苯丙乳液对富锌涂层的改性研究

周　倩，王子瑜

（国家知识产权局专利局 材料工程发明专利审查部，北京100088）

苯丙乳液对富锌涂层的改性研究

周倩，王子瑜

（国家知识产权局专利局 材料工程发明专利审查部，北京100088）

以硅溶胶、氢氧化钾及少量偶联剂反应产物为液相部分，锌粉为固相部分，固液比（质量比）为2.5∶1制备得到的无机富锌涂料为基料，苯丙乳液为改性剂，制备了一种苯丙乳液改性涂料，并研究了苯丙乳液的添加对涂层柔韧性和耐蚀性的影响，确定了最优化的苯丙乳液种类和含量。

苯丙乳液；富锌涂层；改性

水性无机富锌涂料是以水为溶剂、硅酸盐（包括硅酸钾、硅酸钠、硅酸锂等）为成膜基液（黏合剂）、锌粉为颜料的重防腐涂料。锌粉与硅酸盐反应生成网状结构的硅酸锌，同时还与钢铁反应在金属表面形成了硅酸锌铁络合物，因而在钢铁表面形成键能较强的化学吸附。而环氧富锌涂料的附着力来自树脂对钢铁表面的黏合力，属于物理吸附。无机物较有机物导电性能好，因此锌粉的阴极保护作用较强，水性无机富锌涂料的耐腐蚀性远远优于有机富锌涂层［1］。

国内水性无机富锌涂料的基料主要有钠水玻璃、钾水玻璃和锂水玻璃。无机硅酸盐中的硅酸钠和硅酸钾价格低、成膜性好，故用于涂料的多为钾盐、钠盐或它们的混合物［2］。相对于硅酸钠涂层来说，硅酸钾涂层有其独特的优点，不仅固化快，而且耐粉化，可以在湿度较大的地区施工［3］。因此，我们选用高模数硅酸钾作为基液，制备了水性无机硅酸钾富锌涂料。

富锌涂料中水玻璃在干燥成膜过程中产生收缩应力，使涂膜出现微裂纹，涂层柔韧性较差，而有机材料成膜后柔韧性较好，因此在无机富锌涂料中添加一些水溶性乳液作为辅助成膜物，使有机物填充在“—Si—O—Si—”网状结构中以减少成膜收缩和温差引起的胀缩变化［4］。本文对苯丙乳液改性的无机硅酸锌涂料进行了研究。

1　无机富锌涂层的制备

根据已有研究［5］，确定了研究选用的无机硅酸锌涂料的初始配方。该涂料由液相部分和固相部分混合而成。液相部分（基料）主要是硅溶胶、氢氧化钾以及少量偶联剂通过一系列反应得到的胶体溶液，固相部分主要由锌粉组成，实验得出固液比为2.5∶1（质量比），液相模数为5。

表1　不同用量苯丙乳液改性的无机硅酸锌涂层的柔韧性

2　苯丙乳液对富锌涂料的改性

2.1苯丙乳液改性后涂层的柔韧性

不同苯丙乳液由于选用乳化剂的不同，性能也有很大的差异［6］。本研究选择了一种苯丙乳液（以下简称苯丙A）作为辅助成膜物，参照GB/T 1731—1993《漆膜柔韧性测定法》，检测经其改性的无机硅酸锌涂层的柔韧性［7］，结果见表1。由表1可知，涂料中加入乳液后，涂层的柔韧性得到了明显的改善。图1是涂层经柔韧性检测后试样的宏观照片。加入乳液后的涂层完好、无裂纹；而不加乳液的涂层中部有裂纹，边缘剥落。用50倍的立体显微镜对试样的局部区域进行拍照，进一步比较涂层的柔韧性（图2、图3）。比较图2、图3可得，加乳液的涂层裂纹细、短、浅，而无乳液的涂层裂纹粗、长、深，并且有贯穿性的裂纹。

图1　试样A和G经2 mm轴棒弯曲后的宏观照片

图2　涂层A经2 mm轴棒弯曲后的局部显微照片

图3　涂层G经2 mm轴棒弯曲后的局部显微照片

对涂层中锌粉颗粒周围区域进行能谱线扫描分析可知，在很大范围内都检测到了碳元素，这说明有机乳液包覆在了锌粉周围。高柔性和高弹性有机膜的存在改善了涂层的柔性和弹性，为刚性的骨架提供了内聚性，并且使涂层能够承受更高的应力；互相交织的膜层对微裂缝合并为贯穿裂缝有一定的阻碍作用。

