陳中華，胡夢(mèng)，陳劍華，陳海洪，張鴻

（1.華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510640；2.廣州集泰化工有限公司，廣東 廣州 510520）

戶外鋼結(jié)構(gòu)用高光澤高硬度水性丙烯酸面漆的研制

陳中華1,2,*，胡夢(mèng)1，陳劍華2，陳海洪2，張鴻2

（1.華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510640；2.廣州集泰化工有限公司，廣東 廣州 510520）

研制了一種高光澤、高硬度和耐腐蝕性能優(yōu)良的水性丙烯酸戶外鋼結(jié)構(gòu)用面漆，討論了成膜樹脂種類以及成膜助劑、顏填料和分散劑的種類和用量對(duì)涂膜性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，選擇聚氨酯改性苯丙乳液B作為成膜樹脂，疏水分子改性羧酸鈉鹽A為分散劑(用量為0.4%)，金紅石型鈦白粉C為顏填料(用量為14%)，成膜助劑十二醇酯(Texanol)與二丙二醇丁醚(DPnB)用量均為4%時(shí)，所得漆膜的光澤度為74°，附著力0 ～ 1級(jí)，硬度H ～ 2H，正/反沖擊強(qiáng)度為40/10 kg·cm，耐鹽霧腐蝕時(shí)間達(dá)到330 h，該水性丙烯酸面漆可用于戶外鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕防護(hù)。

戶外鋼結(jié)構(gòu)；水性丙烯酸面漆；光澤；硬度；耐蝕性

1 前言

戶外鋼構(gòu)材料包含大型工程機(jī)械、橋梁、公共設(shè)施等。傳統(tǒng)的戶外鋼構(gòu)材料用涂料均為溶劑型產(chǎn)品，VOC(揮發(fā)性有機(jī)物)含量高，在制造、施工、干燥、固化成膜過程中，向空氣中散發(fā)出的VOC對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重[1]。隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，涂料行業(yè)已逐漸朝著無公害、無污染、節(jié)能環(huán)保、高效經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展。水性涂料就是一種低VOC、節(jié)能環(huán)保、高效經(jīng)濟(jì)且性能優(yōu)異的涂料品種[2]。

工程機(jī)械、橋梁、戶外公共設(shè)施等鋼結(jié)構(gòu)材料由于體積較大、應(yīng)用廣泛且長期在戶外使用，其烘烤條件受限，所以不僅要求涂料施工簡單、方便，而且要求漆膜能夠自然干燥和快干。水性丙烯酸涂料具有耐候性好，自然干燥快，以水作為溶劑，不需昂貴的設(shè)備，涂裝成本低且安全方便等優(yōu)點(diǎn)，適合工程機(jī)械、橋梁、戶外公共設(shè)施等戶外鋼結(jié)構(gòu)設(shè)施的涂裝特點(diǎn)和要求。與溶劑型丙烯酸涂料相比，水性丙烯酸涂料的VOC排放量可降低80%左右[3]，對(duì)環(huán)境污染小，并且由于其良好的耐候性、保光性、高光澤，作為面漆不僅能夠滿足戶外用鋼結(jié)構(gòu)材料對(duì)于防腐性能的要求，而且具有優(yōu)異的表面裝飾效果。

2 實(shí)驗(yàn)

2. 1 原料

水性丙烯酸乳液A、B、C和D，國產(chǎn)；潤濕分散劑A、B、C和D，贏創(chuàng)德固賽；鈦白粉A、B，國產(chǎn)；鈦白粉 C，廣州科美其化工有限公司；二丙二醇丁醚(DPnB)，陶氏化學(xué)；十二醇酯(Texanol)，伊士曼化工；消泡劑，畢克化學(xué)；防閃銹劑和防腐防霉劑，國產(chǎn)；聚氨酯締合型增稠劑，德謙(上海)化學(xué)有限公司。

