新型快干单组分管道颜色标识漆的研制及应用

张鹏珍，赵成，李蔚强，吴小明，彭华

（上海诚友实业集团有限公司，上海 200437）

新型快干单组分管道颜色标识漆的研制及应用

张鹏珍*，赵成，李蔚强，吴小明，彭华

（上海诚友实业集团有限公司，上海 200437）

传统的硝基类颜色标识漆极易燃烧，且耐候性和保光性差。采用醋酸丁酸纤维素、丙烯酸树脂等为基料，以醋酸丁酯、二氯甲烷、四氯乙烯、异丙醇和丙二醇甲醚醋酸酯为溶剂，开发了一种新型单组分颜色标识漆。研究了树脂用量、溶剂配比以及颜基比对漆膜性能的影响。所制油漆不燃，涂层表干时间4 min，户外曝晒12个月生锈0级、变色1级，氙灯老化试验24 h后粉化0级、变色1级，综合性能好于某市售硝基漆。

醋酸丁酸纤维素；丙烯酸树脂；单组分颜色标识漆；快干；不燃性；耐候性

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

标识一般分为颜色标识和图形标识。为方便识别管道材料、管径尺寸、管壁厚度、管道用途、管道内物质等，管道及一些钢结构材料多采用颜色标识。管道标识有以下功能：清晰地标注了管道的介质以及流向，减少各种事故的发生；美化管路，简单易懂，避免在操作上、设备检修上发生误判断而导致误操作，提高工作效率；如果系统出现故障，循着管道色标可快速准确查找并排除故障；大大减少了企业日常运行中管道以及阀门维修保养的成本。目前市场上的管道标识漆大多为硝基漆，主要由硝化棉、醇酸树脂等基料调配而成，其优点是干燥较快，光泽柔和，缺点是极易燃烧、耐候性差、保光性不好、硬度低、潮湿气候易泛白、不耐热、不耐腐蚀等。上海诚友利用醋酸丁酸纤维素、改性丙烯酸树脂等开发了一种新型颜色标识漆，相对于常规标识漆，具有不燃、单组分、超快干等优点，提高了施工安全性及施工效率，且所得漆膜的耐候性、保光性和装饰性优异。

本文介绍了该管道标识漆的制备，并讨论了树脂、溶剂以及颜基比对漆膜性能的影响。

1 实验

1. 1 原料与仪器

热塑性丙烯酸树脂，醋酸丁酸纤维素(CAB)，改性松香树脂，有机硅类消泡剂，有机硅类流平剂，润湿分散剂，有机膨润土，二氯甲烷，四氯乙烯，醋酸丁酯，丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)，煅烧高岭土，各种颜料(钛白粉、炭黑、颜料黄、耐晒红、酞菁蓝、酞菁绿、颜料紫罗兰、颜料紫、氧化铁红等)，原料均为市售工业级。

JFL-B型60°光泽仪，上海高致精密仪器有限公司；QNIIX4200干膜测厚仪，德国尼克斯；QSJ高速分散机，天津永利达；QND涂-4黏度计、QCJ漆膜冲击试验器，天津亚兴自动化实验仪器厂。

1. 2 涂料的制备

称取占整个体系质量分数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%异丙醇、3.00% ～ 5.00%丙二醇甲醚醋酸酯等溶剂于铁罐中，然后加入2.00% ～ 4.00%有机膨润土，开启高速分散机至2 000 r/min搅拌15 min，降低转速至600 r/min，边搅拌边加入14.00% ～ 16.00%丙烯酸树脂、1.50% ～ 3.00%醋酸丁酸纤维素、5.00% ～ 7.00%改性松香树脂等树脂，树脂溶解均匀后加入0.20%分散剂、0.16%消泡剂、0.14%流平剂、6.00% ～ 8.00%煅烧高岭土和3.00% ～ 8.00%各种颜料，再调转速至2 000 r/min，分散30 min后研磨至细度小于15 μm。

