張鵬珍，趙成，李蔚強(qiáng)，吳小明，彭華

（上海誠(chéng)友實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，上海 200437）

新型快干單組分管道顏色標(biāo)識(shí)漆的研制及應(yīng)用

張鵬珍*，趙成，李蔚強(qiáng)，吳小明，彭華

（上海誠(chéng)友實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，上海 200437）

傳統(tǒng)的硝基類顏色標(biāo)識(shí)漆極易燃燒，且耐候性和保光性差。采用醋酸丁酸纖維素、丙烯酸樹脂等為基料，以醋酸丁酯、二氯甲烷、四氯乙烯、異丙醇和丙二醇甲醚醋酸酯為溶劑，開發(fā)了一種新型單組分顏色標(biāo)識(shí)漆。研究了樹脂用量、溶劑配比以及顏基比對(duì)漆膜性能的影響。所制油漆不燃，涂層表干時(shí)間4 min，戶外曝曬12個(gè)月生銹0級(jí)、變色1級(jí)，氙燈老化試驗(yàn)24 h后粉化0級(jí)、變色1級(jí)，綜合性能好于某市售硝基漆。

醋酸丁酸纖維素；丙烯酸樹脂；單組分顏色標(biāo)識(shí)漆；快干；不燃性；耐候性

First-author’s address:Shanghai Chengyou Industrial Group Co., Ltd., Shanghai 200437, China

標(biāo)識(shí)一般分為顏色標(biāo)識(shí)和圖形標(biāo)識(shí)。為方便識(shí)別管道材料、管徑尺寸、管壁厚度、管道用途、管道內(nèi)物質(zhì)等，管道及一些鋼結(jié)構(gòu)材料多采用顏色標(biāo)識(shí)。管道標(biāo)識(shí)有以下功能：清晰地標(biāo)注了管道的介質(zhì)以及流向，減少各種事故的發(fā)生；美化管路，簡(jiǎn)單易懂，避免在操作上、設(shè)備檢修上發(fā)生誤判斷而導(dǎo)致誤操作，提高工作效率；如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，循著管道色標(biāo)可快速準(zhǔn)確查找并排除故障；大大減少了企業(yè)日常運(yùn)行中管道以及閥門維修保養(yǎng)的成本。目前市場(chǎng)上的管道標(biāo)識(shí)漆大多為硝基漆，主要由硝化棉、醇酸樹脂等基料調(diào)配而成，其優(yōu)點(diǎn)是干燥較快，光澤柔和，缺點(diǎn)是極易燃燒、耐候性差、保光性不好、硬度低、潮濕氣候易泛白、不耐熱、不耐腐蝕等。上海誠(chéng)友利用醋酸丁酸纖維素、改性丙烯酸樹脂等開發(fā)了一種新型顏色標(biāo)識(shí)漆，相對(duì)于常規(guī)標(biāo)識(shí)漆，具有不燃、單組分、超快干等優(yōu)點(diǎn)，提高了施工安全性及施工效率，且所得漆膜的耐候性、保光性和裝飾性優(yōu)異。

本文介紹了該管道標(biāo)識(shí)漆的制備，并討論了樹脂、溶劑以及顏基比對(duì)漆膜性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1. 1 原料與儀器

熱塑性丙烯酸樹脂，醋酸丁酸纖維素(CAB)，改性松香樹脂，有機(jī)硅類消泡劑，有機(jī)硅類流平劑，潤(rùn)濕分散劑，有機(jī)膨潤(rùn)土，二氯甲烷，四氯乙烯，醋酸丁酯，丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)，煅燒高嶺土，各種顏料(鈦白粉、炭黑、顏料黃、耐曬紅、酞菁藍(lán)、酞菁綠、顏料紫羅蘭、顏料紫、氧化鐵紅等)，原料均為市售工業(yè)級(jí)。

