水性帶銹防銹涂料的研究進(jìn)展

余鵬　陳滿(mǎn)意

摘 要：文章介紹了穩(wěn)定型、轉(zhuǎn)化型、滲透型及功能型水性帶銹防銹涂料的機(jī)理，以及涂料的組成成分，并指出水性帶銹防銹涂料存在的問(wèn)題。旨在為相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：水性涂料；帶銹涂料；樹(shù)脂

引言

減緩鋼鐵表面發(fā)生腐蝕最有效、簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的方法，就是在表面涂刷防銹涂料。為了獲得優(yōu)良的防腐性能，傳統(tǒng)工藝把底材上的銹徹底清除，并且要求基材露出金屬光澤，工作相當(dāng)繁重，生產(chǎn)效率低，施工費(fèi)用高，且銹塵對(duì)人體危害極大。因此開(kāi)發(fā)一種能夠在有一定銹蝕表面上直接施工的涂料就很有必要，在減少涂裝成本的同時(shí)，還可簡(jiǎn)化涂漆工藝，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少銹塵對(duì)人體的危害和環(huán)境污染[1]。

溶劑型帶銹防銹涂料，涂料中含有大量的易揮發(fā)的有機(jī)溶劑和重金屬等，毒性大，且易燃、易爆，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。為了克服溶劑型帶銹防腐蝕涂料的缺點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外相繼研究出水性帶銹防銹涂料，水性涂料在運(yùn)輸、涂裝、應(yīng)用、成本方面有很大的優(yōu)勢(shì)，不但安全，而且利于環(huán)境，節(jié)約資源，因此水性帶銹防銹涂料的開(kāi)發(fā)是目前研究的熱點(diǎn)[2]。

1 水性帶銹防銹涂料的分類(lèi)及防腐機(jī)理

水性帶銹防銹涂料可分為：穩(wěn)定型、轉(zhuǎn)化型、滲透型及功能型。

1.1 穩(wěn)定型水性帶銹防銹涂料[3]

穩(wěn)定型水性防銹涂料的防銹原理是，利用涂料中基樹(shù)脂本身的反應(yīng)基團(tuán)，以及涂料中加入的具有活性的防銹顏料和銹層之間發(fā)生的固相反應(yīng)，該反應(yīng)在涂層中生成穩(wěn)定的多酸絡(luò)合物，從而達(dá)到穩(wěn)定銹蝕的作用，使銹層成為涂層填料成分之一。目前，穩(wěn)定型帶銹防銹涂料中使用的活性防銹顏料典型的主要是采用鉻酸鹽、磷酸鹽、鐵酸鹽等。活性顏料水解可產(chǎn)生酸根離子，該酸根離子能夠與銹層內(nèi)活潑的鐵銹酸發(fā)生反應(yīng)，生成配合物，對(duì)鐵銹起到穩(wěn)定作用，使鐵銹失去活性，防止鋼鐵繼續(xù)腐蝕。防銹顏料加入量的不同，可以制備適用于鋼鐵表面銹蝕條件較寬，應(yīng)用面廣的水性帶銹防銹涂料。

1.2 轉(zhuǎn)化型水性帶銹防銹涂料

轉(zhuǎn)化型水性帶銹防銹涂料也可稱(chēng)反應(yīng)型帶銹涂料，涂料中含有一種能和鐵銹起化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化劑，該物質(zhì)可以使腐蝕產(chǎn)物中的鐵銹轉(zhuǎn)化為對(duì)基材具有一定保護(hù)作用的絡(luò)合物或螯合物，常見(jiàn)的有磷酸、亞鐵氰化鉀、水楊酸等。轉(zhuǎn)化型水性帶銹防銹涂料中因含有有機(jī)酸、無(wú)機(jī)酸和其他轉(zhuǎn)化劑，與鐵銹的作用發(fā)生反應(yīng)較快，因此，可以在銹層厚度達(dá)到（40～100μm）的鋼鐵表面施工，適用于均勻銹層且無(wú)舊涂膜及殘余氧化皮的鋼鐵表面。該涂料的缺點(diǎn)在于，難以準(zhǔn)確確定銹層厚度及均勻性與轉(zhuǎn)化液的用量關(guān)系，如轉(zhuǎn)化液不足，鐵銹不能完全轉(zhuǎn)化；轉(zhuǎn)化液用量過(guò)多，余酸會(huì)影響防腐蝕性能。

1.3 滲透型水性帶銹防銹涂料

滲透型水性帶銹防銹涂料本身并不與鐵銹發(fā)生反應(yīng)，而是通過(guò)選擇具有強(qiáng)滲透性的樹(shù)脂作為涂料的基樹(shù)脂，并且借助于滲透劑及極性溶劑，使涂料在銹層中具有良好的滲透性，從而將酥松的鐵銹包圍，并與基材分隔。有效的將被保護(hù)基材、腐蝕的產(chǎn)物（鐵銹）與外界的腐蝕介質(zhì)隔離，使鐵銹失去活性，同時(shí)增強(qiáng)了銹蝕層、涂層、鋼板之間的附著力，從而阻止電位較正的鐵銹進(jìn)一步與電位較負(fù)的鋼鐵發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，生成新的銹蝕。該涂料的缺點(diǎn)是，成本高，大范圍推廣難度大，因此應(yīng)用較少。

