0 引言

伴随着大量旧城改造工程的展开，城市的快速交通体系大量使用钢结构框架体系来取代之前的水泥钢筋体系，而这些钢结构的表面防腐涂装尤为重要。目前钢结构内外表面的涂装基本是溶剂型环氧涂层与丙烯酸聚氨酯面漆配套使用。

这种配套体系虽然防腐性能优异，使用年限长，但是由于体系中含有大量的VOC，对操作工人健康危害较大，对环境也会造成污染，防腐漆的水性化[1]必然是技术发展的方向中国建材网cnprofit.com。由于受天气、湿度、表面处理程度的影响，目前水性防腐漆在外表面涂装的应用受到了一定的限制。

笔者通过对钢结构客户的走访发现，溶剂型涂料味道大，并且内表面空气流通不畅，在进行钢箱梁内表面涂装的时候，工人意见较大，而水性防腐漆属于环保涂料，无毒无害，因此水性防腐漆在内表面的应用有较好的前景。

1 实验部分

1.1 主要原料

主要原材料见表1。

主要原材料

1.2 水性丙烯酸防腐漆的制备

将计量的去离子水和流变助剂加入到调漆缸内高速分散至胶状，再加入分散剂、润湿剂、消泡剂、多功能助剂、抗冻剂和颜填料，高速分散研磨至细度≤50 μm，再低速加入剩余的去离子水、水性树脂、成膜助剂、抗闪锈剂等，最后加入流变助剂调整黏度，用100 目滤布过滤包装。配方如表2。

水性单组份丙烯酸防腐漆参考配方

1.3 性能测试

（1）不挥发物含量按GB/T 1725-2007测定；

（2）漆膜耐水性按GB/T 1733-1993测定；

（3）附着力按GB/T 5210-2006拉开法测定；

（4）漆膜耐中性盐雾按GB/T 1771-2007 测定；

（5）漆膜耐冲击按GB/T1732-1993测定；

（6）漆膜硬度按GB/T 1730摆杆阻尼试验测定；

（7）漆膜柔韧性按GB/T 6742- 2007 弯曲试验测定。

2 结果与讨论

2.1 水性防锈乳液的选择

由于水性环氧乳液价格较高，并且双组分施工有一定施工适用期，而水性树脂含有较多的助溶剂VOC，含量依旧偏高，故选择综合性能较好的单组份水性丙烯酸防锈乳液作为成膜物质。选择不同型号的水性防锈乳液，配以相同用量的钛白粉和磷酸锌作为颜填料进行实验，测试水性树脂对漆膜耐盐雾性能的影响，结果如图1。

不同型号的单组份丙烯酸乳液对漆膜耐盐雾性能的影响

图1 中的漆膜厚度均在100～120 μm，室温干燥7d 后放入盐雾箱中，30 d 后取出样板。从图1 中可以看出国产的1028、1098、719F三款防锈乳液制成的样板锈蚀比较严重，自制的无皂乳液DS-01 制成的样板除划线处锈蚀外，其他位置并无变化，性能接近的两款进口防锈乳液926 和717。根据客户要求制备两款中高档水性防腐涂料，所用树脂分别为自制DS-01 无皂丙烯酸乳液和进口926丙烯酸防锈乳液。

2.2 分散剂的选择

防腐涂装底漆和面漆一般使用无机颜料较多，研究中选用了几款价格相对较低，对无机颜料分散比较好的聚羧酸盐类水性分散剂作为对比，分别是进口的聚羧酸钠盐分散剂TH-18 和疏水改性聚羧酸盐分散剂731A，两者的耐盐水性能有一定差异。使用DS-01 作为防锈乳液，仅加白色颜料金红石型钛白粉，无其他防锈颜料，分别用TH-18 和731A两款分散剂作为对比实验，制板漆膜实干后浸泡在3%盐水中，30 d 后取出样板，如图2所示。

不同分散剂对漆膜性能的影响

图2 可以看出，DS-01 作为防锈乳液时，经过疏水改性的731A分散后制备的漆膜耐盐水锈蚀的面积较小。用进口防锈乳液926 配套731A，再加磷酸锌防锈颜料，划叉浸泡3%盐水30 d，漆膜无锈蚀，耐盐水性能较好。故选择疏水改性聚羧酸盐分散剂731A作为研磨无机颜料的主分散剂。

