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        水性帶銹防銹涂料的研究進(jìn)展

        2015-02-02 09:10:02余鵬陳滿(mǎn)意
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年1期
        關(guān)鍵詞:樹(shù)脂

        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?;钚灶伭纤饪僧a(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)

        [1]楊振波,李運(yùn)德,師華.低表面處理涂料技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].電鍍與涂飾,2009,28(1):61-63.

        [2]施學(xué)珍,海特.水性環(huán)氧樹(shù)脂涂料的特點(diǎn)及應(yīng)用[J].涂料指南,2005,(5):19-23.

        [3]穆銳,李子?xùn)|.穩(wěn)定型水性帶銹涂料的研制[J].涂料工業(yè),1995(4):10

        [4]古緒鵬,陳同云,姚文銳.環(huán)保型水性帶銹防銹涂料的研制[J].防腐與防護(hù),2002(2):63

        [5]郭清泉,陳煥欽.防腐涂料用顏料填料發(fā)展前景展望[J].涂料工業(yè),2003(12):35-38.

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