水性防锈涂料的配方筛选及防锈性能研究

第21卷第1期高分子材料科学与工程

VOl.21 NO.1

2OO5年1月POLYMER MATERIALS SCIENCE AN ENGINEERING Jan.2OO5水性防锈涂料的配方筛选及防锈性能研究

张丽牛明军刘雪莹刘大壮庞勇

(郑州大学材料工程学院河南郑州45OO52D

摘要:采用盐水浸泡与通电实验~自然电位时效变化等电化学测试手段并用的方法考察了颜料体积浓度(PVC D及三聚磷酸铝含量对水性乳胶涂料耐蚀性的影响O结果表明随着颜料体积浓度与临界体积浓度(CPVC D的比值(PVC/CPVC D及三聚磷酸铝含量的增加涂层的耐蚀性有增加的趋势;当PVC/ CPVC为O.9 三聚磷酸铝含量为4O%时涂层的耐蚀性最佳;含有三聚磷酸铝的涂层后期缓蚀作用加强前期防锈主要依赖于乳胶涂膜的屏蔽作用O实验结果还表明盐水浸泡实验和电化学测试结果有较好的相关性说明这些方法都可以用来探讨金属的腐蚀防护机理O

关键词:三聚磷酸铝;颜料体积浓度;水性防锈涂料;电化学测试

中图分类号:TG433.5文献标识码:A文章编号:1OOO-7555(2OO5D O1-O26O-O4

以苯丙乳液为主要基料配合无毒防锈颜料的水性防锈乳胶涂料具有无毒~不燃~耐老化~耐化学腐蚀~附着力高等优点成为当前防锈涂料发展的重点1]O但目前这方面的报道多限于对涂料配方及产品性能的简单介绍 2 3]没有系统考察防锈颜料对涂层耐蚀性的影响O在评价有机涂层防锈性方面常采用大气暴晒~盐雾实验~盐水浸渍等方法但这些方法周期长且只能根据试片的锈蚀程度来判定涂层防锈性能的优劣O为了在较短时间内评价涂层的防锈性近年来国外一直试图采用电化学方法来评价有机涂层4~6]O

本文以三聚磷酸铝为主体防锈颜料苯丙乳液为基料配制成不同颜料体积浓度和防锈颜料含量的乳胶涂料并采用简单快速~能提供较多信息的电化学方法来评价涂层的防锈性能据此从中筛选出优化配方同时还讨论了防锈机理为涂料产品的继续改进和工业化生产提供了理论数据O

l实验部分

l.l涂料制备

l.l.l原料:涂料成膜物:苯丙乳液工业级;颜填料:三聚磷酸铝~铁红~碳酸钙均为工业级;助剂:醇酯-12~丙二醇~PK-1OO~六偏磷酸钠~消泡剂~防沉剂~缓蚀剂等O

l.l.2颜料与成膜物配比确定:颜料体积浓度(PVC D对于决定防锈漆的效果来讲起着重要作用O在临界体积浓度(CPVC D以下时防锈性能随颜料体积浓度的增加而增加O超过临界值其防锈性能急剧下降O因此一般实际应用时均低于临界颜料体积浓度O

本文以PVC与CPVC的比值作为主要变量分别取PVC/CPVC的值为O.9~O.S和O.7 从中筛选出最佳的PVC/CPVC配方O在进行配方设计时选用三聚磷酸铝的含量分别为颜料总量的2O%~3O%~4O%以便通过考察防锈性能来确定其最佳用量O由此得到的涂料配方如Tab.1所示O

l.l.s制备工艺:将颜填料~分散剂~成膜助剂~防沉剂与水混合搅拌均匀在锥形磨研磨至细度<6O pm制得色浆O再加入苯丙乳液~成膜助剂~缓蚀剂~消泡剂等分散均匀即得产品O

l.2性能测试

收稿日期:2OO3-O3-24

作者简介:张丽(1971 D女博士生讲师.

将45i钢板加工成12O mm>3O mm>O.8

mm的矩形片用砂纸打磨并除油后用涂膜制备器在钢片上涂一层均匀的涂膜成膜厚度4O Mm~5O Mm室温干燥两天O需做涂膜电极时用环氧树脂涂料封闭非工作面测试前再用

1=1的松香.石蜡混合物封闭边角处O

Tab.1Paints f ormulation(%by mass)

COmpOnent Paints

123456789 Aluminum triphOsphate15.2117.213.71O 6.712.29.1 6.1 Ferric Oxide1O.412.714.41O11.713.491O.512 Calcium carbOnate1O.412.714.41O11.713.491O.512 Styrene/acrylic emulsiOn(sOlid45%)3637.636424O.54O.74545.746.4 Additives9.48.48.58.78.58.48.88.88.7 COntent Of antirust pigment

(%tOtal pigment cOntent)

4O3O2O4O3O2O4O3O2O PVC/CPVC O.9O.9O.9O.8O.8O.8O.7O.7O.7

Tab.2Salt immersion test

Immersed time

(d)

Area Of blister(%)

123456789

5O O2O21O22O4O

1O O52O O51O1O5O9O

2O O1O3O3O2O3O1O9O9O Resistance tO salt water(d)3O651183116h

Tab.3Integral area of current-time curve

Panel123456789 Area9.423.739.29.629.5115.517.223.52O.8

1.2.1耐盐水性;将涂膜试片浸入3%的Na-Cl水溶液中测试温度为25C每24h观察其表面直至有起泡.变色现象出现为止O

1.2.2通电实验;以涂膜电极作为阳极涂膜面积为4cm2相似尺寸的铂片作阴极测试电压为1.5V由直流电源提供O线路中的电流由数字万用电表测量电解液为3%NaCl O测量在恒压下电流与样品在3%NaCl溶液中浸泡时间的关系O

