卷鋼涂料廣泛應(yīng)用于建筑、家電、汽車、裝飾等領(lǐng)域[1-3]，與一般工業(yè)涂料不同，卷鋼涂料采用先涂裝后加工的生產(chǎn)工藝，因此涂層不但要有較高的硬度，以防止加工和使用時(shí)擦傷和劃傷，而且要防止加工時(shí)涂層開裂。并且涂裝后的涂層要有極佳的穩(wěn)定性，經(jīng)久耐用，能滿足用戶不同的需求。
建筑行業(yè)用的彩涂鋼板，由于對(duì)耐腐蝕的要求以及涂膜厚度的限制，長(zhǎng)期以來(lái)使用含鉻的防銹顏料來(lái)實(shí)現(xiàn)在不同自然條件下的耐腐蝕功效。鉻酸鍶是一種有毒化學(xué)品，對(duì)人體皮膚和內(nèi)臟器官都有害，更嚴(yán)重的是，有充足的動(dòng)物證據(jù)證明鉻酸鍶是致癌物。
2007年，歐洲開始執(zhí)行法規(guī)要求減少鉻酸鍶的使用，法規(guī)要求 2017年 7月 22日以前，在歐洲的涂料公司必須提出原有含鉻產(chǎn)品的無(wú)鉻化替代方案。國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB 30981—2020《工業(yè)防護(hù)涂料中有害物質(zhì)限量》對(duì)六價(jià)鉻在色漆中的含量做了明確的限定，即干膜中六價(jià)鉻含量≤1 000 mg/kg。國(guó)內(nèi)代表性鋼廠寶鋼、馬鋼等彩涂機(jī)組也在 2022年 1月全面切換至無(wú)鉻化產(chǎn)品。目前無(wú)鉻卷材涂料研制存在的主要技術(shù)難題是無(wú)鉻防銹顏料替代有鉻防銹顏料后對(duì)涂料耐鹽霧性能的影響[4-5]。因此，本研究將從無(wú)鉻防銹顏料、無(wú)鉻底漆樹脂、卷鋼基板的種類及面漆類型等方面研究無(wú)鉻卷鋼常規(guī)性能以及耐鹽霧性能，最后與有鉻卷鋼涂料的性能進(jìn)行對(duì)比。
1、實(shí)驗(yàn)部分
1. 1 實(shí)驗(yàn)原料
防銹顏料磷酸鹽（HEUCOPHOS? ZP 10）、防銹顏料多磷酸鹽（HEUCOPHOS? ZAPP）：海博；硅鈣離子交換型防銹顏料（SHIELDEXC303）：格雷斯；環(huán)氧樹脂 609：南亞；改性磷酸、氨基樹脂 303、氨基樹脂 578、底漆聚酯樹脂 401、底漆聚酯樹脂 402、普通聚酯樹脂4901、高耐候聚酯樹脂 4902和丙烯酸樹脂 422：上海華誼涂料有限公司；附著力促進(jìn)劑 2063：路博潤(rùn)；溶劑油 S150、溶劑油 S100a：中石化金陵石化；丙二醇甲醚醋酸酯（PMA）：上海翔圣化工有限公司；鈦白粉2009：鈦海科技有限責(zé)任公司；催化劑 KT218：高施米特；其他原料：市售。
1. 2 無(wú)鉻卷材涂料的制備
表 1~5分別為無(wú)鉻卷鋼底漆和面漆的參考配方。
1. 3 樣板的制備
實(shí)驗(yàn)的基板為熱鍍鋅基板、鍍鋁鋅基板、高鋁鋅鋁鎂基板和低鋁鋅鋁鎂基板，都進(jìn)行了無(wú)鉻預(yù)處理（鋼廠直接處理）。
選用 0. 5 mm厚的預(yù)處理好的卷鋼基板，按規(guī)定尺寸裁剪后，銼平邊角，用酒精擦拭板面?zhèn)溆谩Ｓ霉伟粼诨灞砻婀瓮颗渲坪玫臒o(wú)鉻卷鋼底漆，在高溫烘箱中 325 ℃烘烤 20~25 s，使板溫達(dá)到 224~241 ℃后迅速取出，并用水急冷，擦拭干凈；隨后用刮棒刮涂配制好的面漆，在高溫烘箱中 325 ℃烘烤 20~25 s，使板溫達(dá)到 224~241 ℃后迅速取出，并用水急冷，即得所需的無(wú)鉻卷鋼面漆樣板。
1. 4 性能測(cè)試
無(wú)鉻卷鋼涂料的涂層性能均按照 GB/T 13448—2019 中 關(guān)于卷材涂料涂層性能檢測(cè)及評(píng)價(jià)方法進(jìn)行。
2、結(jié)果與討論
