復合鐵鈦顏料在防銹涂料中的應用研究

摘要： 應用復合防銹顏料，開發(fā)環(huán)保型復合鐵鈦防銹涂料

關鍵詞：復合鐵鈦防銹顏料、環(huán)保型、低成本、防銹涂料

1、引言
       目前，在鋼結(jié)構(gòu)上的防腐措施雖然很多，但應用最廣泛的仍然是涂料保護方法。在這種方法中，防銹底漆是決定保護效果的重要因素。紅丹防銹涂料是傳統(tǒng)的防銹涂料中使用最多的、性價比最佳的一種防銹涂料，但由于紅丹系列防銹涂料中鉛對環(huán)境存在嚴重的污染問題，而逐步受環(huán)保法規(guī)的限制，隨著工業(yè)化的進程和社會的進步，人們對防銹涂料的要求也越來越高，所以，為提高涂料的保護壽命，保護生態(tài)環(huán)境，節(jié)約施工費用，研究環(huán)保型，低成本、防銹性能優(yōu)的防銹涂料是勢在必行。
我們自2002年開始試用復合鐵鈦防銹顏料，對第一代A型和第二代D型復合鐵鈦顏料應用在各種類型的防銹涂料中，制成的防銹涂料，其性價比優(yōu)于紅丹系列防銹漆。特別是制成的涂料可以解決傳統(tǒng)防銹涂料顏色單調(diào)，含鉛量過高等問題。經(jīng)過在軍用裝備和民用設施等不同區(qū)域船舶、鋼架、貯罐、坦克上涂裝的試驗后，均反應防銹效果良好。由于復合鐵鈦防銹涂料具有適應市場需要的色彩，性價比優(yōu)異，該防銹涂料很快就被人們接受、認可。
2、試驗部分
2.1原材料
       主要原材料為樹脂、顏填料（包括復合鐵鈦防顏料）、助劑及溶劑。
2.1.1 成膜物的選擇
       我們分別選用醇酸、環(huán)氧、環(huán)氧酯、丙烯酸樹脂、水性樹脂等各類樹脂。
2.1.2顏、填料的選擇
       （1）防銹顏料：根據(jù)環(huán)保要求，我們將我國現(xiàn)有非鉛系鐵紅、無毒防銹顏料磷酸鹽類防銹顏料以及國外的磷酸鈣鋅、磷鉬酸鋅鈣等改性防銹顏料進行分析、對比，有些防銹性能遠不如紅丹防銹顏料，有些其性能略超過紅丹，但因其價格太高（如表1所示），短期內(nèi)很難實際應用。因而，我們在尋找防銹性能上優(yōu)于紅丹，價格合理的新型防銹顏料。通過對萬達科技(無錫)有限公司生產(chǎn)的復合鐵鈦防銹顏料應用，發(fā)現(xiàn)復合鐵鈦防銹顏料，由于有納米材料的引入大大改善了載體的體積填充致密度，減少了毛細孔作用，屏蔽致密程度大大增加，而且載體本身與紅丹（Pb3O4）結(jié)構(gòu)相類似，也有一定的防銹作用，其技術指標如表2、3所示。將其用于防腐涂料中，借助其中納米材料使其細微的顆粒充填涂膜結(jié)構(gòu)，增加漆膜致密度，降低漆膜可滲性，從而有效地提高漆膜的防腐性能。
表1   簡介國內(nèi)外的幾種防銹顏料

品種 價格（元/噸） 性能
氧化鐵紅 3000~5000 防銹性能不高，主要用于防銹要求不高的場合
磷酸鋅 8000~9000 用于防銹涂料，但防銹性能不如鉛鉻系列
三聚磷酸鋁 9000~9500 用于防銹涂料，但防銹性能不如鉛鉻系列
其它含磷防銹顏料 10000~12000 三聚磷酸鈣、亞磷酸氫鈣等，性能比磷酸鋅稍好，但應用不廣
磷酸鈣鋅 38300(2003年價) 改性后的品種特別是微細化后可與紅丹性能相近或略超紅丹
磷鉬酸鋅鈣 24200(2003年價)
WD—A—325黑色復合鐵鈦粉 約4000 引入涂層中，涂膜的致密程度很高可阻止酸、堿、鹽水、氧等滲入涂膜可起到很好的防銹作用
WD—D—500白色復合鐵鈦粉 約5000

 
表2  A型復合鐵鈦的技術指標          表3  D型復合鐵鈦的技術指標

項目 指標
WD—A—325 WD—A—500
Fe3O4   %    60 60
TiO2  ，% ≥ 2.0 2.0
325目篩余物，%≤ 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
遮蓋力  g/cm2   ≤ 50 50
水溶物 g/100g  ≤ 0.5 0.5
揮發(fā)分（105℃）≤ 1.0 1.0
水懸浮液pH 6~8 6~8
項目 指標
WD—D—325 WD—D—500
P2O5  %  ≥ 10.0 20.0
TiO2   %   ≥ 0.8 1.0
400目篩余物 % ≤ 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
遮蓋力  g/cm2   ≤ 160 160
水溶物 g/100g  ≤ 0.5 0.5
揮發(fā)分（105℃）≤ 1.0 1.0
水懸浮液pH 6~8 6~8

