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摘要：研究了不同鋅基組成環(huán)氧富鋅涂料的耐水、耐鹽水和耐鹽霧性能，得到了耐腐蝕性能良好的最佳鋅基配比，并對富鋅底漆防腐蝕機理進行了探討。

關(guān)鍵詞：環(huán)氧富鋅底漆；鋅基組成；耐腐蝕性能

0引言

富鋅涂料主要用于大氣及海洋環(huán)境中，是鋼結(jié)構(gòu)防腐和車間底漆領(lǐng)域使用最為廣泛的防銹底漆，但不宜用于酸、堿環(huán)境中[1]。在目前的國內(nèi)外防腐工程實踐中，為了追求高干膜含鋅量，以保證富鋅涂料涂層的導(dǎo)通性和使用壽命，料漿中鋅粉的加入量常高達80%以上，如此高的鋅粉添加量已大大超過了臨界顏料體積濃度(CPVC)，因漆膜是多孔的[2]，這就必然會影響到涂料某些方面的性能。如果為了增強涂層的防腐蝕能力而加厚涂層，會使涂層在干燥過程中收縮而易出現(xiàn)裂紋，施工過程中鋅粉的沉淀也容易堵槍而影響涂裝質(zhì)量和施工效率；鋼鐵基材在焊接和切割時會產(chǎn)生大量的鋅蒸汽，可能會導(dǎo)致工作人員產(chǎn)生“鋅熱病”。前些年國際鉛鋅組織(ILZRO)的研究報告認(rèn)為，鋅粉含量的多少與涂層的防腐蝕性能并無直接關(guān)系，某些含鋅量高的涂層防腐蝕性能并不優(yōu)異，而含鋅量低的涂層的防腐蝕性能也并不差[1]。所以富鋅涂料涂層的防腐蝕性能和有效壽命并非完全取決于涂層的鋅含量。本實驗從鋅基組成上研究了環(huán)氧富鋅底漆的防腐蝕能力。實驗所用鋅基組成為球狀鋅粉、鱗片狀鋅粉、磷鐵粉、非浮型鋁粉及其不同配比混合物，考察不同鋅基組成環(huán)氧富鋅底漆的耐水性、耐鹽水性和耐鹽霧性，得到了防腐蝕的實效依據(jù)，并對防腐蝕機理進行討論分析。

1實驗部分

1.1主要設(shè)備和原材料

主要設(shè)備：SFO.4分散砂磨兩用機；FQY鹽霧腐蝕試驗箱等。E-20環(huán)氧樹脂、進口固化劑、球狀鋅粉(400目)、鱗片狀鋅粉(400目)、磷鐵粉(325目)、非浮型鋁粉(325目)：均為工業(yè)品；稀釋劑用二甲苯與丁醇7∶3混合；助劑選用有機膨潤土。耐鹽水與耐鹽霧試驗用氯化鈉：化學(xué)純，上?；瘜W(xué)試劑公司。

1.2富鋅涂料配方

表1為富鋅涂料配方。

表1富鋅涂料配方

環(huán)氧富鋅底漆鋅基組成的研究

1.3實驗過程

室溫下，將二甲苯與正丁醇按適當(dāng)比例混合，經(jīng)攪拌配制成稀釋劑；按比例將稀釋劑與E-20雙酚A型環(huán)氧樹脂混合，經(jīng)加熱(溫度不超過60℃)攪拌配制成一定黏度的環(huán)氧樹脂溶液；將稀釋劑與進口固化劑按適當(dāng)比例混合，經(jīng)攪拌配制成一定黏度的固化劑溶液；鋅基組成為球狀鋅粉、鱗片狀鋅粉、磷鐵粉、非浮型鋁粉及其不同配比混合物；將E-20環(huán)氧樹脂液、鋅基和固化劑黏稠液按配方要求混合，經(jīng)攪拌、熟化等工序制得環(huán)氧富鋅涂料，采用噴涂法施涂于經(jīng)常規(guī)表面處理后的A3鋼板表面(單位面積噴涂量基本固定)，固化7天后進行防腐蝕性能檢測。工藝流程如圖1所示。

環(huán)氧富鋅底漆鋅基組成的研究

圖1環(huán)氧富鋅涂層樣品的制備工藝

1.4執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

漆膜的制備：國標(biāo)GB/T1765—1993；漆膜的耐水性：國標(biāo)GB/T1733—1993；漆膜的耐鹽水性：國標(biāo)GB/T9274—1988；漆膜的耐鹽霧性：國標(biāo)GB/T1771—1991。

