塗料已經取得了很大進步和發展，目前水性防腐蝕塗料存在問題和今後的技術走向，主要有以下幾個方面：

（1）目前水性防腐蝕塗料普遍存在固含量低的缺點，固含量低將使生產廠家的成本加大，因此，開發高固含量的防腐蝕塗料是科研工作者的重點。

（2）單一體系的防腐蝕塗料功能比較單一，在套用上存在一些缺點，研發兩種或者兩種以上體系的復配防腐蝕塗料，可以增加塗料的多功能性，並可彌補單一體系防腐蝕塗料的缺點。

（3）塗料性能有待提高。通過研究水性塗料成膜交在線上理，尋找新型交聯劑、添加劑，使樹脂具有更好的緻密性，從而提高塗料的機械性能；研究乳液聚合原理，尋找新型乳化劑，使乳液聚合更加均勻，單體轉化率更高，減少傳統乳化劑用量，提高塗料的耐水性。

（4）不斷更新和改進生產工藝流程及生產設備，對生產人員進行專業培訓。

（5）施工性能有待提高。水性塗料對底材表面清潔度和施工過程的要求較高，因水的表面張力大，所以污物易使塗膜產生縮孔。水性塗料對抗強機械作用力的分散穩定性差，輸送管道內的流速急劇變化時，分散微粒被壓縮成固態微粒，使塗膜產生麻點。

（6）水性防腐蝕塗料從根本上說是藉助於成膜樹脂的親水化。樹脂親水化途徑有自乳化與外乳化兩種。無論哪種途徑都必須引進含親水性官能團的物質，在自交聯體系中，塗料成膜一般親水官能團依然游離，並沒有交聯轉化成疏水鏈段，這樣不可避免會影響塗膜的耐介質性、耐腐蝕性等性能。如何將這些親水官能團在成膜後轉化為疏水基團是當前研究工作需要高度關注的問題之一。

（7）環保方面有待提高。由於水性體系中使用了乳化劑和其他小分子助劑，可能對環境存在一定的影響，有待尋找新型高性能乳化劑和其他助劑使塗料在使用過程中更加環保。