鋼鐵低表面處理防腐蝕涂料是一種能夠廣泛應用于不同表面處理等級，以達到常規(guī)防腐蝕效果的涂料，由于其特殊的性能和應用場景，近年來日益受到國內(nèi)外學術和工程界的廣泛關注。在各種材料腐蝕中，鋼材腐蝕最普遍，造成的損失也最嚴重。Hou等匯總了各國家腐蝕所造成的損失額，占全年GDP的3%~5%；另外，美國國家腐蝕工程師協(xié)會（NACE）曾預估全球每年因腐蝕造成的損失達2 550億美元，是全球國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）總額3. 4％以上。鋼鐵仍是目前應用最為廣泛、使用量最大的工程結構材料。涂料是鋼鐵最主要的防腐蝕技術手段，對具有超長服役周期的鋼鐵結構而言，如跨海大橋、海洋平臺、遠洋船舶等，受在役在線維護的技術條件所限，迫切需要可適應帶濕、帶銹表面的涂料與之相配套，以實施現(xiàn)場涂裝，并確保工程的防腐蝕效果。

為了減緩鋼材的腐蝕，延長鋼材的使用壽命，往往要在施工前對鋼基材進行噴砂或噴丸處理以除去銹蝕層，增強涂料和鋼鐵表面的附著力。在大多數(shù)情況下，處理后的表面清潔度需要達到ISO 12944：2019、NACE SP 0108—2008 和HG/T 5059—2016 中規(guī)定的表面處理等級Sa2.5 以上。對于實際室外施工的工況中，噴砂和噴丸一方面難以在濕度大于90%的海洋環(huán)境中進行，另一方面由于易留下靜電火花等安全隱患，部分特殊工程領域無法進行噴砂除銹，如配備儲罐的石油鉆井平臺、化工管道系統(tǒng)等。所以，國內(nèi)外專家學者對能夠適應不同基材銹蝕處理程度的低表面處理涂料進行了大量研究。

一、低表面處理防腐蝕涂料的研究現(xiàn)狀

低表面處理涂料是一種可以涂覆在經(jīng)過簡單表面處理或者不經(jīng)處理的基材表面的涂料，目前已經(jīng)實現(xiàn)應用的低表面處理涂料可以適用于基材表面處理級別為St2以上的鋼材。低表面處理基材的條件主要分為帶濕、帶銹、帶油或以上情況的組合。銹蝕層是目前較難處理且亟待解決的重點難題。

1.1 帶銹涂裝涂料

1.1.1 鐵銹的組成

鐵銹是一種復雜的鐵基化合物，常見鋼材銹層可以按照表面結構分為內(nèi)外兩層：內(nèi)層為結合緊密、活性較強的牢銹層，是鋼材持續(xù)腐蝕的主要原因；表層結構為疏松多孔的含水浮銹層，結構較為穩(wěn)定，但由于結構疏松多孔，不能抑制銹蝕向內(nèi)部的發(fā)展。根據(jù)穆斯堡爾譜和X射線衍射（XRD）的研究數(shù)據(jù)，依據(jù)不同的晶體結構、化學成分和鐵價態(tài)，學者們將氧化鐵分成16 種晶型，如表1 所示。Usmen 等指出，在地表和室溫下，鐵銹主要以Fe（III）氧化物的形式存在，而在海洋大氣附近，一部分Fe（III）會與Fe（II）或其他還原劑反應生成混合價鐵礦物。Kamimura等的XRD研究表明，低碳鋼（暴露15 a）和耐候鋼（暴露32 a）上形成的鐵銹由晶態(tài)α-FeO（OH）、γ-FeO（OH）和非晶態(tài)（非晶相>總鐵銹的50%）組成。Collazo等對比了大氣中和富含氯化物的環(huán)境（暴露于鹽霧室的低碳鋼）中銹蝕晶相和成分的差別，其中大氣中主要腐蝕產(chǎn)物為γ-FeO（OH）、α-FeO（OH），在富含氯化物的環(huán)境中還出現(xiàn)少量活性較強的akaganeite[β-FeO（OH）]和尖晶石相（γ-Fe2O3/Fe3O4）。Cates指出鐵銹中的主要晶體成分是γ-FeO（OH）。Kanevskaya等指出鋼的基本腐蝕產(chǎn)物是γ-FeO（OH），在較高的大氣暴露條件下，還形成了少量Fe3O4。Gancedo等的研究表明，鐵銹中同時存在α -FeO（OH）和γ-FeO（OH），后者最突出。Tripathi等已經(jīng)查明，最初形成的鐵銹含有大量γ-FeO（OH），并隨著時間的推移轉化為非化學計量的Fe3O4。Yahya等的報告中也提到鐵銹主要成分是γ-FeO（OH）和Fe3O4。