2.3 流变助剂体系的选择

水性涂料的流变性能主要考虑其施工性能和贮存性能。钢箱梁内表面的涂装对施工要求较高，一般为2道施工，每道干膜厚度需达到100 μm以上。使用有机改性的蒙脱石粘土类流变助剂LT，可以提供低剪切黏度，使得涂层在流平过程中有很好的触变性，不易流挂，涂层可达到较高的一次性干膜厚度。WT-204 缔合型聚氨酯流平流变助剂可使涂料获得类似牛顿流体的流变性能，并赋予涂膜很好的光泽、丰满度和耐水性，故而受到青睐。

2.4 抗闪锈剂的选择

水性涂料喷涂在金属基材上后，水与金属和空气极易发生电化学腐蚀和化学腐蚀，从而迅速产生锈蚀，即常见的闪锈和返锈。这就需要选择合适的高效抗闪锈剂来防止初期锈蚀。

选择常用的亚硝酸盐类的抗闪锈剂NaNO2 和不含VOC、亚硝酸盐和硼酸盐类的防闪锈剂E660B作为对比，选几个除锈不够完全的钢板，分别使用环保型抗闪锈剂E660B、亚硝酸钠及两者复配使用，结果如图3所示。

从图3 中可以看出，刷涂在除锈不完全的地方时，单独使用0. 2%的E660B时钢板依然出现闪锈，而单独使用0. 15%NaNO2及0. 05%NaNO2和0. 1%E660B复配使用时则无闪锈。从环保、成本和抗闪锈效果等方面考虑，NaNO2和E660B复配使用比较好。

不同抗闪绣剂对漆膜性能的影响

2.5 成膜助剂对干燥速度的影响

钢箱梁内部空气流通不畅，漆膜的干燥速度会减慢，因此需要调整成膜助溶剂的挥发梯度，尽量加快体系中水分的挥发，同时又要保证乳液的成膜效果。研究中选用了沸点从低到高的几种成膜助剂作为助溶剂进行对比，结果如表3 所示。

不同成膜助剂及用量对成膜性能的影响

表3 中表明：单独使用乙二醇丁醚作为成膜助剂，虽然表干时间较快，但成膜效果不好；单独使用醇酯十二和二丙二醇甲醚在用量为10%时成膜效果较好，其中单独使用二丙二醇甲醚时漆膜表干时间较快；乙二醇丁醚与醇酯十二按1∶1 比例复配使用时成膜效果较好且表干时间最快。考虑到环保及生产原料的简易性，只选择一种成膜助剂二丙二醇甲醚。

3 水性防腐漆在钢箱梁内部的应用

按照交通部标准JT/T 722—2008《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》[2]，钢箱梁内表面涂层配套体系见表4。非封闭环境内表面涂层配套体系见表5。

封闭环境内表面涂层配套体系

非封闭环境内表面涂层配套体系

对于封闭环境体系，用水性铁红丙烯酸防腐底漆与水性白色丙烯酸防腐面漆配套使用，代替环氧沥青厚浆体系，总干膜厚度≥200 μm。

对于非封闭环境体系，用水性无机富锌底漆与水性白色丙烯酸防腐面漆配套使用，代替环氧沥青厚浆体系，总干膜厚度≥200 μm。

图4 为环氧沥青厚浆体系与水性丙烯酸体系耐中性盐雾60 d试验的结果。

环氧沥青体系与水性丙烯酸体系耐盐雾试验对比

如图4 所示，该配套体系用在钢箱梁内部，防腐性能达到环氧沥青厚浆涂料体系的水平。该体系已经应用在一些大型钢构厂，客户反映良好，有很好的推广应用前景。

4 结语

开发的水性丙烯酸防腐漆应用在钢箱梁内表面涂装得出以下结论。

（1）水性单组分丙烯酸防锈乳液是替代油性防腐漆成膜物质的主要基料，具有性价比高、环保、施工方便等优点，进口的防锈乳液926 和自制的无皂乳液DS-01性均能较好，耐盐雾性能优异；

（2）分散剂使用疏水改性聚羧酸盐类价格便宜、耐水性较好；

（3）流变助剂选择能提供低剪切黏度改性蒙脱石粘土LT 与能提供高剪切黏度和流平性能的WT-204复配使用，一次性喷涂100 μm以上；

（4）成膜助剂选择二丙二醇甲醚；

（5）普通钢箱梁内表面涂装用水性丙烯酸铁红防腐底漆与水性丙烯酸白色防腐面漆配套体系；对防腐要求更高，采用水性无机富锌底漆与水性丙烯酸白色防腐面漆配套，既环保又经济。