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复合铁钛颜料在防锈涂料中的应用研究
摘要： 应用复合防锈颜料，开发环保型复合铁钛防锈涂料
关键词：复合铁钛防锈颜料、环保型、低成本、防锈涂料
1、引言
目前，在钢结构上的防腐措施虽然很多，但应用最广泛的仍然是涂料保护方法。在这种方法中，防锈底漆是决定保护效果的重要因素。红丹防锈涂料是传统的防锈涂料中使用最多的、性价比最佳的一种防锈涂料，但由于红丹系列防锈涂料中铅对环境存在严重的污染问题，而逐步受环保法规的限制，随着工业化的进程和社会的进步，人们对防锈涂料的要求也越来越高，所以，为提高涂料的保护寿命，保护生态环境，节约施工费用，研究环保型，低成本、防锈性能优的防锈涂料是势在必行。
我们自2002年开始试用复合铁钛防锈颜料，对第一代A型和第二代D型复合铁钛颜料应用在各种类型的防锈涂料中，制成的防锈涂料，其性价比优于红丹系列防锈漆。特别是制成的涂料可以解决传统防锈涂料颜色单调，含铅量过高等问题。经过在军用装备和民用设施等不同区域船舶、钢架、贮罐、坦克上涂装的试验后，均反应防锈效果良好。由于复合铁钛防锈涂料具有适应市场需要的色彩，性价比优异，该防锈涂料很快就被人们接受、认可。
2、试验部分
2.1原材料
主要原材料为树脂、颜填料（包括复合铁钛防颜料）、助剂及溶剂。
2.1.1 成膜物的选择
我们分别选用醇酸、环氧、环氧酯、丙烯酸树脂、水性树脂等各类树脂。
2.1.2颜、填料的选择
（1）防锈颜料：根据环保要求，我们将我国现有非铅系铁红、无毒防锈颜料磷酸盐类防锈颜料以及国外的磷酸钙锌、磷钼酸锌钙等改性防锈颜料进行分析、对比，有些防锈性能远不如红丹防锈颜料，有些其性能略超过红丹，但因其价格太高（如表1所示），短期内很难实际应用。因而，我们在寻找防锈性能上优于红丹，价格合理的新型防锈颜料。通过对万达科技(无锡)有限公司生产的复合铁钛防锈颜料应用，发现复合铁钛防锈颜料，由于有纳米材料的引入大大改善了载体的体积填充致密度，减少了毛细孔作用，屏蔽致密程度大大增加，而且载体本身与红丹（Pb3O4）结构相类似，也有一定的防锈作用，其技术指标如表2、3所示。将其用于防腐涂料中，借助其中纳米材料使其细微的颗粒充填涂膜结构，增加漆膜致密度，降低漆膜可渗性，从而有效地提高漆膜的防腐性能。
2.1原材料
主要原材料为树脂、颜填料（包括复合铁钛防颜料）、助剂及溶剂。
2.1.1 成膜物的选择
我们分别选用醇酸、环氧、环氧酯、丙烯酸树脂、水性树脂等各类树脂。
2.1.2颜、填料的选择
（1）防锈颜料：根据环保要求，我们将我国现有非铅系铁红、无毒防锈颜料磷酸盐类防锈颜料以及国外的磷酸钙锌、磷钼酸锌钙等改性防锈颜料进行分析、对比，有些防锈性能远不如红丹防锈颜料，有些其性能略超过红丹，但因其价格太高（如表1所示），短期内很难实际应用。因而，我们在寻找防锈性能上优于红丹，价格合理的新型防锈颜料。通过对万达科技(无锡)有限公司生产的复合铁钛防锈颜料应用，发现复合铁钛防锈颜料，由于有纳米材料的引入大大改善了载体的体积填充致密度，减少了毛细孔作用，屏蔽致密程度大大增加，而且载体本身与红丹（Pb3O4）结构相类似，也有一定的防锈作用，其技术指标如表2、3所示。将其用于防腐涂料中，借助其中纳米材料使其细微的颗粒充填涂膜结构，增加漆膜致密度，降低漆膜可渗性，从而有效地提高漆膜的防腐性能。
表1 简介国内外的几种防锈颜料
|
品种 |
价格（元/吨） |
性能 |
|
氧化铁红 |
3000~5000 |
