摘要

將不同種類的GF-系列云母粉應用于水性工業防腐涂料體系中，進行云母粉的加量試驗及云母粉對常規防銹顏料的替代試驗，并通過耐中性鹽霧和連續冷凝等測試研究GF-系列云母粉在水性工業防腐涂料領域的實用性。結果表明：GF-系列云母粉能夠明顯改善水性工業防腐涂料的抗凝露和耐鹽霧性能，在一定的范圍內[1]，隨著云母添加量的增高，抗凝露和耐鹽霧性能均呈現上升趨勢；云母粉在一定加量范圍內可以部分替代水性工業防腐涂料中的防銹顏料，保證涂層連續冷凝實驗和耐中性鹽霧性能達到C4-M的要求，降低配方成本。

引言

傳統的工業涂料含有大量的有機溶劑，溶劑在施工和干燥的過程中大都揮發出來，這不僅嚴重污染環境和危害人類健康，同時還對資源造成了極大浪費。據資料顯示， 鋼鐵制品及其設施在涂裝過程中揮發掉的VOC 總量約占全球VOC 總量的20 %～25 %[2]，已經成為大氣的主要污染源之一。而水性涂料具有無色無味、低黏度、快干、高固含量等優點，并且在制造過程中不使用有機溶劑、施工過程不排放有機溶劑，完全符合國際流行的“4E”原則[3]，因此，以水性涂料替代溶劑型涂料應用于工業防腐涂裝，對我國構建和諧社會和實現經濟的可持續發展有著非常重要的現實意義。

目前，水性工業涂料的研究熱點多聚焦于新型水性樹脂和新型防銹顏料，而對填料的研究則較少。云母作為一種典型的二維片狀材料，在涂膜收縮過程中應力方向的無規性，可以促使水性涂料干燥過程中涂膜收縮應力得到分散性釋放，進而改善涂層的應用性能。

滁州格銳GF-系列云母粉精選優質云母原料，采用獨特的柔性碾磨剝片和精細分級提純等工藝流程制備，產品具備徑厚比大、粒徑集中度高、純度高等優點。

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

No.1實驗部分

1.1 實驗原料

固化劑（ARADUR3986）：亨斯曼；水性環氧乳液（ARALDITE PZ 3961）：亨斯曼；GF-云母粉：滁州格銳礦業有限責任公司；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：曙燦實業。

以上均為工業級。

1.2 試驗儀器

砂磨機（WSM-300/Z）：上海賽杰化工設備有限公司；高速分散（GFJ-0.4）：上海現代環境；鹽霧箱（DCX3000）：亞太拉斯；冷凝潮濕試驗箱（QCT）：翁開爾（Q-LAB）。

1.3 涂層的制備及性能測試

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），研磨至細度30μm，加入其他助劑，高速分散15min，200目濾網過濾制得水性工業防腐涂料。

在以上制備的水性涂料中加入配方量的水性環氧乳液（環氧過量比為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 云母粉對水性工業涂料防腐性能的試驗配方

選取8個具有代表性的國內外云母粉樣品，試驗不同徑厚比和粒度集中度的云母粉對水性工業涂料的耐中性鹽霧和連續冷凝指標的影響。實驗配方見表1，8個云母粉樣品的徑厚比和粒度集中度對比見表2。

表1試驗配方

表2 云母粉1#～8#徑厚比和粒度集中度對比表

1.3.3 云母粉添加量對水性工業涂料防腐性能的試驗

選取云母粉5#和7#，試驗不同添加量的云母粉對水性工業涂料的耐中性鹽霧和連續冷凝性能的影響。實驗配方見表3。

表3 云母粉加量試驗配方

1.3.4  云母粉替代水性工業涂料中防銹顏料試驗

對云母粉7#的徑厚比和粒度集中度指標進行優化和改進后，獲得云母粉9#（格銳GF-3）和云母粉10#（格銳GF-302）。分別驗證云母粉9#和10#替代水性工業涂料中防銹顏料磷酸鋅的防腐性能。實驗配方見表4，云母粉7#、9#和10#的徑厚比和粒度集中度對比見表5。

表4 防銹顏料替代試驗配方

1.3.5 涂層性能測試

涂膜性能測試要求參照HG/T 5176-2017《鋼結構用水性防腐涂層配套體系性能要求》。

連續冷凝試驗參照GB/T 13893-2008的規定進行，試驗結束后取出樣板觀察如出現起泡、生銹、開裂和剝落等涂膜病態現象，按GB/T 1766-2008進行描述。

耐中性鹽霧試驗參照GB/T 1771-2007的規定進行，試驗結束后取出樣板觀察如出現起泡、生銹、開裂和剝落等涂膜病態現象，按GB/T 1766-2008進行描述，試板四周邊緣、板孔周圍5mm以內及外來因素引起的破壞現象不做考慮。