     
（2）填料：選擇一定量體質(zhì)顏料相配合，不僅降低生產(chǎn)成本，同時也能起到改善漆膜功能，提高漆膜的附著力等作用。
2.1.3助劑的選用
       （1）分散劑：由于復合防銹顏料中加入納米材料，還是比較難分散，無論是醇酸、環(huán)氧、環(huán)氧酯、丙烯酸或水性防銹涂料都要加入適合的分散劑，采用合適的分散工藝，、使該涂料分散好，才有更好的防銹效果。
       （2）其它助劑：在涂料配方中加入了一定量助劑，如觸變劑、消泡劑、流平劑、催干劑、防結(jié)皮劑等，有效地防止涂料在貯存和施工過程中出現(xiàn)質(zhì)量病態(tài)。
2.2復合鐵鈦防銹涂料的配方設計
          在選定了防銹涂料的原材料后，根據(jù)防銹涂料配方設計基本原則、顏基比。既考慮防銹性能符合標準，又考慮新的防銹涂料對現(xiàn)有生產(chǎn)設備的要求，通過正交試驗進行組合，最后確定復合鐵鈦防銹涂料配方，如鐵紅醇酸復合鐵鈦防銹涂料配方見表4。
  附表4    鐵紅醇酸復合鐵鈦防銹涂料參考配方

原材料 質(zhì)量分數(shù)/%
WD—D鐵鈦粉 20~27
氧化鐵紅 6~8
醇酸樹脂 40~48
其它防銹顏料 3~6
填料 5~9
分散劑 適量
防沉劑 2~5
催干劑 2.5~3.5
防結(jié)皮劑 適量
溶劑 適量

3、復合鐵鈦防銹涂料生產(chǎn)工藝簡介
3.1工藝流程
復合防銹顏料預分散

過濾
檢測
調(diào)色缸
砂磨機
中間缸
配料缸
包裝
樹脂、顏、填料
助劑、溶劑                                 助劑、溶劑
3.2操作規(guī)程
       將稱量好的樹脂、填料、觸變劑及助劑投入配料缸，攪拌均勻后，包括預分散的復合防銹顏料，放入中間缸內(nèi)，經(jīng)過砂磨機研磨至細度合格后，放入調(diào)色缸內(nèi)，攪拌均勻，檢測質(zhì)量指標合格后，過濾包裝。
3.3產(chǎn)品質(zhì)量測試結(jié)果
由表上可見產(chǎn)品質(zhì)量完全符合部頒標準（如表5所示）。
表5  部分防銹漆的性能測試結(jié)果

涂料名稱
性能 C0328各色鐵鈦醇酸防銹漆 H0351各色復合鐵鈦環(huán)氧防銹漆（分裝） H0311環(huán)氧酯涂料
各色鐵鈦環(huán)氧酯底漆
漆膜顏色及外觀 符合標準樣板及色差范圍，漆膜平整 符合標準樣板及色差范圍，漆膜平整 符合標準樣板及色差范圍，漆膜平整
細度，µm 50 50 60
硬度 0.25 0.4 0.3
粘度，秒 72 77 75
干燥時間，h 4/24 4/24 4/24
柔韌性，mm 1 1 1
附著力，級 1 1 2
沖擊強度，kg/cm 50 50 50
耐鹽霧，h 200以上 400以上 200以上（國家標準無此項）
耐鹽水,3%Nacl 10天 28天以上 13天以上

   除上表三類產(chǎn)品外，還有丙烯酸、水性防銹涂料等。
4、施工方法
復合鐵鈦防銹涂料與傳統(tǒng)防銹涂料的施工方法相同，可刷涂、滾涂或無空氣噴涂。
5、結(jié)論
       （1）本防銹涂料具有耐鹽水、耐鹽霧、防銹性能等優(yōu)異的特性，可全面替代傳統(tǒng)防銹涂料。
       （2）產(chǎn)品的單位成本與原傳統(tǒng)的紅丹防銹涂料、環(huán)氧酯底漆、環(huán)氧云鐵防銹涂料低10%以上。
       （3）該涂料是非鉛系復合鐵鈦防銹涂料，符合軍用裝備上涂裝涂料要求，并可廣泛用于各類軍事裝備和各種民用防腐涂裝體系，具有很高的實用價值。
       （4）可配制各色防銹涂料，該涂料比重小，涂布面積比傳統(tǒng)防銹涂料大，節(jié)省使用成本，深受船舶、鋼結(jié)構(gòu)制品公司的青睞。
（5）該產(chǎn)品是非鉛系防銹涂料，對環(huán)境及施工人員損害少、環(huán)保、有良好的社會效益和經(jīng)濟效益，將會促進并帶動我國防銹涂料的開發(fā)研究。