2. 2 儀器

JSF-400型攪拌砂磨分散多用機(jī)，上海普申化工機(jī)械有限公司；QHQ涂膜鉛筆劃痕硬度儀，天津市科聯(lián)材料試驗(yàn)機(jī)廠；BGD302漆膜沖擊器，廣州標(biāo)格達(dá)實(shí)驗(yàn)室儀器用品有限公司；QTX漆膜柔韌性測(cè)定器和C84-II遮蓋力測(cè)定儀，上海現(xiàn)代環(huán)境工程技術(shù)有限公司；E30 60°光澤度計(jì)，泉州市科仕佳光電儀器研究所；CZ290A型精密型鹽水噴霧試驗(yàn)機(jī)，眾志檢測(cè)設(shè)備有限公司；WYSK-100X讀數(shù)顯微鏡，上海舒耀儀器設(shè)備有限公司；90Plus型激光納米粒度分析儀，美國Brookhaven公司； VECTOR 33型傅里葉變換紅外光譜儀，德國Bruker公司。

2. 3 戶外鋼結(jié)構(gòu)用水性丙烯酸外面漆的制備

戶外鋼結(jié)構(gòu)用水性丙烯酸外面漆的基礎(chǔ)配方如下：

按照配方中的量，在水中加入防腐防霉劑、潤濕劑、分散劑、防閃銹劑和消泡劑，中速攪拌5 min左右，然后加入顏填料，在高剪切力作用下高速分散30 min，使細(xì)度小于40 μm，然后在低速攪拌下加入成膜樹脂攪拌10 min，充分混合均勻后加入成膜助劑，最后添加適量增稠流變助劑調(diào)節(jié)涂料至合適黏度，過濾，即得成品。

2. 4 測(cè)試與表征

2. 4. 1 水性丙烯酸乳液紅外光譜測(cè)試

使用傅里葉變換紅外光譜儀，以壓片法測(cè)試，將幾微克乳液滴到已使用純的KBr壓好的透明薄片上，在真空烘箱中烘干后進(jìn)行紅外光譜測(cè)試。

2. 4. 2 涂料粒徑分布測(cè)試

用蒸餾水將涂料稀釋后，使用90Plus型激光納米粒度分析儀測(cè)試涂料的粒徑分布。

2. 4. 3 水性丙烯酸外面漆樣板的制備與測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

按照GB/T 9271–2008《色漆和清漆 標(biāo)準(zhǔn)試板》制備試板，然后除銹除油。水性丙烯酸面漆按 JG/T 224–2007《建筑用鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料》進(jìn)行施工和養(yǎng)護(hù)，再按照相應(yīng)國標(biāo)測(cè)試各項(xiàng)性能：黏度按照 GB/T 9751–1988《涂料在高剪切速率下粘度的測(cè)定》測(cè)試，細(xì)度按照GB/T 1724–1979《涂料細(xì)度測(cè)定法》測(cè)試，60°光澤按GB/T 9754–1988《色漆和清漆 不含金屬顏料的色漆漆膜的20°、60°和85°鏡面光澤的測(cè)定》測(cè)試，鉛筆硬度按照GB/T 6739–2006《色漆和清漆 鉛筆法測(cè)定漆膜硬度》測(cè)試，耐沖擊性按照GB/T 1732–1993《漆膜耐沖擊測(cè)定法》測(cè)試，柔韌性按照GB/T 1731–1993《漆膜柔韌性測(cè)定法》測(cè)試，附著力按照GB/T 9286–1998《色漆和清漆 漆膜的劃格試驗(yàn)》測(cè)試，耐水性按照GB/T 1733–1993《漆膜耐水性測(cè)定法》測(cè)試，耐鹽水(5% NaCl)按照ISO 2812-1:2007 《色漆和清漆 耐液體介質(zhì)的測(cè)定 第1部分：在除水以外的液體中沉浸》測(cè)試，耐鹽霧(5% NaCl)按照GB/T 1771–1991《色漆和清漆 耐中性鹽霧性能的測(cè)定》測(cè)試。

