水性涂料之樹(shù)脂、超分散劑

及防腐活性納米材料

朱愛(ài)萍

教授/博士生導(dǎo)師

揚(yáng)州大學(xué)

朱愛(ài)萍、毛正和、紀(jì)立

軍等

2012年 10月18日

揚(yáng)州大學(xué)

揚(yáng)州市伊麗特高分子材料科技有限公司

水性涂料之樹(shù)脂、超分散劑及

防腐活性納米材料

朱愛(ài)萍

揚(yáng)州大學(xué)

江蘇維特金屬防腐科技有限公司

揚(yáng)州市維納復(fù)合材料科技有限公司

2022年 3月25日

2022江蘇省涂料年會(huì)

報(bào)告內(nèi)容

1、行業(yè)背景及現(xiàn)狀

2、涂料樹(shù)脂創(chuàng)新及應(yīng)用成果

3、防腐納米復(fù)合材料

4、新型超分散劑

5、涂料技術(shù)創(chuàng)新

6、金屬防腐應(yīng)用案例

1、溶劑型涂料（油漆）的危害——低VOC排放

? 溶劑大都具有毒性，且具有揮發(fā)性，嚴(yán)重污染環(huán)境并影響健康；

? 有機(jī)溶劑易燃易爆，存在嚴(yán)重的安全隱患。

油漆廠火災(zāi)

一、行業(yè)背景及現(xiàn)狀

水性涂料的性能問(wèn)題

水性涂料在技術(shù)性能方面與溶劑型產(chǎn)品相比，有不足之處；需

要開(kāi)發(fā)高性能水性涂料樹(shù)脂。

水性涂料的施工問(wèn)題

水性涂料以水為分散介質(zhì)，揮發(fā)速度慢，特別是在低溫、潮濕

環(huán)境下有待提高。

水性涂料用高效超分散劑

涂層擁有溶劑型涂料的據(jù)水性能。

一、行業(yè)背景及現(xiàn)狀

水性涂料的需求越來(lái)越大，多個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題至今未能得到有效突破

2、不環(huán)保的含重金屬防腐材料需要替代，需要更加高效綠色防腐活性功能材料

熱浸鍍鋅工藝 一、行業(yè)背景及現(xiàn)狀

鉻鈍化工藝

環(huán)氧富鋅底漆

二、涂料樹(shù)脂創(chuàng)新及應(yīng)用成果

?發(fā)展：高性能水性涂料樹(shù)脂——丙烯酸酯

接枝環(huán)氧樹(shù)脂

丙烯酸酯接枝環(huán)氧樹(shù)脂乳膠（EPA）

（復(fù)合、室溫交聯(lián)）

C O

CH3 CH3 C C C C OH

H H H2 O

CH3 CH3 H2C C C H H2 O O

O n C C CH2 O

H2 H

.

C O

CH3 CH3 C C C C OH

H2 H H2 O

CH3 CH3 H2C CH2 C H

O O

O n C C CH2 O

H2 H

C C CH2 O

H2 H

C O

CH3 CH3 C C C C OH

H H H2 O

CH3 CH3 H2C C C H H2 O O

O n KPS

Monomers CH

C=OOCnH2n+1 CH2 C(H,CH3)

選用油性涂料常用的兩類(lèi)樹(shù)

脂水性化復(fù)合，通過(guò)優(yōu)勢(shì)互

補(bǔ)，大幅度提高樹(shù)脂性能。

普通乳膠難以室溫交聯(lián)，引

入環(huán)氧樹(shù)脂的復(fù)合乳膠即可

實(shí)現(xiàn)室溫交聯(lián)，通過(guò)交聯(lián)提

高樹(shù)脂性能。

EPA界面相容性得到明顯提升

c:復(fù)合乳膠膜的SEM形貌圖

a:混合乳膠膜斷面

b:復(fù)合乳膠膜的斷面

不相容，性能差

相容，性能優(yōu)異

d:復(fù)合乳膠膜的DSC圖

接枝效率的提高，改善了兩相的相容性。

AP Zhu et al.Polymer Composites 2009, 31（5）: 807-815.

