卷鋼涂料廣泛應用于建筑、家電、汽車、裝飾等領域[1-3]，與一般工業涂料不同，卷鋼涂料采用先涂裝后加工的生產工藝，因此涂層不但要有較高的硬度，以防止加工和使用時擦傷和劃傷，而且要防止加工時涂層開裂。并且涂裝后的涂層要有極佳的穩定性，經久耐用，能滿足用戶不同的需求。
建筑行業用的彩涂鋼板，由于對耐腐蝕的要求以及涂膜厚度的限制，長期以來使用含鉻的防銹顏料來實現在不同自然條件下的耐腐蝕功效。鉻酸鍶是一種有毒化學品，對人體皮膚和內臟器官都有害，更嚴重的是，有充足的動物證據證明鉻酸鍶是致癌物。
2007年，歐洲開始執行法規要求減少鉻酸鍶的使用，法規要求 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品的無鉻化替代方案。國內標準GB 30981—2020《工業防護涂料中有害物質限量》對六價鉻在色漆中的含量做了明確的限定，即干膜中六價鉻含量≤1 000 mg/kg。國內代表性鋼廠寶鋼、馬鋼等彩涂機組也在 2022年 1月全面切換至無鉻化產品。目前無鉻卷材涂料研制存在的主要技術難題是無鉻防銹顏料替代有鉻防銹顏料后對涂料耐鹽霧性能的影響[4-5]。因此，本研究將從無鉻防銹顏料、無鉻底漆樹脂、卷鋼基板的種類及面漆類型等方面研究無鉻卷鋼常規性能以及耐鹽霧性能，最后與有鉻卷鋼涂料的性能進行對比。
1、實驗部分
1. 1 實驗原料
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；附著力促進劑 2063：路博潤；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?？萍加邢挢熑喂?；催化劑 KT218：高施米特；其他原料：市售。
1. 2 無鉻卷材涂料的制備
表 1~5分別為無鉻卷鋼底漆和面漆的參考配方。
1. 3 樣板的制備
實驗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，都進行了無鉻預處理（鋼廠直接處理）。
選用 0. 5 mm厚的預處理好的卷鋼基板，按規定尺寸裁剪后，銼平邊角，用酒精擦拭板面備用。用刮棒在基板表面刮涂配制好的無鉻卷鋼底漆，在高溫烘箱中 325 ℃烘烤 20~25 s，使板溫達到 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，使板溫達到 224~241 ℃后迅速取出，并用水急冷，即得所需的無鉻卷鋼面漆樣板。
1. 4 性能測試
無鉻卷鋼涂料的涂層性能均按照 GB/T 13448—2019 中 關于卷材涂料涂層性能檢測及評價方法進行。
2、結果與討論
2. 1 防銹顏料對無鉻卷鋼涂料性能的影響
目前采用的無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。它們的防銹機理有一定的差異，其中磷酸鹽和多磷酸鹽防銹機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合生成致密而堅固的附著性強的絡合物保護膜，起到保護金屬表面的作用。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行交換得到的一類防銹顏料。二氧化硅在堿性條件下會解離，釋放出硅酸根離子。當陰極反應發生，區域堿性升高后，會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，覆蓋在陰極與陽極表面，形成鈍化保護膜，從而阻隔陰陽兩極電極反應的發生。實驗按照無鉻聚氨酯底漆和普通聚酯面漆配套制備涂層，基板為無鉻熱鍍鋅基板，探討 3種防銹顏料對無鉻卷鋼涂料性能的影響，結果如表 6所示。
從表6可以看出，防銹顏料的種類對無鉻卷鋼涂料的常規性能基本沒有影響，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還可以發現，3種無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最好，切邊鹽霧1008h單邊擴蝕最大寬度為17.5mm，劃線鹽霧最大擴蝕寬度為2mm，平板鹽霧2000h能達到1（S2），這主要是與其防銹機理相關。
2.2底漆類型對無鉻卷鋼涂料性能的影響
現在常用的卷鋼涂料的底漆通常為環氧底漆、聚酯底漆和聚氨酯底漆，按照環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種底漆對無鉻卷材涂料性能的影響，結果如表7所示。
從表7可以看出，底漆的種類對無鉻卷鋼涂料的常規性能有一定的影響，其中環氧底漆相對來說彎曲性能較低，但是硬度和耐劃傷性能較高；這可能是由于環氧底漆與基板有較好的附著力，而且分子鏈中有剛性結構，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，環氧底漆在劃線鹽霧和平板鹽霧性能方面表現最好，但是切邊鹽霧要劣于聚酯和聚氨酯底漆，這可能是由于環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，構造規整，屏蔽性好，可防止水和氧氣往金屬基層滲透，從而達到很好的平板鹽霧和劃線鹽霧性能；但是由于環氧底漆硬度大，導致在做切邊鹽霧時，破壞了環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面漆類型對無鉻卷鋼涂料性能的影響
按照無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種面漆對無鉻卷材涂料性能的影響，結果如表8所示。
從表8中可以看出，面漆的種類對無鉻卷鋼涂料的常規性能和鹽霧性能有一定的影響，但無鉻卷鋼底漆配合不同的面漆都表現較為優異的性能。
2.4基板類型對無鉻卷鋼涂料性能的影響
基板的類型對卷鋼涂料的性能有較大的影響，現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%。實驗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種基板對無鉻卷鋼涂料性能的影響，結果如表9所示。
從表9可以看出，基板的類型對無鉻卷鋼涂料的常規性能影響不大，主要對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最好，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，固態鎂形成的氧化膜也較致密，能有效地保護內部的組織，防止進一步被氧化。
2.5有鉻和無鉻卷鋼涂料性能對比
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。實驗以環氧底漆和聚氨酯底漆分別搭配普通聚酯面漆制備涂層，比較了有鉻和無鉻卷鋼涂料性能，結果如表10所示，其中有鉻防銹顏料為鍶鉻黃，無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，無論是環氧底漆還是聚氨酯底漆，無鉻卷鋼涂料的性能與有鉻卷鋼涂料的常規性能相當。有鉻卷鋼涂料的耐鹽霧性優于無鉻卷鋼涂料的，尤其是切邊鹽霧和劃線鹽霧。
3、結語
通過對無鉻防銹顏料的種類、不同無鉻底漆、卷鋼基板種類及不同面漆類型研究對無鉻卷鋼常規性能以及耐鹽霧性能的影響，解決了無鉻卷鋼涂料鹽霧性能問題，制備的無鉻卷鋼涂料的常規性能和鹽霧性能基本與有鉻卷鋼涂料一致，符合新國標的環保要求。研究發現采用硅鈣離子交換型防銹顏料制備的涂料耐鹽霧性能最好；無鉻環氧底漆的鉛筆硬度、耐劃傷性、切邊鹽霧和平板鹽霧性能表現最好，但是切邊鹽霧要劣于聚酯和聚氨酯底漆的。
參考文獻
[1]肖佑國，祝福君.預涂金屬卷材及涂料[M].北京：化學工業出版社，2003.
[2]黃有為，俞劍峰.卷鋼涂料技術發展及其應用[J].上海涂料，2007，45（4）：1-5.
[3]吳奎錄.國內涂料發展及現狀[J].涂層與防護，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.
相關鏈接