2結(jié)果與討論

研究表明，鋅基組成對環(huán)氧富鋅底漆的耐水性、耐鹽水性及耐鹽霧性有較大影響。由于鱗片狀鋅粉徑厚比大(1/100)，所以在單位面積噴涂量基本恒定的情況下，含有鱗片狀鋅粉鋅基的涂層厚度相對較薄[3]，這也符合施工后的實際情況，漆膜厚度(40～55μm)對性能測定沒有太大的影響。

2.1漆膜的耐水性能

水是最常遇到的腐蝕介質(zhì)，吸水會引起漆膜膨脹，附著力降低，水也是基體發(fā)生電化學(xué)腐蝕產(chǎn)生銹蝕現(xiàn)象的必須介質(zhì)。漆膜不可能是完全密實的，并不能完全阻止水的滲透，水分子可以穿透樹脂顏料間的自由體積空穴和微觀上的小孔[4]。表2是不同鋅基組成涂層的耐水性。由表2可以看出，單獨使用球狀鋅粉及鱗片狀鋅粉時，涂層的耐水性能均不好，兩者以不同配比復(fù)配或與磷鐵粉、非浮型鋁粉復(fù)配時耐水性能均有改善，尤其是用球狀鋅粉與非浮型鋁粉復(fù)配時，涂層的耐水性能隨著球狀鋅粉含量的增加而增強，在球狀鋅粉與非浮型鋁粉的配比為4∶1時，直至77天涂層亦無銹蝕、起泡現(xiàn)象，耐水性能非常好。

2.2漆膜的耐鹽水性能

#p#分頁標(biāo)題#e#

電化學(xué)腐蝕過程中必須有電解質(zhì)離子參與導(dǎo)電或腐蝕反應(yīng)，因此，屏蔽電解質(zhì)離子穿透涂膜的遷移運動，可以降低腐蝕電流，增強涂膜的防腐蝕性能[4]。溶于水的電解質(zhì)會以水合離子的形式與水分子一起在涂層中擴散遷移，但離子透過漆膜要比水和氧困難，一般的漆膜較易透過陽離子，而陰離子如Cl-等均不易滲透。涂層的電阻可以阻擋離子的滲透而增強耐腐蝕性，但與水接觸后涂層電阻會顯著降低。離子的透過率與涂膜的致密性及均勻性有關(guān)，交聯(lián)度高，離子的滲透率低；交聯(lián)密度低，離子的滲透率高。表3為不同鋅基組成涂層的耐鹽水性能。從表3可以看出，大部分漆膜的耐鹽水性能很差，不到28天試樣已被嚴(yán)重腐蝕，但在球狀鋅粉∶非浮型鋁粉為4∶1時，直至77天表面無變化，耐鹽水性能非常優(yōu)異。

2.3漆膜的耐鹽霧性能

作為在大氣及海洋環(huán)境中常用的防止金屬底材發(fā)生銹蝕的防腐涂料，富鋅涂料的耐鹽霧性能是衡量其防腐性能的重要技術(shù)指標(biāo)[5]之一。中性條件下的鹽霧箱試驗結(jié)果如表4所示。鹽霧箱試驗是在濕度、鹽溶液濃度、pH值、鹽霧沉降量等條件不變的情況下進行的加速腐蝕試驗，由于鹽霧試驗過程中持續(xù)噴霧，故在試樣表面的鹽液膜中的含氧量始終保持在近飽和狀態(tài)，氧的存在能夠使金屬底材表面去極化而加速腐蝕，金屬底材缺陷里腐蝕產(chǎn)物的形成又會增加內(nèi)應(yīng)力而產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，導(dǎo)致保護層鼓起進而被破壞。從表4可以看出，單獨使用球狀鋅粉或鱗片狀鋅粉時富鋅涂層的耐鹽霧性能都很好，但當(dāng)兩者復(fù)配或與磷鐵粉復(fù)配時，涂層的耐鹽霧性能均會變差。球狀鋅粉或鱗片狀鋅粉與非浮型鋁粉復(fù)配時，涂層的耐鹽霧性能也會變差，但在球狀鋅粉與非浮型鋁粉的配比為4∶1時，504h涂層無銹蝕、起泡現(xiàn)象，耐鹽霧性能保持良好。圖2是球狀鋅粉與非浮型鋁粉不同配比時富鋅涂層的耐鹽霧性能比較。

2.4富鋅底漆耐腐蝕機理的探討

富鋅涂層對鋼鐵底材的保護作用，是利用Zn的標(biāo)準(zhǔn)電位(-0.762V)比Fe的標(biāo)準(zhǔn)電位(-0.440V)低，通過犧牲陽極的陰極電化學(xué)保護作用使鋼鐵基材免受腐蝕的。鋅的腐蝕主要有吸氧腐蝕和析氫腐蝕，其產(chǎn)物的種類隨腐蝕介質(zhì)的不同