EPA的產(chǎn)業(yè)化

(a)規(guī)模生產(chǎn)裝置 (b)產(chǎn)品包裝

朱愛(ài)萍等 水性環(huán)保全丙接枝環(huán)氧樹(shù)脂乳液及制備方法

200910181932.X.（授權(quán)專(zhuān)利）

拓展了水性涂料的工業(yè)應(yīng)用

AP Zhu et al. Advanced Materials Research 2011 (287-290): 249-252. 項(xiàng)目通過(guò)中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)鑒定

（1）成功研制了丙

烯酸酯接枝高環(huán)氧樹(shù)

脂復(fù)合乳膠，產(chǎn)品貯

存穩(wěn)定、可室溫交聯(lián)；

（2）整體技術(shù)處于

國(guó)際先進(jìn)水平。

EPA在水性金屬防腐涂料中的應(yīng)用

性能檢測(cè)結(jié)果

序號(hào) 檢驗(yàn)項(xiàng)目 技術(shù)要求 檢驗(yàn)結(jié)果 本項(xiàng)結(jié)論

1 在容器中狀態(tài)（底漆漆組分） 攪拌后無(wú)硬塊，

呈均勻狀態(tài)

符合要求 合格

2 施工性 涂刷二道無(wú)障礙 符合要求 合格

3 最低成膜溫度（底漆漆組分） ≤15℃ 11 合格

4 揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）

(底漆)，g/L

≤50 17 合格

5 干燥時(shí)間（表干），h ≤1 通過(guò) 合格

干燥時(shí)間（實(shí)干），h ≤12 通過(guò) 合格

6 劃格試驗(yàn)，級(jí) ≤1 1 合格

7 耐沖擊性，cm 50 50 合格

8 耐酸性（浸入5%H2SO4

144h）

不起泡、不生銹、

不脫落，允許輕微

變色、失光

很輕微變色 合格

9 耐堿性（浸入5%NaOH溶

液中168h）

不起泡、不生銹、

不脫落，允許輕微

變色、失光

很輕微變色 合格

10 耐中性鹽霧試驗(yàn)

（50μm）

600h

不起泡、不生銹、

不脫落，劃痕處單

向擴(kuò)蝕≤2.0mm

劃線處單向銹蝕

1.9 mm，未劃

線區(qū)無(wú)變化

合格

EPA在水性金屬防腐涂料中的應(yīng)用

性能檢測(cè)結(jié)果 續(xù)

成功應(yīng)用案例一：卷鋼涂料修復(fù)

化工塔

環(huán)衛(wèi)車(chē)

鋼構(gòu)廠房卷鋼屋面修復(fù)

成功應(yīng)用案例二：水性金屬防腐涂料

化工塔

環(huán)衛(wèi)車(chē)

水處理設(shè)備外防

成功應(yīng)用案例三：水性地坪涂料

家居地坪 工業(yè)車(chē)間地坪

地下車(chē)庫(kù)地坪 人防地坪

成功應(yīng)用案例四：水性混凝土防腐涂料

儀征化纖冷卻塔的修復(fù)

化工管架修復(fù)

2010年

產(chǎn)品具有耐酸、耐堿、耐熱水

成功應(yīng)用案例五：混凝土構(gòu)建修復(fù)

有機(jī)-無(wú)機(jī)納米雜化

裂縫粘合劑

灌縫膩?zhàn)?/p>

防水、防開(kāi)裂膩?zhàn)?/p>

混凝土防腐涂料

水性環(huán)氧磷酸酯接枝丙烯酸（P-EPA）（烘烤型）

集環(huán)氧樹(shù)脂防腐、丙烯酸酯耐侯與韌性以及磷酸與金屬的絡(luò)合

特點(diǎn)于一體，通過(guò)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，大幅度提高水性樹(shù)脂性能。

環(huán)氧磷酸酯化反應(yīng)

環(huán)氧磷酸酯接枝

丙烯酸酯水性樹(shù)脂

制備的涂料，50μm厚度，耐鹽霧高達(dá)700h

成功應(yīng)用一：水性卷鋼涂料

化工塔

環(huán)衛(wèi)車(chē)

成功應(yīng)用案例二：替代熱浸鍍鋅工藝

家居地坪

成功應(yīng)用案例三：水性變壓器外防腐底漆

三、防腐納米復(fù)合材料創(chuàng)新

?發(fā)展：綠色、智能、長(zhǎng)效防腐添加劑——

以碳納米材料（石墨烯、碳納米管表面復(fù)

合聚苯胺）

現(xiàn)有納米材料的防腐機(jī)理及問(wèn)題

石墨烯

納米片狀結(jié)構(gòu)的高效阻隔水、氧以及腐蝕介質(zhì)的滲透

① GNP/PANI

TEM CV，pH=7

Zhu AP, Wang HS. POLYM. COMPOS., 2018,39:2915-2921

防腐性能相比石墨烯提高6.3倍，相比聚苯胺提高2.6倍

②CNT/PANI

結(jié)構(gòu)示意圖

②CNT/PANI

PANI

CNT-PANI(1:8)

CNT-PANI(1:4) CNT-PANI(1:2)

