摘要

將不同種類(lèi)的GF-系列云母粉應(yīng)用于水性工業(yè)防腐涂料體系中，進(jìn)行云母粉的加量試驗(yàn)及云母粉對(duì)常規(guī)防銹顏料的替代試驗(yàn)，并通過(guò)耐中性鹽霧和連續(xù)冷凝等測(cè)試研究GF-系列云母粉在水性工業(yè)防腐涂料領(lǐng)域的實(shí)用性。結(jié)果表明：GF-系列云母粉能夠明顯改善水性工業(yè)防腐涂料的抗凝露和耐鹽霧性能，在一定的范圍內(nèi)[1]，隨著云母添加量的增高，抗凝露和耐鹽霧性能均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；云母粉在一定加量范圍內(nèi)可以部分替代水性工業(yè)防腐涂料中的防銹顏料，保證涂層連續(xù)冷凝實(shí)驗(yàn)和耐中性鹽霧性能達(dá)到C4-M的要求，降低配方成本。

引言

傳統(tǒng)的工業(yè)涂料含有大量的有機(jī)溶劑，溶劑在施工和干燥的過(guò)程中大都揮發(fā)出來(lái)，這不僅嚴(yán)重污染環(huán)境和危害人類(lèi)健康，同時(shí)還對(duì)資源造成了極大浪費(fèi)。據(jù)資料顯示， 鋼鐵制品及其設(shè)施在涂裝過(guò)程中揮發(fā)掉的VOC 總量約占全球VOC 總量的20 %～25 %[2]，已經(jīng)成為大氣的主要污染源之一。而水性涂料具有無(wú)色無(wú)味、低黏度、快干、高固含量等優(yōu)點(diǎn)，并且在制造過(guò)程中不使用有機(jī)溶劑、施工過(guò)程不排放有機(jī)溶劑，完全符合國(guó)際流行的“4E”原則[3]，因此，以水性涂料替代溶劑型涂料應(yīng)用于工業(yè)防腐涂裝，對(duì)我國(guó)構(gòu)建和諧社會(huì)和實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前，水性工業(yè)涂料的研究熱點(diǎn)多聚焦于新型水性樹(shù)脂和新型防銹顏料，而對(duì)填料的研究則較少。云母作為一種典型的二維片狀材料，在涂膜收縮過(guò)程中應(yīng)力方向的無(wú)規(guī)性，可以促使水性涂料干燥過(guò)程中涂膜收縮應(yīng)力得到分散性釋放，進(jìn)而改善涂層的應(yīng)用性能。

滁州格銳GF-系列云母粉精選優(yōu)質(zhì)云母原料，采用獨(dú)特的柔性碾磨剝片和精細(xì)分級(jí)提純等工藝流程制備，產(chǎn)品具備徑厚比大、粒徑集中度高、純度高等優(yōu)點(diǎn)。

本文以片狀異型材料-云母為對(duì)象，研究其對(duì)水性工業(yè)涂料防腐性能的功能貢獻(xiàn)，以及部分替代水性工業(yè)防腐涂料中的防銹顏料的性能。

No.1實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

固化劑（ARADUR3986）：亨斯曼；水性環(huán)氧乳液（ARALDITE PZ 3961）：亨斯曼；GF-云母粉：滁州格銳礦業(yè)有限責(zé)任公司；云母粉：市售；沉淀硫酸鋇、滑石粉、高嶺土：市售；磷酸鋅：鑫盛化工；鍶黃：曙燦實(shí)業(yè)。

以上均為工業(yè)級(jí)。

1.2 試驗(yàn)儀器

砂磨機(jī)（WSM-300/Z）：上海賽杰化工設(shè)備有限公司；高速分散（GFJ-0.4）：上海現(xiàn)代環(huán)境；鹽霧箱（DCX3000）：亞太拉斯；冷凝潮濕試驗(yàn)箱（QCT）：翁開(kāi)爾（Q-LAB）。

1.3 涂層的制備及性能測(cè)試

1.3.1 涂層的制備

在研磨罐中加入固化劑、去離子水和分散劑，攪拌均勻后加入云母粉、滑石粉、高嶺土、硫酸鋇（鍶黃、磷酸鋅），研磨至細(xì)度30μm，加入其他助劑，高速分散15min，200目濾網(wǎng)過(guò)濾制得水性工業(yè)防腐涂料。

