祝贺 “ 第五届绿色新型防腐涂料、涂装技术交流与产品推介会 ” 胜利召开

祝贺“第五届绿色新型防腐涂料、涂装技术交流与产品推介会”胜利召开祝贺“第五届绿色新型防腐涂料、涂装技术交流与产品推介会”胜利召开

运用改性技术 提高水性工业涂料性价比湖北中科博策新材料研究院金广泉（13707147533）

湖北中科博策新材料研究院简介 研究院是湖北省科技厅批准成立的科研实体，“十一五”承担国家科技支撑计划1项，“863”计划5项，环保部、教育部、湖北省科技厅、广东省科技厅重点自然科学基金、重点软科学课题、重点攻关计划多项。表面处理、涂料及涂装是研究院的重点方向之一。我院是中国氟硅有机材料工业协会常务理事，每年都参加协会涂层专业委员会组织召开的学术交流会议。借本次学术交流的机会，向同仁们学习，加强交流合作，为我国相关领域发展做出更大的贡献。

汇报内容提纲 1、背景 2、累托石粉插层改性天然纳米浆料 3、运用改性技术研制配方 4、研制配方的体会 5、水性涂料涂装中的注意事项 6、共同奋斗推广绿色涂料涂装

一、背景： 溶剂型涂料对环境的污染和对人体健康的危害，使涂料工业向“绿色工业”转化已是刻不容缓。涂料水性化是实现涂料产业环境友好、清洁生产的主要途径之一。水性防腐涂料主要缺点：性价比不高防腐性能差储存稳定性差技术改性提高性能/价格技术措施

研究思路：

二、累托石粉插层改性天然纳米浆料 1、累托石的特性：（1）主要成份为SiO2和Al2O3；其类云母颗粒有助于提高涂料的性能。（2）可分离成类云母和蒙脱石的纳米微粒，产生纳米材料的新特性，可降低涂料成本。（3）高分散性和高塑性，使得累托石粉在涂料中应用具有良好的分散性、悬浮性和流平性等。

（4）高温稳定性：累托石的耐火高达1650℃，在800℃时可保持结构不变。可提高涂层的耐高温性能。（4）高温稳定性：累托石的耐火高达1650℃，在800℃时可保持结构不变。可提高涂层的耐高温性能。（5）吸附性和阴离子交换：对多种无机离子、有机分子和气体分子能可逆吸附和交换。可减少水性、溶剂型涂料中分散、防沉、消泡等助剂用量，降低涂料成本。（6）累托石对波长300～400nm光线或射线具有明显阻隔效果。在涂料中应用，可提高耐侯性，延长使用寿命。

（7）做成的累托石纳米微粒，可不经研磨工序直接分散， 减少生产环节，降低能耗和生产成本。（8）层间孔径和电荷密度可调控：将累托石脱色，插层，表面阳离子化处理，再着色，可开发出既有防锈、分散、防沉、催干效果，又五彩斑斓的多功能颜填料。

2、制取纳米级累托石水性浆料 • 目前，对累托石插层研究大多延用蒙脱土等粘土处理插层剂，使用较多的有烷基铵盐、季铵盐和吡啶类衍生物等。本项目采用的插层剂氟表面活性剂，有突出降低表面能、降低液体表面张力和处理后疏水性等性能。同时上述物与有机物相容性好，用量少，处理成本低廉。

影响插层效果因素：温度、转速、时间及分散介质。影响插层效果因素：温度、转速、时间及分散介质。 • 用X射线衍射仪扫描或透视电镜观测层间距及剥离状况。 • 通过正交试验，确定工艺参数。

将具有纳米结构的层状累托石粉进行插层 有机阳离子表面活性剂累托石阳离子交换后的有机累托石

3、累托石纳米浆料的基本特性 ⑴ 高分散性和高塑性：浆料用于水性涂料中，分散性好，能长期保持悬浮；成膜平整，塑性提高，烘干后不产生裂纹。 ⑵ 高性能：浆料用于水性涂料中，涂层的硬度、耐磨、附着力、柔韧性、抗冲击力、耐候性能都有所提高。

⑶ 使用方便，性能价格比高：由于纳米浆料可直接用于水性涂料，使用方便；用量又少，就能提高涂料性能，所以有很高的性能价格比。 ⑷ 无毒、环保：纳米浆料不含重金属，不对环境造成任何污染。 • 用途：可用于各种水性涂料，成本低，效果显著。 • 缺陷：灰色，只有脱色后才能用于浅色涂料。