1. 3 漆膜的制备

取150 mm × 70 mm × 1.2 mm的低碳钢板和120 mm × 50 mm × 0.2 mm的马口铁片，用丙酮清洗表面油污，再用400#砂纸按照GB/T 9271-2008《色漆和清漆 标准试板》中3.5.2的方法打磨后用丙酮清洗、晾干，然后用宽35 mm的漆刷刷涂，控制低碳钢板上漆膜的湿膜厚度为80 ～ 100 μm，干膜厚度约30 μm，室温固化7 d后测试漆膜的化学性能。控制马口铁上的干膜厚度在20 μm左右，室温固化12 h，实干后进行机械性能测试。

1. 4 性能测试

1. 4. 1 涂料

目测涂料外观。分别按GB/T 6753.1-2007《色漆、清漆和印刷油墨 研磨细度的测定》、GB/T 1723-1993《涂料粘度测定法》、GB/T 6750-2007《色漆和清漆 密度的测定》、GB/T 5208-2008《闪点的测定 快速平衡闭杯法》和GB/T 1725-2007《色漆、清漆和塑料 不挥发物含量的测定》测涂料的细度、黏度、密度、闪点和固含量。

1. 4. 2 漆膜

分别按GB/T 1728-1979《漆膜、腻子膜干燥时间测定法》、GB/T 9286-1998《色漆和清漆 漆膜的划格试验》、GB/T 1732-1993《漆膜耐冲击测定法》、GB/T 1733-1993《漆膜耐水性测定法》(甲法)、GB/T 1735-2009《色漆和清漆 耐热性的测定》、GB/T 1865-1997《色漆和清漆 人工气候老化和人工辐射暴露》、GB/T 1767-1979《漆膜耐候性测定法》测试漆膜的干燥时间、附着力、冲击强度、耐水性、耐热性、耐老化性和耐候性。依据GB/T 1766-2008《色漆和清漆 涂层老化的评级方法》评价试验结果。

2 结果与讨论

2. 1 基料的选择

醋酸丁酸纤维素是纤维素分子中羟基为乙酸及丁酸共同酯化所形成的纤维素酯，它具有优良的抗湿、耐紫外、耐候、耐寒和装饰性能[1]，尤其与一般的硝基漆相比，其耐候性很好。添加CAB的涂料更容易获得均匀漆膜，并且各项技术指标能达到国际先进水平[2-3]。另外，由于它能够缩短干燥时间、控制体系黏度，因此可作为金属颜料的载体来增强紫外稳定性[4]。

在热塑性丙烯酸树脂中加入10% ～ 20%醋酸丁酸纤维素可以加速溶剂释放性，提高抗冷裂性能，改进喷涂施工性能，减少溶剂引起的银纹[5]。表1显示了CAB在基料中所占质量分数不同时所制涂料及漆膜的性能。可见醋酸丁酸纤维素含量过多(如20%)时，涂料表面干燥过快，容易发生结皮现象，过少(如5%)则表干时间较慢。CAB含量在10% ～ 14%时干燥较快，并且涂料与漆膜的各方面性能都良好。

表1 不同醋酸丁酸纤维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 溶剂种类及其用量

溶剂不仅用来溶解树脂，降低涂料黏度以改善加工性能，而且影响涂料的粘结性、防腐性、户外耐久性以及漆膜的表观，如起泡、流挂、流平等[6]。醋酸丁酯是一种优良的有机溶剂，对乙基纤维素、醋酸丁酸纤维素、聚苯乙烯、甲基丙烯酸树脂、氯化橡胶以及多种天然树胶均有较好的溶解性能，但其闪点(闭杯22 °C)低，易燃。而二氯甲烷、四氯乙烯不燃，并可作为低闪点溶剂的阻燃剂。闭杯试验(见表2)表明醋酸丁酯中加入其质量分数40%以上的二氯甲烷可使二者混合物无闪点，用火点不着，使用相对安全。因为四氯乙烯受紫外光作用会逐渐被氧化成三氯乙酰氯及少量光气，所以需添加少量酚类、胺类、醇类等作为稳定剂。含有稳定剂的四氯乙烯在空气、水及光的存在或照射下，即使被加热至 140 °C，对常用的金属材料也无明显的腐蚀作用[7]。因此选择醋酸丁酯、二氯甲烷和四氯乙烯作为主溶剂。