2. 1 防銹顏料對(duì)無(wú)鉻卷鋼涂料性能的影響
目前采用的無(wú)鉻防銹顏料主要有磷酸鹽、多磷酸鹽和硅鈣離子交換型防銹顏料。它們的防銹機(jī)理有一定的差異，其中磷酸鹽和多磷酸鹽防銹機(jī)理主要是在緩慢水解過程中釋放出磷酸根，由磷酸根離子與鐵鹽結(jié)合生成致密而堅(jiān)固的附著性強(qiáng)的絡(luò)合物保護(hù)膜，起到保護(hù)金屬表面的作用。而硅鈣離子交換型防銹顏料是以硅為主體，在合成中加入鈣鎂化合物與二氧化硅表面硅羥基進(jìn)行交換得到的一類防銹顏料。二氧化硅在堿性條件下會(huì)解離，釋放出硅酸根離子。當(dāng)陰極反應(yīng)發(fā)生，區(qū)域堿性升高后，會(huì)消耗氫氧根離子釋放出硅酸根離子。硅酸根離子與鈣離子、亞鐵或鐵離子生成不溶性硅酸鹽類，覆蓋在陰極與陽(yáng)極表面，形成鈍化保護(hù)膜，從而阻隔陰陽(yáng)兩極電極反應(yīng)的發(fā)生。實(shí)驗(yàn)按照無(wú)鉻聚氨酯底漆和普通聚酯面漆配套制備涂層，基板為無(wú)鉻熱鍍鋅基板，探討 3種防銹顏料對(duì)無(wú)鉻卷鋼涂料性能的影響，結(jié)果如表 6所示。
從表6可以看出，防銹顏料的種類對(duì)無(wú)鉻卷鋼涂料的常規(guī)性能基本沒有影響，T彎都≤1T，耐MEK擦拭性>100次，涂層硬度能達(dá)到H以上，反向沖擊>9.04J，涂層耐劃傷性為1800g。從表6還可以發(fā)現(xiàn)，3種無(wú)鉻防銹顏料的切邊鹽霧、劃線鹽霧以及平板鹽霧都存在一定的差異，其中硅鈣離子交換型防銹顏料耐鹽霧性能優(yōu)良，切邊鹽霧1008h單邊擴(kuò)蝕最大寬度為17.5mm，劃線鹽霧最大擴(kuò)蝕寬度為2mm，平板鹽霧2000h能達(dá)到1（S2），這主要是與其防銹機(jī)理相關(guān)。
2.2底漆類型對(duì)無(wú)鉻卷鋼涂料性能的影響
現(xiàn)在常用的卷鋼涂料的底漆通常為環(huán)氧底漆、聚酯底漆和聚氨酯底漆，按照環(huán)氧底漆和普通聚酯面漆配套制備涂層，防銹顏料為硅鈣離子交換型防銹顏料，添加量為8%，基板為熱鍍鋅板，分別考察了以上3種底漆對(duì)無(wú)鉻卷材涂料性能的影響，結(jié)果如表7所示。
從表7可以看出，底漆的種類對(duì)無(wú)鉻卷鋼涂料的常規(guī)性能有一定的影響，其中環(huán)氧底漆相對(duì)來(lái)說彎曲性能較低，但是硬度和耐劃傷性能較高；這可能是由于環(huán)氧底漆與基板有較好的附著力，而且分子鏈中有剛性結(jié)構(gòu)，使得硬度和耐劃傷性較好，但是影響了彎曲性能。由表7還可知，環(huán)氧底漆在劃線鹽霧和平板鹽霧性能方面表現(xiàn)優(yōu)良，但是切邊鹽霧要劣于聚酯和聚氨酯底漆，這可能是由于環(huán)氧底漆與基材有很好的附著力，而且固化成膜后形成的大分子鏈上帶有碳碳鍵、醛基和苯環(huán)，構(gòu)造規(guī)整，屏蔽性好，可防止水和氧氣往金屬基層滲透，從而達(dá)到很好的平板鹽霧和劃線鹽霧性能；但是由于環(huán)氧底漆硬度大，導(dǎo)致在做切邊鹽霧時(shí)，破壞了環(huán)氧底漆與基材的層間附著，從而影響了涂層的切邊鹽霧性能。
2.3面漆類型對(duì)無(wú)鉻卷鋼涂料性能的影響
按照無(wú)鉻聚氨酯底漆分別和普通聚酯面漆、高耐久聚酯面漆和氟碳面漆配套制備涂層，防銹顏料為硅鈣離子交換型防銹顏料，基板為熱鍍鋅板，考察了以上3種面漆對(duì)無(wú)鉻卷材涂料性能的影響，結(jié)果如表8所示。
從表8中可以看出，面漆的種類對(duì)無(wú)鉻卷鋼涂料的常規(guī)性能和鹽霧性能有一定的影響，但無(wú)鉻卷鋼底漆配合不同的面漆都表現(xiàn)較為優(yōu)異的性能。
2.4基板類型對(duì)無(wú)鉻卷鋼涂料性能的影響
