随着环保意识的增强及企业对绿化美化的要求， 一些钢铁企业对其厂区设备及钢结构在进行防腐治理的同时，对防腐涂装外观美化非常重视。如果防腐涂层[TuCeng]具有良好的防腐特性且具有一定的自清洁[QingJie]功能， 即对带有酸性、碱性的粉体颗粒和气体凝聚体，具有很好的防腐蚀性能，使其不对涂层[TuCeng]有任何腐蚀作用；同时涂层[TuCeng]表面[BiaoMian]又对已落的灰尘或其它污染物具有一定的降解功能，或由于某种物质的存在，使灰尘不能牢固地附着在涂层[TuCeng]表面[BiaoMian]，用水较易冲洗或用湿布易擦， 可有效解决为了美观反复涂刷所带来的人力和物力巨大浪费问题。基于上述分析 ， 本文开展了防腐涂层[TuCeng]材料具有自清洁[QingJie]功能的研究。采用了具有良好耐酸、耐碱性能 ，且涂层[TuCeng]表面[BiaoMian]光泽度高、光洁性好的基料，选取了具有一定光催化性能和超疏水[ShuShui]性物质，制备了涂层[TuCeng]表面[BiaoMian]对污染物具有一定的排斥性和分解特性的自清洁[QingJie]防腐。

1 试验部分

1.1 试验材料

H C P E( 裕隆化工 ) ；环氧改性[GaiXing]丙烯酸树脂 ( 三木化工 ) ；氟树脂 ( 深圳一品莲 ) ； N75( 拜耳 ) ； 3380( 旭化成 ) ； B S750( 三木化工 ) ；锐钛型纳米 TiO2 ( 进口 ) ；金红石型 TiO2 ( 国产 ) ；偶联剂改性[GaiXing] 1 200 目滑石粉 ( 国产 ) ；偶联剂改性[GaiXing]无定型 SiO2 ( 国产 ) ； H T 高光疏水[ShuShui]助剂 ( 国产 ) 。

1.2 分析与测试

电子天平、 1 000 m L 砂磨机、 O C A20 视频光学接触[JieChu]角测量仪、粗糙[CuCao]度测定仪、耐污性能测试装置 ( 参照 GB/T9780 测试 ) 。

2 配方结构分析

2.1 基料选取

基料的选取基于以下三方面：防腐性 ( 耐酸耐碱 ) 、光泽与光滑度、自清洁[QingJie]性 ( 以接触[JieChu]角大小衡量 ) 。本文选取了 H C P E 、 E10 改性[GaiXing]丙烯酸树脂、氟树脂，其耐酸、碱性在 15%H2SO4 、 10%HCl 、 15%NaOH 点蚀测试中 288 h 涂膜均无变化 ， 长期点蚀 E10 改性[GaiXing]丙烯酸树脂、氟树脂较好；光泽与光滑度 E10 改性[GaiXing]丙烯酸树脂较好；在不添加[TianJia]光催化剂和疏水[ShuShui]物的情况下， 三种基料 H C P E 、 E10 改性[GaiXing]丙烯酸树脂、氟树脂涂层[TuCeng]的接触[JieChu]角分别为： 67 °、 81 °、 105 °，氟树脂的疏水[ShuShui]性要好 ，考虑到基料的原材料成本问题 ，本文选 E10 改性[GaiXing]丙烯酸树脂 ， 而 E10 改性[GaiXing]丙烯酸树脂为双组分 ， 固化剂分别采用 N75 、 3380 、 B S750 均为聚氨酯类固化剂 ，对接触[JieChu]角的影响不大 ，而光泽度 N75 要好，本文采用 N75 作为体系的 B 组分。

