为了防止油漆金属表面的腐蚀，需要形成一层不透水和盐的良好疏水膜。确保薄膜成型良好的最有效的方法之一是使用聚合溶剂。涂层形成保护膜的能力随着涂层配方中聚结剂的数量的减少而变得更加困难。与此同时，涂料制造商对减少涂料中挥发性有机化合物(VOCs)的含量很感兴趣。这一趋势是由监管和消费者偏好共同推动的。
降低聚合物的最低成膜温度(MFFT)是降低涂层中聚结量的一种方法。最明显的方法是降低聚合物的玻璃化转变温度(Tg)。不幸的是，这也会降低涂层的硬度和污垢吸附能力。通过使用设计的颗粒形态和工艺条件，我们开发了一种乳液，可以在不使用聚结溶剂的情况下配制成涂料，具有优异的耐腐蚀性，对钢材的附着力，并且仍然足够坚硬，具有良好的抗阻塞性和抗污垢吸附性。
实验方法
实验涂层组合采用Pliotec®SC140，这是一种自交联苯乙烯/丙烯酸乳胶。乳胶的典型性能见表1。
Pliotec SC140被配制成一种实验涂层，使用配有Cowles刀片的高速分散剂。按照典型的涂料制作程序进行了涂层的制作。实验涂层的配方见表2。
基于Pliotec sc140的实验涂层与六种不需要底漆的直接到金属(DTM)涂层的商业对照进行了评估。未干涂料的性能见表3。实验涂料命名为“SC140”，商用涂料命名为“CPX”，其中X为涂料数量。
商用涂料的VOC含量从0到小于250克/升不等。所有测试的涂层的体积和固体重量相似，而粘度的范围相当大，从81到118 KU。
根据ASTM D523，使用微三光泽光泽度计测量光泽度。对每个角度记录三次测量的平均值。
测试了涂层的早期耐水性。在此测试中，使用10mil涂抹棒将涂层应用到冷轧钢板上。让涂层在环境条件下干燥4小时。面板的背面、边缘和底部用胶带粘住，面板在水中悬置一夜。第二天早上，面板被从水中取出，并被评定为起泡、生锈和失去光泽。涂层的恢复能力也被注意到。
对冷轧钢板的附着力进行了测定。使用15 mil的涂药棒进行涂药。让涂层在实验室环境条件下干燥1天，然后根据ASTM D3359测量附着力。涂层也在室温实验室条件下测试了7天。
在用15mil涂抹棒涂覆的阳极氧化铝板上测量抗冲击性。让涂层在环境条件下干燥1周，然后根据ASTM D2794使用4磅重量从不同高度投掷测试。
使用ASTM D522方法a的锥形芯棒弯曲试验来测量涂层的柔韧性。该测试也在使用15mil涂抹棒涂覆的阳极氧化铝板上进行。让涂层干燥1周，然后放置在测试仪器中，涂层的一面远离心轴。然后面板被弯曲。如果薄膜没有开裂或分层，则涂层通过。
经过500小时的盐雾测试，通过评估起泡和生锈来确定耐蚀性。冷轧钢板使用15密耳涂抹棒进行涂层，使干膜厚度达到2.8至3.2密耳。让涂层在环境条件下干燥1周。在涂层上刻下“X”，用胶带将面板覆盖所有非涂层区域。然后将面板放入Q-Fog盐雾箱中，用5%重量%的NaCl溶液持续喷洒500小时。500小时后，面板被拆除并额定。水泡的大小被记录为从2到8的数值，8表示很小，2表示很大。水泡的数量用字母表示，F(很少)，M(中等)，MD(中等密度)或D(密集)。带有几个小水泡的面板将被评为8F级，而覆盖着大水泡的面板将被评为2D级。生锈的数量也用上面的水泡量的刻度来记录，所以非常少的生锈将被记录为F，而严重的生锈将被记录为D。
在QUV加速老化仪中测试500小时后的光泽保持。在此测试中，使用15mil涂抹棒将涂层应用到阳极氧化铝板上。在环境条件下固化1周后，测量光泽度。面板用胶带覆盖所有非涂层区域，然后放置在QUV机柜中。风化周期为UV，球茎A，在60°C下8小时，然后在50°C下凝结湿度4小时。500小时后取下面板，再次测量光泽。
用ASTM D3363铅笔硬度测试法测定涂层的硬度。使用15mil涂抹器将涂层涂抹到阳极氧化铝板上。干燥1周后，用不同硬度的铅笔在薄膜表面划痕，测定涂层的硬度。硬度记录为不去除涂层的最坚硬的铅笔。
该涂层在低温下形成薄膜的能力是通过使用10mil涂抹器在密封Leneta卡上进行测定的。该面板被放置在坦尼箱设置在50°F和50%的相对湿度过夜。第二天早上确定了成膜的质量。
