王勝龍 （廈門雙瑞船舶涂料有限公司，福建廈門 361101）

0 引言

常用防銹涂層多為環(huán)氧樹脂基涂層，防污涂層多為丙烯酸酯樹脂基涂層，這兩種涂層體系的成膜原理不同，性能也千差萬別，在應用過程中經(jīng)常出現(xiàn)防污涂層從防銹涂層表面脫落的情況，為此，人們開發(fā)了具有針對性的中間過渡涂料，即連接漆，對防銹涂層和防污涂層起到承上啟下的作用。當前，針對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］，實際應用中對工藝和使用環(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)性有機化合物）對環(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試涂層吸水率和附著性能等。結(jié)果表明，此連接漆的性價比高，不受涂裝工藝影響，溶劑揮發(fā)量少，完全可應用于中小型商船。

1 試驗部分

1.1 主要原材料

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

1.2 儀器設備

迪斯夫高AT-A液壓附著力測試儀、德國瓦格納爾COBRA40-10噴漆機、梅特勒-托利多XA105DU電子天平、瑞士飛納臺式掃描電子顯微鏡、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脂，攪拌均勻，配制成一定濃度的溶液。

（2） 在樹脂溶液中按質(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，補加溶劑調(diào)整黏度，即可獲得相應的連接漆。

（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后進行性能測試。

1.4 性能測試

1.4.1 傅立葉紅外光譜測試

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

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斷涂層，獲取斷面較為完整、整齊的涂層；其次，對樣品斷面進行噴金處理；最后在真空條件下采用電鏡進行斷面觀察。

（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間為5個月；連接涂層與防污涂層配套樣板浸泡時間為7個月，然后按上述步驟進行處理，用電鏡觀察涂層斷面。

1.4.3 涂層吸水率測試

（1） 將干凈的載玻片用無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載玻片四周進行封邊，自然晾干后，稱重，記為m3；

（4） 將載玻片浸入淡水中，按設定時間取出載玻片，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計算

1.4.4 涂裝間隔時間

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

（2） 按設定的時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7 d后，采用液壓附著力測試法測定涂層的附著強度。

1.4.5 附著力測試

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

2 結(jié)果與討論

2.1 樹脂的篩選

在涂料中，樹脂基料的性質(zhì)對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脂為基料樹脂，并與氯醋樹脂進行了比較。試驗按一致的顏填料種類、相同的PVC配方（表1）進行小樣制備，采用相同的方法進行噴涂制板，通過淡水浸泡方法分析樹脂結(jié)構(gòu)對涂層耐浸泡性能的影響。

表1 3種連接漆的基礎配方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，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，說明3種連接漆對防銹涂層的潤濕鋪展性能均較好。由圖1b可見，當涂層在去離子水中浸泡5個月后，涂層之間的界面在不同結(jié)構(gòu)樹脂之間就發(fā)生了明顯的變化，TC-01和TC-02兩種樹脂體系的連接涂層與防銹涂層的界面間均存在明顯空隙，說明氯醋樹脂和丙烯酸酯樹脂對底漆的結(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，說明TC-03連接漆對底漆的潤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。

通過樹脂的紅外譜圖（圖2）發(fā)現(xiàn)，丙烯酸酯樹脂中有酯鍵、苯環(huán)以及苯環(huán)間位取代官能團，而改性丙烯酸酯樹脂結(jié)構(gòu)中除酯鍵、苯環(huán)及苯環(huán)間位取代官能團等基團外，在960 cm-1處還有丙烯酸丁酯（BA）單體的特征吸收峰，這說明BA的存在更有利于提高連接涂層的附著性能，這是因為丁基的存在減小了分子極性，降低表面張力，使羰基的極性和烷基的非極性達到一個平衡，既有利于樹脂的潤濕鋪展，又有利于涂層界面間氫鍵的結(jié)合力，同時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脂連接漆對環(huán)氧防銹底漆的附著性能。

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

試驗同時研究了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，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，說明氯醋樹脂相較其它兩種丙烯酸酯樹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，改性丙烯酸酯樹脂對防銹底漆和防污漆的連接性能和耐水性能都更為優(yōu)異，故試驗最終選擇改性丙烯酸酯樹脂作為本連接漆用基料樹脂。