2.2 偶联剂改性[GaiXing]滑石粉用量、 H T 疏水[ShuShui]助剂用量对涂层[TuCeng]接触[JieChu]角的影响

自荷叶效应 ( “ Lotus- effect ” ) 的自清洁[QingJie]效果被发现以来 ， 人们已经认识到荷叶表层生长着纳米级的蜡晶， 使得荷叶表面[BiaoMian]具有超疏水[ShuShui]性 ( 其接触[JieChu]角可达 150 ° ～ 160 ° )， 是产生自清洁[QingJie]的主要动因。因此涂层[TuCeng]表面[BiaoMian]的超疏水[ShuShui]性被认为其表面[BiaoMian]具备自清洁[QingJie]功能是否存在的关键。为此本文进行了改善涂层[TuCeng]表面[BiaoMian]接触[JieChu]角的试验研究。

图 1 为在中添加[TianJia]改性[GaiXing]滑石粉填料、 H T 疏水[ShuShui]助剂添加[TianJia]量对涂层[TuCeng]表面[BiaoMian]接触[JieChu]角 ( 疏水[ShuShui]性 ) 影响关系曲线。

由图 1 可知， 单独添加[TianJia]改性[GaiXing]填料、 H T 疏水[ShuShui]助剂对涂层[TuCeng]的接触[JieChu]角均有提高， 而以 H T 疏水[ShuShui]助剂提高显著。随着改性[GaiXing]填料添加[TianJia]量的增加， 接触[JieChu]角由 75 ° 增加至 92 °， 过量添加[TianJia]其接触[JieChu]角的增量不大， 以 10% 添加[TianJia]量为好； H T 疏水[ShuShui]助剂以 1% 的添加[TianJia]量为好。将二者混合添加[TianJia]时 (1%H T 助剂 + 改性[GaiXing]滑石粉 )，其疏水[ShuShui]效果更加明显， 总添加[TianJia]量大于 11% 时， 接触[JieChu]角可达 105 °，涂层[TuCeng]表面[BiaoMian]具有良好的疏水[ShuShui]性。

2.3 改性[GaiXing]气相 SiO2 对涂层[TuCeng]表面[BiaoMian]粗糙[CuCao]度、接触[JieChu]角的影响

荷叶表面[BiaoMian]微观结构研究发现 ， 荷叶表面[BiaoMian]乳突 ( 平均直径 5 ～ 9 μ m) 上还存在纳米结构 [(124.3 ± 3.2) n m]， 这种微米结构与纳米结构相结合的阶层结构是产生超疏水[ShuShui]和自清洁[QingJie]效应的根本原因 ， 合适的表面[BiaoMian]粗糙[CuCao]度对于构建疏水[ShuShui]性自清洁[QingJie]表面[BiaoMian]非常重要。本文在上述试验的基础上， 进行了添加[TianJia]无定型 SiO2 以改善涂层[TuCeng]表面[BiaoMian]的粗糙[CuCao]度 ， 以便进一步改善涂层[TuCeng]表面[BiaoMian]的疏水[ShuShui]性。

图 2 偶联剂改性[GaiXing]无定型 SiO2 添加[TianJia]量对涂层[TuCeng]表面[BiaoMian]粗糙[CuCao]度、接触[JieChu]角性关系

图 2 为偶联剂改性[GaiXing]无定型 SiO2 添加[TianJia]量对涂层[TuCeng]表面[BiaoMian]粗糙[CuCao]度、疏水[ShuShui]性关系曲线。其中粗糙[CuCao]度为相对于涂层[TuCeng]表面[BiaoMian] 1 μ m 高度的比值。由图 2 可知 ， 随 SiO2 的添加[TianJia] ， 涂层[TuCeng]表面[BiaoMian]粗糙[CuCao]度有所改善 ， 同时涂层[TuCeng]表面[BiaoMian]的疏水[ShuShui]性进一步提高 ， 当添加[TianJia]量大于 0.25% 时 ， 涂层[TuCeng]表面[BiaoMian]的接触[JieChu]角可达 109 ° 。其表面[BiaoMian]接触[JieChu]角测试如图 3 所示。 We n ze 曾就液体相对于固体表面[BiaoMian]的接触[JieChu]角与表面[BiaoMian]的粗糙[CuCao]度作过定性描述， 即粗糙[CuCao]度定义为固体与液体接触[JieChu]面之间的真实面积与几何面积的比值。γ =cos θ γ /cos θ ( γ≥ 1 ；θ≠ 90 ° ) 其中：θ γ 为液体在粗糙[CuCao]表面[BiaoMian]上的接触[JieChu]角 ； θ为液体在理想光滑面上的真实接触[JieChu]角。