JFL-B型60°光澤儀，上海高致精密儀器有限公司；QNIIX4200干膜測(cè)厚儀，德國(guó)尼克斯；QSJ高速分散機(jī)，天津永利達(dá)；QND涂-4黏度計(jì)、QCJ漆膜沖擊試驗(yàn)器，天津亞興自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)儀器廠。

1. 2 涂料的制備

稱取占整個(gè)體系質(zhì)量分?jǐn)?shù)12.00% ～ 18.00%的醋酸丁酯、22.00% ～ 30.00%二氯甲烷、12.00% ～ 17.00%四氯乙烯、5.00% ～ 8.00%異丙醇、3.00% ～ 5.00%丙二醇甲醚醋酸酯等溶劑于鐵罐中，然后加入2.00% ～ 4.00%有機(jī)膨潤(rùn)土，開啟高速分散機(jī)至2 000 r/min攪拌15 min，降低轉(zhuǎn)速至600 r/min，邊攪拌邊加入14.00% ～ 16.00%丙烯酸樹脂、1.50% ～ 3.00%醋酸丁酸纖維素、5.00% ～ 7.00%改性松香樹脂等樹脂，樹脂溶解均勻后加入0.20%分散劑、0.16%消泡劑、0.14%流平劑、6.00% ～ 8.00%煅燒高嶺土和3.00% ～ 8.00%各種顏料，再調(diào)轉(zhuǎn)速至2 000 r/min，分散30 min后研磨至細(xì)度小于15 μm。

1. 3 漆膜的制備

取150 mm × 70 mm × 1.2 mm的低碳鋼板和120 mm × 50 mm × 0.2 mm的馬口鐵片，用丙酮清洗表面油污，再用400#砂紙按照GB/T 9271-2008《色漆和清漆 標(biāo)準(zhǔn)試板》中3.5.2的方法打磨后用丙酮清洗、晾干，然后用寬35 mm的漆刷刷涂，控制低碳鋼板上漆膜的濕膜厚度為80 ～ 100 μm，干膜厚度約30 μm，室溫固化7 d后測(cè)試漆膜的化學(xué)性能。控制馬口鐵上的干膜厚度在20 μm左右，室溫固化12 h，實(shí)干后進(jìn)行機(jī)械性能測(cè)試。

1. 4 性能測(cè)試

1. 4. 1 涂料

目測(cè)涂料外觀。分別按GB/T 6753.1-2007《色漆、清漆和印刷油墨 研磨細(xì)度的測(cè)定》、GB/T 1723-1993《涂料粘度測(cè)定法》、GB/T 6750-2007《色漆和清漆 密度的測(cè)定》、GB/T 5208-2008《閃點(diǎn)的測(cè)定 快速平衡閉杯法》和GB/T 1725-2007《色漆、清漆和塑料 不揮發(fā)物含量的測(cè)定》測(cè)涂料的細(xì)度、黏度、密度、閃點(diǎn)和固含量。

1. 4. 2 漆膜

分別按GB/T 1728-1979《漆膜、膩?zhàn)幽じ稍飼r(shí)間測(cè)定法》、GB/T 9286-1998《色漆和清漆 漆膜的劃格試驗(yàn)》、GB/T 1732-1993《漆膜耐沖擊測(cè)定法》、GB/T 1733-1993《漆膜耐水性測(cè)定法》(甲法)、GB/T 1735-2009《色漆和清漆 耐熱性的測(cè)定》、GB/T 1865-1997《色漆和清漆 人工氣候老化和人工輻射暴露》、GB/T 1767-1979《漆膜耐候性測(cè)定法》測(cè)試漆膜的干燥時(shí)間、附著力、沖擊強(qiáng)度、耐水性、耐熱性、耐老化性和耐候性。依據(jù)GB/T 1766-2008《色漆和清漆 涂層老化的評(píng)級(jí)方法》評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果。