2.2 鋁粉漿對涂層性能的影響

從樹脂結(jié)構(gòu)對涂層性能的影響可知，水對涂層附著性能的破壞強度較大，因此，涂層應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，試驗研究了鋁粉漿及其添加量對連接涂層性能的影響，結(jié)果見圖4、5。

從圖4結(jié)果可知，連接涂層對防銹底漆的附著強度隨鋁粉漿含量的增加先變大，在其添加量超過8%后出現(xiàn)下降趨勢。由圖5可知，有無添加鋁粉漿對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，涂層吸水率由未添加鋁粉漿時的4.2%降至2.3%，降幅達到45%，說明鋁粉漿的加入可明顯改善涂層對水的屏蔽作用，防止水對涂層界面的破壞，最終鋁粉漿的添加量選擇為8%。

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

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

2.3 顏填料體積濃度（PVC）的影響

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

圖6 PVC對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，連接涂層對防銹底漆和防污漆的附著強度呈現(xiàn)出相同的趨勢，均為先增加后減小，并且在PVC等于0.38時出現(xiàn)明顯拐點，且此時連接涂層對防銹底漆與防污漆的附著強度越接近，這是因為隨著PVC的增大，連接涂層中樹脂含量較少，涂層與涂層之間的氫鍵等作用力減少，附著強度降低且趨向一致。同時考慮產(chǎn)品成本，試驗確定連接漆的PVC為0.38。

2.4 涂裝間隔時間對附著性能的影響

單組分連接漆與雙組分連接漆的成膜機理不同，雙組分連接漆是通過環(huán)氧開環(huán)產(chǎn)生羥基，漆膜交聯(lián)固化形成熱固性涂層，對底漆能起到優(yōu)異的附著效果，因此，其對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，僅依靠較高相對分子質(zhì)量的樹脂自身的結(jié)構(gòu)特點對底漆潤濕鋪展形成范德華力和氫鍵作用力，因此，底漆的表面特性對連接漆的附著強度影響較大。防銹底漆在固化過程的不同時間段其表面特性不同，固化時間越久、固化交聯(lián)點越多，固化強度越高，涂層表面越光滑，即表面能越低，越不利于潤濕鋪展。試驗考察了防銹底漆不同的固化時間，即涂裝間隔時間對單組分連接漆附著性能的影響，結(jié)果如圖7所示。

圖7 不同涂裝間隔時間對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，隨著涂裝間隔時間的延長，連接漆對防銹底漆的附著強度并未發(fā)生明顯變化，基本保持在3.3 MPa以上，說明防銹底漆的固化時間對連接漆的附著性能并未產(chǎn)生明顯影響，也說明研制的連接漆對防銹底漆具有優(yōu)異的潤濕鋪展性能；同時，連接漆對防污漆的附著性能也基本保持不變。試驗采用截面電鏡法觀察了涂裝間隔時間5 d和8 d的涂層在淡水中浸泡7個月后的涂層斷面情況，結(jié)果見圖8。由圖8可見，在此兩個涂裝間隔時間下，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，也說明了片狀鋁粉對改善涂層耐水性的良好作用。

圖8 浸泡7個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 連接漆的性能指標及力學性能對比

研制的連接漆的主要性能指標見表2。

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

試驗還比較了自制連接漆與當前市售其它單組分連接漆的力學性能，結(jié)果如表3所示。由表3可知，自制連接漆對底漆的附著強度為3.4 MPa，比對比樣（1.8 MPa）高出88%；對防污涂料的附著力為2.2 MPa，比對比樣（1.7 MPa）高出30%。可見自制連接漆對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比Table 3 Comparison of adhesion performance between self-made connecting paint and commercial connecting paint

3 結(jié)語

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

（2） 片狀鋁粉有利于阻隔水的滲透，當其添加量為8%時，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間可達7 d以上，附著強度達3.4 MPa；通過性能對比，此單組分連接漆可以進行推廣應用。