每年因腐蝕而報(bào)廢的鋼鐵結(jié)構(gòu)約占鋼鐵總產(chǎn)量的20%以上據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國鋼材銹蝕損失約占國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的4%。為防止腐蝕，最有效簡便的方法就是用涂料來保護(hù)。鋼鐵表面除銹除水，增加涂裝保護(hù)成本，還要考慮氣候、濕度因素，有時(shí)會(huì)延誤工期。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在對鋼鐵涂裝的總費(fèi)用中，表面處理占42%，施工30%涂料19%拷銹9%。低表面處理涂料[(surface-tolerant Coating) 主要針對在不可能完全達(dá)到噴砂級別Sa2.5(ISO 8501—1:1988)，可以涂覆在手工或動(dòng)力工具打磨到St2和St3級別的表面和高壓水噴射除銹表面以及在潮濕環(huán)境下或含有水膜表面的帶水帶銹涂料近幾年該領(lǐng)域正在國內(nèi)外形成研究熱點(diǎn)。

一、低表面涂料配方設(shè)計(jì)原理

1.1基料的選擇

水性乳膠體系：采用醋酸乙烯、丙烯酸共聚物、氯醚乳液、水性環(huán)氧制成水性樹脂，其特點(diǎn)是將鐵銹分離并包圍在涂層中，阻止銹蝕的擴(kuò)展。苯丙乳膠能形成滲水性較好的漆膜，無法用作好的屏蔽涂，但與防銹顏料拼用比較成功。氯乙烯-偏氯乙烯共聚乳膠，能提供極佳的對水蒸汽及氧的屏蔽作用，與顏料拼用時(shí)，其水蒸汽滲透性稍高。滲氧性較低。水性體系存在的問題是體系的pH值、溫度等使用條件要求較為嚴(yán)格，從而限制了它的應(yīng)用范圍。無溶劑環(huán)氧樹脂體系是目前應(yīng)用數(shù)量最多、范圍最廣的重防腐涂料用樹脂，尤其是低相對分子質(zhì)量液體環(huán)氧樹脂，是高固體分及無溶劑重防腐涂料的常用樹脂。在帶銹涂裝方面，環(huán)氧帶銹涂料的制備是較成熟的技術(shù)。而帶水涂裝方面雙酚A環(huán)氧樹脂的結(jié)構(gòu)中帶有大量含有極性的羥基和醚鍵。因此，即使在含水表面，也有很大附著力，是帶濕帶銹的最好選擇。

1.2帶水涂裝組分

對于無溶劑環(huán)氧樹脂體系，帶水涂裝組分的選擇主要是考察固化劑的帶水涂裝功能。具有帶水涂裝功能的環(huán)氧固化劑可以是潮氣固化聚氨酯、酮亞胺、潮氣固化聚酰胺等。要求固化劑與環(huán)氧樹脂混合后的親鐵功能大于水的親鐵功能，以便于涂裝時(shí)能立即與鐵結(jié)合。將鐵表面的水分?jǐn)D走，該水分再透過涂層的微孔或隨溶劑和水分處理劑一起揮發(fā)。根據(jù)這一原理，對8種可能用于帶水涂裝的國內(nèi)外典型環(huán)氧固化劑進(jìn)行全面的評價(jià)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1不同環(huán)氧固化劑帶水涂裝效果

潮氣固化聚氨酯可以在潮濕空氣中固化，但當(dāng)水分過多，如在水膜上涂刷時(shí)，由于漆膜表面的固化劑首先與水膜發(fā)生反應(yīng)，阻礙了內(nèi)部固化，不適用于所要求的場所。綜合性能最好的是2094。2094是由腰果殼油改性的天然長鏈取代酚醛胺，其結(jié)構(gòu)上的長碳鏈，不僅提高了固化體系的柔韌性，而且提高了固化體系的憎水性，降低了水的表面張力，從而增大了固化體系在被涂表面的流動(dòng)性和滲透性，而且具有低溫固化功能，特別適合在有水膜的表面涂裝。

