水性無機富鋅涂料的研究進展

簡彥紅 陳炳耀 陳明毅

摘 要：綜述了以硅酸鹽溶液為主要原材料的無機涂料分類、應用，以及對無機涂料達到的技術成果進行介紹，最后闡述了無機涂料的發展現狀及對其今后發展的愿景。

關鍵詞：無機涂料；分類；應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.020

1 前言

水性無機涂料的成膜物質通常為無機硅酸鹽[1]，目前的研究主要以硅酸鉀、硅酸鋰、硅酸鈉及硅酸銨為成膜物質。硅酸鹽在粘結強度、成膜能力等方面較為突出，況且其原料來源易得、成本低廉且對環境影響極低，此外無機硅酸鹽的耐高溫、耐老化性能也十分優異，因此無機硅酸鹽涂料在耐污、耐水、耐堿、耐候及環保等性能優于大多數有機涂料[2]。水性無機富鋅涂料是化學反應固化成膜，其涂膜性能依靠體系中各組分之間以及涂料與底材間相互作用來體現[3]。

2 無機富鋅涂料制備研究

現如今，水性無機富鋅涂料可根據堿金屬水溶液的不同制備出性能各異的涂料[4]。在以硅酸鹽為成膜物質的涂料中，硅酸鉀與硅酸鈉型涂料以后固化或多組分自固化為主。

2.1 成膜物質

硅酸鹽無機富鋅涂料的成膜物質一般為堿金屬水溶液[5]，不同的成膜助劑所制備涂料的品種和性能不同。硅酸鉀、硅酸鋰、硅酸鈉作為常用的成膜物質，隨著堿金屬離子所形成的水合離子半徑增大，其反應性能也不斷增強，漆膜成品越趨于穩定狀態，這類堿金屬離子通常離子半徑較小、電荷密度高，因此以硅酸鋰溶液為成膜物質的涂料中，可能實現涂料自固化情況[6]。但硅酸鋰價格高昂，且經濟效益較低，導致其發展受限。

2.2 填料

鋅粉作為無機富鋅涂料中的主要顏料，通常為顆粒狀或片狀結構[7]。在無機防腐涂料中，片狀結構的鋅粉是人們普遍使用的，這是由于片狀鋅粉不僅能夠延緩腐蝕介質滲透基層，提高涂料耐腐蝕性能，還能夠提供優異的遮蓋力，滿足人們對涂料基本性能的期望；除此之外，片狀鋅粉所制備的無機富鋅涂料儲存及施工性能優異，由于片狀結構的鋅粉密度較球狀鋅粉小很多，因此涂料中鋅粉用量大幅減少，涂料密度降低，因而減少涂料儲存時鋅粉沉淀現象，并且大大提高了涂料的施工性能；屏蔽作用優異，片狀結構的鋅粉在涂層中平行、交疊排列，由此減少了涂層的孔隙率，減弱了水或離子在涂膜中的擴散，使涂層屏蔽性能增強，且提高了涂層韌性。若鋅粉含量較少，鋅粉表面完全被成膜物質包覆，無法與底材接觸，當腐蝕介質入侵時就不能有效地保護底材；若鋅粉含量較多，漆膜孔隙率增大，漆膜長時間接觸腐蝕物質將被溶出，易使漆膜起泡，減少漆膜的使用壽命。

3 無機富鋅涂料的優勢

3.1 物理屏蔽作用

無機富鋅涂料存在兩種類型的物理屏蔽：難溶鹽生成與腐蝕產物。在傳統無機富鋅涂料中常用顆粒狀鋅粉，鋅粉保持與基材電接觸，當兩鋅粉顆粒之間接觸后會進行電子傳輸由于涂料中鋅粉的存在，根據犧牲陽極的陰極保護法形成的涂層能長時間保護基底。涂料所使用場所的不同對涂層腐蝕后的產物也存在一定差異，而腐蝕產物的產生會增加涂膜體積，填補涂層缺陷與空隙，其物理屏蔽大大減少了基底與腐蝕介質的接觸[8]。

3.2 電化學保護

在無機富鋅涂料中，無論是粒狀鋅粉還是片狀鋅粉，其作用主要是電化學保護，犧牲鋅保護底材。以微觀角度來看，金屬鋅的性質較為活潑，因此當有水分侵入漆膜則在底材接觸面發生化學變化Zn→Zn2++2e；Fe2++2e→Fe，鋅首先被腐蝕保護底材。

4 無機富鋅涂料展望

4.1 發展概述

鋅對于鋼材來說是是很好的保護材料，早在十九世紀，無機富鋅涂料的就已經出現兩種不同初始形態。在澳大利亞研究人員將鋅粉加入水玻璃中配置成具有保護鋼材作用的無機富鋅涂料，英國研究人員則是在有機漆料中加入鋅粉獲得了有機富鋅涂料。直至上世紀五十年代初，后固化型無機富鋅涂料被成功研制，通過不斷地研究，無機涂料向醇溶性自固化無機涂料方向發展。現如今，消費者日益追求健康環保理念，市面上出現了水性無機涂料，因其主要材料資源廉價易得、對環境影響較小的特性，顯然符合人們的要求。然而目前無機涂料還存在一定的技術弊端，例如涂膜柔韌性、施工工藝等方面還不能為大多數消費者所接受，因此其應用領域并不寬泛，但科學是會不斷創新從而推動技術發展的過程，無機涂料技術也會得以完善[9]。

4.2 發展方向

（1）基料方面：考慮多種硅酸鹽復配、硅酸鹽體系與合成樹脂乳液的復配等，來改進無機涂料基料體系，因而取長補短，改善無機涂料的不足之處。例如：以硅酸鈉為原料復配硅酸鋰，制備成高性能的鋰水玻璃；在硅酸鹽基料中添加硅溶膠來增加基料體系的模數等。

（2）成膜方面：無機涂料的漆膜固化過程中，氧化鋅與硅酸鹽的反應占據重要地位，若使用導電的氧化鋅可大幅度提高涂層的導電性與耐腐蝕性；若使用磷鐵粉或鐵鈦粉代替一部分鋅粉，不僅可以大大降低產品的成本而且可提高涂層的防腐蝕性能。

參考文獻：

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[2]張雪芹，徐峰.無機建筑涂料的研究與發展[J].新型建筑材料，

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[3]張曾生，熊金平，左禹.無機富鋅漆研究及進展[J].現代涂料與涂裝，2007（02）：16-20.

[4]魏勇，李瑞玲.富鋅涂料的研究進展[J].涂料技術與文摘，2008

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[5]周春婧.硅酸鹽水性無機富鋅防腐涂料的制備及性能研究[D].沈陽工業大學，2014.

[6]胡希華，蘇京嬌，耿大純，崔秀云.新型無機硅酸鉀建筑涂料[J].新型建筑材料，1998（10）：8-10.

[7]蔡森.填料對水性無機富鋅涂料綜合性能的影響[J].涂料技術與文摘，2013，34（01）：5-8.

[8]周文濤，李曉勤.無機富鋅涂料性能及其應用[J].湖北化工，

2002（05）：26-27.

[9]周錫榮，唐紹裘，周武藝.新型無機涂料的制備及其應用[J].山東陶瓷，2004（01）：17-20.

作者簡介：簡彥紅（1993-），女，河南淮濱人，本科，助理工程師，從事水性建筑涂料方面的研發工作。