2 結(jié)果與討論

2. 1 基料的選擇

醋酸丁酸纖維素是纖維素分子中羥基為乙酸及丁酸共同酯化所形成的纖維素酯，它具有優(yōu)良的抗?jié)?、耐紫外、耐候、耐寒和裝飾性能[1]，尤其與一般的硝基漆相比，其耐候性很好。添加CAB的涂料更容易獲得均勻漆膜，并且各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平[2-3]。另外，由于它能夠縮短干燥時(shí)間、控制體系黏度，因此可作為金屬顏料的載體來(lái)增強(qiáng)紫外穩(wěn)定性[4]。

在熱塑性丙烯酸樹脂中加入10% ～ 20%醋酸丁酸纖維素可以加速溶劑釋放性，提高抗冷裂性能，改進(jìn)噴涂施工性能，減少溶劑引起的銀紋[5]。表1顯示了CAB在基料中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同時(shí)所制涂料及漆膜的性能?？梢姶姿岫∷崂w維素含量過(guò)多(如20%)時(shí)，涂料表面干燥過(guò)快，容易發(fā)生結(jié)皮現(xiàn)象，過(guò)少(如5%)則表干時(shí)間較慢。CAB含量在10% ～ 14%時(shí)干燥較快，并且涂料與漆膜的各方面性能都良好。

表1 不同醋酸丁酸纖維素含量下所制涂料的性能Table 1 Properties of coatings prepared with different contents of cellulose acetate butyrate

2. 2 溶劑種類及其用量

溶劑不僅用來(lái)溶解樹脂，降低涂料黏度以改善加工性能，而且影響涂料的粘結(jié)性、防腐性、戶外耐久性以及漆膜的表觀，如起泡、流掛、流平等[6]。醋酸丁酯是一種優(yōu)良的有機(jī)溶劑，對(duì)乙基纖維素、醋酸丁酸纖維素、聚苯乙烯、甲基丙烯酸樹脂、氯化橡膠以及多種天然樹膠均有較好的溶解性能，但其閃點(diǎn)(閉杯22 °C)低，易燃。而二氯甲烷、四氯乙烯不燃，并可作為低閃點(diǎn)溶劑的阻燃劑。閉杯試驗(yàn)(見表2)表明醋酸丁酯中加入其質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%以上的二氯甲烷可使二者混合物無(wú)閃點(diǎn)，用火點(diǎn)不著，使用相對(duì)安全。因?yàn)樗穆纫蚁┦茏贤夤庾饔脮?huì)逐漸被氧化成三氯乙酰氯及少量光氣，所以需添加少量酚類、胺類、醇類等作為穩(wěn)定劑。含有穩(wěn)定劑的四氯乙烯在空氣、水及光的存在或照射下，即使被加熱至 140 °C，對(duì)常用的金屬材料也無(wú)明顯的腐蝕作用[7]。因此選擇醋酸丁酯、二氯甲烷和四氯乙烯作為主溶劑。

表2 二氯甲烷與醋酸丁酯按不同比例混合后所得混合物的閉杯閃點(diǎn)Table 2 Closed cup flash point of the mixtures obtained with different mixing ratio of dichloromethane and n-butyl acetate

溶劑的揮發(fā)不能太快，也不能太慢。如果揮發(fā)太快，漆膜不能流平，也沒有足夠潤(rùn)濕基材表面，無(wú)法形成很好的附著力；如果揮發(fā)太慢，漆膜干燥時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，同樣也會(huì)流掛，影響施工進(jìn)度與質(zhì)量。將揮發(fā)速率不同的5種溶劑混合，考察了不同配比下所得漆膜的性能，列于表 3。由此得到溶劑的最佳配比為 m(醋酸丁酯)∶m(二氯甲烷)∶m(四氯乙烯)∶m(異丙醇)∶m(PMA)= 21.4∶40.0∶23.0∶9.6∶6.0。

表3 溶劑的配比對(duì)漆膜性能的影響Table 3 Effect of proportion of solvents on coating properties

