0 前言

目前，国内工程起重机装备用防腐蚀底漆一般采用溶剂型醇酸底漆、环氧酯底漆、聚氨酯底漆、双组分环氧铁红底漆以及环氧富锌底漆等，喷涂环境恶劣，空气中VOC含量高。由于工程起重机占地面积广，无法独设喷涂车间以及烘干室，因此，国内生产企业通常把烧焊与喷涂共处一室，存在严重的易燃易爆危险及健康危害。

国内生产机械装备用水性高性能涂层材料的企业主要为BASF、NIPPON、PPG等国际知名企业，其产量约占国内工业用水性高性能涂层材料总产量的90%，全部用于乘用车涂装，由于施工工艺的不同而无法套用到工程起重机涂装中国建材网cnprofit.com。

当前国内满足工程机械装备水性技术主要集中在机械底盘等要求较低的应用领域和底漆电泳等底涂层制造，而高性能要求的水性防腐涂层技术尚未得到应用。

本文以工程起重机设备产业为目标市场，以高耐腐蚀性及高性价比为目标，研究绿色高性能涂层共性技术。目前该产品性能已通过第三方检测公司的检测，并得到客户试用认可，将为工程起重机涂装水性化奠定良好的产业化基础。

1 试验部分

1.1 原料与设备

原材料：水性环氧乳液、水性双酚A环氧分散体、水性环氧分散体、水性酚醛环氧分散体、水性丙烯酸共聚物、功能助剂、成膜助剂、防沉剂、防锈颜料、颜填料及去离子水组成。

设备：篮式砂磨机、高速分散剂、喷枪、烘箱等。

1.2 水性防腐底漆制备工艺

(1)水性色浆制备：将全部的去离子水加入搅拌槽中，边搅拌边加入有机膨润土，然后加入1/3消泡剂，高速分散15 min，使有机膨润土活化。随后在搅拌条件下加入分散剂、润湿剂，最后加入防锈颜料、颜料与填料，搅拌均匀后加入余下消泡剂，高速分散，然后转移至砂磨机研磨至细度小于15 μm。

(2)水性涂料制备：在搅拌槽中加入水性树脂，然后在搅拌的条件下加入步骤(1)中的水性色浆，最后按照顺序加入成膜助剂、润湿流平剂、防闪蚀剂、防霉剂、触变剂，搅拌均匀，调整pH值为7.0～8.0，静置20～30 min后，用250～350目筛网过滤包装。

1.3 水性防腐底漆配方(见表1)

产品配方一览表

1.4 水性防腐底漆施工工艺

施工工艺1：素材表面经抛丸处理后容易氧化生锈，需在12 h内喷涂水性底漆，施工工艺流程见图1。

水性涂料施工工艺1流程图

施工工艺2：素材经防锈、除油、磷化三合一表面处理剂进行处理，可室温放置1周以上再喷涂水性底漆，素材具有短暂防锈性，施工工艺流程见图2。

水性涂料施工工艺2流程图

1.5 水性防腐底漆与溶剂型涂料性能对比

工程起重机用水性防腐底漆涂膜主要性能如表2所示。

涂膜性能测试一览表

2 结果与讨论

2.1 主体树脂的选择对涂层性能的影响

目前，国内工程起重机装备用防腐底漆按照耐腐蚀要求的不同，由轻度到重度防腐一般采用溶剂型醇酸体系、环氧酯体系、环氧体系、聚氨酯体系以及环氧富锌体系。相对应的水性醇酸与环氧酯体系，涂膜通过氧化干燥成膜，与溶剂型产品相比，涂膜干燥速度较慢、耐腐蚀性能一般、产品施工间隔周期长，不利于大型机械表面涂装，严重影响生产效率，并且水性醇酸易水解，贮存不稳定。

水性聚氨酯树脂价格相对较高，与溶剂型产品相比，由于亲水性基团的引入，其耐腐蚀性、耐水性均有所下降。水性环氧富锌体系，由于锌粉活性高，贮存稳定性较差，易沉淀和胀气，目前还未得到大规模推广应用。

水性环氧树脂干燥较快、涂层耐腐蚀性强、涂层施工间隔短、产品性价比相对较高。综上所述，本实验采用水性双组分环氧为主体树脂，配合不同的防锈颜料及填料，制备出不同性价比的水性防腐底漆。

2.2 分散剂对活性颜料稳定性及涂层性能的影响

水性防腐底漆在配方设计过程中，需要添加适量的活性防锈颜料，此类颜料对分散剂要求较高，贮存过程中易胶化、絮凝，从而导致水性乳液破乳或防腐能力下降。本试验以活性磷酸锌、三聚磷酸铝为防锈颜料，以云母氧化铁红为体质颜料，以硫酸钡、滑石粉等为填料，通过探讨几种不同类型的水性分散剂来验证其对活性颜料的包覆稳定性及其对涂层耐化性的影响。

高分子类型、非离子型、聚丙烯酸型分散剂一般采用锚固基团取代表面活性剂的亲水基团，以保证分散剂在固体颗粒表面上具有更牢固的吸附。

同时，分散剂中含有游离的离子较少，在素材表面形成电化学反应趋势较低，从而金属表面闪锈现象较轻，此类分散剂比较适合分散有机颜料。由表2可知，相对无机颜料及活性防锈颜料而言，聚羧酸钠盐类分散剂Orotan 731A与磷酸酯类分散剂Lutensit® A-EP的颜料分添加量少、分散性高、贮存稳定性、耐化性能最好。