3 結(jié)果與討論

3. 1 成膜樹脂的選擇

在涂料配方中，樹脂的作用不僅在于粘結(jié)顏填料，把底材和涂層結(jié)合成牢固的整體，而且在很大程度上決定著涂層的沖擊強(qiáng)度、附著力、表面光澤、硬度等物理性能及耐水、耐鹽霧腐蝕等化學(xué)性能。對(duì)于戶外鋼結(jié)構(gòu)材料而言，雖然鋼材的防腐性能主要由底漆決定，但是面漆作為外涂層，應(yīng)具有較好的耐候性和一定的耐腐蝕能力[4]。如果面漆耐候性差、過早粉化脫落，就會(huì)使底漆暴露，不僅大大降低底漆對(duì)戶外鋼材的防腐性能，而且會(huì)影響其表面裝飾效果。因此，選擇適合于面漆的基體樹脂對(duì)于戶外用鋼構(gòu)材料的防腐蝕性能及表面裝飾性具有重要作用。

水性丙烯酸樹脂由于C─C主鏈特殊的光、熱、化學(xué)穩(wěn)定性與側(cè)鏈上基團(tuán)的變化，因此當(dāng)作為主要成膜基料時(shí)在耐候性、耐污染性、耐酸、耐堿、耐油及耐溶劑性等方面均具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。使用丙烯酸類涂料作為戶外鋼構(gòu)材料的面漆不僅可以滿足戶外用鋼材的某些基本要求，如耐候性、耐腐蝕等，而且可以滿足其對(duì)于硬度、光澤、表面裝飾效果和綠色環(huán)保方面的特殊要求。

3. 1. 1 水性丙烯酸乳液紅外光譜測(cè)試及分析

從市售的水性丙烯酸乳液中選擇了 4種光澤和硬度較優(yōu)的乳液，以A、B、C和D表示，并對(duì)它們進(jìn)行了紅外光譜測(cè)試，見圖1。

圖1 不同水性丙烯酸乳液的紅外光譜圖Figure 1 IR spectra of different waterborne acrylic emulsions

由圖1可以看出，4種水性丙烯酸乳液在700、760和3 010 cm?1左右都有較為明顯的聚苯乙烯最強(qiáng)譜帶和特征譜帶吸收峰，說明它們均含有聚苯乙烯鏈段；在聚丙烯酸酯類的C═O伸縮振動(dòng)帶1 730 cm?1附近和伯、仲、叔氫的伸縮振動(dòng)帶2 990 ～ 3 100 cm?1附近，4種水性丙烯酸乳液均出現(xiàn)較強(qiáng)的吸收峰，說明它們均存在聚丙烯酸酯類聚合物鏈段；在3 650 cm?1左右，4種水性丙烯酸乳液也都出現(xiàn)了較強(qiáng)的吸收峰，此處為游離─OH的伸縮振動(dòng)帶，說明它們均含有帶─OH官能團(tuán)的鏈段。除了上述共有的幾個(gè)吸收峰之外，A、B兩種乳液在1 550 cm?1處均出現(xiàn)了連續(xù)的較弱吸收峰，此區(qū)域?yàn)镃─N鍵的特征譜帶，說明A、B兩種水性丙烯酸乳液中含有少量的聚氨酯鏈段[5]。由此可以得出結(jié)論：A、B為聚氨酯改性水性苯丙乳液，C、D為水性苯丙乳液。