1.3帶銹涂裝組分

目前國內(nèi)外帶銹涂裝組分大致可分為三種類型：一是銹轉(zhuǎn)化型；利用轉(zhuǎn)化劑(如磷酸、亞鐵氰化鉀或鞣酸、水楊酸等)與鐵銹反應(yīng)，將活潑鐵銹轉(zhuǎn)化成為無害且具有一定保護(hù)作用的配位物或螯合物。二是銹穩(wěn)定型；利用活性顏料的組合，通過緩慢水解產(chǎn)生的配位陰離子與活潑的鐵銹形成難溶的復(fù)雜多酸配位物穩(wěn)定鐵銹。三是滲透型；利用漆料對疏松鐵銹的濕潤滲透作用將鐵銹分隔開并將其包圍。前兩種可把厚度在80μm以下的銹層轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的化合物，成為漆膜中一種有益的成分而牢固地粘附在鋼鐵表面，形成保護(hù)性封閉層。后一種只適用于銹蝕較薄的表面涂裝，而且防銹能力有限，所以目前高效的帶銹涂料產(chǎn)品以轉(zhuǎn)化型和穩(wěn)定性為主。

1.3.1銹轉(zhuǎn)化型

銹轉(zhuǎn)化劑的主要作用是和表面未除凈的鐵銹反應(yīng)，使表面適合涂料涂覆。在銹轉(zhuǎn)化劑中，處于對環(huán)境保護(hù)和安全考慮，傳統(tǒng)的紅丹體系、含鉻體系以及亞鐵氰化鉀體系涂料已不符合現(xiàn)代低表面涂料的發(fā)展趨勢。應(yīng)值得特別注意的是一種基于丹寧酸和磷酸的銹轉(zhuǎn)化劑，它毒性低，而且丹寧酸可再生。銹轉(zhuǎn)化劑的效果取決于丹寧酸的種類[7]、丹寧酸濃度[8]、磷酸的濃度、鋼鐵的腐蝕情況[9]、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。丹寧酸是一種有機(jī)酸，來源于天然植物，分子式為C6H7O(C14H9O9)5，其中C14H9O9如式(1)所示。

其鄰位羥基為可螯合基團(tuán)，與金屬離子作用生成鹽類，大多不溶于水。其中，植物丹寧酸與環(huán)氧聚合反應(yīng)后制備的涂料比合成丹寧酸具有更好的耐鹽水腐蝕性和帶銹涂裝性[11]。植物丹寧酸和合成丹寧酸中大量的羥基能在金屬表面產(chǎn)生化學(xué)吸附，但植物丹寧酸含有二聚和三聚五梧子酸大基團(tuán)，能與銹層中的鐵離子形成非常穩(wěn)定的分子內(nèi)螯合物，起到穩(wěn)定鐵銹的作用。磷酸能把不穩(wěn)定的鐵銹溶解，使之更易與丹寧酸螯合。同時(shí)滲透到鐵銹下面，與鐵反應(yīng)，生成磷酸亞鐵，具有陰極化和阻蝕鈍化作用。同時(shí)磷酸參與環(huán)氧樹脂的改性，生成環(huán)氧磷酸酯，能與鐵離子形成環(huán)氧磷酸鐵螯合物，達(dá)到進(jìn)一步保護(hù)的目的。磷酸與丹寧酸的配比與附著性能的關(guān)系如圖1所示[12]。Gust發(fā)現(xiàn)腐蝕生銹的鋼鐵表面至少由兩層組成[13]，里層是相對密實(shí)的磁鐵銹，外層是較松散的纖鐵銹層。少量的晶體針鐵銹分布在兩層內(nèi)。丹寧酸-磷酸都能滲透到銹層內(nèi)發(fā)生反應(yīng)生成丹寧酸鐵和磷酸鐵膜，但隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，F(xiàn)T-IR顯示銹層內(nèi)層的磁鐵銹濃度相對于外層纖鐵銹和針鐵銹濃度不斷增大，表明銹轉(zhuǎn)化劑并未完全滲透到銹層內(nèi)部[14]。因此提高轉(zhuǎn)化劑的滲透能力是另一個(gè)重要因素，這方面少有報(bào)道。如圖1所示叔丁基醇和異丙醇的混合物可以明顯提高轉(zhuǎn)化劑對鐵銹層的滲透速率，使銹轉(zhuǎn)化劑和鐵銹內(nèi)層反應(yīng)更加充分，形成附著性能更強(qiáng)的保護(hù)膜。有人提出銹轉(zhuǎn)化劑的最佳配比為[15]:磷酸35份、丹寧酸5份、異丙醇12.5份、叔丁基醇12.5份、甘油10份、蒸餾水25份。銹轉(zhuǎn)化劑的總用量控制在32%～40% 為宜[16]。低于30%，由于鐵銹轉(zhuǎn)化不完全，造成膜層附著力較差：高于40%，鐵銹轉(zhuǎn)化完全，但過量的磷酸會(huì)繼續(xù)與鐵基體反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣，使漆膜氣泡。

