卷钢涂料广泛应用于建筑、家电、汽车、装饰等领域[1-3]，与一般工业涂料不同，卷钢涂料采用先涂装后加工的生产工艺，因此涂层不但要有较高的硬度，以防止加工和使用时擦伤和划伤，而且要防止加工时涂层开裂。并且涂装后的涂层要有极佳的稳定性，经久耐用，能满足用户不同的需求。
建筑行业用的彩涂钢板，由于对耐腐蚀的要求以及涂膜厚度的限制，长期以来使用含铬的防锈颜料来实现在不同自然条件下的耐腐蚀功效。铬酸锶是一种有毒化学品，对人体皮肤和内脏器官都有害，更严重的是，有充足的动物证据证明铬酸锶是致癌物。
2007年，欧洲开始执行法规要求减少铬酸锶的使用，法规要求 2017年 7月 22日以前，在欧洲的涂料公司必须提出原有含铬产品的无铬化替代方案。国内标准GB 30981—2020《工业防护涂料中有害物质限量》对六价铬在色漆中的含量做了明确的限定，即干膜中六价铬含量≤1 000 mg/kg。国内代表性钢厂宝钢、马钢等彩涂机组也在 2022年 1月全面切换至无铬化产品。目前无铬卷材涂料研制存在的主要技术难题是无铬防锈颜料替代有铬防锈颜料后对涂料耐盐雾性能的影响[4-5]。因此，本研究将从无铬防锈颜料、无铬底漆树脂、卷钢基板的种类及面漆类型等方面研究无铬卷钢常规性能以及耐盐雾性能，最后与有铬卷钢涂料的性能进行对比。
1、实验部分
1. 1 实验原料
防锈颜料磷酸盐（HEUCOPHOS® ZP 10）、防锈颜料多磷酸盐（HEUCOPHOS® ZAPP）：海博；硅钙离子交换型防锈颜料（SHIELDEXC303）：格雷斯；环氧树脂 609：南亚；改性磷酸、氨基树脂 303、氨基树脂 578、底漆聚酯树脂 401、底漆聚酯树脂 402、普通聚酯树脂4901、高耐候聚酯树脂 4902和丙烯酸树脂 422：上海华谊涂料有限公司；附着力促进剂 2063：路博润；溶剂油 S150、溶剂油 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；钛白粉2009：钛海科技有限责任公司；催化剂 KT218：高施米特；其他原料：市售。
1. 2 无铬卷材涂料的制备
表 1~5分别为无铬卷钢底漆和面漆的参考配方。
1. 3 样板的制备
实验的基板为热镀锌基板、镀铝锌基板、高铝锌铝镁基板和低铝锌铝镁基板，都进行了无铬预处理（钢厂直接处理）。
选用 0. 5 mm厚的预处理好的卷钢基板，按规定尺寸裁剪后，锉平边角，用酒精擦拭板面备用。用刮棒在基板表面刮涂配制好的无铬卷钢底漆，在高温烘箱中 325 ℃烘烤 20~25 s，使板温达到 224~241 ℃后迅速取出，并用水急冷，擦拭干净；随后用刮棒刮涂配制好的面漆，在高温烘箱中 325 ℃烘烤 20~25 s，使板温达到 224~241 ℃后迅速取出，并用水急冷，即得所需的无铬卷钢面漆样板。
1. 4 性能测试
无铬卷钢涂料的涂层性能均按照 GB/T 13448—2019 中 关于卷材涂料涂层性能检测及评价方法进行。
2、结果与讨论
2. 1 防锈颜料对无铬卷钢涂料性能的影响
目前采用的无铬防锈颜料主要有磷酸盐、多磷酸盐和硅钙离子交换型防锈颜料。它们的防锈机理有一定的差异，其中磷酸盐和多磷酸盐防锈机理主要是在缓慢水解过程中释放出磷酸根，由磷酸根离子与铁盐结合生成致密而坚固的附着性强的络合物保护膜，起到保护金属表面的作用。而硅钙离子交换型防锈颜料是以硅为主体，在合成中加入钙镁化合物与二氧化硅表面硅羟基进行交换得到的一类防锈颜料。二氧化硅在碱性条件下会解离，释放出硅酸根离子。当阴极反应发生，区域碱性升高后，会消耗氢氧根离子释放出硅酸根离子。硅酸根离子与钙离子、亚铁或铁离子生成不溶性硅酸盐类，覆盖在阴极与阳极表面，形成钝化保护膜，从而阻隔阴阳两极电极反应的发生。实验按照无铬聚氨酯底漆和普通聚酯面漆配套制备涂层，基板为无铬热镀锌基板，探讨 3种防锈颜料对无铬卷钢涂料性能的影响，结果如表 6所示。
