水性防锈带锈涂料研究进展

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【摘 要】文章主要介绍了新型水性防锈涂料的分类、组成，以及防腐蚀作用的机理，并指出水性带锈防锈涂料存在的问题，提出了相关工作的开展方向，旨在为相关工作提供参考。

【关键词】水性涂料 磷酸 防锈带锈涂料 乳液

引言

钢铁材料的腐蚀与防护得到社会的广泛重视，采用涂料进行涂装是防锈防腐蚀中最为经济和有效的方法[1]。由于铁锈是一种疏松、多孔、不断发展（膨胀）的物质，所以涂装前必须把底材上的铁锈清除干净，否则会导致漆膜的防锈效果变差。传统的涂料如氯化橡胶涂料、酚醛树脂涂料、醇酸树脂涂料和沥青涂料已经不能胜任不断变化的腐蚀环境，无法达到较长的使用寿命[2]。以往金属表面的防锈涂料多数使用溶剂型防锈涂料，但是传统的溶剂型涂料不仅存在易燃、易爆，在贮存、运输、施工时带来诸多不安全因素；而且溶剂的价格昂贵，往往在成膜以后溶剂全部挥发到空气中，既造成了能源的浪费，还引起严重的环境污染。因此，水性涂料将成为防锈涂料发展的主要方向。

1 防锈涂料的定义及分类

防锈带锈涂料是指“可直接涂于已经生成的锈上，从而获得防腐效果的防锈涂料[5]，即可省去除锈、除油、除水等表面处理工序，在一定的锈蚀表面上能直接施工，并显著减少涂装成本；还可有效简化涂漆工艺，从而减轻劳动强度和减少锈尘对人体的危害和环境污染，并且有效地对金属底材起到防护作用。因此，带锈涂料必须具备两个特殊条件：（1）对锈层必须有足够的渗透能力；（2）对锈层必须有足够的反应性。

2 带锈涂料的分类

带锈涂料根据其作用机理可分为三种类型：渗透型、转化型和稳定型[3-5]。随着社会的进步和科学技术的不断发展，带锈涂料将向着以下方面发展。

（1）从原材料上，开发对锈蚀层具有良好稳定效果的反应性树脂、螯合树脂等品种；（2）从作用机理上，应从单一的渗透型、转化型、稳定型向着多种作用机理相结合的多功能型涂料的方向发展，以提高带锈涂料的综合性能和防锈效果；（3）从环保方面上，应朝着节约能源和改善施工环境的方向发展；（4）从防腐效果上，开发高性能并长效防腐带锈涂料。

3 带锈涂料的组成

3.1 树脂的选择

目前，带锈涂料广泛应用的成膜物质有环氧树脂、酚醛树脂、醇酸树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂和苯丙乳液等。水性体系涂料因低污染、水资源丰富而越来越受到人们的青睐。常用的水性体系有丙烯酸树脂的水分散体、苯丙乳液和水性环氧树脂等。王云普[6]等合成了一种磷酸酯结构单元的丙烯酸酯功能性单体，其结构如下：

磷酸酯的结构式：

然后用该单体与丙烯酸酯类进行聚合，并以该乳液为成膜物质，制备集除锈和防锈于一体的功能性防水涂料。

3.2 转化剂的选择

H3PO4有良好的浸润作用和稳定作用。采用磷酸作为转化剂时，存在以下反应：

Fe2O3+2H3PO4FePO4+3H2O

3FeO+2H3PO4Fe3（PO4）2+3H2O

Fe+2H3PO4Fe（H2PO4）2+H2

但磷酸加入会使漆膜容易起泡，因而总是配合其它转化剂协同使用。易翔[7]等研制了一种由苯丙乳液，以磷酸和鞣酸作为转化剂，反应如图1。

丁道宁[8]等以丙烯酸酯类和磷酸酯（PAM-100）为聚合单体，采用种子乳液法合成了磷酸酯丙烯酸防锈乳液。该乳液较传统的苯丙乳液拥有更好的钙离子稳定性、防锈性能和湿态附着力。杨昌柱[9]等以乙-丙乳液为成膜物质，环己六醇六磷酸酯为锈蚀转化剂，并辅以防锈颜料制备了一种新型的集除油、除锈和防锈于一体的可涂性好的水性转化渗透型防腐蚀涂料。

综上所述，在金属防锈的研究方向，大多采用引入能将锈蚀转化成稳定螯合物的磷酸酯基团，以期在涂层成膜过程引入磷化作用，使磷酸酯基团与金属基材之间形成致密的磷化盐保护膜，使金属表面发生钝化，阻断了水分子和其它盐离子与金属接触，从而达到防锈目的。

3.3 纯丙乳液

纯丙乳液作为一类中间产品或原料其用途十分广泛。纯丙乳液有效克服了油性丙烯酸酯易燃、易爆、有毒、严重污染环境的缺点。纯丙乳液涂料采用纯丙乳液为基料制造，由于纯丙乳液全部采用丙烯酸酯为原料，而丙烯酸酯的户外耐候性优异，因此纯丙涂料的耐候性十分优异，尤其是耐老化性和保色保光性。纯丙涂料是目前较为高档的一种水性涂料[10]。李春芳等[11]以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸为主要原料，加入活性烷氧基烷基硅制备水乳型有机硅防水剂，具有防水防污性能优良、渗透性好、保色保光或增亮、耐久性好等优点。

展望

虽然水性防锈涂料取得了不少的研究成果，但是涂料的综合性能还有进一步提升的空间，特别是新型、高效的水性树脂和功能防锈助剂的开发。近期，水性环氧树脂成为新型防锈涂料成膜物质的选择。该树脂兼具水性树脂和环氧树脂的优异性能，不但环保价廉，而且耐化学品、耐腐蚀性较佳。在防锈助剂方面，今后也将向低毒、复合型发展。特别是利用聚苯胺、聚吡咯等导电高分子材料作为功能填料的新型防腐涂料，将会日益受到重视。

参考文献

[1]李幕英，程璐，水性双组分聚氨酯防锈涂料的研究[J].中国涂料，2013（02）.

[2]陈中华，刘文杰，陈海洪，陈剑华，张鸿.水性多功能带锈防锈涂料的研制[J].电镀与涂饰，2013（12）.

[3]杜克敏.带锈涂料现状及其发展趋势[J].上海涂料，2010，48（1）.

[4]赵红军，田金承.新型水性带锈防腐涂料涂料的研制[J].中国科技信息，2005（10）.

[5]黄河，马道林，张丽，王小波.水性带锈转锈涂料最新研究进展[J].现代涂料与涂装，2010（10）.

[6]王云普，岳斌，高敬民，杨超，刘东杰.新型水性带锈转锈乳液的合成及环保型防锈涂料的制备研究[J].现代涂料与涂装，2006（07）.

[7]易翔，郭贤烙，杨辉琼.水性带锈涂料的研制[J].电镀与涂饰，2002（2）.

[8]丁道宁，张东阳，穆颖，季军宏，周铭.磷酸酯丙烯酸防锈乳液的制备[J].胶体与聚合物，2010（4）.

[9]杨昌柱，刘其城.新型水性转化渗透型带锈防腐蚀涂料[J].涂料与涂装，1999（7）.

[10]汪多仁.丙烯酸乳液在纺织助剂中的应用[J].胶体与聚合物，2001（3）.

[11]李春芳，李东祥.涂料用纯丙乳液的性能[J].涂料技术与文摘.2003（1）.