表2 二氯甲烷与醋酸丁酯按不同比例混合后所得混合物的闭杯闪点Table 2 Closed cup flash point of the mixtures obtained with different mixing ratio of dichloromethane and n-butyl acetate

溶剂的挥发不能太快，也不能太慢。如果挥发太快，漆膜不能流平，也没有足够润湿基材表面，无法形成很好的附着力；如果挥发太慢，漆膜干燥时间过长，同样也会流挂，影响施工进度与质量。将挥发速率不同的5种溶剂混合，考察了不同配比下所得漆膜的性能，列于表 3。由此得到溶剂的最佳配比为 m(醋酸丁酯)∶m(二氯甲烷)∶m(四氯乙烯)∶m(异丙醇)∶m(PMA)= 21.4∶40.0∶23.0∶9.6∶6.0。

表3 溶剂的配比对漆膜性能的影响Table 3 Effect of proportion of solvents on coating properties

2. 3 颜基比

合适的颜基比可以增强漆膜的耐水性，改善溶剂的释放性，提高抗冲击性等[8]。但颜基比太大或太小都会影响漆膜的机械性能和化学性能。考察了不同颜基比下制备的漆膜的性能，结果见表4。可见颜基比控制在0.5时所得漆膜的综合性能最佳。

表4 颜基比对漆膜性能的影响Table 4 Effect of pigment-to-binder ratio on coating properties

2. 4 涂料以及漆膜的性能

按优化条件制备了涂料，并将其与某市售传统硝基颜色标识漆进行对比，结果见表5。由表5可知，相比一般的颜色标识漆，上海诚友制备的颜色标识漆具有快干、不燃、耐候性好等优点，可应用于油井管及配套附件产品的特殊标注，管体、配件的防腐保护、装饰，以及其他钢结构的标识、装饰等，目前已成功应用在上海、新疆、天津等多家单位的各种油套管、钢管上。实践证明其施工方便，效率高，且大大节约了生产成本。

3 结论

(1) 采用丙烯酸树脂与醋酸丁酸纤维素作为颜色标识漆的基料，可显著缩短漆膜的干燥时间，提高耐候性和装饰性。

表5 所制涂料及漆膜与市售硝基颜色标识漆的性能对比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、异丙醇和丙二醇甲醚醋酸酯组成的混合溶剂溶解性能好，使漆膜表干时间快，又不影响最终性能，而且所制涂料用火点不着，使用相对安全。

[1] 邵自强, 李志强, 刘建华. 纤维素酯在涂料中的研究与应用[J]. 纤维素科学与技术, 2005, 13 (3): 46-55.

[2] 梁淑东, 傅长明, 何志鹏, 等. 醋酸丁酸纤维素的性质及其应用[J]. 大众科技, 2011 (7): 146-148.

[3] 李峰. 我国醋酸丁酸纤维素应用与推广前景广阔[J]. 精细与专用化学品, 1995 (12): 5-7.

[4] EDGAR K J, BUCHANAN C M, DEBENHAM J S, et al. Advances in cellulose ester performance and application [J]. Progress in Polymer Science, 2001, 26 (9): 1605-1688.

[5] 袁保厘. 第十五章──纤维素漆[M] // 涂料工艺编委会. 涂料工艺(上册). 3版. 北京: 化学工业出版社, 1997: 979.

[6] 武利民, 李丹, 游波. 现代涂料配方设计[M]. 北京: 化学工业出版社, 2000: 67.

[7] 程能林. 溶剂手册[M]. 3版. 北京: 化学工业出版社, 2002: 227.

[8] 董洪波, 王海青, 王胜利. 以有机硅改性丙烯酸树脂为基料制备道路标线漆的研究[J]. 山东化工, 2003, 32 (4): 42-43, 57.

[ 编辑：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

张鹏珍（1981-），女，山西吕梁人，硕士，工程师，主要从事精细化工方面的研究。

作者联系方式：(E-mail) zpz327@163.com。