在以上制備的水性涂料中加入配方量的水性環(huán)氧乳液（環(huán)氧過(guò)量比為1.2），噴涂于噴砂鋼板上，噴涂壓力0.5MPa，噴涂距離20~25cm，干膜厚度為60~80μm。干燥條件為80 °C/2h或常溫7d。

1.3.2 云母粉對(duì)水性工業(yè)涂料防腐性能的試驗(yàn)配方

選取8個(gè)具有代表性的國(guó)內(nèi)外云母粉樣品，試驗(yàn)不同徑厚比和粒度集中度的云母粉對(duì)水性工業(yè)涂料的耐中性鹽霧和連續(xù)冷凝指標(biāo)的影響。實(shí)驗(yàn)配方見(jiàn)表1，8個(gè)云母粉樣品的徑厚比和粒度集中度對(duì)比見(jiàn)表2。

表1試驗(yàn)配方

表2 云母粉1#～8#徑厚比和粒度集中度對(duì)比表

1.3.3 云母粉添加量對(duì)水性工業(yè)涂料防腐性能的試驗(yàn)

選取云母粉5#和7#，試驗(yàn)不同添加量的云母粉對(duì)水性工業(yè)涂料的耐中性鹽霧和連續(xù)冷凝性能的影響。實(shí)驗(yàn)配方見(jiàn)表3。

表3 云母粉加量試驗(yàn)配方

1.3.4  云母粉替代水性工業(yè)涂料中防銹顏料試驗(yàn)

對(duì)云母粉7#的徑厚比和粒度集中度指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)后，獲得云母粉9#（格銳GF-3）和云母粉10#（格銳GF-302）。分別驗(yàn)證云母粉9#和10#替代水性工業(yè)涂料中防銹顏料磷酸鋅的防腐性能。實(shí)驗(yàn)配方見(jiàn)表4，云母粉7#、9#和10#的徑厚比和粒度集中度對(duì)比見(jiàn)表5。

表4 防銹顏料替代試驗(yàn)配方

1.3.5 涂層性能測(cè)試

涂膜性能測(cè)試要求參照HG/T 5176-2017《鋼結(jié)構(gòu)用水性防腐涂層配套體系性能要求》。

連續(xù)冷凝試驗(yàn)參照GB/T 13893-2008的規(guī)定進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)束后取出樣板觀察如出現(xiàn)起泡、生銹、開(kāi)裂和剝落等涂膜病態(tài)現(xiàn)象，按GB/T 1766-2008進(jìn)行描述。

耐中性鹽霧試驗(yàn)參照GB/T 1771-2007的規(guī)定進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)束后取出樣板觀察如出現(xiàn)起泡、生銹、開(kāi)裂和剝落等涂膜病態(tài)現(xiàn)象，按GB/T 1766-2008進(jìn)行描述，試板四周邊緣、板孔周?chē)?mm以?xún)?nèi)及外來(lái)因素引起的破壞現(xiàn)象不做考慮。

為提高耐中性鹽霧試驗(yàn)的效率，樣品未采用配套涂層，而改為單層噴涂60微米，并對(duì)試板進(jìn)行劃線(xiàn)檢測(cè)。

No.2結(jié)果與討論

2.1  云母粉對(duì)水性工業(yè)涂料防腐性能的影響

2.1.1連續(xù)冷凝試驗(yàn)結(jié)果

在水性工業(yè)涂料配方中添加云母粉，進(jìn)行連續(xù)冷凝試驗(yàn)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明云母粉1#、2#和8#的連續(xù)冷凝性能與空白組基本一致，沒(méi)有明顯提升。而云母粉3#、4#、5#、6#和7#則較空白組均有明顯提升，其中云母粉5#、6#和7#的連續(xù)冷凝性能較為突出，分別達(dá)到了280h，300h 和256h。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1云母粉對(duì)水性工業(yè)涂料的連續(xù)冷凝性能的影響

空白組、云母粉1#、2#和8#的連續(xù)冷凝試驗(yàn)120h起泡；云母粉3#、4#到168h起泡；云母粉7#到256h起泡；云母粉5#到280h起泡；云母粉6#可做到300h。

