工業防腐是金屬防腐中*重要的部分。一般來說，防腐分為物理方法和化學方法。電鍍和轉化膜屬于化學方法。水性丙烯酸乳液組分和涂料由于其自身的致密性，更傾向于物理方法。防腐涂料應運而生。隨著國民經濟的不斷發展，我國防腐涂料市場規模僅次于建筑涂料，預計到2020年我國防腐涂料市場規模將突破100萬t大關。

目前防腐涂料基本都是溶劑型涂料，含有大量揮發性有機物(VOC)，易燃，會對人體和環境造成危害。隨著環保控制的日益嚴格，防腐涂料已經開始從原來的油性體系向水性體系轉變。近年來，隨著環保法律法規的不斷完善和工業涂料對性能、安全、節能、環保的更高要求，水性酸乳液的應用呈上升趨勢，廣泛應用于基礎設施、油氣電力行業、工業油罐、船舶、化工等各個領域。

水性酸乳液以水為溶劑或分散介質，在生產制備過程中不添加或僅添加少量VOC成分。是一種環保安全的“綠色”防腐涂料。這些涂料主要包括水性丙烯酸涂料、水性環氧涂料、水性醇酸涂料、水性聚氨酯涂料和水性無機富鋅涂料。其中，水性丙烯酸乳液是發展*快、應用*成熟的代表產品之一。由于其優異的耐候性、保色性、耐污染性和耐腐蝕性，被廣泛應用于金屬、建筑、紡織、交通、汽車、航空航天等領域。

丙烯酸乳液在整個行業占有很大的市場份額水性酸乳液。丙烯酸聚合物具有耐熱、耐候、耐腐蝕、耐沾污、保光保色性好、附著力高、價格低等優點，常用于水性酸乳液成膜體系。目前常用的單組分水性酸乳液是以丙烯酸乳液為主要原料，通過添加不同的添加劑來優化各自的功能來制備的。

一、水性丙烯酸乳液的發展歷史和特點

1.水性丙烯酸乳液的發展歷史

丙烯酸乳液是水性涂料中發展歷史*悠久的產品之一。可以說，它的發展史相當于水性涂料發展史的一個縮影。早在20世紀50年代，水性丙烯酸涂料就開始出現在市場上，并經歷了以取代溶劑型涂料為目的的不同發展階段:從*初配方中含有鉛、鋅鉻酸鹽等有毒有害顏料的簡單丙烯酸乳液，到配方中含有磷酸鹽、硼酸鹽等無毒無害防銹顏料的丙烯酸酯-苯乙烯共聚物乳液，再到自交聯丙烯酸酯-苯乙烯改性乳液。然而，與溶劑型防腐涂料相比，水性丙烯酸涂料的一些性能(如對基材的潤濕性、涂膜的致密性等。)仍不完善，其研發的技術難度相對較大。此外，金屬防腐對涂膜性能的要求極其苛刻，因此溶劑型涂料在建筑、工業、海洋等重防腐領域的金屬防腐保護領域仍被廣泛應用。

目前，全球水性丙烯酸涂料的研發已進入全面快速發展階段，新的乳液聚合技術和合成技術不斷涌現，如微乳液聚合技術、納米改性技術、核殼聚合技術、有機-無機雜化技術等。水性丙烯酸涂料的性能逐漸提高。同時，隨著資源可持續發展理念和國內外環保法規的進一步收緊，傳統溶劑型涂料將逐步被取代，而在這一過程中，水性丙烯酸涂料將以其優異獨特的性能占據重要地位。

2.水性丙烯酸乳液的特性

水性丙烯酸乳液以(甲基)丙烯酸及其酯共聚物為成膜材料，具有施工方便、干燥快、耐候、耐水的特點。然而，由于水性丙烯酸樹脂屬于熱塑性材料，存在耐溶劑性差、硬度低等缺陷，傳統的單組分丙烯酸涂料難以應用于防腐領域。

水性丙烯酸乳液通常用于中、輕度防腐領域，通常由底漆、中涂和面漆組成涂層體系。底漆是整個涂層的基礎，用于防止水、離子和氧氣的滲透。具有良好的附著力和耐腐蝕性。可與水性環氧、丙烯酸底漆配套使用，同時可與溶劑型涂料形成復合體系。中間涂層主要用于提高與面漆和底漆的附著力，使兩層涂膜之間的結合更緊密，增加涂層厚度，提高整個涂層體系的屏蔽能力；面漆具有美觀的裝飾和防滲效果，通常是不含顏料的清漆，用于提高整個涂層的耐候性。