基于上述文獻對于銹蝕成分的分析，可以得到在海洋大氣中，主要銹蝕成分為γ-FeO（OH），并伴有少量的α-FeO（OH）、β-FeO（OH）和Fe3O4。腐蝕層中的氯通常存在于akaganeite[β-FeO（OH）]中，其結構中可容納約15%（摩爾分數(shù)）Cl，但也可能以亞鐵或氯化鐵或羥基氯化亞鐵[β-Fe2(OH)3 Cl]的形式存在。

氯離子的強穿透性可以打開腐蝕通路，使氧氣分子和水分子進入到基體內(nèi)部，加速鋼材的腐蝕進程。銹蝕成分的多樣以及銹蝕的不均勻性使其表面凹凸不平，所以要求低表面處理涂料一方面要具有足夠的滲透能力和附著力，能夠與鐵銹孔洞間隙處充分結合以防止涂層脫落；另一方面，低表面處理涂料要能夠對鐵銹進行去除和轉化，阻止銹蝕進一步向基材內(nèi)部腐蝕。低表面處理涂料的基本作用原理即為利用樹脂的流動性和滲透性實現(xiàn)對于不平整銹蝕表面的滲透和強附著，并對部分銹蝕物質(zhì)進行包裹，阻斷銹蝕發(fā)展空間；通過添加顏填料去除或者轉化內(nèi)部的牢銹，防止銹蝕的進一步拓展。

1.1.2 帶銹涂裝的分類

根據(jù)處理銹蝕的作用機理可以將帶銹涂料分為4種：滲透型低表面處理涂料、轉化型帶銹涂料、穩(wěn)定型帶銹涂料、混合型帶銹涂料。其中，滲透型是利用成膜樹脂的高流動性和強附著力對銹蝕產(chǎn)物進行包覆，使其成為涂層的一部分；轉化型和穩(wěn)定型則是利用涂料中顏填料對銹蝕的溶解和螯合，將銹蝕轉化或形成穩(wěn)定的化合物?；旌闲蛣t結合了以上幾種銹蝕處理方法的優(yōu)勢，在處理銹蝕的同時提高涂層的穩(wěn)定性和耐腐蝕能力，是目前科技工作者研究的熱點方向。

（1）滲透型低表面處理涂料。

銹蝕在鋼材上的產(chǎn)生是不均勻且不規(guī)則的，其表面形貌可以被認為是微納米孔蝕的集合?？紫吨g具有一定的表面張力，阻礙了基體樹脂的滲透和附著，一方面會嚴重降低涂層的力學性能，另一方面，內(nèi)部孔隙中的氧氣分子和水分子會導致銹蝕的拓展。Majumder等研究表明，當通道中填充適當表面張力和黏度的液體時，黏附性會顯著增強。滲透型帶銹涂料本身不與基材鐵銹發(fā)生反應，其主要是利用成膜樹脂對基材的強滲透性和潤濕性，使其能夠達到銹蝕縫隙，將鐵銹等活性物質(zhì)封閉在惰性樹脂中，阻止銹蝕的擴展和繼續(xù)生成，同時增強涂料和基材的附著力。綜上所述，滲透型帶銹涂料是一種典型的物理屏蔽涂料，銹層越薄，使用效果越好，工業(yè)上常用于銹蝕層較?。?lt;40 μm）的基材表面，應用限制較大，所以目前單純的滲透型帶銹涂料種類較少，多以和轉化型、穩(wěn)定型涂料相結合為主。