由此可知 ， θ > 9 0 ° 时 ， 粗糙[CuCao]度可使接触[JieChu]角θ进一步增大 ， 即粗糙[CuCao]度可提高表面[BiaoMian]的疏水[ShuShui]性；θ <90 ° 时 ， 粗糙[CuCao]度可使θ进一步变小 ， 即可使表面[BiaoMian]疏水[ShuShui]性降低。表面[BiaoMian]粗糙[CuCao]度可使表面[BiaoMian]疏水[ShuShui]性强者更强 ， 弱者更弱。因此合理的设计涂层[TuCeng]表面[BiaoMian]的粗糙[CuCao]度非常关键 ， 本试验中涂层[TuCeng]表面[BiaoMian]的接触[JieChu]角均已大于 90 ° ， 在不影响表面[BiaoMian]光泽及平整度的条件下 ， 微米级的粗糙[CuCao]表面[BiaoMian]有利于改善涂层[TuCeng]表面[BiaoMian]的疏水[ShuShui]性。

2.4 锐钛型纳米 TiO 2 对抗污性能的影响

在上述研究的基础上 ， 尝试了在光催化作用下， 涂层[TuCeng]表面[BiaoMian]污染物可冲洗性的性能研究。图 4 为在中添加[TianJia]具有光催化作用的锐钛型纳米 TiO2 对涂层[TuCeng]抗污染性能关系曲线。其中涂层[TuCeng]表面[BiaoMian]的抗污染性测试标准及过程参照 GB/T9780 进行。

由图4可知，添加[TianJia]纳米 TiO2 对涂层[TuCeng]抗污染性有显著改善， 表现为随着纳米 TiO2 量的增加，涂层[TuCeng]的沾污率显著下降， 当添加[TianJia]量大于 0.25% 时， 涂层[TuCeng]表面[BiaoMian]几乎不污染。

2.5 高光自洁漆现场应用测试

本文在自清洁[QingJie]漆试验研究的基础上 ， 进行了首秦钢铁公司现场性能试验， 图 5 为小试产品现场涂刷 8 个月图片 ， 该产品具有较好的自清洁[QingJie]功能， 其中在有部分污染物的表面[BiaoMian]非常容易冲洗、冲刷；图 6 为 200 k g 现场涂装的Φ 2 m 工业管道之一的涂装 5 个月图片 ， 表面[BiaoMian]仍光亮如新。

图 5 自清洁[QingJie]漆现场图片

图 6 自清洁[QingJie]漆 200 kg 工业用现场图片

3 技术性能参数及理化性能 ( 见表 1 、表 2)

表 1 技术性能参数

表 2 理化性能

4 结 论

以 E10 环氧改性[GaiXing]丙烯酸树脂为基料、 N75 聚氨酯为固化剂 ， 可制备出耐酸、耐碱的高光防腐 ， 在添加[TianJia]纳米 TiO 2 光催化剂、 HT 高光疏水[ShuShui]助剂、偶联剂改性[GaiXing]非晶态 SiO2 等功能性材料的基础上 ， 涂层[TuCeng]表面[BiaoMian]具有良好的疏水[ShuShui] ( 接触[JieChu]角可达 109 ° )， 具有优良的疏水[ShuShui]特 性；试验室及现场工业应用试验表明 ，该涂层[TuCeng]具有良好的自清洁[QingJie]效果。