三、运用改性技术研制配方 所谓改性技术，即以一种或一种以上的材料，经过一定工艺对某种材料进行处理，改变（善）了这种材料原有的特性。例如，底面合一漆（醇酸/环氧），以有机硅改性醇酸树脂，以丙烯酸与环氧树脂接技共聚，以纳米材料改性复合铁钛粉，这些改性材料制成的涂料，既具有优异的防锈性能，还有良好的耐候性能。

纳米材料的应用，要解决好两个关联的问题。 一是解决技术路线与措施问题，二是解决性能、价格比的问题。在溶剂型涂料中，将无机纳米粉体表面有机化；在水性涂料中，水性纳米浆料的有机化。

（1）对水性树脂/乳液的改性 以纯丙涂料为基料，加入纳米浆料和不加入纳米浆料的两种涂料与商业立邦漆测试对比，经过湖北大学化学与材料学院测试，涂层的品质（耐洗刷性、附着力、柔韧性、耐冲击性、耐磨性等），加入纳米浆料的纯丙涂料比不加入纳米浆料的涂料品质指标要好，与立邦漆相当。例如：耐洗刷性 • 不加纳米浆料的纯丙涂料 10000次 • 加入纳米浆料的纯丙涂料和立邦漆＞20000次

改性水性树脂（乳液）需要解决以下三个问题： ①水性纳米浆料与水性树脂（乳液）的相容性 • 由于ⅰ水性纳米浆料与水性树脂（乳液）都是以水为溶剂；ⅱ水性纳米浆料都是片状、呈悬浮状的纳米微粒。因此，当水性纳米浆料加入到水性树脂（乳液）后，它们的相容性良好。

②纳米浆料用量选择 • 使用纳米浆料能够改善成膜物质的性能。试验表明，纳米浆料用量超过10%，随着储存时间的延长，会出现“胶凝”的假增稠或胀罐现象。根据正交试验，最终选择控制在3～10%。 • 水性纳米浆料应用于面漆，由于色相和消光的作用，使用量应控制在0.5～2%。

③树脂（乳液）用量的选择 • 水性树脂（乳液）是构成涂层最重要的组份，与底材的附着力起重要作用，对底材起着最重要的防护屏障作用。 • 根据用户的需求，其用量一般在35～50%之间。

（2）改性防锈颜料 研究人员分别对铁红粉、复合铁钛粉进行了耐盐水能力研究，铁红本身不具备防锈性能，经改性后耐盐水能力能达到10～20天。将铁红和复合铁钛粉两种防锈颜料复配改性，其防锈能力能达到30天，表明协同作用优异。

当初，研制复合铁钛粉的目的是替代红丹粉，品种单一，仅适用于溶剂型的品种。当初，研制复合铁钛粉的目的是替代红丹粉，品种单一，仅适用于溶剂型的品种。 • 万达科技（无锡）有限公司的技术人员根据改性原理，已经开发了几十个品种，其中既有适用于溶剂型防腐涂料的品种，也有适用于水性防腐涂料的品种。其中有的品种与磷酸锌相比，其性能价格比很高。

用于溶剂型和水性涂料助剂的比较 （3）助剂的使用

在水性涂料体系中，助剂用量虽然不大，但所起的作用很大；是改性技术中不可或缺的成份；在涂料成本的构成中，也是一个不能忽视的因素。在水性涂料体系中，助剂用量虽然不大，但所起的作用很大；是改性技术中不可或缺的成份；在涂料成本的构成中，也是一个不能忽视的因素。 • 这些助剂是针对现有水性树脂的缺陷而研制出来的，不是可有可无，要想改善水性防腐涂料的缺陷，必须要使用助剂。

（4）基本配方： • 水性乳液 35～45% ；纳米浆料 3～8% • 防锈颜料：铁红10～15%；复合铁钛粉 10～15%； • 体质颜料 8～18% ； • 助剂适量。 • 助剂包括：消泡剂、防闪锈剂、分散剂、成膜助剂、增稠剂、流平流变剂，交联促进剂等等。

特例配方1 • 水性防腐专用树脂 60% • 颜填料（铁红10%、铁钛粉10%、重钙20%） 40% • 按铁红 6元/㎏、铁钛粉 4元/㎏计算，本配方性能价格比与溶剂型醇酸防锈漆相差不大。