为了评估涂层的污垢吸附能力，使用15密耳的涂涂棒对冷轧钢板进行涂层，使干燥膜厚度达到2.8至3.2密耳。让涂层在环境条件下干燥1周。在涂层上刻下“X”，用胶带将面板覆盖所有非涂层区域。然后将面板以南45°方向放置在测试栅栏上。面板每季度被取下并分级，以进行污垢吸收和耐腐蚀。
结果与讨论
早期的抗水测试是为了模拟一件物品被涂上油漆，然后放在室外，在涂层完全固化之前，它可能会受到雨水的影响。大多数商用涂料在经过一夜浸泡后从水中取出时都有严重的起泡和一些生锈现象。基于Pliotec sc140的实验涂层有轻微的起泡，但没有生锈。
电池板在一夜恢复后被重新检查。数据如表4所示。实验涂层上的水泡完全消失了。这些商用涂料都含有锈、水泡或两者兼有。所有的涂层在浸泡和回收后也失去了光泽。基于Pliotec sc140的实验涂层保留了93%的初始光泽。商用涂料的光泽度在69% ~ 97%之间。同时也记录了涂层的外观。图1中的照片显示了修复后的面板。面板CP1, CP2, CP4和CP5都有锈迹。 Panels CP2, CP3 and CP6 all had a rough surface from the blisters that remained. Only the Pliotec SC140-based experimental coating had a good appearance.
表5包含了涂料的评价数据。每一种涂层都没有闪锈，在50°F时都能形成良好的膜。当涂层的VOC降低时，在较低的温度下形成薄膜的能力变得更加困难。
除了CP5外，所有的涂料都具有可接受的光泽度，CP5被标记为半光泽度而不是高光泽度涂料。在QUV腔中放置500小时后测量光泽。基于Pliotec sc140的实验涂层保留了95%的原始光泽度，而高光泽度的商业涂层只保留了10% - 81%。半光泽涂层也保留了95%，但起始值要低得多。由于QUV风化测试是实际暴露的代理，我们预计商业涂层比实验涂层失去光泽的速度要快得多。实验涂层应该看起来更新，更长。
与作为直接到金属涂层销售的产品一样，所有的涂层对冷轧钢都有很好的附着力。所有的涂层都通过了160磅的直接和反向抗冲击性能和锥形芯轴弯曲性能。商用涂料CP2也是一种零voc涂料，是最柔软的，有B铅笔评级。除CP3外，其余商用涂料的铅笔硬度均为HB。实验涂料的铅笔硬度也为f。CP3的VOC水平为192 g/L，而实验涂料的VOC水平为0 g/L。基于Pliotec sc140的实验涂层比任何低于100 g/L的涂层都更坚硬。
耐蚀性测试也显示出实验涂层与商用涂层之间的显著差异。基于Pliotec sc140的实验涂层不使用缓蚀颜料。图2中的图片显示了冷轧钢经过500小时盐雾测试后的涂层。
涂层的干膜厚度在2.8 ~ 3.2 mils之间。从图片和表6的数据中可以看出，基于Pliotec sc140的实验涂层的耐腐蚀性明显优于任何商业产品。在这一领域尤其如此，因为在这一领域，外貌的差异是巨大的。
基于Pliotec sc140的实验涂层也被放置在俄亥俄州阿克伦的测试栅栏上。商用涂料CP2和CP5也暴露在外。试验栅栏向南，面板为45°。图3显示风化1年后的面板。CP5在VOC含量低于100 g/L的情况下，经过1年的陈化后，外观非常糟糕。书记员上有相当多的锈，嵌板上有大量的水泡。相比之下，CP2和实验涂层看起来都相当不错。这些都是零voc涂料。实验涂层在刻痕区有稍好的耐蚀性，但污垢吸附在两种情况下是相似的。
结论
我们已经证明，使用Pliotec SC140制成的涂层，不使用聚合溶剂，含有0 g/L的VOC，可以提供优秀的耐腐蚀性，非常好的早期耐水性和良好的DTM涂层的整体性能。这些结果是在没有使用缓蚀颜料的情况下得到的。与市面上的DTM涂料相比，一些DTM涂料的VOC含量高达250 g/L, Pliotec sc140为基础的实验涂料在盐雾室和外部暴露中都具有优异的耐腐蚀性。
作者:Richard Flecksteiner, Terri John和Cassandra Giorgio, OMNOVA Solutions, Beachwood, OH
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