摘要：目前，钢结构防锈通常利用防腐涂料丙烯酸乳液来实现，虽然乙烯与丙烯酸乳液融合会加强合成乳液的抗磨性与抗污性、抗老化性，但是其也会出现氧气透过率较高的、涂膜致密性差等不足之处。故文章重点阐述了乳液合成的方式针对丙烯酸树脂完成改进处置，进而有效改善丙烯酸涂膜致密性相关问题，最终确保钢结构防锈乳液性能。

关键词：钢结构；水性丙烯酸乳液；合成与性能

现阶段，通常会利用不饱和双键可聚合乳化剂，从而针对聚合性乳化剂和非复合型乳化剂来完成复配，不仅有效改善丙烯酸乳液不稳定性问题，同时也研究出高性能的水性丙烯酸乳液。并伴随着不断深入研究，丙烯酸乳液性能高低跟乳化剂复配体系和乳化剂用量存在着密切关系，尤其在复合乳化剂使用量达到了0.8%至1.0%区间，结果合成的丙烯乳液综合性能最佳。

一、原料与方法

（一）实验材料

详尽实验材料为：去离子水，采购的过硫酸钠、苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、衣康酸单丁酯、碳酸氢钠、三乙胺；此外，也需要采买丙烯酸磷酸酯，y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷，烯丙氧基脂肪醇氧乙烯醚硫酸铵、壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵、氧基壬基酚丙醇聚氧乙烯醚硫酸铵。

（二）实验仪器设备

基本实验器具为1000mL四口烧瓶、搅拌桨、温度计、冷凝管等。以及500 mL调温电热器，B90-S型数字显示转速搅拌机，HH-1型数显恒温水浴锅，DT500A 型电子天平， 101-1AB 型电热鼓风干燥箱。

（三）乳液的分类

根据其成分的差异，丙烯酸乳液可以分为纯性、苯乙烯改性和有机硅改性三种类型，每种类型都有其独特的特性和优势。从聚合方法差异的角度对丙烯酸乳液进行有效划分，可分为核壳聚合、无皂聚合、微孔聚合等多种类型。

线性丙烯酸乳液聚合物具有明显的线性结构，它们对温度非常敏感，当温度升高时，乳液涂层会变得更软，更粘稠；当温度降低时，材料会变得更加脆性，乳液涂层更容易破碎，吸水性也会增加。通过将多种功能单体与壳核乳液聚合，可以制备出交联型丙烯酸聚合物乳液，其分子结构呈网状，具有良好的力学强度、柔韧性、断裂伸长率和拉伸强度，同时还具有优异的耐水性，而且成膜温度也相对较低。

（四）水性丙烯酸乳液合成分析

3.1单体预乳化核

提取适量的去离子水、复合乳化剂、引发剂，随即完全融合并均匀搅拌，且在进程中增添混合单体，并利用高速剪切机来完成混合物15min乳化过程，结果可提取核预乳液。此外，采用相同方法也可提取壳乳液。

3.2壳结构乳液混合

提取适量的缓冲剂、引发剂、复合乳化剂、去离子水底料添加至存放着恒压漏斗、冷凝管、搅拌器、温度计1000mL四口烧瓶当中，随后增添8%核预乳液，并升温到80℃，而在温度上升至82℃时，即可提取种子乳液。待30min之后，试剂瓶内回流减弱，且乳液呈现蓝色，随后将残余的核乳液耗时1.5h慢慢滴完，紧接着将温度上升到86℃，等待一小时，随即使温度下降至82℃，且用时2h把壳乳液慢慢滴完为止，待壳乳液增添一半情况下，再次添加相应剂量的活性有机硅单体，且将温度上升到86℃，此进程中增添一定剂量溶液会引起剂水溶液，结果冷却温度降至50℃，并利用三乙胺使其PH至调节至7～8，滤除杂质，结果提取了微微发蓝光的白色乳液。

3.3乳胶膜制备

把外表面有污染的马口铁片清理干净，随之借助涂膜仪器设备，把乳液平均涂刷在铁片上，待自然温度放置15日，结果获得成膜。

3.4乳液制备

利用幂级滴定法来提取乳液聚合。详尽步骤为：第一，单体预乳化，在预乳化1或预乳化2中完成相应单体质量比来预乳化。其中预乳化1主要以硬单体为主，且质量比为苯乙烯50%，甲基丙烯酸正丁酯35%，异辛酯10%，丙烯酸5%。而预乳化2 主要以软单体以及特殊功能单体或单体组合为主，且质量比为苯乙烯40%，异辛酯40%，甲基丙烯酸18%，特殊单体2%。第二，添加底料，在釜中加入残余乳化剂及pH调节剂，且配比纯水后，使温度缓慢上升。第三，滴加进程，温度升高87℃，增添初引至釜底，并滴入预乳化液及引发剂。并搅拌预乳化液1花费4h滴入至预乳化2当中。第四，保温过程，温度时刻保持87℃，且依据黏度要求自行升高搅拌速率。第五，后处理进程，待温度下降到75℃，随之添加叔丁基过氧化氢和吊白块，测试MV值需 0.5 h保温30 min之后。通过设备检测的正负号定性来推断出是氧化剂过量或者还原剂过量，且对超出量有具体统计。按照不同剂量，从而适当添加叔丁基过氧化氢或吊白块，先加入15min，且温度保持30min，随即温度降至50℃，最终调和与出料，提取获得防闪锈乳液。