3. 1. 2 不同水性丙烯酸乳液對(duì)涂層性能的影響

以 4種水性丙烯酸乳液為成膜樹脂，按照基礎(chǔ)配方和制備工藝制備樣漆和樣板，測(cè)試了不同試樣的物理性能和防腐蝕性能，結(jié)果見表1。由表1的測(cè)試結(jié)果可以看出，相比苯丙乳液C、D，經(jīng)聚氨酯改性的苯丙乳液 A、B所得涂膜的光澤和硬度相對(duì)較好。其原因可能是聚氨酯的硬度和光澤本身要高于聚丙烯酸，所以經(jīng)聚氨酯改性的苯丙乳液 A、B的硬度和光澤較苯丙乳液 C、D稍高。在防腐性能方面，聚氨酯改性苯丙乳液 A、B所得漆膜的耐鹽霧、耐鹽水和耐水性能均強(qiáng)于苯丙乳液C、D所得漆膜，其原因可能是A、B兩種乳液在700 cm?1和760 cm?1處的吸收峰面積要小于C、D，說明A、B兩種乳液中含有的聚苯乙烯鏈段要少于C、D。對(duì)于C、D兩種乳液而言，由于含有較多能與主鏈上相鄰的碳原子發(fā)生共軛、增加大分子鏈極性的苯環(huán)側(cè)基，導(dǎo)致電子和水分子更加容易在分子間傳遞，從而使漆膜的耐水、耐鹽水、耐鹽霧等性能較差。A、B兩種乳液中苯環(huán)側(cè)基的量要少于C、D，并且在其主鏈段上含有一定的聚氨酯鏈段，可以起到一定的阻隔電子在鏈段上傳遞的作用。因此，A、B兩種乳液作為成膜樹脂，其涂膜的防腐性能要好于乳液C、D。

表1 不同成膜樹脂對(duì)漆膜性能的影響Table 1 Effects of different film forming resins on coating performance

根據(jù)表 1的測(cè)試結(jié)果及分析不難看出，聚氨酯改性苯丙乳液A、B的綜合性能要優(yōu)于苯丙乳液C、D，所以它們更適合作為配制面漆的成膜樹脂。

3. 2 成膜樹脂和助劑的選擇及助劑用量的確定

為了減少VOC的排放量，進(jìn)一步確定A、B兩種乳液中哪一種更加環(huán)保，分別考察了它們?cè)? °C下成膜時(shí)二丙二醇丁醚(DPnB)和十二醇酯(Texanol)兩種成膜助劑的用量。制備方法為：添加不同比例的成膜助劑配制成涂料，并將制備好的涂料和表面打磨去油的鋼板在5 °C下冷藏1 h左右，然后將涂膜刷涂在鋼板上，厚度約為35 μm，再將刷涂好的鋼板繼續(xù)放置在5 °C下冷藏，直到表干。此時(shí)，先肉眼觀察漆膜表面有無開裂現(xiàn)象；若無，則改用低倍(100倍)放大鏡繼續(xù)觀察。如果仍然看不到小裂紋，說明在此成膜助劑添加量下漆膜能低溫成膜。測(cè)試結(jié)果見表2。由表2可以看出，使用聚氨酯改性苯丙乳液A、B配制的涂料中，成膜助劑用量都較大。但是在DPnB和Texanol用量均為4%的條件下，乳液B可以在5 °C下完全成膜、沒有裂紋，見圖2a，而乳液A在此溫度下則不能完全成膜，漆膜有裂紋，見圖2b。乳液A在DPnB 和Texanol用量均為5%的條件下，才可以在5 °C下完全成膜，沒有裂紋，見圖2c。所以從經(jīng)濟(jì)與環(huán)保的角度看，乳液B是更優(yōu)的選擇。所以選擇乳液B作為配制水性丙烯酸面漆的主體樹脂，并且確定成膜助劑 DPnB和Texanol用量各為4%。

表2 助劑配比對(duì)不同成膜樹脂在5 °C下成膜性能的影響Table 2 Effect of mixing ratio of additives on film-forming ability of different resins at 5 °C

圖2 2種成膜樹脂和不同配比成膜助劑在5 °C下的成膜照片F(xiàn)igure 2 Photos of film formation from two resins respectively with different mixing ratios of film-forming additives at 5 °C

3. 3 顏填料種類及用量對(duì)涂層性能的影響

3. 3. 1 顏填料種類的確定

本文旨在研究一種高光澤的水性丙烯酸面漆，漆膜的色彩可以通過添加少量色漿來調(diào)制，而顏填料主要用于提高漆膜的遮蓋力和其他綜合性能。所以必需選用遮蓋力強(qiáng)、對(duì)光澤度影響小且綜合性能優(yōu)異的顏填料。