表2不同鋅基組成涂層的耐水性

環(huán)氧富鋅底漆鋅基組成的研究

表3不同鋅基組成涂層的耐鹽水性能

環(huán)氧富鋅底漆鋅基組成的研究

表4不同鋅基組成的耐鹽霧試驗

環(huán)氧富鋅底漆鋅基組成的研究

環(huán)氧富鋅底漆鋅基組成的研究

圖2球狀鋅粉與非浮型鋁粉配比不同時涂層的耐鹽霧性能比較

不同，有氫氧化鋅、氧化鋅、堿式碳酸鋅、堿式氯化鋅、氧氯化鋅和硫酸鋅等[6]，吸氧腐蝕是試樣電化學(xué)腐蝕的主要形式，析氫腐蝕是涂層起泡的主要原因，減小涂層的孔隙率可提高涂層的屏蔽性，降低水分子和電解質(zhì)離子穿透涂膜的遷移運動能力，降低腐蝕電流而減緩腐蝕過程。為充分發(fā)揮富鋅涂層的陰極電化學(xué)保護作用，要求整個涂層必須具有良好的導(dǎo)通性，涂膜中需含有大量的鋅粉粒子，它們相互接觸，并和鋼基體也保持電接觸。美國SSPC油漆規(guī)定，201號有機富鋅漆中鋅粉含量至少為干膜質(zhì)量的77%[1]，而德國則要求至少占總固體分的85.4%(質(zhì)量)。在高鋅粉含量富鋅底漆上再涂覆其他高固含量面漆，會使面漆產(chǎn)生氣泡的傾向增加；在生產(chǎn)和配制富鋅涂料時，鋅粉的分散較為困難，貯存時易發(fā)生沉淀和結(jié)塊，雖然可采用鋅粉分包裝來解決，但在實際應(yīng)用時仍很容易沉淀，需要不斷攪拌來保證分散；若為增強涂層的防腐蝕能力而加厚涂膜，則易使涂層在干燥過程中產(chǎn)生收縮而出現(xiàn)裂紋的傾向，這在無機富鋅涂料中尤為明顯，涂膜的裂紋會導(dǎo)致涂膜直接剝落，而使防腐蝕效果顯著降低。富鋅涂層中的球狀鋅粉是以鋅球間的點接觸導(dǎo)通腐蝕電流，而鱗片狀鋅粉則是以平行搭接式的面接觸導(dǎo)通腐蝕電流，兩者復(fù)配會改善涂層的導(dǎo)通性，更有效地發(fā)揮其陰極電化學(xué)保護作用，但會增加涂層的孔隙度，降低涂層的屏蔽防腐性能。__鋅基中使用穩(wěn)定的導(dǎo)電顏料磷鐵粉(Fe2P)，主要是用于降低成本。由于非浮型鋁粉的粒徑小，在與球狀鋅粉復(fù)配時，通過合適的粒徑級配而充分降低涂層的孔隙度，抑制析氫腐蝕的發(fā)生，增加涂層的屏蔽防腐性能，同時也會有效地增加涂層的導(dǎo)通性，增強涂層的陰極電化學(xué)保護作用；因鋁的標(biāo)準(zhǔn)腐蝕電位(-1.66V)比鋅更低，故會先于鋅粉發(fā)揮陰極保護作用，其吸氧(或析氫)腐蝕產(chǎn)物以致密的膠態(tài)Al(OH)3、Al2O3及鋁鹽為主，可以進一步填充涂層孔隙，降低涂層的孔隙度，增強涂層的耐起泡和防腐蝕能力；同時因非浮型鋁粉的密度小，與球狀鋅粉復(fù)配還可在一定程度上提高鋅基在涂料中的分散能力。試驗中以球狀鋅粉與非浮型鋁粉按4∶1的比例復(fù)配作為鋅基時，試樣的耐水、耐鹽水以及耐鹽霧性能都非常優(yōu)異。

3結(jié)語

#p#分頁標(biāo)題#e#

通過試驗，對環(huán)氧富鋅底漆的鋅基組成與其防腐蝕性能的關(guān)系進行了研究，得出在球狀鋅粉中加入少量非浮型鋁粉時，涂層具有非常優(yōu)異的耐起泡和耐腐蝕性能，為進一步改善富鋅涂料的性能并降低生產(chǎn)成本打下了良好的基礎(chǔ)。