1.4 功能型水性帶銹防銹涂料[4]

功能型水性帶銹防銹涂料集合了穩(wěn)定型、轉(zhuǎn)化型和滲透型涂料的共同特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)基樹(shù)脂進(jìn)行改進(jìn)，使基料變?yōu)榫哂心芘c水反應(yīng)的特性，可中和銹層中殘存的水分，到達(dá)有效地除去銹層中的水分，增強(qiáng)防腐蝕性能。某些功能型水性帶銹防銹涂料具有帶油涂裝的功能，在基體表面除油不徹底時(shí)依舊具有很強(qiáng)的防腐性能。主要是根據(jù)油分子基本上是烷烴類(lèi)有機(jī)物，采用相溶原理，使油分子與涂料中的基料、添加劑等發(fā)生乳化反應(yīng)，從而將油分子從基材上剝離下來(lái)，融入到涂料中作為增塑劑存在。

2 水性帶銹防銹涂料的組成

2.1 樹(shù)脂的選擇

根據(jù)樹(shù)脂的性能及匹配性來(lái)選擇，因醇酸樹(shù)脂僅適用于普通溶劑（汽油、乙醇等）所做的面漆匹配，而酚醛樹(shù)脂放期較短，不便于生產(chǎn)和應(yīng)用。因此，目前被廣泛應(yīng)用以水性帶銹防銹涂料的成膜物質(zhì)主要有環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂和苯丙乳液等。

2.2 顏料的選擇[5]

研究表明，鋼鐵表面的鐵銹一般由兩層銹蝕組成，外面較松的為纖鐵銹，里面較密的為磁鐵銹，內(nèi)層磁鐵銹繼續(xù)失去電子則成為外層的纖鐵銹，因此防止腐蝕繼續(xù)發(fā)生，只需阻止電子得失，或者降低金屬腐蝕的電位差。涂料中加入活性顏料可提高涂料防腐性能的作用。常用的防銹顏料有磷酸鹽、ZnO、滑石粉、硫酸鋇等，由于磷酸鹽對(duì)基樹(shù)脂具有較寬選擇范圍且品種較多，因此磷酸鹽防銹顏料使用的最多，防銹效果最好。主要是利用這些顏料的強(qiáng)還原性，降低鐵銹的電位，還原成相對(duì)鋼鐵基材較穩(wěn)定的堿鐵結(jié)構(gòu)。

2.3 轉(zhuǎn)化劑的選擇

轉(zhuǎn)化劑的主要作用是和鐵銹進(jìn)行反應(yīng)，增強(qiáng)鐵銹在涂料中的轉(zhuǎn)化率，使鋼鐵表面電位正的鐵銹轉(zhuǎn)化為絡(luò)合物，抑制鐵銹進(jìn)一步腐蝕鋼鐵基礎(chǔ)，從而提高防蝕能力。傳統(tǒng)使用紅丹體系、含鉻體系為轉(zhuǎn)化劑的涂料因毒性較多，出于對(duì)環(huán)境的考慮已不適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展需求。目前常用的轉(zhuǎn)化劑多使用丹寧酸-磷酸。丹寧酸-磷酸銹轉(zhuǎn)化劑具有，毒性低，且丹寧酸可再生的優(yōu)點(diǎn)。在磷酸存在的情況下，丹寧酸易與鋼鐵表面及銹層中的Fe3+發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，形成穩(wěn)定的絡(luò)合物。丹寧酸十三羥基酚衍生物可與鐵進(jìn)行多點(diǎn)絡(luò)合，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的保護(hù)膜，牢固的吸附在鋼鐵的表面。丹寧酸-磷酸銹轉(zhuǎn)化劑的效果取決于丹寧酸種類(lèi)、丹寧酸濃度、磷酸濃度、鋼鐵銹蝕情況、鐵銹與轉(zhuǎn)化劑的反應(yīng)時(shí)間、其他助劑的影響和使用方法。

3 結(jié)束語(yǔ)

水性帶銹防銹涂料溶劑為水，不含有機(jī)溶劑，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染，可以在通風(fēng)條件不好的情況下進(jìn)行施工，而不用考慮到溶劑揮發(fā)導(dǎo)致爆炸的危險(xiǎn)。對(duì)于無(wú)法進(jìn)行徹底除銹的鋼鐵表面可以直接涂裝，而不會(huì)影響涂層的防蝕性能，因此水性帶銹防銹涂料得到廣泛應(yīng)用，但由于其綜合性能還存在缺點(diǎn)，還需要進(jìn)行更深入的研究。開(kāi)發(fā)更多的多功能的水性樹(shù)脂，使成膜物質(zhì)性能更加優(yōu)異，同時(shí)還有優(yōu)良的鐵銹轉(zhuǎn)化和穩(wěn)定功能。助劑方面還需研發(fā)更多配套的新型助劑，使水性帶銹防銹涂料性能更上一層樓。

參考文獻(xiàn)

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