相比于一般的顏填料，金紅石型鈦白粉是一種遮蓋力高、著色力強(qiáng)的顏填料。它的粒徑小且均勻，表面經(jīng)硅鋁包膜及有機(jī)物處理后具有卓越的白度、亮度、光澤、耐候性和抗粉化等綜合性能，所以選擇金紅石型鈦白粉作為顏填料[6]。試驗(yàn)選用了3種不同型號(hào)的金紅石型鈦白粉作對(duì)比，測(cè)試了其用量為 22%時(shí)漆膜的光澤和遮蓋力，結(jié)果見表3。

表3 不同型號(hào)的鈦白粉對(duì)漆膜光澤和遮蓋力的影響Table 3 Effects of different types of titanium dioxide on gloss and hiding power of the coating

由表 3可以看出，使用不同型號(hào)的金紅石型鈦白粉時(shí)，漆膜的遮蓋力和光澤有所不同。其原因可能是不同廠家生產(chǎn)的金紅石型鈦白粉其表面處理方法及粒徑分布不同。由表3可以看出，當(dāng)鈦白粉用量相同時(shí)，C型號(hào)的金紅石型鈦白粉在遮蓋力和光澤度方面要優(yōu)于其他兩種。所以選用C型鈦白粉作為涂料的顏填料。

3. 3. 2 顏填料用量的確定

由于所研制的是光澤度高的面漆，因此應(yīng)該在不影響漆膜遮蓋力的情況下盡量減少顏填料鈦白粉的用量。分別考察了鈦白粉C質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22%、18%、15%、14%和13%時(shí)漆膜的遮蓋力及光澤度，測(cè)試結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯?，隨著鈦白粉C用量的減少，漆膜的遮蓋力逐漸下降，光澤度不斷提高。當(dāng)鈦白粉C的用量減少到 14%時(shí)，光澤度達(dá)到 74°，漆膜遮蓋力為90.5%；繼續(xù)減少鈦白粉C的用量至13%，此時(shí)漆膜光澤度稍有增加，達(dá)到74.5°，但是遮蓋力下降到88.3%。其原因可能是用量為14%時(shí)，鈦白粉C剛好能連續(xù)分散在漆膜中，保證漆膜的遮蓋力在 90%以上；而其用量減少到13%時(shí)，鈦白粉C已經(jīng)不能在漆膜中連續(xù)分布，以致于漆膜的遮蓋力下降到只有88.3%。因此，選擇鈦白粉C的用量為14%。

圖3 鈦白粉C的用量對(duì)漆膜遮蓋力與光澤的影響Figure 3 Effect of amount of C-type titanium dioxide on hiding power and luster of the coating

3. 4 分散劑種類及用量對(duì)涂層性能的影響

3. 4. 1 分散劑種類的確定

化學(xué)分散劑的作用是增濕顏料粒子，排出顏料粒子間的空氣，增大顏料間的空間位阻，調(diào)節(jié)顏料粒子的表面電荷，從而防止粒子絮聚，降低涂料黏度[7]。對(duì)于一個(gè)良好的分散體系而言，分散劑能牢固地吸附在分散粒子的表面，并且提供良好的空間斥力，使顏填料粒子在高速攪拌下充分分散后，不會(huì)因?yàn)榉兜氯A力而再次團(tuán)聚，吸附層也不會(huì)在受到外力作用時(shí)從粒子表面剝離而影響體系的穩(wěn)定，從而影響涂層的物理與化學(xué)性能。因此，分散劑的結(jié)構(gòu)與顏填料表面的性質(zhì)共同決定了體系的分散穩(wěn)定性。試驗(yàn)分別考察了A、B、C、D 4種不同類型的水性分散劑對(duì)漆膜性能的影響，其中，A為疏水分子改性羧酸鈉鹽，B為聚丙烯酸鈉鹽，C為銨鹽，D為有機(jī)大分子。測(cè)試結(jié)果見表4。

表4 不同分散劑對(duì)涂層性能的影響Table 4 Effects of different dispersants on coating performance