1.2.3腐蚀电位时效变化;将制备好的涂膜电极浸入常温3%NaCl溶液中每隔一段时间用数字电压表读取实验电极相对于饱和甘汞参比电极(SCE)的电位值O

2结果与讨论

2.1盐水浸泡实验

将涂膜试片浸入3%的NaCl水溶液中每

24h观察其表面测试结果列于Tab.2O综合考虑耐盐水时间和起泡面积两个因素可以看出随着三聚磷酸铝含量和PVC/CPVC值的提高耐盐水性有增加的趋势这可能是由于防锈颜料颗粒小填充于涂膜中并与树脂相互作用增加了涂膜的湿附着力和抗渗性[7]O当

PVC/CPVC为O.9 三聚磷酸铝含量为4O%时涂膜的耐盐水性最佳O

2.2通电实验

在恒电压下测量涂膜电极在3%NaCl溶液中浸泡时间与电流的关系结果如Fig.1O试片锈蚀程度由法拉第电解定律评价O即金属的锈蚀量与电流-时间关系曲线下的面积成正比O 采用数值积分法计算出Fig.1中各条曲线下的覆盖面积如Tab.3所示O结合Fig.1及Tab.3可以看出随三聚磷酸铝含量和PVC/ CPVC的增加电流-时间曲线下的面积减小耐蚀性增加;在所有的试片中试片1的电流-时间曲线下的面积最小耐蚀性最好这与浸泡盐水的结果一致O

由Fig.1中的(a).(b)可以看出在浸泡过程中电流随时间呈降低趋势这可能是由于膜下形成的腐蚀产物对涂层孔隙的堵塞和防锈颜

162

第1期张丽等;水性防锈涂料的配方筛选及防锈性能研究

(a)PVC/CPVC=O.9

0:paint l;I:paint2;A:paint3

(b)PVC/CPVC=O.8

0:paint4;I:paint S;A:paint6

(C)PVC/CPVC=O.7

0:paint7;I:paint8;A:paint9

Fig.1Current-time curve of diff erent paints in3% NaCl solution

(a)PVC/CPVC=O.9

0:paint l;I:paint2;A:paint3

(b)PVC/CPVC=O.8

0:paint4;I:paint S;A:paint6

(C)PVC/CPVC=O.7

0:paint7;I:paint8;A:paint9

Fig.Corrosion potential of steel panel covered with dif-

f erent paints in3%NaCl solution as a function of

the immersed time

料的缓蚀作用引起的[8]G

当PVC/CPVC为O.7时积分面积相差不大当浸泡一段时间后三个试片的电流有所上升G这种现象与乳胶涂料的成膜过程有关G当PVC较低时有足够的乳液粒子来润湿颜填料表面填充颜填料间的缝隙容易形成较连续的

乳胶涂层这种涂层虽然对~

2O 和氧的透过率

大但对离子的渗透性小而涂层在溶液中的导电性是由于Na和的渗透引起的[9]所以涂层的导电率较低G到了浸渍后期涂膜起泡老化离子渗透性增大导致电流略有增加G

.3腐蚀电位时效变化

常温下测量涂膜电极在3%Na 溶液中的腐蚀电位与浸渍时间的关系测试结果如Fig.2所示G影响涂层金属电位的因素有:涂膜的电阻以及Fe2 和O~等腐蚀产物扩散缓慢造成的浓度上升和防锈颜料对腐蚀的抑制作用等G一般认为在腐蚀环境中金属呈高电位时它的表面被氧化膜所覆盖因而腐蚀得以停止呈低电位时则腐蚀可以继续进行[9]G

262高分子材料科学与工程2OOS 年

由Fig .2可知,与裸钢板在3%NaCl 溶液中的自然腐蚀电位<-730mV /SCE )相比,涂层钢板呈现较高的腐蚀电位 随浸泡时间的延长,腐蚀电位向低的方向移动后又逐渐趋于稳定 这种变化随PVC /CPVC 比值的减小和三聚磷酸铝含量的减少而加剧

在浸泡初期随着水和氧的渗入,膜下金属有腐蚀的趋势,其电位沿活泼方向向下移动,后来由于防锈颜料的缓慢水解,与金属基体相互作用,形成致密的保护膜,改变了电极的表面状态,使电位变化趋于平稳,甚至有所回升

从图上可以看出:PVC /CPVC 的比值为0.9,三聚磷酸铝含量为40%时,涂层防锈效果最佳 这与耐盐水实验及通电实验的测试结果较为一致,说明自然电位时效变化可以为本体系提供有用的信息数据

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STUDY OF FORMULATION AND ANTICORROSION

FOR WATER -BORNE ANTIRUST PAINT

Z~ANG Li ,NIU Ming -jun ,LIU Xue -ying ,LIU Da -Zhuang ,PANG Yong

Keywords :aluminium tri P hos P late ;P igment volume concentration ;W ater -borne antirust P aint ;electrochemical measurement

3

62第1期

张

丽等:水性防锈涂料的配方筛选及防锈性能研究

水性防锈涂料的配方筛选及防锈性能研究

作者：张丽， 牛明军， 刘雪莹， 刘大壮， 庞勇

作者单位：郑州大学材料工程学院,河南,郑州,450052

刊名：

高分子材料科学与工程

英文刊名：POLYMER MATERIALS SCIENCE & ENGINEERING

年，卷(期)：2005,21(1)

被引用次数：9次

参考文献(9条)

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引用本文格式：张丽.牛明军.刘雪莹.刘大壮.庞勇水性防锈涂料的配方筛选及防锈性能研究[期刊论文]-高分子材料科学与工程 2005(1)