PVC和CPVC对环氧富锌底漆防腐性的影响
                               张汝才  田玉廉  刘佰平
                  （山东乐化集团青岛乐化科技有限公司，266111）
    摘要：探讨了环氧富锌底漆的PVC与其耐盐雾性的关系，指出PVC＜40%或＞60%时，可达到 HG/T 3668—2000《富锌底漆》耐盐雾标准。
    关键词：环氧富锌底漆；防腐涂料；颜料体积浓度
    中图分类号：TQ 632.1文献标识码：A文章编号：1009-1696（2009）09-0045-03
    0 引言
    Zeno.W威克斯 ［1］ 在《有机涂料科学和技术》一书 中，把富锌底漆定义为“是用不完整的涂层对钢件进 行保护的另一种方法。”富锌底漆既然是不完整的漆 膜，锌的体积固体分超过临界颜料体积浓度（CPVC）， 以保证锌粉粒子之间和锌粒与钢件之间的良好电接 触。当颜料体积浓度（PVC）超过CPVC时，则漆膜多 孔，容许水通过，完成了电通路。因此计算富锌底漆的 PVC和CPVC对分析环氧富锌底漆的性能十分重要。
    1 实验部分
    1.1正交试验
    首先采用正交试验的方法，通过调整环氧树脂、 固化剂、锌粉、防锈填料的用量，观察这些变量对环 氧富锌底漆防腐性的影响，并进行较系统的比较分 析，希望能更好地理解环氧富锌底漆配方。 采用L9 （3）4 正交表，4因子、3水平进行9个试验。 为了确定锌粉和几种填料的合适比例，我们对钛铁 粉、磷铁粉、908填料分别用相同的3个L9 （3）4 正交表， 即进行27个试验，对所得数据进行横向和纵向的比 较，以便得出多种因子对环氧富锌底漆性能的影响。 4因子：（A）环氧树脂用量、（B）锌粉用量、（C） 填料用量、（D）不同固化剂。
    3水平：60%E20环氧树脂用量：20%、25%、30%；锌粉用量：60%、33%、20%；填料用量：3%、6%、 9%；固化剂：3种类型环氧固化剂。
    在各配方中助剂相同，调整适量的溶剂。 通过耐盐雾性、耐盐水性及耐水性来评价各因子 对环氧富锌底漆防腐性的影响，初步结果是： 正交表1最优配方为：A1B1C2D1，即环氧树脂 用量20%、锌粉用量60%、钛铁粉用量6%、固化剂1。 正交表2最优配方为：A2B1C1D1，即环氧树脂 用量25%、锌粉用量60%、钛铁粉用量3%、固化剂1。 正交表3最优配方为A1B2C2D2，即环氧树脂用 量20%、锌粉用量33%、钛铁粉用量6%、固化剂2。 数据表明：环氧树脂和锌粉的用量对环氧富锌底 漆的耐盐雾性影响最大，其用量分别为20%和60%最 好，此时锌粉约占干膜的75%左右。虽然选用3种不 同的防腐性填料，并采用3个水平的用量，但对环氧 富锌底漆的耐盐雾性影响较小。从试验结果分析，3 种防锈填料中磷铁粉效果好于钛铁粉、908填料（也是 一种改性的磷铁粉），这是因为磷铁粉的导电性较好。
    在所有27个配方中，固化剂对环氧富锌底漆的耐盐雾 性影响最小，可能是固化剂用量少的缘故。
    在观察样板防腐效果时，通常出现的漆膜缺陷是 起泡和生锈，有的配方（一般是防锈填料多而锌粉少） 不易起泡，但易生锈；有的配方（一般是锌粉多）相 反，不易生锈，但易起泡。按HG/T 3668—2000《富锌 底漆》标准，漆膜厚度应严格控制在20~25μm。季瑞 峰等人 ［2］ 对多种不同厂家生产的环氧富锌底漆试样进行测试，表明膜厚控制在20~25μm情况下，很难达到 HG/T 3668—2000《富锌底漆》耐盐雾性标准（72 h不 起泡、不生锈）。欲达到该标准，应通过调整富锌底漆 的PVC和CPVC来解决。
    1.2环氧富锌底漆PVC计算
    用密度计测得60%E20环氧树脂液密度1.051，环 氧稀料密度0.865，求得E20环氧树脂密度1.223，锌 粉和磷铁粉密度分别为7.06和6.8，固化剂密度0.9。 根据此数据算出正交试验1~9号环氧富锌底漆的 PVC，见表1。
         
    尽管1-1 # 、1-4 # 和1-7 # 锌含量都在70%以上，漆 膜厚度20~25μm情况下，仍不能通过HG/T 3668—2000 《富锌底漆》耐盐雾性标准（72 h不起泡，不生锈）。
    1.3增大锌粉质量分数提高PVC
    根据正交试验结果重新设计4个环氧富锌底漆 配方，即环氧树脂用量在20%以下，锌粉质量分数 为60%~50%，PVC约50%，见表2。4个配方和市售 环氧富锌底漆的试样同时进行耐盐雾试验，漆膜厚 度20~25μm。
        