③ 短纖維PANI

在涂料中添加0.25wt%，耐鹽霧性能提高25%~50%

PANI基防腐活性機(jī)制

填充PANI復(fù)合材料的涂層電化學(xué)腐蝕防護(hù)——負(fù)極反應(yīng)場(chǎng)所轉(zhuǎn)移

1. 納米阻隔效應(yīng)

2. 可逆的金屬表面催化鈍化

3. 陰極保護(hù)

4. 緩釋形成致密的金屬螯合物

四、超分散劑

?納米涂料開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵在于納米材料的水穩(wěn)

定分散體的制備——超分散劑

四、超分散劑

DC-2

DW-1 石墨烯水性漿體系，用量為1%

對(duì)無(wú)機(jī)粉體水體系，用量0.01-0.1%

四、超分散劑

CNT/PANI GNP/PANI

水分散穩(wěn)定性

五、涂料技術(shù)創(chuàng)新

將GNP@CaCO3開(kāi)創(chuàng)性應(yīng)用于涂料領(lǐng)域，發(fā)明了無(wú)溶劑環(huán)氧石墨烯防腐

涂料產(chǎn)品

性能指標(biāo)

無(wú)溶劑

（本項(xiàng)目）

環(huán)氧富鋅

（阿克蘇）

提升幅度

力學(xué)

性能

附著力(MPa) 16 10 38%

流掛性 (μm) >675 >300 56%

耐化

學(xué)品

耐鹽霧(h)/厚度 4000/100 μm 1000/300 μm 75%

耐酸性(d) 30 7 77% n 國(guó)家涂料質(zhì)量監(jiān)

督 檢 驗(yàn) 中 心

TW171872

相比環(huán)氧富鋅涂料本項(xiàng)目產(chǎn)品厚度減薄2/3、耐鹽霧關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)提高4倍

五、涂料技術(shù)創(chuàng)新

將GNP/PANI功能復(fù)合材料首次應(yīng)用于無(wú)溶劑涂料，耐鹽霧相比石墨烯涂

料提高3倍，滿足了國(guó)防重防腐需求；將CNT/PANI功能復(fù)合材料創(chuàng)新性

地應(yīng)用于水性涂料，發(fā)明了水性環(huán)氧納米防腐涂料產(chǎn)品

性能指標(biāo)

水性體系

（本項(xiàng)目）

油性環(huán)氧

（阿克蘇）

提升幅度

力學(xué)

性能

附著力 (MPa) 12 8 33%

VOC (g/L) 86 >250 -191%

耐化

學(xué)品

耐鹽霧 (h) 1440 800 44%

耐酸性 (d) 7 不耐酸

相比溶劑型環(huán)氧涂料，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)耐鹽霧提高44%，

突破了水性涂料不如油性涂料的技術(shù)瓶頸

n 國(guó)家涂料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)

中心TW183538-1W1

五、涂料技術(shù)創(chuàng)新

科技成果通過(guò)了中石化聯(lián)合會(huì)組織的鑒定（2018年）

鑒定結(jié)論：

制備的碳納米/聚

苯胺復(fù)合材料易于

在涂料樹(shù)脂中均勻

分散，通過(guò)高效阻

隔、電子傳輸以及

金屬鈍化催化作用，

獲得了智能金屬防

腐材料。整體技術(shù)

達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平

五、涂料技術(shù)創(chuàng)新

技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)性

典型產(chǎn)品

技術(shù)指標(biāo)

耐鹽霧(h)/厚度

經(jīng)濟(jì)環(huán)境指標(biāo) 技術(shù)先進(jìn)性

水性納米防腐涂料

（本項(xiàng)目）

1440/100μm

VOC<60g/L

18元/m2

厚度減薄2/3，

VOC降低5/6，

耐鹽霧提高80%

油性環(huán)氧富鋅涂料

（阿克蘇）

800/300μm

VOC>300g/L

20元/m2

無(wú)溶劑石墨烯涂料

（本項(xiàng)目）

4100/100μm VOC<10g/L

20元/m2

厚度減薄2/3，

耐鹽霧提高17%，

無(wú)溶劑防腐涂料 成本降低43%

（阿克蘇）

3500/300μm

VOC<50g/L

35元/m2

水性納米烘烤涂料

（本項(xiàng)目）

1000/80μm

環(huán)保

11元/m2

耐鹽霧提高38%

熱浸鍍鋅

（有污染）

720/80μm

不環(huán)保

18元/m2

五、涂料技術(shù)創(chuàng)新

國(guó)家涂料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的檢測(cè)報(bào)告

五、涂料技術(shù)創(chuàng)新

創(chuàng)新了涂料行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)