基板的類型對(duì)卷鋼涂料的性能有較大的影響，現(xiàn)在常用的卷鋼基板通常有4種，分別為熱鍍鋅基板、鍍鋁鋅基板、高鋁鋅鋁鎂基板和低鋁鋅鋁鎂基板，其中高鋁鋅鋁鎂基板中鋁含量一般為55%，低鋁鋅鋁鎂基板的鋁含量為1%~3.5%。實(shí)驗(yàn)以聚氨酯底漆和普通聚酯面漆制備涂層，防銹顏料為硅鈣離子交換型防銹顏料，考察了以上4種基板對(duì)無(wú)鉻卷鋼涂料性能的影響，結(jié)果如表9所示。
從表9可以看出，基板的類型對(duì)無(wú)鉻卷鋼涂料的常規(guī)性能影響不大，主要對(duì)耐劃傷性能有一定的影響，4種基板中鍍鋁鋅基板的耐劃傷性最低，為1600g。此外低鋁鋅鋁鎂基板的耐鹽霧性能優(yōu)良，最差是鍍鋁鋅基板。這可能是由于鍍層中所含的鎂和鋁的共同作用，可以在使用過程中在鍍層的表面形成附著力好且致密的氧化保護(hù)膜，從而起到隔離防腐的作用，另外鎂是比鋁更活潑的金屬，在空氣中極其容易被氧化，固態(tài)鎂形成的氧化膜也較致密，能有效地保護(hù)內(nèi)部的組織，防止進(jìn)一步被氧化。
2.5有鉻和無(wú)鉻卷鋼涂料性能對(duì)比
有鉻卷鋼涂料的防銹顏料一般為鍶鉻黃或鋅鉻黃，具有很好的防銹效果。實(shí)驗(yàn)以環(huán)氧底漆和聚氨酯底漆分別搭配普通聚酯面漆制備涂層，比較了有鉻和無(wú)鉻卷鋼涂料性能，結(jié)果如表10所示，其中有鉻防銹顏料為鍶鉻黃，無(wú)鉻防銹顏料為硅鈣離子交換型防銹顏料。
從表10中可以看出，無(wú)論是環(huán)氧底漆還是聚氨酯底漆，無(wú)鉻卷鋼涂料的性能與有鉻卷鋼涂料的常規(guī)性能相當(dāng)。有鉻卷鋼涂料的耐鹽霧性優(yōu)于無(wú)鉻卷鋼涂料的，尤其是切邊鹽霧和劃線鹽霧。
3、結(jié)語(yǔ)
通過對(duì)無(wú)鉻防銹顏料的種類、不同無(wú)鉻底漆、卷鋼基板種類及不同面漆類型研究對(duì)無(wú)鉻卷鋼常規(guī)性能以及耐鹽霧性能的影響，解決了無(wú)鉻卷鋼涂料鹽霧性能問題，制備的無(wú)鉻卷鋼涂料的常規(guī)性能和鹽霧性能基本與有鉻卷鋼涂料一致，符合新國(guó)標(biāo)的環(huán)保要求。研究發(fā)現(xiàn)采用硅鈣離子交換型防銹顏料制備的涂料耐鹽霧性能優(yōu)良；無(wú)鉻環(huán)氧底漆的鉛筆硬度、耐劃傷性、切邊鹽霧和平板鹽霧性能表現(xiàn)優(yōu)良，但是切邊鹽霧要劣于聚酯和聚氨酯底漆的。
參考文獻(xiàn)
[1]肖佑國(guó)，祝福君.預(yù)涂金屬卷材及涂料[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.
[2]黃有為，俞劍峰.卷鋼涂料技術(shù)發(fā)展及其應(yīng)用[J].上海涂料，2007，45（4）：1-5.
[3]吳奎錄.國(guó)內(nèi)涂料發(fā)展及現(xiàn)狀[J].涂層與防護(hù)，2020，41（7）：42-43，48.
[4]LOVERIDGEMJ，MCMURRAYHN，WORSLEYDA.Chromefreepigmentsforcorrosionprotectionincoilcoatedgalvanisedsteels[J].CorrosionEngineering，ScienceandTechnology，2013，41（3）：240-248.[5]GAOZQ，ZHANGDW，LIUZY，etal.Formationmechanismsofenvironmentallyacceptablechemicalconversioncoatingsforzinc：areview[J].JournalofCoatingsTechnologyandResearch，2019，16（1）：1-13.
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