    耐盐雾试验结果表明：24 h后都开始起小泡，市售环氧富锌底漆试样也同样起泡；240 h后市售环氧 富锌底漆试样和1 # 、4 # 试样耐盐雾划痕处都未生锈。 这说明耐盐雾生锈取决于锌粉含量，要想耐盐雾不生 锈，干膜中锌粉含量应＞65%。然而环氧富锌底漆耐 盐雾起泡主要与PVC有关，推测PVC在40%以下，而 上述1 # ~4 # 试样PVC都在44%~51%。 1.4降低PVC 为解决环氧富锌底漆耐盐雾起泡问题，降低 PVC，设计5 # ~8 # 配方。5 # ~8 # 环氧富锌底漆耐盐雾试验结果见表3。
      
    通过调整环氧富锌底漆PVC，观察耐盐雾性，得出如下结论：
    （1）环氧富锌底漆耐盐雾起泡主要取决于PVC 的大小，即PVC在33%~36%时，达到HG/T 3668— 200《0富锌底漆》耐盐雾性标准（72 h不起泡、不生锈）。 尽管7 # 配方干膜中锌粉含量达到75%以上，但PVC 超过40%，起泡仍很严重。
    （2）6 # 配方只是在5 # 配方的基础上加了少量的 磷铁粉，明显改善了环氧富锌底漆的耐盐雾起泡和生 锈性能。
    （3）8 # 配方仅在5 # 配方的基础上，用铝粉代替 1/4的锌粉，即锌粉和铝粉比例为4∶1，明显改善了 环氧富锌底漆的耐盐雾起泡和生锈性能。
    （4）适量的磷铁粉和铝粉能改善环氧富锌底漆 的导电性，有助于提高环氧富锌底漆的耐盐雾性。
    1.5环氧富锌底漆的CPVC计算
    用吸油量法和吸树脂液法测得锌粉的吸油量和 吸树脂量分别为7.7 g和12.38 g。100 g锌粉的体积 为14.16 mL，亚麻油密度0.935，7.7 g亚麻油的体积 为8.24 mL。按吸油量法，此时锌粉漆的CPVC=14.16/（14.16+8.24）=63.2%；用吸树脂液法测得锌粉漆的 CPVC为14.16/14.16+（12.38×60%）÷1.22=70.0%。
    《涂料配方原理及应用》 ［3］ 提供锌粉的PVC是 60%~70%。Z.威克斯《有机涂料科学和技术》一书中， 也提到富锌底漆的PVC＞CPVC，锌粉的CPVC约67%。 《涂料化学》 ［4］ 一书中介绍，CPVC=1/1+OA·ρ/93.5 式中，OA为吸油量；ρ为颜料密度；93.5是亚麻 油的密度。
    以此式计算环氧富锌的CPVC： CPVC=1/1+（7.7×7.06/93.5）=63.3% 以吸环氧树脂液计算环氧富锌的CPVC： CPVC=1/1+（12.38×0.6×7.06/122.3）=70.0% 几种资料介绍，环氧富锌底漆的CPVC在 60%~70%时，其防腐性能应该最好。也有资料介绍， 环氧富锌底漆的PVC最好为42%，此时锌粉含量为 82%。我们的正交试验中，1-1 # 和1-4 # 配方耐盐雾性 最好，尤其耐生锈时间更长，1-1 # 和1-4 # 配方的PVC 分别为44.48%及39.7%。环氧富锌底漆的PVC在60% 以上，还是在42%左右，哪种情况耐盐雾性最好，上 述两种说法似乎是矛盾的。 1.6 PVC＞CPVC环氧富锌底漆的耐盐雾试验 PVC＞CPVC的环氧富锌底漆配方见表4 ［5］ 。此 配方耐盐雾120 h，超过HG/T 3668—2000《富锌底漆》 耐盐雾性标准（72 h不起泡，不生锈）。
        
    环氧富锌底漆PVC与耐盐雾性的关系如图1所示。
                  
    2 结语
    （1）以上试验表明：解决环氧富锌底漆耐盐雾性应按照CPVC理论，即PVC＜40%或＞60%的情况下，可以达到HG/T 3668—2000《富锌底漆》耐盐雾性标准，即72 h不起泡、不生锈（漆膜厚度为20~25μm）。
    （2）关于富锌底漆很多文章都提到漆膜厚度对 耐盐雾性的影响，各种有关富锌底漆的漆膜厚度规定也不一致。HG/T 3668—2000《富锌底漆》耐盐雾性标准规定漆膜厚度为20~25μm，能较快地比较出各种环氧富锌底漆的耐盐雾性。
    （3）富锌底漆的PVC与防腐性的关系还要通过工程应用实践来评价，至少要通过曝晒试验。我们已对不同PVC的环氧富锌底漆进行曝晒，以便进一步确 定PVC与防腐性的相关性。
参考文献
1. Zeno.W威克斯（美）.有机涂料科学和技术［M］.北京：化学工业出 版社，2003
2.季瑞峰.验证富锌涂料各类型标准适应性和耐盐雾性能的探讨［J］. 中国涂料，2007（7）：19-21
3.王泳厚.涂料配方原理及应用［M］.成都：四川科技出版社，1987
4.洪啸吟，冯汉保.涂料化学［M］.北京：科学出版社，1997
5.虞兆年.防腐蚀涂料和涂装［M］.第二版.北京：化学工业出版社， 2002：118