翁求松等運用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（SBS）改性丙烯酸樹脂對低相對分子質(zhì)量雙酚F型環(huán)氧樹脂進行了改性，增加了環(huán)氧樹脂的流動性，改性丙烯酸樹脂的加入能夠增加基體樹脂中羥基、羧基、環(huán)氧基等活性基團，活性基團含量的增加能夠顯著增強基體樹脂對銹蝕的附著力和包裹性，其耐中性鹽霧性達1 800 h，并可在20 min內(nèi)進行復涂，具有優(yōu)異的性能。向永華等提出了低黏度酚醛環(huán)氧樹脂和乙烯基改性環(huán)氧樹脂相結合的樹脂配比方案，低黏度酚醛樹脂賦予了樹脂良好的浸濕性和滲透性，以及優(yōu)異的耐熱性；乙烯基改性環(huán)氧樹脂能夠在對銹蝕進行包覆的同時，對銹蝕進行轉化，實現(xiàn)多重機理防銹的目的。Luo等提出銹蝕層可以看作是一種天然的微/納米銹蝕通道毛細管結構，構建了銹蝕層的毛細管結構模型，制備了有機聚氨酯樹脂（PU）/含氟聚合物（PF）復合涂料，由于可變形PF鏈的PU/PF涂層在毛細力作用下可以自發(fā)填入銹層中的微/納米通道，所以該復合涂料具有優(yōu)秀的滲透能力。

（2）轉化型低表面處理涂料。

轉化型帶銹涂料是指利用涂料中轉銹劑的作用，將基材表面的銹蝕部分進行轉化，形成對基體沒有損傷的含鐵物質(zhì)，以達到轉銹的目的。含鉻化合物和含鉛化合物具有良好的轉銹效果，但由于綠色環(huán)保、無毒無害的要求，已經(jīng)被大規(guī)模淘汰。目前常用的轉銹劑為磷酸、鞣酸、沒食子酸等酸性物質(zhì)，這些酸性物質(zhì)，一方面可以和鐵銹發(fā)生反應，溶解鐵銹，另一方面其中的磷酸根基團、多磷酸根基團、酚羥基基團等可以與鐵離子形成較為穩(wěn)定的絡合物，防止鐵銹向基材的腐蝕。Giudice等最早研究了鞣酸類物質(zhì)與銹蝕的反應，表明了鞣酸對銹蝕有良好的轉化作用。Collazo等構建了2種銹蝕環(huán)境來探究鞣酸-磷酸復合轉銹劑對銹蝕的轉化效率，研究結果表明，在低氯環(huán)境中（風化循環(huán)條件），鞣酸-磷酸復合轉銹劑的加入對銹蝕轉化作用不明顯；而在高氯環(huán)境中（5%NaCl溶液中），鞣酸-磷酸復合轉銹劑的加入對于銹蝕轉化作用顯著。Wang等探究了磷酸和沒食子酸在氯乙烯-丙烯酸乳液中共用對防銹性能的影響，實驗表明，磷酸和沒食子酸的共用可以發(fā)揮其協(xié)同效應，達到較好的銹蝕轉化水平，并且涂層的附著性能也有一定的改善。

盡管單寧酸和磷酸等轉化型帶銹涂料在實際工況中較容易涂覆，但也存在許多問題，如對環(huán)境不友好、耐水性和涂層附著力差等。此外，F(xiàn)avre等發(fā)現(xiàn)鞣酸的濃度與轉化效果密切相關，過高或過低都達不到預期的效果。Almeida等發(fā)現(xiàn)，銹蝕轉化系統(tǒng)中的酸濃度對腐蝕效果有很大影響。Collazo等發(fā)現(xiàn)，如果磷酸在生銹轉化后仍然存在，它會滲透到基材內(nèi)部，并導致內(nèi)部金屬腐蝕，從而影響涂層的防腐效果。