由揚(yáng)州大學(xué)牽頭起草的納米涂層材料標(biāo)準(zhǔn)有力地推動(dòng)了涂料行業(yè)

邁向環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展

起草單位：

揚(yáng)州大學(xué)

維納復(fù)合材料

六、金屬防腐應(yīng)用案例

無(wú)溶劑環(huán)氧石墨烯重防腐涂料

無(wú)氣噴涂一遍，厚度為100?m

附著力高、高效阻隔，實(shí)現(xiàn)100?m，

耐中性鹽霧超過(guò)4000h的技術(shù)指標(biāo)。

1. 移動(dòng)式污水處理裝置內(nèi)防 揚(yáng)州臻微生物技術(shù)有限公司

水性帶銹轉(zhuǎn)化過(guò)程與效果

六、金屬防腐應(yīng)用案例

涂裝前 水性帶銹+無(wú)溶劑石

墨烯+水性耐候 工程效果

2. 通訊鐵塔防腐工程

解決了無(wú)法采用熱浸鍍鋅防腐問(wèn)題的應(yīng)用

四川綿陽(yáng)恒盛通信網(wǎng)絡(luò)工程有限

六、金屬防腐應(yīng)用案例

江蘇瑞祥化工有限公司

涂裝前 工程效果

工程簡(jiǎn)介：7000多平米氯堿車(chē)

間不停產(chǎn)防腐施工，帶銹涂裝

處理，工期1個(gè)月，要求無(wú)火施

工. 無(wú)氣噴涂石墨烯重防腐涂料1道，水性耐候聚氨酯面涂

1道；從2017年11月初至12月底結(jié)束，代替富鋅底漆

防腐性能不長(zhǎng)效問(wèn)題，縮短施工時(shí)間，無(wú)需企業(yè)停產(chǎn)

施工，取得非常高的經(jīng)濟(jì)效益！防腐設(shè)計(jì)壽命3年！

3. 氯堿車(chē)間重防腐工程應(yīng)用

六、金屬防腐應(yīng)用案例

1. 微弧氧化鋁合金基材，

涂層附著力>14MPa

2. 海洋環(huán)境15年不銹蝕

項(xiàng)目產(chǎn)品 應(yīng)用單位 應(yīng)用工程 應(yīng)用效果

CNT/PANI

無(wú)溶劑防腐涂料

中船重工十二所 艦船動(dòng)力

薄涂、耐磨、

長(zhǎng)效防腐

國(guó)防設(shè)計(jì)要求：

4. 海洋導(dǎo)彈發(fā)射底座防腐 中船重工十二所

六、金屬防腐應(yīng)用案例

第三軸梁涂刷鐵銹轉(zhuǎn)化劑 第三軸梁涂刷石墨烯改性環(huán)氧 第三軸梁涂刷氟碳面漆

5.濕熱酸腐蝕環(huán)境中鋼構(gòu)防腐 芬歐匯川（中國(guó)）有限公司

六、金屬防腐應(yīng)用案例

1-5 軸防腐前

1-5軸防腐后

5.濕熱酸腐蝕環(huán)境中鋼構(gòu)防腐

六、金屬防腐應(yīng)用案例

青島海爾智能技術(shù)研發(fā)有限公司

石墨烯粉末涂料

1. 耐鹽霧>3000h

2. 海洋環(huán)境10年不銹蝕

滿足南海地域防護(hù)要求

6.南海地區(qū)空調(diào)外機(jī)殼體防腐工程

六、金屬防腐應(yīng)用案例

河北熱鍍鋅公司

水性納米改性丙烯酸氨基烤漆

7.替代熱浸鍍鋅 防腐工程

六、金屬防腐應(yīng)用案例

耐鹽霧400h

7.替代熱浸鍍鋅 防腐工程

熱

浸

鍍

鋅

水

性

納

米

烤

漆

耐鹽霧0 h 耐鹽霧76h

六、金屬防腐應(yīng)用案例

8. 揚(yáng)力集團(tuán)的水性涂料替代溶劑型涂料

水性單組份底漆

水性雙組份橘紋漆

硬度：2H

光澤：80

科技獲獎(jiǎng)

科技成果推廣應(yīng)用，需要企業(yè)的助力。

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)，需要企業(yè)的參與。

展 望

創(chuàng)新校（研發(fā)）企（應(yīng)用）合作模式，

整合校（人才）企（市場(chǎng)、生產(chǎn)）資源，

實(shí)現(xiàn)校（成果轉(zhuǎn)化）企（轉(zhuǎn)型升級(jí)）

合作共贏