1.3.2銹穩(wěn)定型

1.3.2.1鉻系顏料

傳統(tǒng)鉻系顏料防腐性能高，但對人體和環(huán)境有害，隨后多采用磷酸鹽類取代，但防腐性能較鉻系顏料相差很大[17]。研究發(fā)現(xiàn)鉻系顏料之所以具有高的防腐性能，是因?yàn)殂t系防銹顏料在涂層中溶解后釋放出的鉻酸離子同時(shí)具有金屬氧化性能(使基材氧化成致密而穩(wěn)定的氧化鐵形式的鈍化保護(hù)膜)和沉積性能(形成難溶性鉻酸鹽保護(hù)層)。

1.3.2.2改性磷酸鹽類

磷酸鹽類是典型的沉積性防銹物質(zhì)[18]，所以需要改性增進(jìn)其對金屬的氧化性。較為常用的磷酸鋅的防銹機(jī)理國際上有多種說法[19]，其中一種是磷酸鋅水解后能與鐵銹生成雜多酸絡(luò)合物，如Fe[Zn3(PO4)2(RCOO)4]3、Fe4[ZnH2(PO4)2]等絡(luò)合物，沉積于陰極區(qū)，形成堅(jiān)韌的漆膜，從而起到穩(wěn)銹的作用，而磷酸鋅在涂層內(nèi)部緩慢離解為磷酸根離子，還可與表面金屬反應(yīng)，在形成Fe-Zn-P2O5的復(fù)雜的有粘附性的化合物覆蓋膜的同時(shí)可使金屬鈍化。三聚磷酸鹽防銹能力強(qiáng)于磷酸鋅，具有雙重防銹機(jī)理，一方面，其防銹基團(tuán)三聚磷酸根離子P3O105-本身具有很好的化學(xué)活性FT-IR和Ramam光譜表明三聚磷酸根能與Fe2+、Fe3+有很強(qiáng)的絡(luò)合能力[20]，形成Fe-P-O鍵，將銹轉(zhuǎn)化成涂層中的一個(gè)顏料組分，在金屬基材表面形成堅(jiān)韌的以MexFey(PO4)x表示的致密保護(hù)膜。以常見的三聚磷酸鋁為例，反應(yīng)通式如式(2)～(5)所示[21]。

另一方面，可以通過水解解聚完成從焦磷酸根離子到正磷酸根離子的過程而焦磷酸根離子的防銹能力強(qiáng)于三聚磷酸根離子，是迄今發(fā)現(xiàn)的防銹能力最強(qiáng)的磷酸鹽[22]。在具有氧化性的離子體系中進(jìn)行選擇[23]，鉬酸鹽具有與鉻酸鹽相近似的氧化能力，防銹機(jī)理相似，并且具有無毒或低毒的優(yōu)勢。將含鉬化合物與三聚磷酸鹽配合，形成一定結(jié)構(gòu)的復(fù)雜配合物，其防銹能力可完全替代紅丹、鉻黃等有毒顏料。不同鉬含量的環(huán)氧樹脂涂料耐鹽水性能的測試見表2(3%的NaCl鹽水浸泡)。

表2不同鉬含量的環(huán)氧樹脂涂料耐鹽水性能

添加了鉬酸鹽的三聚磷酸鹽產(chǎn)品耐鹽水性能方面均有所提高，但鉬含量小于0.5%時(shí)差異不大，是由于鉬酸鹽量太少不足以分散覆蓋到漆膜與基材的表面，從而不足以形成對基材表面氧化的有效濃度。而鉬含量在1%時(shí)效果最好。三聚磷酸鹽由于酸性、水溶解度等原因，會(huì)破壞樹脂的穩(wěn)定性[24]，故采用堿性物質(zhì)與三聚磷酸鹽(H2P3O10)3+中的H+反應(yīng)，獲得適宜的pH值、溶解性。目前多采用氧化鋅為改性物質(zhì)，在三聚磷酸鹽中添加15%以上的ZnO就能得到pH值為6～7的顏料產(chǎn)品，但成本和對環(huán)境的影響制約了它的施用。硅灰石不僅可有效緩沖三聚磷酸鹽顏料體系中的pH值，而且針狀和纖維狀顆粒形態(tài)結(jié)構(gòu)在一定程度上可起隔離屏蔽作用，保護(hù)金屬表面不發(fā)生腐蝕，同時(shí)還可增強(qiáng)涂膜的強(qiáng)度。美國的Hare研究了包括硅灰石、云母、以及重晶石在內(nèi)的15種顏料體系后發(fā)現(xiàn)，硅灰石在一個(gè)很寬的用量比例范圍都有很好的效果，其中尤以硅烷或鈦酸鹽表面處理的超細(xì)粒徑硅灰石最為優(yōu)秀。