2.2苯丙乳液改性后涂层的耐蚀性

涂膜的耐盐雾性反映涂膜抵抗盐雾侵蚀的能力，盐雾试验是目前普遍用来检验涂膜耐腐蚀性的方法［8］。本研究为了加速腐蚀，制备涂层较薄（25 μm左右）。参照GB/T 1771—1991《色漆和清漆 耐中性盐雾性能的测定》中涂膜耐中性盐雾性能的测定方法进行试验，500 h后，观察试板的破坏现象，如起泡、生锈、附着力的降低、划痕处腐蚀的蔓延等［9］，结果见表1。由表1可知，无机硅酸锌涂料中加入苯丙A后，涂层的柔韧性大大改善，但是乳液加入量超过2.5%后，涂层的耐蚀性降低，这是因为苯丙乳液本身导电性较差，加入量过多会影响锌粉的导通性，从而影响其对涂层的电化学保护作用，使得涂层的耐蚀性降低。图4为加入不同乳液含量的底漆盐雾试验后的宏观照片。

图4　不同乳液含量无机硅酸锌涂层盐雾试验后的宏观照片

用扫描电子显微镜观察涂层截面微观结构，结果发现，加入2.5%和7.5%苯丙A的涂层的孔隙率大大降低，涂层比较致密，并且锌粉比无乳液的锌粉颗粒大，这是因为锌粉被乳液严重包覆，这影响了锌粉的导通，从而导致涂层耐蚀性降低。进一步与不含乳液的涂层比较，结果发现，当乳液加入量适中时，加入一定量的乳液能减少涂层孔隙而又不影响锌粉的导通性，在改善涂层机械性能的同时，还能增加涂层的耐蚀性。图5为盐雾试验700 h后A组与G组涂层盐雾试验结果对比照片。

图5　A组和G组700 h后盐雾试验结果

3　结语

综上所述，苯丙A的加入可以大大改善无机硅酸锌涂层的柔韧性，但是乳液的含量必须严格控制，无机硅酸锌涂层是依靠锌粉的电化学保护作用而起到耐腐蚀作用的，而乳液是不导电的高分子聚合物，若乳液含量太高，将会影响锌粉的导通性，从而降低涂层的耐蚀性。但是并不是在无机硅酸锌涂料中加入乳液就一定会降低涂层的耐蚀性，若含量适中，则既不影响锌粉的导通性，又能降低孔隙率，并且能提高涂层的柔韧性。因此研究确定加入乳液苯丙A，且其含量为2.5%。

［1］刘磊，陈亮，汪在芹，等.水工金属结构水性无机富锌涂料研究进展［J］.人民长江，2013（10）：61-65.

［2］高瀚文，邓宽，王炜.水性无机富锌涂料的研制［J］.上海涂料，2012（1）：1-3.

［3］KLINE H H.Inorganic Zinc-rich［J］.Journal of Protective Coatings&Linings，1996，13（11）：73-97.

［4］洪啸吟，冯汉保.涂料化学［M］.北京：科学出版社，2005：51-59.

［5］任英.无机硅酸锌涂层的改性及水性无机富铝面漆的研究［D］.北京：中国矿业大学，2010.

［6］周磊.硅丙乳液改性高模数硅酸钾水性无机富锌涂料的研究［D］.长沙：.湖南大学，2014.

［7］蒋乐.硅酸锂基有机无机复合涂层的制备与性能研究［D］.杭州：浙江大学，2015.

［8］周春婧，李三喜，王松，等.硅丙乳液改性高模数硅酸钾无机富锌涂料的研究［J］.上海涂料，2013（2）：5-9.

［9］郭康.改性苯丙乳液的制备及防水涂料的研制［D］.武汉：武汉工程大学，2015.

【责任编辑 黄艳芹】

Study on Zinc-rich Coating Modified by Styrene Acrylic Latex

ZHOU Qian，WANG Ziyu
（Material Engineering Invention Patent Prosecution Department，the Patent Office，State Intellectual Property Office of P.R.China，Beijing 100088，China）

A styrene acrylic latex modified paint was prepared by mixing a solid portion and a liquid portion with the mass ratio of 2.5：1，and adding styrene acrylic latex as a modifier.The liquid portion was prepared by mixing silica sol，potassium hydroxide and slight amount of coupling agent.The solid portion was made of zinc powder.The flexibility and corrosion resistance of the coating were discussed.The optimum species and amount of styrene acrylic latex were determined.

styrene acrylic latex；zinc-rich coating；modification

TG174.45

A

2095-7726（2016）09-0020-03

2016-03-05

周倩（1983-），女，山东莱西人，硕士，研究方向：金属材料镀覆。