水性丙烯酸乳液涂料的主要優缺點。水性丙烯酸涂料無毒、環保、易清洗、不易燃，即使在5℃以下也能使用。是一種綠色無污染的環保涂料。但涂膜易“閃銹”、耐溶劑性差，成為其應用推廣的一大障礙。

水性丙烯酸乳液的優缺點

優點:

健康、安全和環境保護；氣味低，干燥速度快；耐腐蝕性好；清潔且易燃性低；硬度好，耐化學性優異；彈性好，適合強制干燥

限制:

不適合水下使用；成膜機理復雜；取決于氣候條件；需要表面處理；氣泡問題嚴重，易閃銹(可加緩蝕劑解決)

水性丙烯酸乳液的防腐性能取決于很多因素，包括乳液類型、顆粒形態、顏填料的種類和用量等。這些因素都在一定程度上影響水性丙烯酸涂料的耐腐蝕性、耐磨性和耐溶劑性。

目前，國內外對水性丙烯酸乳液的研究主要集中在以下幾個方面:新型復合水性丙烯酸乳液；無毒綠色防腐涂料(填料)的應用、生產工藝的改進和涂料生產配方的優化等。

二.水性丙烯防腐涂料的成膜機理

水性丙烯酸樹脂一般采用乳液聚合的方法制備，其水性丙烯酸乳液的成膜過程主要包括四個階段。

(1)涂布后，水分開始蒸發，乳液逐漸變稠；

(2)隨著乳液中的水繼續揮發，乳膠粒逐漸緊密在一起，相互接觸達到致密狀態；

(3)當水分蒸發到一定程度時，乳膠粒子之間的間隙變小，形成微小的毛細血管，在毛細血管的極壓下變形并逐漸融合，直至粒子之間的界面消失；

在這個階段，乳膠粒子聚結老化，達到機械干燥的狀態，*終乳膠會在金屬表面形成致密的保護膜。

丙烯酸樹脂的成膜過程直接影響其防腐性能。其中，顆粒聚結老化的機械成膜階段(即成膜過程的第四階段)對涂層的影響*為重要，因為在水性丙烯酸樹脂的聚合過程中，加入了一些能夠提高干膜附著力的丙烯酸單體，這些單體通常含有羥基和羧基，具有一定的親水性。在潮濕的環境下，水分子可以通過涂層上的劃痕、針孔和裂紋擴散到涂層中，并與水分子結合。從圖1可以看出，在水基丙烯酸乳液成膜的*后階段，乳膠粒子的邊界層通過聚合物分子鏈的內部擴散形成*終的涂膜。但是在這個階段，涂膜容易受到內部或外部因素的影響，可能會出現裂紋、劃痕、氣孔等缺陷。因此，在這個階段如何控制或避免各種因素對涂膜的影響，對于獲得優異的性能，避免涂膜過早失效是極其重要的。

2.影響成膜和防腐性能的關鍵因素

成膜材料(即樹脂)是涂層的主要成分，是涂層的基礎，也是涂層與金屬基體良好附著力的根源。丙烯酸樹脂中的單體通常分為硬單體、軟單體和功能單體。不同單體、不同配比、不同聚合方法和工藝條件下制備的丙烯酸聚合物性能差異很大。

使用的顏料根據功能不同可分為三類:

(1)防銹顏料是防腐涂料的主要原料，它不僅能賦予涂料優異的耐腐蝕性，還能延長其使用壽命；

(2)物理顏料，用于增加涂膜的厚度、耐磨性和強度；

(3)彩色顏料，主要用于面漆，提供美觀性并具有優異的耐候性和耐久性。在涂料的生產、儲存和使用過程中，顏料的用量和樹脂之間的相互作用對涂料的防腐性能有相當大的影響。

玻璃化轉變溫度是聚合物設計的一個重要參數。通過調整單體的種類或比例，制備出具有相應Tg的樹脂乳液，可以得到具有特定彈性或脆性的涂膜。

環境條件也是影響水性丙烯酸成膜的關鍵因素。涂料的成膜過程需要在合適的溫度和濕度下進行，只有這樣干燥后的膜性能才能達到*佳狀態。例如，在極高的相對濕度下，水分蒸發受到抑制，成膜緩慢甚至困難；如果溫度過高，在成膜過程中會產生大量氣泡，使涂膜的性能變差。