主要技术指标 • 表干≤30分钟（视环境温度有所变化） • 实干≤10小时（视环境温度有所变化） • 完全固化 80°C 烘1h • 自然固化 7天 • 附着力 1级 • 柔韧性 1mm • 抗冲击 ≥50kg.cm • 耐盐水 ≥500h （经济型≥240h）

特例配方2 （钢材与混凝土防锈、界面剂） • 水性防腐专用树脂 60% • 水性防腐专用粉料 40% • 性能价格比与溶剂型醇酸防锈漆相差不大； • 特别适用于钢材与混凝土的界面防锈与粘接。

特例配方3 （用于低温、高湿度环境） • 水性防腐专用树脂 60% • 水性防腐专用粉料 40% • 性能价格比与溶剂型醇酸防锈漆相差不大； • 特别适用于低温、高湿度、通风不良的空间。

经实验室检测，数据如下：检测样片与红丹醇酸防锈漆（双虎销售）技术指标如下表：经实验室检测，数据如下：检测样片与红丹醇酸防锈漆（双虎销售）技术指标如下表：

经“机械工业表面覆盖层质量监督检测中心”检测，其数据如下：经“机械工业表面覆盖层质量监督检测中心”检测，其数据如下：

纳米浆料使得涂层相关性能得到大幅改善。具体表现：纳米浆料使得涂层相关性能得到大幅改善。具体表现： • 抗冲击：实际考核120kg.cm正反冲击，漆膜不裂； • 柔韧性：反复折弯，不裂，可零度折弯； • 漆膜硬度有所提高。 • 热学：提高漆膜的耐温性，水性底漆耐温可达200°C。 • 光学：对300-400nm紫外线有屏蔽作用，提高了抗候性。

8年来，分别在 • 机械科学院武汉材料保护研究所 • 华中师范大学应用化学所 • 湖北大学 • 海军工程大学 • 3303工厂技术中心 • 总装技术研究所 • 湖北涂料质检中心进行了多项性能测试，性能优秀。

部队评价试验 • 2005-2006年在广州军区某部对两栖自行火炮进行涂装试验；2007年4月，将水性防腐涂料分别送济南军区某部和海军某舰艇进行涂装试验。经过一年多的使用和观察，涂层良好，未发现粉化、脱落、裂纹、起泡、生锈等现象。 • 经实验室大量试验和部队的使用表明，既可以与水性面漆配套，也可以与溶剂型面漆配套。防腐性能优秀。

自2005年以来，该项目技术产品长时间应用于武汉天龙钢构厂 ，武昌锅炉容器厂，以及宜昌众多船厂进行应用；其防锈性能以及经济性、环境友好性得到普遍认可。2010年9月，3000t/y中试装置建成，同年10月，宜昌地区一次订货量即达到110吨。

经济性 传统的防锈漆，如醇酸铁红防锈漆，醇酸红丹防锈漆，利润空间很小。许多厂家以牺牲质量应对市场的残酷竞争。材料没有得到很好的保护，终端用户是最大的受害者。改性水性防腐涂料在提高产品性能的同时，做到了低成本。其市场售价与同类溶剂型防锈漆的品牌质量相当，在应用过程中免除了调漆和清洗过程的溶剂，因此经济性优于传统溶剂型防锈漆。

环保、安全性 工业防腐涂料加大水性化步伐，对减少VOC排放、减少环境污染、节省石油资源、保护地球生态环境，促进两型社会建设具有重大意义。溶剂型涂料挥发对涂装工人的身体健康造成极大危害；同时，由于溶剂型的可燃性，在涂装过程中，特别是在密闭环境中，如果安全措施不当，会导致爆炸和火灾事故。水性防锈漆涂装不燃、无毒、其安全性不容置疑，对清洁、安全生产有重大作用。

四、研制配方的体会 1、研究的内容要符合国家政策国内外都在讲环保，是研究发展的方向，研制的产品都要符合国家的政策。 2、研制的产品市场要量大面广研制的产品市场要量大面广，这样产生的影响大、效益高。 3、研制的产品性能价格比要高产品性能价格比，体现的是社会技术水平。高性能价格比的产品在市场上有竞争力。

四、研制配方的体会 4、使用无机材料有更多的好处石油的价格受到国际市场的影响很大；无机产品受国际市场的影响小，寿命长。例如用无机纳米材料改性树脂所用成本比直接选用高档树脂成本要低很多，而得到的产品质量、性能相当。石油树脂

祝贺 “ 第五届绿色新型防腐涂料、 涂装技术交流与产品推介会 ” 胜利召开