2.1.2 耐中性鹽霧試驗(yàn)結(jié)果

在水性工業(yè)涂料配方中添加云母粉，進(jìn)行耐中性鹽霧性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明云母粉1#～8#的耐中性鹽霧性能較空白組均有不同程度的提升，其中云母粉3#、4#、5#、6#和7#的性能提升較為明顯。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2云母粉對(duì)水性工業(yè)涂料的耐中性鹽霧性能的影響

空白組實(shí)驗(yàn)177h起泡嚴(yán)重；云母粉1#、2#、8#試驗(yàn)297h起泡；云母粉7#到393h起泡；云母粉3#、4#、5#到420h起泡；云母粉6#可做到468h。

2.1.3 云母粉對(duì)水性工業(yè)涂料防腐性能的影響

云母粉對(duì)水性工業(yè)涂料的連續(xù)冷凝和耐中性鹽霧性能的影響的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 不同種類(lèi)的云母粉對(duì)水性工業(yè)涂料的防腐性能的影響

從圖3可知，作為典型片狀異型材料的云母，能夠明顯改善水性工業(yè)涂料的防腐性能。同時(shí)，云母粉的徑厚比和粒度集中度等指標(biāo)因素[4]對(duì)水性工業(yè)涂料的防腐性能改善效果有重要的影響。

2.2 云母粉添加量對(duì)防腐性能的影響

綜合考察云母粉對(duì)水性工業(yè)涂料的連續(xù)冷凝和耐中性鹽霧性能的改善效果，云母粉5#、6#和7#整體較為突出。對(duì)比云母粉5#、6#和7#的應(yīng)用性能和成本的經(jīng)濟(jì)性后，以云母粉5#和7#進(jìn)行不同添加量的防腐性能試驗(yàn)。

2.2.1 連續(xù)冷凝試驗(yàn)結(jié)果

不同添加量的云母粉5#和7#對(duì)水性工業(yè)涂料的連續(xù)冷凝性能影響結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 云母粉添加量對(duì)水性工業(yè)涂料連續(xù)冷凝性能的影響

1#在70h左右開(kāi)始起泡；2#在120h左右開(kāi)始起泡；3#在195h左右開(kāi)始起泡；4#在165h左右開(kāi)始起泡。前期實(shí)驗(yàn)7#云母粉在12.5%添加量下連續(xù)冷凝性能可達(dá)256h。

2.2.2 耐中性鹽霧試驗(yàn)結(jié)果

不同添加量的云母粉5#和7#對(duì)水性工業(yè)涂料的耐中性鹽霧性能影響結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5  云母粉添加量對(duì)水性工業(yè)涂料耐中性鹽霧性能的影響

1#在120h左右腐蝕蔓延；2#在168h左右腐蝕蔓延；3#、4#在240h左右腐蝕蔓延。前期實(shí)驗(yàn)7#云母粉在12.5%加量鹽霧可達(dá)393h。

2.2.3 云母粉添加量對(duì)防腐性能的影響不同添加量的云母粉5#和7#對(duì)水性工業(yè)涂料的連續(xù)冷凝性能影響結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6  云母粉添加量對(duì)水性工業(yè)涂料性能的影響

從圖4、圖5、圖6可以看出，隨著云母粉7#的添加量從5%、7.5%、10%、12%提升，連續(xù)冷凝性能和耐中性鹽霧呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。說(shuō)明在12%加量以下，云母粉對(duì)其它填料（硫酸鋇、滑石粉、高嶺土等）的替代可以提高凝露和鹽霧性能。

云母粉5#在7.5%加量下的凝露和鹽霧性能未達(dá)到第一階段試驗(yàn)12%加量的水平，驗(yàn)證了云母粉7#的梯度加量性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)，但另一方面同等對(duì)比在低添加量（7.5%）條件下，云母粉5#效果優(yōu)于云母粉7# 。

結(jié)合云母粉5#和7#的徑厚比和粒徑集中度指標(biāo)，表明云母粉的徑厚比大、粒徑分布集中，對(duì)水性工業(yè)涂料的連續(xù)冷凝和耐中性鹽霧性能改善更好。