此外，涂裝前，必須將基材表面的油污和雜質清理干凈或用砂紙打磨表面，然后再涂裝。否則涂膜干燥后容易剝落或開裂，從而失去防腐能力。

為了獲得性能良好的水性丙烯酸乳液，避免涂膜過早失效，在制備丙烯酸乳液時，應盡可能考慮多種因素，如選擇性能良好的丙烯酸樹脂作為成膜材料，選擇合適的配方，對基材表面進行良好的處理。

三.水性丙烯酸乳液存在的問題

水性丙烯酸乳液有很多優點，但也存在一些不容忽視的問題。例如，為了使丙烯酸樹脂水溶性，在其制備過程中必須將親水基團如羧基和羥基引入丙烯酸樹脂分子中。然而，這些基團的引入導致涂膜的耐溶劑性、耐水性和耐沾污性變差，同時涂膜的硬度也降低，成本也增加。

此外，為了提高丙烯酸樹脂的相容性和乳液溶解性，往往需要加入一定量的親水添加劑(如水性分散劑、乳化劑等。)，干燥固化后會一直殘留在涂料中，*終導致涂料吸水率增加，不僅嚴重影響涂料的防腐性能，而且對環境也有一定的影響。此外，水性丙烯酸涂料還存在固含量低、涂膜熱粘冷脆、干燥時間長、基材易“閃蝕”、對基材表面潔凈度要求高等缺點。

正是這些缺點導致水性丙烯酸乳液的應用范圍受到很大限制。如何克服這些缺點，制備出性能優異、實用性強、應用范圍廣的水性丙烯酸乳液，是目前國內外行業面臨的一大挑戰。

四.水性丙烯酸涂料配方的環保特性分析

涂料和顏料標準化技術委員會負責組織制定HG/T 4758—2014水性丙烯酸樹脂涂料等水性工業涂料產品標準，于2015年6月1日起實施，為水性丙烯酸乳液的設計、生產、施工和應用提供技術標準和參考規范。

此外，為引領行業健康發展，減少環境污染，中國集裝箱行業協會全體會員于2016年簽署了《VOC治理自律公約》。《公約》的核心內容主要體現在“三個統一”:統一“禁油推水”，統一相關技術標準和規范；接受統一的違約監督和處理。這些標準和慣例為水性丙烯酸乳液的發展提供了新的機遇。

然而，在開發水性丙烯酸乳液的過程中，也將面臨新的問題:

(1)由于樹脂乳化技術不完善，國內公司產品質量不穩定，而國際公司產品價格偏高，導致原材料價格偏高；

(2)水性丙烯酸等防腐涂料的涂裝需要特殊的涂裝工藝設備，需要額外的投資成本；

(3)生產建設過程中產生的廢水含有有機助溶劑和乳化劑，后處理過程中難以分離，會污染水土環境，因此生產建設過程中的廢水處理也是一大挑戰。因此，在推廣和發展水性丙烯酸乳液的過程中，一方面要不斷優化和提高產品的性能，使其達到或接近溶劑型涂料的水平；另一方面要警惕過熱，造成低端產品產能過剩和新資源消耗及環境污染。

隨著人們環保意識的不斷增強和水性技術的發展，在一些防腐等級要求不高的場合，水性涂料正逐漸取代溶劑型涂料。相信在不久的將來，水性防腐體系必然會在重防腐領域得到廣泛應用。

作為*成熟的水性酸乳液產品之一，水性丙烯酸乳液占有重要地位。雖然目前其比例仍小于溶劑型涂料，但其平均增長率高于溶劑型涂料。

多年來，人們通過粒子設計理念、磷酸鹽功能單體、納米粒子改性等手段，制備了一系列性能優異、實用性強、應用范圍廣的水性丙烯酸乳液，成功解決了目前存在的諸多問題，大大拓寬了水性丙烯酸乳液的應用范圍。但在系統研究中仍存在一些不足，如水性丙烯酸干膜中親水基團殘留、耐水性差、易閃蝕等。因此，未來研究的重點在于深入有效地解決上述問題，促進工程應用的進步，使水性丙烯酸乳液朝著綜合化、功能化、環保化的方向發展。