饒 蓮

（烏魯木齊職業(yè)大學，新疆 烏魯木齊 830000）

引 言

鋼結(jié)構(gòu)作為建筑材料中不可或缺的部分，其性能決定建筑的質(zhì)量。但受材料特性的影響，在使用的過程中，易和空氣中的水蒸汽發(fā)生反應，從而出現(xiàn)生銹腐蝕，使建筑鋼結(jié)構(gòu)使用壽命縮短。針對該問題，唐黎標、孫瀾曦[1～2]等提出在鋼結(jié)構(gòu)表面涂裝防腐涂料，從而起到防腐和減少摩擦的作用。但無論是國內(nèi)，還是國外，制備高光澤和高耐介質(zhì)性的防腐涂料一直是研究的重點。以美國和日本為例，其生產(chǎn)的丙烯酸樹脂涂料產(chǎn)品在種類和質(zhì)量方面，都擁有非常突出的優(yōu)勢。同時基于丙烯酸樹脂涂料，人們從分散技術(shù)、生產(chǎn)工藝等方面都進行了大量研究，如Pathak S.S 等[3]從制備方法上引入有機硅，從而大大提高了水性涂料的耐腐蝕性能；Mazurek M 等[4]則將丙烯酸樹脂與-NCO 固化劑進行反應，從而大大提高了涂料的耐介質(zhì)性；國內(nèi)針對丙烯酸樹脂涂料的研究中，主要憑借樹脂在高光澤和摩擦性能方面的優(yōu)勢，采用單組分成膜樹脂或乳液，但成膜后的強度和硬度都普遍較低。對此，郭百超等[5]就有機硅改性丙烯酸樹脂乳液進行了深入研究，并歸納了有機硅改性的效果；高勝庸等[6]則采用聚合法制備穩(wěn)定的羥基丙烯酸酯聚合物乳液，然后摻入固化劑，進而表現(xiàn)出良好的耐摩擦性、光澤性等；董曉娜[7]等則采用納米材料對丙烯酸樹脂進行改性，以此大大提高了其耐酸堿腐蝕和導熱性能。本研究在以上研究基礎(chǔ)上，以溶液聚合法為主要方法，制備水分散型含羥基丙烯酸樹脂，為鋼結(jié)構(gòu)防腐提供方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

本試驗主要材料:丙二醇丁醚（PnB），濟南遠祥化工有限公司；甲基丙烯酸甲酯（MMA），山東初鑫化工有限公司；丙烯酸丁酯（BA），山東巨和生物技術(shù)有限公司；甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA），山東力昂新材料科技有限公司；甲基丙烯酸（MAA），山東旭晨化工科技有限公司；叔碳酸縮水甘油酯（E-10P），武漢華翔科潔生物技術(shù)有限公司；過氧化苯甲酸叔丁酯（BPB），濟南晶昊化工有限公司，（AR）；N,N-二甲基乙醇胺（DMEA），山東創(chuàng)贏化工有限公司，（AR）；固化劑DIC-5500，上海凱茵化工有限公司；流平劑（BYK-346），廣州市斯涂源化工有限公司；消泡劑（BYK-902W），成都市恒億化工產(chǎn)品有限公司。

本試驗主要儀器：蠕動泵（BT100-2J），保定融柏恒流泵制造有限公司；傅里葉紅外光譜儀（TH-22a），長沙市天恒科學儀器設(shè)備有限公司；60°角光澤儀（NHG60），深圳市三恩時科技有限公司；行星式球磨機（XQM-4），長沙天創(chuàng)粉末技術(shù)有限公司；鼓風干燥箱（101-2A），河北朵麥信息科技有限公司；差示掃描量熱儀（DSC-750L），上海群弘儀器設(shè)備有限公司；靜態(tài)接觸角測試儀（PZ-500SD），北京品智創(chuàng)思精密儀器有限公司；耐鹽霧試驗機（YW-1-25），東莞市精域環(huán)境測試設(shè)備有限公司；精密電子天平（H0503），邢臺智冠機械科技有限公司。