2.3云母粉替代防銹顏料對(duì)防腐性能的影響

基于前述云母粉徑厚比和粒徑分布集中度對(duì)水性工業(yè)涂料的連續(xù)冷凝和耐中性鹽霧性能的影響，通過(guò)云母粉的生產(chǎn)工藝和技術(shù)調(diào)整，對(duì)云母粉7#的徑厚比和粒度集中度指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)后，獲得云母粉9#（滁州格銳GF-3）和云母粉10#（滁格銳GF-302）。分別驗(yàn)證了云母粉9#和10#替代水性工業(yè)涂料中防銹顏料磷酸鋅的可行性以及替代比例。

2.3.1連續(xù)冷凝試驗(yàn)結(jié)果

云母粉9#和10#替代水性工業(yè)涂料中防銹顏料磷酸鋅的連續(xù)冷凝試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖7 云母粉替代水性工業(yè)涂料中防銹顏料磷酸鋅的連續(xù)冷凝試驗(yàn)

1#在310h左右開(kāi)始起泡；2#在290h左右開(kāi)始起泡；3#在208h左右開(kāi)始起泡；4#在310h左右開(kāi)始起泡；5#在265h左右開(kāi)始起泡；6#在200h左右開(kāi)始起泡。

2.3.2耐中性鹽霧試驗(yàn)結(jié)果

云母粉9#和10#替代水性工業(yè)涂料中防銹顏料磷酸鋅的耐中性鹽霧試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖8。

圖8 云母粉替代水性工業(yè)涂料中防銹顏料磷酸鋅的耐中性鹽霧試驗(yàn)

1#在525h左右腐蝕蔓延；2#在475h左右腐蝕蔓延；3#在260h左右腐蝕蔓延；4#在525h左右腐蝕蔓延；5#在460h左右腐蝕蔓延；6#在255h左右腐蝕蔓延。

2.3.3 云母粉替代防銹顏料對(duì)防腐性能的影響

云母粉9#和10#替代水性工業(yè)涂料中防銹顏料磷酸鋅的防腐性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖9。

圖9  云母粉替代水性工業(yè)涂料中防銹顏料磷酸鋅的防腐性能試驗(yàn)

從圖7、圖8和圖9可以看出，品質(zhì)優(yōu)異的片狀云母粉部分替代防銹顏料磷酸鋅的情況下，耐中性鹽霧和連續(xù)凝露性能隨替代量增大而下降。在替代量20%以下時(shí)性能略微下降，達(dá)到C4-M的要求；隨著替代量增大，超過(guò)50%時(shí)性能下降明顯。

參考2、5配方的云母粉7#（滁州格銳GF-301）連續(xù)冷凝試驗(yàn)216h起泡，耐中性鹽霧384h起泡。綜合連續(xù)冷凝試驗(yàn)和耐中性鹽霧試驗(yàn)可以看出，云母粉9#（滁州格銳GF-3）優(yōu)于云母粉10#（滁州格銳GF-302）優(yōu)于云母粉7#（滁州格銳GF-301）。說(shuō)明云母粉7#（滁州格銳GF-301）的徑厚比和粒徑分布集中度優(yōu)化改進(jìn)后，防腐性能有明顯提升。

No.3結(jié)語(yǔ)

（1）GF-系列云母粉，能夠明顯改善水性工業(yè)涂料的連續(xù)冷凝性能和耐中性鹽霧性能。在一定的范圍內(nèi)，隨著云母添加量的增高，連續(xù)冷凝性能和耐中性鹽霧性能均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。建議添加量在12%以上，最終依據(jù)應(yīng)用配方和性能要求確定。

（2）云母粉的徑厚比和粒徑分布集中度對(duì)水性工業(yè)涂料的連續(xù)冷凝性能和耐中性鹽霧性能有重要影響。云母粉的徑厚比大、粒徑分布集中度高，對(duì)水性工業(yè)涂料的連續(xù)冷凝性能和耐中性鹽霧性能改善更明顯。

（3）GF-系列云母粉，可以部分替代水性工業(yè)涂料中防銹顏料磷酸鋅，降低使用成本。在替代量20%以下時(shí)，水性工業(yè)涂料的連續(xù)冷凝性能和耐中性鹽霧性能可以達(dá)到C4-M的要求。