為提高耐中性鹽霧試驗的效率，樣品未采用配套涂層，而改為單層噴涂60微米，并對試板進行劃線檢測。

No.2結果與討論

2.1  云母粉對水性工業涂料防腐性能的影響

2.1.1連續冷凝試驗結果

在水性工業涂料配方中添加云母粉，進行連續冷凝試驗測試。測試結果表明云母粉1#、2#和8#的連續冷凝性能與空白組基本一致，沒有明顯提升。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#的連續冷凝性能較為突出，分別達到了280h，300h 和256h。試驗結果見圖1。

圖1云母粉對水性工業涂料的連續冷凝性能的影響

空白組、云母粉1#、2#和8#的連續冷凝試驗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 耐中性鹽霧試驗結果

在水性工業涂料配方中添加云母粉，進行耐中性鹽霧性能測試。測試結果表明云母粉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。試驗結果見圖2。

圖2云母粉對水性工業涂料的耐中性鹽霧性能的影響

空白組實驗177h起泡嚴重；云母粉1#、2#、8#試驗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 云母粉對水性工業涂料防腐性能的影響

云母粉對水性工業涂料的連續冷凝和耐中性鹽霧性能的影響的試驗結果見圖3。

圖3 不同種類的云母粉對水性工業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涂料的防腐性能。同時，云母粉的徑厚比和粒度集中度等指標因素[4]對水性工業涂料的防腐性能改善效果有重要的影響。

2.2 云母粉添加量對防腐性能的影響

綜合考察云母粉對水性工業涂料的連續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。對比云母粉5#、6#和7#的應用性能和成本的經濟性后，以云母粉5#和7#進行不同添加量的防腐性能試驗。

2.2.1 連續冷凝試驗結果

不同添加量的云母粉5#和7#對水性工業涂料的連續冷凝性能影響結果見圖4。

圖4 云母粉添加量對水性工業涂料連續冷凝性能的影響

1#在70h左右開始起泡；2#在120h左右開始起泡；3#在195h左右開始起泡；4#在165h左右開始起泡。前期實驗7#云母粉在12.5%添加量下連續冷凝性能可達256h。

2.2.2 耐中性鹽霧試驗結果

不同添加量的云母粉5#和7#對水性工業涂料的耐中性鹽霧性能影響結果見圖5。

圖5  云母粉添加量對水性工業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。前期實驗7#云母粉在12.5%加量鹽霧可達393h。

2.2.3 云母粉添加量對防腐性能的影響不同添加量的云母粉5#和7#對水性工業涂料的連續冷凝性能影響結果見圖6。

圖6  云母粉添加量對水性工業涂料性能的影響

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，連續冷凝性能和耐中性鹽霧呈現上升趨勢。說明在12%加量以下，云母粉對其它填料（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到第一階段試驗12%加量的水平，驗證了云母粉7#的梯度加量性能對比實驗，但另一方面同等對比在低添加量（7.5%）條件下，云母粉5#效果優于云母粉7# 。

結合云母粉5#和7#的徑厚比和粒徑集中度指標，表明云母粉的徑厚比大、粒徑分布集中，對水性工業涂料的連續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水性工業涂料的連續冷凝和耐中性鹽霧性能的影響，通過云母粉的生產工藝和技術調整，對云母粉7#的徑厚比和粒度集中度指標進行優化和改進后，獲得云母粉9#（滁州格銳GF-3）和云母粉10#（滁格銳GF-302）。分別驗證了云母粉9#和10#替代水性工業涂料中防銹顏料磷酸鋅的可行性以及替代比例。

2.3.1連續冷凝試驗結果

云母粉9#和10#替代水性工業涂料中防銹顏料磷酸鋅的連續冷凝試驗結果見圖7。

圖7 云母粉替代水性工業涂料中防銹顏料磷酸鋅的連續冷凝試驗

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

2.3.2耐中性鹽霧試驗結果

云母粉9#和10#替代水性工業涂料中防銹顏料磷酸鋅的耐中性鹽霧試驗結果見圖8。

圖8 云母粉替代水性工業涂料中防銹顏料磷酸鋅的耐中性鹽霧試驗

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防腐性能的影響

云母粉9#和10#替代水性工業涂料中防銹顏料磷酸鋅的防腐性能試驗結果見圖9。

圖9  云母粉替代水性工業涂料中防銹顏料磷酸鋅的防腐性能試驗

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

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

No.3結語

（1）GF-系列云母粉，能夠明顯改善水性工業涂料的連續冷凝性能和耐中性鹽霧性能。在一定的范圍內，隨著云母添加量的增高，連續冷凝性能和耐中性鹽霧性能均呈現上升趨勢。建議添加量在12%以上，最終依據應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水性工業涂料的連續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，對水性工業涂料的連續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涂料中防銹顏料磷酸鋅，降低使用成本。在替代量20%以下時，水性工業涂料的連續冷凝性能和耐中性鹽霧性能可以達到C4-M的要求。