1.2 試驗方案

1.2.1 水可分散型含羥基丙烯酸樹脂基體的制備

采用溶液聚合法進行基體制備[4]，具體步驟為：

1）分別將45g PnB 和5g E-10P 放入干凈裝有機械攪拌桿的三口燒杯中，在油浴條件下將溫度提升至140℃。在剩余E-10P 中加入一定量MAA、MMA、BA、HEMA 和90% 的引發(fā)劑BPB，充分混合。使用BT100-2J 型蠕動泵將混合溶液緩慢滴加至三口燒瓶中，滴加完成后進行保溫，讓反應單體聚合完全，設(shè)置滴加時間和保溫時間分別為3h 和1h。

2）在一定量PnB 中溶入5%的BPB，緩慢滴加至三口燒瓶中，滴加完成后保溫1h。再次稱取一定量的PnB，溶入一定量PnB 中，繼續(xù)緩慢滴加至三口燒瓶，然后將溫度緩慢提升至150℃并保溫1h，得到分子鏈端基具有-COOH 和-OH 的聚合物。

3）在快速攪拌的狀態(tài)下，將一定量DMEA 緩慢滴入樹脂中，繼續(xù)快速攪拌30min，使DMEA 與聚合物端基的-COOH 發(fā)生中和反應生成鹽，賦予樹脂水溶性。中和反應結(jié)束后，在高速攪拌的狀態(tài)下，加入一定量水，繼續(xù)高速分散，分散時間為30min，得到水可分散型含羥基丙烯酸基礎(chǔ)樹脂。

1.2.2 色漆制備

將一定復配比例的填料、顏料、潤濕分散劑、中和劑和消泡劑等水性助劑，加入到一定量的樹脂中，其中，根據(jù)顏料種類對潤濕分散劑用量進行適當調(diào)整。所有物料混合后，放入XQM-4 式行星式球磨機中，加入適量水調(diào)整色漆黏度。打開行星式球磨機高速模式，對混合物料進行研磨，球磨機轉(zhuǎn)速和研磨時間分別為3000r/min 和4h。研磨結(jié)束后，用刮板細度計對色漆細度進行測量，若色漆細度小于20μm，用多層絲絹進行過濾。得到水可分散性含羥基丙烯酸色漆，色漆配方見表1。

表1 色漆配方Table 1 The paint formula

同時為對比本試驗制備的涂料的優(yōu)勢，制備一定量的清漆。具體配比則如表2 所示。

表2 清漆具體配比Table 2 The specific proportions of varnish

1.2.3 測試樣板的制備

提前將馬口鐵板或鋼板用600 目砂紙進行打磨，然后用無水乙醇擦拭板面，除去板面的油污和金屬氧化物粉末，擦拭干凈后，靜置10min，使無水乙醇揮發(fā)；再次用干凈棉球?qū)迕娌潦酶蓛?，將制備好的色漆噴涂在樣板表面，置于恒溫恒濕的室?nèi)環(huán)境下養(yǎng)護至表面干燥。將樣板放入101-2A 型鼓風干燥箱中烘干，烘干溫度80℃，時間30min。完全烘干后置于室溫條件下養(yǎng)護7d，得到測試的鋼或鐵樣板。

1.3 性能測試

本試驗性能測試參照《水性丙烯酸樹脂涂料標準》（HG/T 4758-2014），對丙烯酸漆膜性能進行測定[5]。

1.3.1 光澤度測試

在鐵板表面刮涂厚度為150μm 的色漆，置于室溫條件下養(yǎng)護7d，用NHG60 型60°角光澤儀測定漆膜光澤度。

1.3.2 耐介質(zhì)性能測試

在配套板表面刮涂厚度為50μm 的涂料，置于101-2A 型鼓風干燥箱中烘干，烘干溫度和時間分別為80℃和30min。取出樣板后置于室溫條件下保持7d，然后在樣板四周用環(huán)氧樹脂密封。將處理好的樣板分別放入純水、5%NaCl 溶液、5%HCl 溶液、5%NaOH 溶液中，測試漆膜失效時間，得到漆膜的耐水性、耐鹽水性、耐酸堿性、耐鹽霧性。將處理好的樣板放入YW-1-25 型鹽霧試驗機，測試漆膜耐鹽霧性能。

1.3.3 接觸角測試

用PZ-500SD 型靜態(tài)接觸角測試儀對漆膜表面靜態(tài)接觸角進行測定，用橢圓法對接觸角進行分析。具體過程是將完全干燥的樣板平置，然后在試驗樣板上滴加一滴去離子水，待平衡后，用五點擬合橢圓形，計算接觸角度。

