重防腐涂料的防護機制研究

[摘要]：綜述了重防腐涂料的獨特性質及應用環境，在腐蝕電化學理論的基礎上，探討了重防腐涂料的防護機制，主要包括屏蔽作用、緩蝕和鈍化作用以及陰極保護作用，其中屏蔽作用阻擋機制，其他作用則屬于電化學作用機制，實際使用的重防腐涂料則是多種機制的協同防護作用。

[關鍵詞]：重防腐涂料；屏蔽作用；陰極保護。

[ 前言]：

能在相對苛刻的腐蝕環境下應用，并達到比常規防腐涂料更長保護期的涂料稱為重防腐涂料。在化工大氣和海洋環境里重防腐涂料一般可使用10年或15年以上；在酸、堿、鹽和溶劑介質里，并在一定溫度的腐蝕條件下，一般應能使用5年以上[1，2]。涂層厚膜化是重防腐涂料的主要特征，可以為涂料的長效使用壽命提供可靠的保證，另外，隨著高性能原材料及配套涂層的研發，重防腐的綜合性能必將大幅提升。

1 、重防腐涂料的特征

1.1涂層厚膜化

涂層厚度對涂層使用壽命非常重要，實驗已經證明[3]對于所謂單側浸泡滲透擴散過程，液體介質滲透到涂層/金屬基體界面的時間T為：T = L2/6D，其中L為涂層厚度，D為擴散系數，該式表明介質滲透到達涂層/金屬基體界面的時間與涂層的厚度平方成正比，即涂層的壽命與涂層厚度的平方成正比關系。常用防腐涂料的涂層干膜厚度一般為100?m或150?m以上，而重防腐涂料的干膜厚度要在200?m或300?m以上，有時可達500?m～1000?m，超重防腐涂料的厚度甚至可達2000?m。較厚的涂膜可為涂料的長效使用壽命提供可靠的保證。

1.2高性能原材料

為實現長效使用壽命，需采用高性能的合成樹脂作為成膜樹脂，包括環氧樹脂、聚氨酯樹脂、有機氟樹脂等；以及開發新型的顏料、填料，如云母氧化鐵和玻璃鱗片在環氧涂料中的大規模應用。高性能樹脂的采用以及各種顏填料的添加，使涂層具有良好的抗滲性、優良的耐蝕性、良好的物理機械性能以及易施工性。

1.3配套涂層

結構工程重防腐涂裝一般分為底漆、中間漆和面漆。底漆的主要功能是防銹，增強與金屬表面附著力，主要種類有有機富鋅涂料和無機富鋅涂料。中間漆的主要功能是增加漆膜厚度，以增強漆層體質，并具有良好的耐水性、耐候性和耐化學溶劑性，并且與底漆有良好的相容性。而面漆除了裝飾性功能之外，還有耐候、抗老化等功能要求。目前應用較多的中間漆及面漆主要有環氧涂料、聚氨酯涂料、氯化橡膠涂料、氟碳樹脂、聚硅氧烷涂料等。在選擇涂料時，力求“底-中-面”三涂層配套正確，即要講究其配套性。

2、 重防腐涂料的防護機制

深海用的重防腐涂料還需特別強調優異的耐水性能，能夠阻擋水對涂層的滲透作用。并且由于深海環境下鋼結構的防護一般都同時進行著陰極保護，因此重防腐涂料的選擇需考慮與陰極保護的配套性，所選涂料都具有較好的耐電性和耐堿性。

2.1屏蔽作用

涂層的存在阻止了腐蝕介質與材料的接觸，可以阻止或抑制水、氧和離子透過漆膜，從而防止形成腐蝕電池。通過在涂層中添加阻擋型顏填料，如玻璃鱗片、云母粉、不銹鋼鱗片等，切斷了涂層中的針孔通道，起到了屏蔽水、溶解氧和離子等腐蝕介質向基體金屬表面擴散的作用；同時，這些平行交疊起來的片狀填料在涂層中起到了迷宮效應，延長了腐蝕介質的擴散途徑，從而延緩了涂層下金屬的腐蝕過程。

由于涂層的介電常數很小，電絕緣性良好的涂層可以抑制陽極金屬離子的溶出和陰極的放電現象。因此，有機涂層能夠顯著阻擋陽極或陰極與溶液間的離子運動，產生了在腐蝕電池回路的溶液區域介入電阻的效果。

2.2緩蝕和鈍化作用

涂層中的堿性顏填料能與漆膜含有的植物油酸以及有機漆膜氧化降解產生的低分子羧酸生成皂類化合物，如鈣皂、鋇皂、鍶皂及鋅皂等，它們可以降低漆膜的吸水性和透水性，具有緩蝕作用。

在防銹底漆中經常采用活性較大的防銹顏填料，如鉻系、鉛系和磷酸鹽系，它們對底材具有一定的鈍化作用。當水透過漆膜時，少量被溶解的顏料利用其強氧化性將金屬表面氧化生成鈍化膜，這種不通過電流而使金屬陽極鈍化的現象稱為金屬的“自鈍化”。

2.3陰極保護功能

在涂料中加入大量的作為陽極的金屬粉，如鋅粉。當電解質溶液滲透到涂層/金屬界面時，這些金屬顏料將作為陽極而被腐蝕，從而使基體金屬得到保護。富鋅底漆就是這類涂料的代表。

在以上防護機制中，屏蔽作用為物理作用，其他皆為化學作用。而在實際所應用的涂料中，單純的物理或化學作用比較少見，多數情況下是兩者結合所產生的綜合作用。

3、結論

3.1 重防腐涂料具有厚膜化的特點，結合高性能原材料和配套涂層的應用，可以實現苛刻環境下優異的防護性能；

3.2 重防腐涂料的防護機制包括屏蔽作用、緩蝕和鈍化以及陰極保護等作用，實際服役的重防腐涂料主要多種機制的協同作用；

3.3隨著環保要求的日益嚴格，開發具有高性能、長壽命、低毒特征的水性重防腐涂料、無溶劑重防腐涂料是今后的研發方向。

[參考文獻]：

（1） 李國萊， 張慰盛， 管從勝.重防腐涂料[M].北京： 化學工業出版社， 1999

（2） 李榮俊.重防腐涂料與涂裝[M].北京： 化學工業出版社， 2013

（3） G.K.v.d. Wel， O.C.G. Adan. Moisture in organic coatings - a review[J]. Progress in Organic Coatings， 1999（37）： 1-14

作者簡介：劉鴻博（1982-），男，漢族，遼寧沈陽人，本科，機電中心副主任/工程師，研究方向：塑料管道應用技術研究，機械及金屬材料產品應用研究。endprint