从表6可以看出，防锈颜料的种类对无铬卷钢涂料的常规性能基本没有影响，T弯都≤1T，耐MEK擦拭性>100次，涂层硬度能达到H以上，反向冲击>9.04J，涂层耐划伤性为1800g。从表6还可以发现，3种无铬防锈颜料的切边盐雾、划线盐雾以及平板盐雾都存在一定的差异，其中硅钙离子交换型防锈颜料耐盐雾性能最好，切边盐雾1008h单边扩蚀最大宽度为17.5mm，划线盐雾最大扩蚀宽度为2mm，平板盐雾2000h能达到1（S2），这主要是与其防锈机理相关。
2.2底漆类型对无铬卷钢涂料性能的影响
现在常用的卷钢涂料的底漆通常为环氧底漆、聚酯底漆和聚氨酯底漆，按照环氧底漆和普通聚酯面漆配套制备涂层，防锈颜料为硅钙离子交换型防锈颜料，添加量为8%，基板为热镀锌板，分别考察了以上3种底漆对无铬卷材涂料性能的影响，结果如表7所示。
从表7可以看出，底漆的种类对无铬卷钢涂料的常规性能有一定的影响，其中环氧底漆相对来说弯曲性能较低，但是硬度和耐划伤性能较高；这可能是由于环氧底漆与基板有较好的附着力，而且分子链中有刚性结构，使得硬度和耐划伤性较好，但是影响了弯曲性能。由表7还可知，环氧底漆在划线盐雾和平板盐雾性能方面表现最好，但是切边盐雾要劣于聚酯和聚氨酯底漆，这可能是由于环氧底漆与基材有很好的附着力，而且固化成膜后形成的大分子链上带有碳碳键、醛基和苯环，构造规整，屏蔽性好，可防止水和氧气往金属基层渗透，从而达到很好的平板盐雾和划线盐雾性能；但是由于环氧底漆硬度大，导致在做切边盐雾时，破坏了环氧底漆与基材的层间附着，从而影响了涂层的切边盐雾性能。
2.3面漆类型对无铬卷钢涂料性能的影响
按照无铬聚氨酯底漆分别和普通聚酯面漆、高耐久聚酯面漆和氟碳面漆配套制备涂层，防锈颜料为硅钙离子交换型防锈颜料，基板为热镀锌板，考察了以上3种面漆对无铬卷材涂料性能的影响，结果如表8所示。
从表8中可以看出，面漆的种类对无铬卷钢涂料的常规性能和盐雾性能有一定的影响，但无铬卷钢底漆配合不同的面漆都表现较为优异的性能。
2.4基板类型对无铬卷钢涂料性能的影响
基板的类型对卷钢涂料的性能有较大的影响，现在常用的卷钢基板通常有4种，分别为热镀锌基板、镀铝锌基板、高铝锌铝镁基板和低铝锌铝镁基板，其中高铝锌铝镁基板中铝含量一般为55%，低铝锌铝镁基板的铝含量为1%~3.5%。实验以聚氨酯底漆和普通聚酯面漆制备涂层，防锈颜料为硅钙离子交换型防锈颜料，考察了以上4种基板对无铬卷钢涂料性能的影响，结果如表9所示。
从表9可以看出，基板的类型对无铬卷钢涂料的常规性能影响不大，主要对耐划伤性能有一定的影响，4种基板中镀铝锌基板的耐划伤性最低，为1600g。此外低铝锌铝镁基板的耐盐雾性能最好，最差是镀铝锌基板。这可能是由于镀层中所含的镁和铝的共同作用，可以在使用过程中在镀层的表面形成附着力好且致密的氧化保护膜，从而起到隔离防腐的作用，另外镁是比铝更活泼的金属，在空气中极其容易被氧化，固态镁形成的氧化膜也较致密，能有效地保护内部的组织，防止进一步被氧化。
2.5有铬和无铬卷钢涂料性能对比
有铬卷钢涂料的防锈颜料一般为锶铬黄或锌铬黄，具有很好的防锈效果。实验以环氧底漆和聚氨酯底漆分别搭配普通聚酯面漆制备涂层，比较了有铬和无铬卷钢涂料性能，结果如表10所示，其中有铬防锈颜料为锶铬黄，无铬防锈颜料为硅钙离子交换型防锈颜料。
从表10中可以看出，无论是环氧底漆还是聚氨酯底漆，无铬卷钢涂料的性能与有铬卷钢涂料的常规性能相当。有铬卷钢涂料的耐盐雾性优于无铬卷钢涂料的，尤其是切边盐雾和划线盐雾。
3、结语
通过对无铬防锈颜料的种类、不同无铬底漆、卷钢基板种类及不同面漆类型研究对无铬卷钢常规性能以及耐盐雾性能的影响，解决了无铬卷钢涂料盐雾性能问题，制备的无铬卷钢涂料的常规性能和盐雾性能基本与有铬卷钢涂料一致，符合新国标的环保要求。研究发现采用硅钙离子交换型防锈颜料制备的涂料耐盐雾性能最好；无铬环氧底漆的铅笔硬度、耐划伤性、切边盐雾和平板盐雾性能表现最好，但是切边盐雾要劣于聚酯和聚氨酯底漆的。
参考文献
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