從表 4可以看出，不同種類分散劑對(duì)涂層的光澤度、耐鹽水、耐鹽霧及貯存穩(wěn)定性均有很大的影響。其原因可能是不同種類的分散劑化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，對(duì)鈦白粉分散機(jī)理不同。親水基團(tuán)含量不同，在水中電離的離子濃度不同，導(dǎo)致了涂層的光澤度、耐水性、耐鹽霧性與貯存穩(wěn)定性均有很大差異。表 4顯示，當(dāng)使用疏水分子改性羧酸鈉鹽A作為分散劑時(shí)，綜合性能達(dá)到最優(yōu)，原因可能是疏水改性的羧酸鈉鹽含有疏水大分子和離子鏈段，分散中既有雙電層效應(yīng)又有空間位阻效應(yīng)，使其對(duì)鈦白粉分散效果比其他分散劑更好，因此涂料體系更穩(wěn)定，形成的漆膜致密豐滿，阻隔效果更好。故選用疏水分子改性羧酸鈉鹽A為分散劑。

3. 4. 2 分散劑用量的確定

在涂料體系中，顏填料的穩(wěn)定均勻分散對(duì)涂料性能起著至關(guān)重要的作用。粉體比表面積大，則其表面張力與表面能大，粉體粒子之間容易團(tuán)聚，與基料難以相容。分散劑的加入增加了顏填料和助劑、基料間的親和性，加速了助劑滲入到顏填料聚集體的空隙中，有助于顏填料團(tuán)粒的打開，更緊密地將顏填料、助劑和基料連接起來。分散劑用量對(duì)顏填料分散程度有很大影響。試驗(yàn)測(cè)試了不同用量的分散劑A對(duì)涂層性能的影響，結(jié)果見表5。由表5可以看出，分散劑用量對(duì)漆膜的光澤度和耐腐蝕性能有較大影響。隨著分散劑A用量的增加，漆膜光澤度和耐腐蝕性能均先提高后降低。這可能與不同分散劑用量下顏填料分散情況有關(guān)。當(dāng)涂料平均粒徑小、分布窄時(shí)，顏填料分散良好；反之則差[8]。所以為了檢驗(yàn)不同分散劑用量時(shí)顏填料的分散情況，對(duì)不同分散劑用量的涂料體系的粒徑分布進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果見圖4。

表5 分散劑A的用量對(duì)涂層性能的影響Table 5 Effect of dosage of dispersant A on coating performance

圖4 分散劑A的用量對(duì)涂料粒徑分布的影響Figure 4 Effect of dosage of dispersant A on particle size distribution of the coating material

由圖 4可知，隨著分散劑用量的增加，涂料平均粒徑先逐步減小、分布變窄，當(dāng)超過一定用量后，平均粒徑又開始增加且分布變寬；當(dāng)分散劑用量為0.4%時(shí)，涂料平均粒徑最小、分布最窄。

綜合圖4測(cè)試結(jié)果可知，當(dāng)分散劑A的加入量較少時(shí)，分散劑不足以完全包裹潤濕顏填料顆粒，顏填料團(tuán)聚嚴(yán)重，涂料平均粒徑大、分布寬，導(dǎo)致形成的涂膜不均勻，涂層光澤度和屏蔽性差；隨著分散劑 A用量的增加，顏填料逐漸被包裹潤濕，分散性提高，涂料平均粒徑減小、分布變窄，涂層致密性增強(qiáng)，光澤度和防腐蝕性能均得到提高；當(dāng)分散劑A用量繼續(xù)增加，體系中的離子濃度增加，當(dāng)離子濃度過高時(shí)，使顏填料穩(wěn)定分散的雙電子層結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致顏填料再次團(tuán)聚，涂料平均粒徑增大、分布變寬。另外，分散劑過量時(shí)，未被吸附的分散劑在涂膜干燥過程中一部分會(huì)殘留在涂膜中，增加涂層的導(dǎo)電性而降低漆膜的防腐蝕性能，另一部分將遷移到涂膜表面結(jié)晶成鹽，影響涂膜的致密性，也影響涂層的光澤度和防腐蝕性能，使漆膜的光澤度和防腐蝕性能變差。由表5可知，當(dāng)分散劑A用量為0.4%時(shí)，涂膜綜合性能最優(yōu)，與圖4測(cè)試結(jié)果相符合。