2. 3 顏基比

合適的顏基比可以增強(qiáng)漆膜的耐水性，改善溶劑的釋放性，提高抗沖擊性等[8]。但顏基比太大或太小都會(huì)影響漆膜的機(jī)械性能和化學(xué)性能?？疾炝瞬煌伝认轮苽涞钠崮さ男阅?，結(jié)果見表4。可見顏基比控制在0.5時(shí)所得漆膜的綜合性能最佳。

表4 顏基比對(duì)漆膜性能的影響Table 4 Effect of pigment-to-binder ratio on coating properties

2. 4 涂料以及漆膜的性能

按優(yōu)化條件制備了涂料，并將其與某市售傳統(tǒng)硝基顏色標(biāo)識(shí)漆進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表5。由表5可知，相比一般的顏色標(biāo)識(shí)漆，上海誠(chéng)友制備的顏色標(biāo)識(shí)漆具有快干、不燃、耐候性好等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于油井管及配套附件產(chǎn)品的特殊標(biāo)注，管體、配件的防腐保護(hù)、裝飾，以及其他鋼結(jié)構(gòu)的標(biāo)識(shí)、裝飾等，目前已成功應(yīng)用在上海、新疆、天津等多家單位的各種油套管、鋼管上。實(shí)踐證明其施工方便，效率高，且大大節(jié)約了生產(chǎn)成本。

3 結(jié)論

(1) 采用丙烯酸樹脂與醋酸丁酸纖維素作為顏色標(biāo)識(shí)漆的基料，可顯著縮短漆膜的干燥時(shí)間，提高耐候性和裝飾性。

表5 所制涂料及漆膜與市售硝基顏色標(biāo)識(shí)漆的性能對(duì)比Table 5 Comparison of properties of the paint and its film with that of a commercial nitrocellulose color-marking lacquer

(2) 由醋酸丁酯、二氯甲烷、四氯乙烯、異丙醇和丙二醇甲醚醋酸酯組成的混合溶劑溶解性能好，使漆膜表干時(shí)間快，又不影響最終性能，而且所制涂料用火點(diǎn)不著，使用相對(duì)安全。

[1] 邵自強(qiáng), 李志強(qiáng), 劉建華. 纖維素酯在涂料中的研究與應(yīng)用[J]. 纖維素科學(xué)與技術(shù), 2005, 13 (3): 46-55.

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[5] 袁保厘. 第十五章──纖維素漆[M] // 涂料工藝編委會(huì). 涂料工藝(上冊(cè)). 3版. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 1997: 979.

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[8] 董洪波, 王海青, 王勝利. 以有機(jī)硅改性丙烯酸樹脂為基料制備道路標(biāo)線漆的研究[J]. 山東化工, 2003, 32 (4): 42-43, 57.

[ 編輯：杜娟娟 ]

Preparation and application of a novel fast-dry one-component pipe color-marking paint

ZHANG Peng-zhen*,

ZHAO Cheng, LI Wei-qiang, WU Xiao-ming, PENG Hua

The traditional color-marking nitrocellulose lacquer is flammable and has poor weather resistance and gloss retention. A novel one-component color-marking paint was prepared using cellulose acetate butyrate and acrylic resin as binder, n-butyl acetate, dichloromethane, tetrachloroethylene, isopropyl alcohol and propylene glycol monomethyl ether acetate as solvent. The effects of resin amount, solvent proportion and pigment-to-binder ratio on coating properties were studied. The paint obtained is noninflammable. Its film has better comprehensive performance than a commercial nitrocellulose lacquer, shown as follows: surface drying time 4 min, 0-grade corrosion and 1-grade discoloration after solarization for 12 months, 0-grade chalking and 1-grade discoloration after xenon lamp aging test for 24 h.

cellulose acetate butyrate; acrylic resin; one-component color-marking paint; fast drying; noninflammability; weatherability

TQ630.7

A

1004 - 227X (2016) 18 - 0964 - 04

2015-11-23

2016-05-05

張鵬珍（1981-），女，山西呂梁人，碩士，工程師，主要從事精細(xì)化工方面的研究。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) zpz327@163.com。