但是，聚羧酸钠盐类分散剂Orotan 731A由于为阴离子型表面活性剂，其电离出来的离子较多，易在金属表面形成电化学势，从而导致涂层在金属表面自干过程中易出现闪锈的问题。综上所述，从性价比的角度，选择Lutensit® A-EP作为分散剂，添加量为颜料的5%。

分散剂的选择对活性颜料稳定性及涂层性能的影响

2.3 防锈颜料对涂层防腐蚀性能的影响

目前，常见的防锈颜料主要有磷酸锌、三聚磷酸铝、磷硅酸锌铝、改性磷酸锌、锌铬黄、红丹、钙离子交换颜料、氧化锌等。锌铬黄和红丹防锈能力优异，但由于重金属含量过高而不能使用，因此，本试验选择磷酸锌、改性磷酸锌、三聚磷酸铝以及钙离子交换颜料为主要防锈颜料，通过耐中性盐雾试验进行性能对比，产品性能如图3所示。

不同牌号磷酸锌对涂层耐腐蚀性的影响

由图3可见，进口纯磷酸锌与国产普通磷酸锌耐腐蚀性能一般；而经过锶或钼改性的磷酸锌SZP-391与SW-111对金属底漆具有较好的封闭性与钝化作用，耐腐蚀能力明显提升，但是产品价格相对较高，并不能普及应用于工程机械行业；钙离子交换颜料AC-5对树脂体系选择性较高，一般适用于丙烯酸树脂体系，与环氧树脂体系协同效果一般；

通过试验发现，当使用普通磷酸锌与三聚磷酸铝复配使用时，产品综合性能良好，三聚磷酸铝能明显改善涂膜后期耐腐蚀性能，对划线处涂膜具有较好的防护性，有效阻隔水分及氧气从此处向面板扩散，而且产品价格相对较低，满足工程机械行业市场推广的需求。因此，本试验选择普通磷酸锌与三聚磷酸铝组合使用，复配比为2∶1(质量分数)，添加量为配方总量的10%～15%。

2.4 不同颜基比对涂层耐腐蚀性的影响

本试验选择以普通磷酸锌与三聚磷酸铝为主要防锈颜料，以云母氧化铁红为体质颜料，以硫酸钡、滑石粉为填充料，探讨最佳颜料添加量，从而保证树脂能够完全包裹住颜料粒子，同时能够在金属底材上达到良好的封闭作用，本试验探讨了图4中几个不同颜基比对产品耐腐蚀性能的影响。

不同颜基比对涂层耐腐蚀性的影响

由图4可见，当颜料总质量比树脂固体量为2.0∶1时，涂层耐腐蚀性能达到最佳水平，树脂能够把颜料粒子完全包裹住。同时，足够多的颜料粒子能够在金属底材上紧密相连，形成一片致密的封团层，从而阻隔了水分子及氧气的进入，达到良好的耐腐蚀性。过多的颜料粒子，由于树脂包裹不能有效，其在涂层表面呈竖状分布，在金属底材间形成通道；而过少的颜料粒子，虽然树脂足够包裹，但是粒子过少，不能完全把底材封闭、钝化，只能依靠树脂自身防腐，因此耐腐蚀性能相对较差。

2.5 不同固化剂用量对涂层耐腐蚀性的影响

本试验采用水性多元胺为固化剂，利用水性多元胺固化剂中的碱性伯胺和仲胺与环氧基发生开环反应，环氧开环形成羟基基团在反应最后可进一步参与交联反应，从而形成更致密的膜。为了进一步确定最佳固化剂添加量，本试验通过固化剂转化率测试[6]、耐中性盐雾以及耐水性测试来评估最优配比，见图5、表4。

不同环氧当量下固化剂转化率

环氧当量比对涂层性能的影响

为确定固化剂用量对涂层综合性能的影响，试验测试了几个不同环氧当量比对固化剂反应转化率、涂层耐化性能的影响。由图5和表4可见，当环氧当量比为80%时，涂层综合性能较佳，涂膜耐腐蚀性、耐水性好，未反应固化剂少。

这是因为在水性体系中，水分散体的环氧组分和胺类固化剂的活泼氢原子之间的交联反应，不可能达到它们在溶剂型或无溶剂型体系中相同的反应程度。在这样的特定情况下，在涂膜中仍然保留了一定数量的未反应亲水性胺类固化剂，这样就导致了涂膜极性增加。这些极性的部位可以与铁离子和水反应，从而导致耐盐雾性和耐水性下降。综上所述，本试验选择固化剂用量占理论计算值的80%为宜。

2.6 最优配方下涂层耐盐雾与耐水性试验图(见图6)

耐中性盐雾与耐水性试验结果照片

由图6可见，本试验制备的涂层，干膜膜厚50μm，耐中性盐雾与耐水600 h测试后，划叉处单边起泡生锈小于2 mm，面板空白处无起泡生锈等现象。可见，本试验制备的水性防腐底漆具有出色的防腐能力。

3 结语

本试验采用水性双组分环氧为主体树脂，结合无毒环保的防锈颜填料，制备一种可应用于工程起重机的水性防腐涂料。该产品可室温固化，适用于现有溶剂型涂装线的施工，节能环保，满足企业安全生产的需求；涂膜具有良好的理化性能、耐腐蚀性能、耐水性能以及具有良好的施工适应性，产品综合性能达到同类型溶剂型产品水平，解决了现有水性产品室温固化耐腐蚀性、耐水性差、干燥慢、施工间隔长的行业难题。该产品的开发有利于促进工程起重机装备涂层行业的绿色环保发展。

工程起重机用水性自干防腐底漆的制备

□ 谢 唯，许奕祥，张红，姚煌，禹汉文，李娜

(广州擎天实业有限公司，广州 510860)