1.3.4 固含量測試

用H0503 型精密電子天平精準稱取樹脂樣品1g，放入底部平整的器皿中，使樹脂在器皿底面形成均勻厚度的薄膜。置于101-2A 型鼓風干燥箱中烘干，烘干溫度和時間分別為140℃和1h。將烘干后樹脂樣品取出，置于精密電子天平中再次進行稱重。

2 結(jié)果與討論

2.1 漆膜光澤度測試

表3 為漆膜光澤度測試結(jié)果。由表3 可知，不同單體引入量對漆膜光澤度有一定影響，但差別不大。MMA 引入量越多，漆膜光澤度越高。這是因為MMA 含量的增加，導致漆膜硬度和表面平整度隨之提高，放射光更加均勻，進而提高了漆膜光澤度[7～8]。同時，隨著涂料中溶劑量的減少，漆膜光澤度逐漸降低，表現(xiàn)出表干大于實干大于烘干的現(xiàn)象。這是因為減少溶劑后，漆膜中溶劑液體存在量也逐漸減少，造成的光反射也隨之減少，因此漆膜的光澤度也隨干燥程度降低。經(jīng)過觀察五組光澤度試驗數(shù)據(jù)可知，本試驗制備的水可分散型含羥基丙烯酸涂料漆膜平均表干光澤度大概為92Gu，實干光澤度大概為90.5Gu，烘干光澤度大概為88Gu，這就說明該漆膜的光澤度和光飽和度都比較高。

表3 漆膜光澤度測試結(jié)果Table 3 The glossiness test results of paint film

2.2 耐介質(zhì)性能測試結(jié)果

表4 為漆膜耐介質(zhì)性能測試結(jié)果，由表4 可知，隨著玻璃轉(zhuǎn)化溫度的提升，漆膜內(nèi)部交聯(lián)程度也逐漸增加，讓漆膜具有較好的耐介質(zhì)性[9]。當玻璃轉(zhuǎn)化溫度不低于30℃時，漆膜耐水時間為48h，耐酸堿時間為24h，耐鹽水時間為72h，耐鹽霧時間為60h，證實漆膜除具有一定耐介質(zhì)性外，特別對鹽類物質(zhì)耐受性能較高。

表4 漆膜耐介質(zhì)性能測試結(jié)果Table 4 Test results of medium resistance of paint film

2.3 接觸角測試結(jié)果

圖1 為3#、4#、5#和6#樹脂制備的漆膜接觸角測試圖。由圖1 可知，隨玻璃轉(zhuǎn)化溫度的增加，漆膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為致密，漆膜表面更加平整，疏水性能良好。

圖1 接觸角測試圖Fig. 1 The diagram of contact angle test

2.4 固含量測試結(jié)果

表5 為制備的樹脂樣品固含量測試結(jié)果。由表5 可知，合成樹脂理論固含量為45.05%，實際固含量約為39.5%，固含量損失約為12%。這是因為在單體發(fā)生共聚反應時，無法達到100%聚合[10]。發(fā)生共聚反應時，還伴隨有少部分副反應發(fā)生，生成小部分低分子酯類物質(zhì)，使得產(chǎn)品實際固含量受到一定影響，進而導致固含量測試值與理論值發(fā)生一些偏差。但實際固含量仍為40%左右，滿足市售標準。

表5 樹脂樣品固含量測試結(jié)果Table 5 The solid content test results of resin samples

3 結(jié) 論

本文以溶液聚合法制備了水可分散型含羥基丙烯酸樹脂，并對該丙烯酸樹脂涂料的性能進行研究，得到的具體結(jié)論如下：

（1）漆膜表干光澤度、實干光澤度和烘干光澤度相差不大，具有較高的光澤度和光飽和度。

（2）玻璃轉(zhuǎn)化溫度≥30℃時，漆膜耐水時間為48h，耐酸堿時間為24h，耐鹽水時間為72h，耐鹽霧時間為60h，具有優(yōu)良的鹽類耐受性能。

（3）玻璃轉(zhuǎn)化溫度增加，漆膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密，表面平整光滑，具有優(yōu)良的疏水性能。

（4）固含量測試值為40%，滿足市售標準。

綜上，本文制備的水可分散型含羥基丙烯酸樹脂在玻璃轉(zhuǎn)化溫度不低于30℃的條件下，具有較高的耐介質(zhì)性能和光澤度， 符合國家標準GB50205-2001，可以用于建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)防腐和機械設(shè)施保護。