3.5配方材料选择分析

3.5.1防锈颜料的选择

通过使用化学防锈颜料，可以通过改变表面的组分和结构，从而有效地阻止金属腐蚀。化学防锈颜料可以有效地改善金属表面的性能，从而形成一层又一层的新的膜层，包括钝化膜、磷化膜等。由于这些薄膜的电极电位比原来的金属更正，因此它们的表面形成阳极的可能性会大幅降低；此外，由于薄膜表面有许多小洞，使得漆层更容易粘合。一些常见的化学防锈颜料包括铅、铬和磷酸盐系列。

铬酸盐防锈剂通常由铬酸锶和铬酸锌组成，具有良好的耐锈性。这种涂料通常被用来保护轻金属，如铝和镁，另外它也能够有效地保护钢铁表面。铬酸盐具有强大的抗锈性能，它能够有效地钝化金属表面，从而实现有效的防锈保护目的。由于受到环境保护问题的制约，许多发达国家都不再允许使用这种物质。

磷酸盐类的防锈颜料具有出色的钝化效果，其中包括磷酸锌、三聚磷酸铝和等，这些材质都不含有害物质，而且在最近几年得到了大量的研究和推广，使得其在实际工程中得到了广泛的使用。

对于磷酸锌而言，其在水性体系中所表现出的稳定性很高，无色无毒，对水的防御力强，并且对预防腐蚀也很有效。此外，它是一种中性物质，与漆料非常相容，可以维护涂层的稠度。

在磷酸盐体系中，磷酸锌与乳液体系的结合更加紧密，而且更加稳固。尽管磷酸铝锌或其它改性体系也可以与磷酸锌体系结合，但是磷酸铝锌等改性体系对乳液的筛选有一定的要求，其需要进行大量的选择工作，才能找到一种最佳的防锈颜料，这样就会增加很多的工作量。

事实上，防锈颜料的主要原理是利用电化学反应的机理，释放在配方中，但由于颜料的添加量并不是无限的，因此，若要获得最佳的防锈效果，除了正确选择乳化剂及合理设定添加量之外，还需要在反应后期产生一个良好的屏障，以确保最终的防护效果。

3.5.2润湿分散剂的选择

分散剂目前常用的主要有：

（1）具有水溶性的高分子聚合物。例如聚丙烯酸盐，其是一类具有强离子性的物质，其中包括钠、钾和铵等。大部分都是以20—30的水溶液形式所呈现的。这类分散剂的价格实惠，而且添加量极少。

（2）亲水性丙烯酸酯共聚物。随着离子浓度的显著下降，研磨料具备了良好的剪切力，并能够形成具有较高黏度的分散体，这使得它们在分散无机颜料中表现出色，而且它们的结构中还含有聚氧乙烯、磺酸基等接枝单元。

（3）线性大分子离子型或非离子型化合物。这类分散剂大多数都是聚氧乙烯类的。

（4）疏水性共聚物分散剂。许多丙烯酸类化合物都不具有离子性，其中一些还包含胺类接枝单元，这些物质能够通过空间位阻和有效的锚固基团来稳定颜料的结构。

选择合适的分散剂对于保证水性丙烯酸工业漆的稳定性和涂膜性能至关重要，因此，我们通常会选择丙烯酸盐类和疏水共聚物类。

3.5.3抗闪锈剂的选择

当水性漆的底材选用的是钢铁材料时，在施工作业的过程中很可能会产生闪锈的情况。目前，我们可以通过添加缓蚀剂来改善这个问题。结合产生的保护层的差异，缓蚀剂可以被划分为三种：氧化膜、沉淀膜以及吸附膜等类型。

过去，亚硝酸钠被广泛使用来防范闪锈问题，它的作用十分显著，但由于亚硝酸盐具有极高的致癌性，可能会给施工人员带来严重的健康风险，所以现在已经渐渐被摒弃。

由于受到多种复杂的系统性因素的影响，闪锈的形成并非仅仅依靠一种防闪锈剂就可以完全避免。不同的基材、不同的碳含量、不同的杂质含量、不同的表面光滑度、不同的打磨程度、不同的配方设计、不同的含水量、不同的干燥速率、不同的施工温度和湿度等因素均会影响到防闪锈剂的选择。从根本性的角度分析，闪锈实际上是一种电化学反应。故而从这个角度分析，可以在使用防闪锈剂的同时，要注意控制配方中的水分，并且要适当地调节润湿剂和消泡剂的用量，以及PH值的变化。

