祝贺“第五届绿色新型防腐涂料、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”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累托石粉插层改性天然纳米浆料 33 、运用改性技术研制配方、运用改性技术研制配方 44 、研制配方的体会 、研制配方的体会 55 、水性涂料涂装中的注意事项、水性涂料涂装中的注意事项 66 、、共同奋斗 推广绿色涂料涂装共同奋斗 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：

防腐性能差

性价比不高 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。

（ 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。

• 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

33 、累托石纳米浆料的基本特性、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。

• 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用于溶剂型和水性涂料助剂的比较

涂料体系 需用助剂品种

技术成熟程度

使用经验 价 格

溶剂型 少 成 熟 成 熟 便 宜

水性涂料 多 不成熟 缺 乏 较 贵

（ 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。

• 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：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：

检测项目 单位 技术要求 检测结果 检测方法备注

表干时间 min 15GB/T1728-

1989

实干时间 h 8GB/T1728-

1989

柔韧性 mm 1GB/T6742-

2007

冲击强度 cm 50GB/T1732-

1993

附着力（描圈法）

级1 GB/T1720-

1989

耐盐水性（ 3%Nacl）

720h 无起泡无生锈 GB/T1763-1989

常温

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、四、研制配方的体会研制配方的体会 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、四、研制配方的体会研制配方的体会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。

四、四、研制配方的体会研制配方的体会5 、正确选用树脂

经销国外的水性树脂，质量好，风险小，效益可观；

国内产品价格相对便宜，但性能要差点，有的质量不稳定。不同厂家有的产品技术指标差不多，但应用到配方中往往有差异，使得产品质量出现波动。

树脂对产品的性能价格比影响很大，所以，要选择质量稳定、性能价格比高的有信誉的生产厂家的产品。

四、四、研制配方的体会研制配方的体会6 、正确选用防锈颜料

防锈颜料，国内外价格相差很大，例如，美国产磷钼酸锌钙与复合铁钛粉相比，磷钼酸锌钙 300 元 /㎏，复合铁钛粉最贵的产品每公斤＜ 10元。上述两种产品的价格与性能相互不成比例。

要根据客户的需求正确选择防锈颜料。万达科技公司最近新开发的一种适用于水性防腐涂料的新型复合防锈颜料，性能优于磷酸盐，预计价格不会高于磷酸盐的价格，具有很高的性能价格比。

四、四、研制配方的体会研制配方的体会7 、正确选用助剂

助剂有助于提高涂料的综合性能。许多涂料生产厂家为了降低成本，在助剂的品种和使用量上少用或者不用。由于水性涂料的助剂品种少，进口的产品价格较贵，制约了我国水性工业防腐漆的推广应用。

• 水性涂料助剂尽管较贵，但是用量较少，产生的作用巨大。过去我们研制成功复合铁钛粉，今天研制的水性工业防腐涂料，都离不开助剂的使用。因此，不要吝惜助剂的使用。

四、四、研制配方的体会研制配方的体会

8 、正确认识水分散体与溶剂型产品的主要区别

（ 1 ）树脂的区别

• 溶剂型树脂的分子和溶剂有亲和力，粘度高，能自发形成单相均匀的分子分散体系，在热力学上是稳定的体系。

• 乳液是憎液性胶体，乳液中的分散相与连续相（水） 无亲和力， 需第三组份乳化剂分散在连续相（水）中，在热力学上是不稳定体系。

四、四、研制配方的体会研制配方的体会（ 2 ）分散原理的区别

溶剂型漆按照树脂的不同， 可单独或与分散剂一起使用去研磨分散颜填料。

使用乳液的水分散体一般不能参与研磨， 高速剪切会造成破乳。乳液体系要首先将无机颜填料制备成浆料后才能调漆，此时的分散原理和所用助剂均与溶剂型漆不同。

四、四、研制配方的体会研制配方的体会（ 3 ）流变性控制的区别

在水分散体中对水增稠的不同方式，对涂料会产生不同的流变结果。水在体系中占的体积份高达 55% 。但并非全部的水都是连续相。浆料中的无机物的粒径、堆积密度、 比表面积、结晶构造、 形状、吸油量等都会影响到无机物的分散稳定性，聚集体或附聚体的形成会将部分连续相的水转变为分散相。最终将影响体系的流变性。尤其是高PVC 体系。

四、四、研制配方的体会研制配方的体会（ 4 ）颜填料悬浮原理的区别

• 溶剂型树脂分子量的大小和固体分对粘度有很大的影响，自身长链形成的空间位阻的作用有助于无机物的悬浮。增稠剂只在必要时起辅助作用。

• 水分散体实际上是一种广义混合胶体，水的低粘度、低密度，无法使高密度的无机物在涂料中保持长期悬浮和稳定， 容易造成相分离。所以必需使用增稠剂。

四、四、研制配方的体会研制配方的体会（ 5 ）消泡方面的区别

• 溶剂型漆中的表面活性剂的用量相对较低。为了脱除高分子量致密涂膜中的气泡，常用的方法是加入一些低分子量又能相融的物质嵌入到成膜物中作为脱气剂。

• 在乳液中由于乳化剂的使用，使水分散体具有很强的稳泡作用，同时各类添加剂也同样有稳泡作用。涂料中的空气，必须要加消泡剂。

四、四、研制配方的体会研制配方的体会(6)固化成膜方面的区别

涂料的成膜有物理干燥和化学干燥；涂料的成膜物质既有热塑性树脂，有热固性树脂。

溶剂型涂料的物理干燥过程主要依靠自身溶剂的挥发而干燥成膜。

水性涂料分散介质挥发的同时，产生聚合物粒子的接近、接触、挤压变形而聚集起来，最后由粒子状态的聚集变成为分子状态的凝聚而形成连续的涂膜。

四、四、研制配方的体会研制配方的体会

综上所述，由于水分散体与溶剂型产品两个体系的

不同，完全采用传统的配方设计思想和经验，可能会走入误区。

例如：发到广东某厂的涂料…

五、水性涂料涂装中的注意事项五、水性涂料涂装中的注意事项

1 、涂装前处理一定要达标，特别不能有油污；

2 、涂装要按照规定厚度施工，不要偷工减料；

3 、被涂装物表面温度不能太高（ 45℃ ），干燥太快会影响涂层的质量。

六、共同奋斗 推广绿色涂料涂装六、共同奋斗 推广绿色涂料涂装

““十二五”涂料行业发展建议要点：十二五”涂料行业发展建议要点：

（ 1 ）“十二五”预计将保持年均 10% 的增速增长，产量将由 2009年的 755万吨，增长至 2015年的 1200万吨。根据温总理的报告， GDP 增长下调，预期涂料增长速度也将会下降。

（ 2 ）结构调整的重点和方向，鼓励符合标准的环境友好型涂料生产（水性木器、工业、船舶涂料，高固体分、无溶剂、辐射固化、外墙外保温涂料等环境友好、资源节约型涂料）。

由上表见，水性工业涂料在涂料各个品种中所占比例在

2%左右。 科技人员任重道远，要开发出高性能价格比的

水性工业防腐涂料，建议：

研制出适用于水性防腐涂料的性能价格比高的

树脂、助剂、防锈颜料。

特别申明特别申明

本文参考了国内外的一些相关资料，结合本单位的研究

成果和本人的一些心得体会写成的。希望抛砖引玉，与同行共勉，推动 我国水性工业防腐涂料的普及。

对参考到的相关资料的作者表示敬意和感谢，不当之处，

欢迎专家及同仁批评指教。

祝各位领导、专家祝各位领导、专家身体健康！万事如意！身体健康！万事如意！