3. 5 涂膜性能測(cè)試

選擇聚氨酯改性苯丙乳液B作為成膜樹脂，疏水分子改性羧酸鈉鹽A為分散劑(用量為0.4%)，金紅石型鈦白粉C為顏填料(用量為14%)，成膜助劑Texanol與DPnB用量均為4%，所制備的丙烯酸面漆涂膜性能檢測(cè)結(jié)果見表6。

表6 丙烯酸面漆涂膜性能檢測(cè)結(jié)果Table 6 Film performance test results of acrylic topcoat

4 結(jié)論

(1) 測(cè)試了4種不同水性丙烯酸乳液的紅外光譜。分析表明，A、B為聚氨酯改性苯丙乳液，C、D為苯丙乳液。4種乳液對(duì)漆膜性能的影響研究表明，以乳液B為主要成膜樹脂，所得漆膜光澤度、硬度等綜合性能較佳。

(2) 選擇二丙二醇丁醚(DPnB)和十二醇酯(Texanol)為成膜助劑，其用量均為4%時(shí)，漆膜在5 °C下可以正常成膜。

(3) 使用不同型號(hào)的金紅石型鈦白粉時(shí)所得漆膜的遮蓋力和光澤有所不同。以金紅石型鈦白粉C作為主要顏填料，其用量為14%時(shí)，所得漆膜遮蓋力在90%以上，光澤度較高。

(4) 不同種類分散劑對(duì)涂層性能有很大影響。選用疏水分子改性羧酸鈉鹽A為分散劑，其用量為0.4%時(shí)，涂料平均粒徑最小、粒徑分布最窄，涂膜光澤度和耐腐蝕性能均較佳。

(5) 以聚氨酯改性苯丙乳液B作為成膜樹脂，疏水分子改性羧酸鈉鹽A為分散劑(用量為0.4%)，金紅石型鈦白粉 C為顏填料(用量為 14%)，成膜助劑Texanol與DPnB用量均為4%，所制備的丙烯酸面漆光澤為74°，附著力0 ～ 1級(jí)，硬度H ～ 2H，正、反沖擊強(qiáng)度分別為40 kg·cm和10 kg·cm、耐鹽霧腐蝕時(shí)間達(dá)330 h。該丙烯酸面漆性能優(yōu)異，適用于戶外普通鋼結(jié)構(gòu)材料，能滿足其裝飾及防腐要求。

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Preparation of waterborne acrylic topcoat with high hardness and high luster for outdoor steel structures //

CHEN Zhong-hua*, HU Meng, CHEN Jian-hua, CHEN Hai-hong, ZHANG Hong

A waterborne acrylic topcoat with high luster, high hardness, and excellent corrosion resistance was prepared for outdoor steel structures. The effects of the type of film-forming resin, as well as the variety and dosage of film-forming additives, pigment/filler, and dispersant on coating performance were discussed. It was found that the coating obtained with polyurethane-modified styrene acrylic emulsion B as film-forming resin, 0.4% hydrophobic molecule-modified sodium carboxylate A as dispersant, 14% rutile-type titania C as pigment/filler, and 4% Texanol and 4% DPnB (dipropylene glycol n-butyl ether) as film-forming additives has a luster of 74°, adhesion strength 0-1 grade, pencil hardness H-2H, positive/negative impact strength 40/10 kg·cm, and salt spray corrosion resistance 330 h. The water-based acrylic topcoat can be used for corrosion protection of outdoor steel structures.

outdoor steel structure; waterborne acrylic topcoat; luster; hardness; corrosion resistance

College of Materials Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510641, China

TU561.67

A

1004 – 227X (2012) 10 – 0057 – 06

2012–07–21

2012–07–26

陳中華（1963–），男，湖北鄂州人，博士，教授，博導(dǎo)，主要從事高分子材料的成型加工，有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)合材料的制備，納米(復(fù)合)涂料的制備等研究工作。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) humengdream@163.com。

[ 編輯：韋鳳仙 ]