3.5.4水性增稠剂的选择

水性增稠剂具有多项功效，它既可以提高涂层的稠度，又能够有效地阻挡流挂问题的出现，同时还具有良好的机械特性和存储耐久性。尤其在黏度较低的水性涂料制备过程中，它的作用更加突出，已经逐渐发展为一类十分重要的助剂。

当前，市面上提供了各类增稠剂，包括无机增稠剂、纤维素类等。其中，无机增稠剂属于一类吸水膨胀而产生的触变性凝胶矿物，如膨润土、凹凸棒土等，膨润土的使用范围较广。纤维素增稠剂的应用历程比较长，种类繁多，从甲基纤维素到羧甲基纤维素，再到羟乙基纤维素等，它们都曾经作为增稠剂的重要组成而存在。此外，聚丙烯酸酯增稠剂也被广泛应用，它大致可以分为两种：水溶性的聚丙烯酸盐和丙烯酸碱溶胀增稠剂。

3.6水性复合涂料制备

依据水性防闪锈乳液的丙烯酸涂料最基础配置质量分数，具体为：pH调节剂0.1% ～ 0.5%；润湿剂0.2% ～ 0.3%；分散剂0.3% ～ 0.5% ；消泡剂0.1% ～ 0.2；防锈填料15.0% ～ 25.0%；

色粉5.0%～ 10.0%；滑石粉8.0%～ 11.0%；耐盐雾剂0.3%～ 1.0%；成膜剂1.0% ～ 3.0%；防闪锈乳液40.0% ～ 60.0%；随后配漆过程中，率先添加水，快速搅拌均匀滴入润湿分散剂与消泡剂等助剂，且添加颜填料后完成砂磨，待砂磨细度达标之后，添加乳液与成膜剂，利用增稠剂调配至相关技术标准。此外，如要得到清漆配方则不可添加色粉。

3.7涂膜制备

基础材料挑选为20.0 cmx 15.0 cmx0.5 cm钢板，随后利用喷涂方法完成制版，除非有特殊备注之外，以30μm清漆与50μm色漆均匀涂抹。

二、实验结果与研讨

（一）复合乳化体系对乳液性能干扰

通过不同实验得知，乳化剂类型与使用剂量决定了水性丙烯酸乳液稳定性与乳胶膜耐水性。因此，要想获得高质量的合成防锈乳液，需要避免乳化剂分子移动，加强乳液耐水性，且保证聚合平稳根本上，最大程度降低乳化剂添加量。随后决定利用不饱和双键可聚合乳化

剂，从而利用共价键与聚合物分子链相互间关联性，且不牵涉物理吸附状况下实现聚合反应。故此技艺制备的乳液固化成膜之后乳化剂移动现象少之又少，更有利于乳液防锈性能与聚合物膜耐水性。此外，聚合型复合剂独立使用下，乳化剂效果会因聚合反应降低，随之聚合平稳性下降，要想有效改变现状，则要通过非离子型复合型乳化剂与聚合性乳化剂相融合方法来加强乳液聚合平稳性。

（二）乳化剂用量对乳液性能干扰

在防锈乳液合成进程中，降低乳化剂添加剂量，以及预防剩余乳化剂出现移动，并通过实验确立了乳化体系根本上，深入研讨乳液性能与乳化剂使用量二者关联性，得出结果为： 复合乳化剂使用量与乳液凝胶率表现出反比，其跟乳液聚合稳定性表现出正比。尤其持续添加复合乳化剂剂量，导致混合乳液粒直径降低，聚合平稳性升高，凝胶率下降，呈现出蓝光，整体透明度较好。但此进程中，乳胶膜耐水性不佳，乳液黏度上升。假设不断滴入复合乳化剂，结果聚合乳液粒直径降低，乳胶束明显上升，乳胶粒子间水合层增厚，且静电斥力升高，结果聚合凝胶率下降，体系稳定性有所上升。

总结

总而言之，水性丙烯酸乳液的合成与性能等相关主要参数与乳化剂复配体系与乳化剂使用剂量间有着紧密关联性。通过大量实验不难发现，因DNS--458与SR-10制备成的丙烯酸乳液呈现出较好的稳定性，但在符合乳化剂使用量维持在0.8%至1.0%区间情况下，丙烯酸乳液黏度降至最小，粒径也最佳，最终推断出乳胶膜防锈性能对比其他配比合成方法来讲整体稳定性、吸水率与凝胶率以及乳化效果更加优良。

参考文献

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