二、國內(nèi)低表面涂料發(fā)展?fàn)顩r

2.1水性帶銹涂料

水性帶銹涂料如B06-89[25]，特點(diǎn)是水性膠乳型常溫干燥速度快，粘結(jié)力強(qiáng)，不使用有機(jī)溶劑，無毒，不燃，能和多種面漆配用。在苯丙乳液中加入天然植物多酚類[26]，并配以顏料制成的轉(zhuǎn)化型帶銹涂料，曾涂于南海某海軍艦艇內(nèi)艙作實(shí)船實(shí)驗(yàn)，3年無銹蝕。此外，還可用于建筑、機(jī)械及金屬加工行業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)上。再如底面合一水性帶銹漆，采用苯丙復(fù)合乳液和純丙乳液為基料，三聚磷酸鋁、磷酸鋅、氧化鋅等輔以滲透劑制成涂料，已用于石油化工管道、電視塔身、煤氣罐體、抽油機(jī)、汽車底盤等。水性帶銹涂料的缺點(diǎn)是目前大多數(shù)有效的銹轉(zhuǎn)化劑和銹穩(wěn)定劑如單寧酸和磷化液配制的銹轉(zhuǎn)化劑、三聚磷酸鋁顏料多為酸性，很容易使膠乳體系不穩(wěn)定，限制了水性低表面涂料的發(fā)展。

2.2溶劑型帶水帶銹涂料

海軍涂料分析檢測中心以環(huán)氧樹脂E601為主要成分的“H2000帶濕帶銹涂裝底漆”[27]，能與大多數(shù)涂料配套使用，也可單獨(dú)作為防銹涂料使用，尤其可直接用于高壓水除銹后的返銹和潮濕鋼板表面，解決了高壓水處理表面技術(shù)應(yīng)用后處理技術(shù)的難題。缺點(diǎn)是E601為中相對分子質(zhì)量環(huán)氧，體系黏度大，需用甲苯等有機(jī)溶劑調(diào)節(jié)以適合涂刷；采用了鉻系顏料為銹轉(zhuǎn)化劑，仍然沒有解決涂料毒性大的問題。

湖南工程學(xué)院以環(huán)氧樹脂E44和瀝青漆為主要成分的帶水帶銹涂料；以瀝青和磷酸改性環(huán)氧樹脂有效提高了漆膜的機(jī)械性能，但以大量的磷酸為銹轉(zhuǎn)化劑使體系酸性提高，很大程度上降低了環(huán)氧樹脂的性能。沈陽工業(yè)學(xué)院以單寧酸和磷酸配合體系有效解決了這個(gè)問題[28]，但使用增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯，降低了固化劑的效率。而且兩種涂料都使用含苯類有機(jī)溶劑，在濕度較大或有水膜的情況下涂裝，涂層附著力明顯下降，沒有實(shí)現(xiàn)真正的帶水涂裝功能。綠洋SP系列低表面涂料，具有強(qiáng)滲透性，能與鐵銹結(jié)合形成致密的復(fù)合體，形成干燥穩(wěn)定的硅鐵結(jié)合物。漆膜分子鏈中帶有的親油基團(tuán)在固化過程中能夠把基材表面的水分逸出涂層，使表面獲得干燥封閉狀態(tài)。無溶劑高固體分，涂刷費(fèi)工，加入的大量稀釋劑會(huì)滲進(jìn)鐵銹從而減弱其附著力，應(yīng)采用無氣噴涂設(shè)備。

三、國外低表面涂料發(fā)展?fàn)顩r

3.1單功能帶水帶銹涂料

澳大利亞采用憎水性底面和雙組分環(huán)氧帶銹涂料[29]，可用于致密銹蝕的鋼材和略帶水汽的濺水金屬表面。美國采用單組分潮氣固化聚氨酯可與金屬表面上銹蝕反應(yīng)將其穩(wěn)定化。葡萄牙優(yōu)龍公司的水下無溶劑重防腐涂料，可實(shí)現(xiàn)完全在水下施工，涂裝于鋼材表面。此外，在帶銹涂料配方設(shè)計(jì)中采用新型固化劑，例如在環(huán)氧涂料中，采用腰果殼液的衍生物[30]——芳烷基胺或醌/二元胺作固化劑，還采用壬基酚緩蝕劑、亞磷酸胺、芳香族三磷酸酯等，與銹蝕結(jié)合成穩(wěn)定的絡(luò)合物，以及將硅酸鋅配入帶銹涂料中可使之防腐能力大大加強(qiáng)。其效果如日本一家公司開發(fā)的以特殊改性環(huán)氧樹脂為基料的薄銹面涂料，在涂于距海岸10km的自然暴露半年的生銹鋼板上(經(jīng)表面處理St3-2)，涂兩道耐鹽霧性能優(yōu)異。