防锈性能不高，主要用于防锈要求不高的场合 |
|
磷酸锌 |
8000~9000 |
用于防锈涂料，但防锈性能不如铅铬系列 |
|
三聚磷酸铝 |
9000~9500 |
用于防锈涂料，但防锈性能不如铅铬系列 |
|
其它含磷防锈颜料 |
10000~12000 |
三聚磷酸钙、亚磷酸氢钙等，性能比磷酸锌稍好，但应用不广 |
|
磷酸钙锌 |
38300(2003年价) |
改性后的品种特别是微细化后可与红丹性能相近或略超红丹 |
|
磷钼酸锌钙 |
24200(2003年价) | |
|
WD—A—325黑色复合铁钛粉 |
约4000 |
引入涂层中，涂膜的致密程度很高可阻止酸、碱、盐水、氧等渗入涂膜可起到很好的防锈作用 |
|
WD—D—500白色复合铁钛粉 |
约5000 |
表2 A型复合铁钛的技术指标 表3 D型复合铁钛的技术指标
|
项目 |
指标 | |
|
WD—A—325 |
WD—A—500 | |
|
Fe3O4 % |
60 |
60 |
|
TiO2 ，% ≥ |
2.0 |
2.0 |
|
325目筛余物，%≤ |
3.0 |
3.0 |
|
密度 27℃ g/cm3 |
4.4~4.6 |
4.2~4.5 |
|
吸油量 g/100g ≤ |
6~12 |
8~14 |
|
遮盖力 g/cm2 ≤ |
50 |
50 |
|
水溶物 g/100g ≤ |
0.5 |
0.5 |
|
挥发分（105℃）≤ |
1.0 |
1.0 |
|
水悬浮液pH |
6~8 |
6~8 |
|
项目 |
指标 | |
|
WD—D—325 |
WD—D—500 | |
|
P2O5 % ≥ |
10.0 |
20.0 |
|
TiO2 % ≥ |
0.8 |
1.0 |
|
400目筛余物 % ≤ |
3.0 |
2.0 |
|
密度 27℃ g/cm3 |
2.8~3.1 |
2.8~3.1 |
|
吸油量 g/100g ≤ |
8~14 |
10~17 |
|
遮盖力 g/cm2 ≤ |
160 |
160 |
|
水溶物 g/100g ≤ |
0.5 |
0.5 |
|
挥发分（105℃）≤ |
1.0 |
1.0 |
|
水悬浮液pH |
6~8 |
6~8 |
（2）填料：选择一定量体质颜料相配合，不仅降低生产成本，同时也能起到改善漆膜功能，提高漆膜的附着力等作用。
2.1.3助剂的选用
（1）分散剂：由于复合防锈颜料中加入纳米材料，还是比较难分散，无论是醇酸、环氧、环氧酯、丙烯酸或水性防锈涂料都要加入适合的分散剂，采用合适的分散工艺，、使该涂料分散好，才有更好的防锈效果。
2.1.3助剂的选用
（1）分散剂：由于复合防锈颜料中加入纳米材料，还是比较难分散，无论是醇酸、环氧、环氧酯、丙烯酸或水性防锈涂料都要加入适合的分散剂，采用合适的分散工艺，、使该涂料分散好，才有更好的防锈效果。
（2）其它助剂：在涂料配方中加入了一定量助剂，如触变剂、消泡剂、流平剂、催干剂、防结皮剂等，有效地防止涂料在贮存和施工过程中出现质量病态。
2.2复合铁钛防锈涂料的配方设计
在选定了防锈涂料的原材料后，根据防锈涂料配方设计基本原则、颜基比。既考虑防锈性能符合标准，又考虑新的防锈涂料对现有生产设备的要求，通过正交试验进行组合，最后确定复合铁钛防锈涂料配方，如铁红醇酸复合铁钛防锈涂料配方见表4。
附表4 铁红醇酸复合铁钛防锈涂料参考配方
2.2复合铁钛防锈涂料的配方设计