3.2多功能低表面涂料

國外已有多功能型帶銹涂料出現(xiàn)[31]，例如日本研發(fā)了一種可在帶油帶銹鋼材表面涂裝的涂料，由雙酚A環(huán)氧、多元胺-酰胺多硫化物、氧化鐵紅、硫化鐵硅酸鋁等組成：另一種在水下固化耐化學(xué)品性的帶油帶銹船舶結(jié)構(gòu)橋梁用的涂料。采用粗制二苯甲烷二異氰酸酯等制成聚氨酯預(yù)聚體，潮氣固化，并混以云母氧化鐵、氧化鐵紅等制成耐久性帶銹涂料。美國GE Chem開發(fā)了一種經(jīng)改進(jìn)并含有脫脂劑的銹蝕轉(zhuǎn)化劑phoscote，能去除油脂、鐵銹和鹽沉積物，可不需刮銹打磨或用砂紙打掉帶銹表面涂覆該物。日本涂料株式會(huì)社的ON IVAN系列底漆是特殊性的環(huán)氧樹脂涂料，有銹轉(zhuǎn)化和銹包覆型，不僅可以對底材表面處理要求降低到SIS St2級，而且可以涂在各種舊涂層上。

四、結(jié)語

我國雖然從20世紀(jì)70年代就出現(xiàn)了帶銹涂料，但在低表面涂料領(lǐng)域的發(fā)展一直很緩慢，至今沒有自主開發(fā)研制的高效帶水帶銹低表面涂料，現(xiàn)有產(chǎn)品配方單一，應(yīng)用局限性大，效果不持久，對環(huán)境保護(hù)注重不夠。日本和美國在這個(gè)方面的發(fā)展迅速，產(chǎn)品更新快，品種繁多且高效，基本實(shí)現(xiàn)了真正意義上的低表面處理，所以目前國內(nèi)多數(shù)使用的低表面涂料都通過進(jìn)口，但其價(jià)格過高。因此，從環(huán)保、高效、多樣化的角度開發(fā)新型低表面涂料將是我國涂料行業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)。

五、夢能服務(wù)與支持

1、免費(fèi)樣品

如果您對我公司的工業(yè)重防腐油漆產(chǎn)品有需要或者申請樣品試用，請與我們的客服人員取得聯(lián)系。400-878-0506

油漆樣品適用范圍：

用于新建項(xiàng)目：驗(yàn)證油漆配套的可行性、檢驗(yàn)附著力、效果圖與實(shí)際顏色的色差。

用于維修項(xiàng)目：驗(yàn)證與舊涂層的兼容性。

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申請用量：在1KG以內(nèi)免費(fèi)送貨上門。

2、免費(fèi)打樣

如果您想看到工業(yè)重防腐油漆在產(chǎn)品上的實(shí)際應(yīng)用、外觀、性能測試，請與我們客服人員聯(lián)系，將樣板寄往夢能科技營銷部，由專業(yè)噴涂人員為樣板提供油漆打樣。

3、服務(wù)團(tuán)隊(duì)

夢能對技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)始終進(jìn)行一系列的標(biāo)準(zhǔn)化管理，從專業(yè)培訓(xùn)到日常報(bào)告的管理都有一整套完善的體系。夢能公司每年都會(huì)對技術(shù)服務(wù)人員進(jìn)行定期的技術(shù)培訓(xùn)和能力審計(jì)，以使每一位技術(shù)服務(wù)人員保持高水準(zhǔn)的專業(yè)素質(zhì)，每一位技術(shù)服務(wù)人員都配備先進(jìn)的涂裝檢驗(yàn)儀器，儀器設(shè)備均按規(guī)定的時(shí)間期限進(jìn)行定期校驗(yàn)，以保證每套儀器設(shè)備工作狀況良好。

4、購買通道

零售：購買50kg以內(nèi)，線上購買，抖店直接下單購買。

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