在选定了防锈涂料的原材料后，根据防锈涂料配方设计基本原则、颜基比。既考虑防锈性能符合标准，又考虑新的防锈涂料对现有生产设备的要求，通过正交试验进行组合，最后确定复合铁钛防锈涂料配方，如铁红醇酸复合铁钛防锈涂料配方见表4。
附表4 铁红醇酸复合铁钛防锈涂料参考配方
|
原材料 |
质量分数/% |
|
WD—D铁钛粉 |
20~27 |
|
氧化铁红 |
6~8 |
|
醇酸树脂 |
40~48 |
|
其它防锈颜料 |
3~6 |
|
填料 |
5~9 |
|
分散剂 |
适量 |
|
防沉剂 |
2~5 |
|
催干剂 |
2.5~3.5 |
|
防结皮剂 |
适量 |
|
溶剂 |
适量 |
3、复合铁钛防锈涂料生产工艺简介
3.1工艺流程
3.1工艺流程
复合防锈颜料预分散
|
过滤 |
|
检测 |
|
调色缸 |
|
砂磨机 |
|
中间缸 |
|
配料缸 |
|
包装 |
助剂、溶剂 助剂、溶剂
3.2操作规程
将称量好的树脂、填料、触变剂及助剂投入配料缸，搅拌均匀后，包括预分散的复合防锈颜料，放入中间缸内，经过砂磨机研磨至细度合格后，放入调色缸内，搅拌均匀，检测质量指标合格后，过滤包装。
3.3产品质量测试结果
由表上可见产品质量完全符合部颁标准（如表5所示）。
表5 部分防锈漆的性能测试结果
|
涂料名称
性能 |
C0328各色铁钛醇酸防锈漆 |
H0351各色复合铁钛环氧防锈漆（分装） |
H0311环氧酯涂料
各色铁钛环氧酯底漆 |
|
漆膜颜色及外观 |
符合标准样板及色差范围，漆膜平整 |
符合标准样板及色差范围，漆膜平整 |
符合标准样板及色差范围，漆膜平整 |
|
细度，µm |
50 |
50 |
60 |
|
硬度 |
0.25 |
0.4 |
0.3 |
|
粘度，秒 |
72 |
77 |
75 |
|
干燥时间，h |
4/24 |
4/24 |
4/24 |
|
柔韧性，mm |
1 |
1 |
1 |
|
附着力，级 |
1 |
1 |
2 |
|
冲击强度，kg/cm |
50 |
50 |
50 |
|
耐盐雾，h |
200以上 |
400以上 |
200以上（国家标准无此项） |
|
耐盐水,3%Nacl |
10天 |
28天以上 |
13天以上 |
除上表三类产品外，还有丙烯酸、水性防锈涂料等。
4、施工方法
4、施工方法
复合铁钛防锈涂料与传统防锈涂料的施工方法相同，可刷涂、滚涂或无空气喷涂。
5、结论
（1）本防锈涂料具有耐盐水、耐盐雾、防锈性能等优异的特性，可全面替代传统防锈涂料。
（2）产品的单位成本与原传统的红丹防锈涂料、环氧酯底漆、环氧云铁防锈涂料低10%以上。
（3）该涂料是非铅系复合铁钛防锈涂料，符合军用装备上涂装涂料要求，并可广泛用于各类军事装备和各种民用防腐涂装体系，具有很高的实用价值。
（4）可配制各色防锈涂料，该涂料比重小，涂布面积比传统防锈涂料大，节省使用成本，深受船舶、钢结构制品公司的青睐。
5、结论
（1）本防锈涂料具有耐盐水、耐盐雾、防锈性能等优异的特性，可全面替代传统防锈涂料。
（2）产品的单位成本与原传统的红丹防锈涂料、环氧酯底漆、环氧云铁防锈涂料低10%以上。
（3）该涂料是非铅系复合铁钛防锈涂料，符合军用装备上涂装涂料要求，并可广泛用于各类军事装备和各种民用防腐涂装体系，具有很高的实用价值。
（4）可配制各色防锈涂料，该涂料比重小，涂布面积比传统防锈涂料大，节省使用成本，深受船舶、钢结构制品公司的青睐。
（5）该产品是非铅系防锈涂料，对环境及施工人员损害少、环保、有良好的社会效益和经济效益，将会促进并带动我国防锈涂料的开发研究。