（3）穩(wěn)定型低表面處理涂料。

穩(wěn)定型帶銹涂料是指利用涂料中的成膜助劑與鐵銹的絡合作用，將鐵銹轉化為穩(wěn)定致密的絡合物，從而達到轉銹的目的。穩(wěn)定型帶銹涂料的成膜助劑相對轉化型帶銹涂料的成膜助劑來說，酸性較弱，對基體內(nèi)部的腐蝕危害較小；同時，穩(wěn)定型帶銹涂料成本較低，附著力較好，能夠滲入疏松的銹蝕層間，與鐵銹絡合或鰲合，使鐵銹鈍化失去活性或轉為穩(wěn)態(tài)的四氧化三鐵，成為帶銹涂料中的填料。穩(wěn)定型帶銹涂料對鋼材的表面處理要求較為寬松，對銹層厚度的要求不高，在銹蝕不均勻和銹蝕表面狀況差異較大的鋼結構表面都可以取得良好效果，其主要在于涂料中穩(wěn)定型成膜助劑對銹蝕的較強錨定能力和附著能力，對于多種不同的銹蝕成分均有較好的包裹和絡合效果。

常用的穩(wěn)定型成膜助劑有鉻酸鹽、磷酸鹽和其他含有磷酸根、鉻酸根的物質(zhì)。鉻酸鹽和磷酸鹽可以水解產(chǎn)生相應的鉻酸根和磷酸根，其均可以和活性鐵銹進行反應，生成雜多酸類化合物，以達到穩(wěn)銹的目的。傳統(tǒng)的鉻鉛復合防腐顏料具有良好的防腐性能，但由于其毒性高，容易對環(huán)境和人體健康造成危害，已逐漸被一些無毒、環(huán)保的顏料所取代。

目前最常用的穩(wěn)定型成膜助劑為三聚磷酸鋁，三聚磷酸鋁是鋁離子和磷酸根離子形成的配位化合物，其分子中含有3個O=P鍵，2個HO—P鍵，其活性點的密度遠大于其他磷酸鹽，所以具有比磷酸鹽更強的螯合力和更強的鐵離子捕獲能力，除銹效率更高。三聚磷酸鋁的防銹機理為：首先三聚磷酸鋁的水解能夠解離出三聚磷酸根離子，其能與鐵形成較為穩(wěn)定的螯合物；三聚磷酸根離子進一步水解形成的正磷酸根離子，與鐵離子具有較強的結合效果（圖1）。Song等將三聚磷酸鋁與丙烯酸樹脂和環(huán)氧樹脂復合，用于低碳鋼表面的防腐，顯示出良好的防腐效果，Sorensen等將三聚磷酸鋁與滑石和其他材料混合，以制備丙烯酸涂層，用于管道和鋼板的長效防腐?？兹A英將三聚磷酸鋁與聚甲基丙烯酸甲酯微球結合，與環(huán)氧樹脂形成了一種優(yōu)異的防腐顏料，涂層表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性。

但是，三聚磷酸鋁的含量過高會導致團聚和閃蝕，張亨指出三聚磷酸鋁具有一定的吸水性，會加速水分子的滲透，反而加速基材的腐蝕。李閃閃提出三聚磷酸鋁本身具有一定的酸性，其釋放的H+也會加速基體的腐蝕。傳統(tǒng)的單一含磷酸鹽穩(wěn)定型成膜助劑已不能滿足日益提高的除銹和耐腐蝕要求，多種穩(wěn)銹物質(zhì)的復配以及新物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)成為目前新的研究思路。Feng 等采用羥基乙叉二膦酸（HEDP）和單寧酸改性的三聚磷酸鋁作為成膜助劑，以苯乙烯丙烯酸乳液為成膜樹脂制備了水性防銹涂料。通過3種試劑的協(xié)同作用，提高了防銹轉化性能和耐腐蝕性，并利用HEDP和鞣酸對三聚磷酸鋁的靜電吸附作用，改善了三聚磷酸鋁的團聚問題，從而改善了三聚磷酸鋁早期防銹性能缺失的缺點。

（4）混合型低表面處理涂料。

隨著帶銹涂料研究的深入，單一原理的帶銹涂裝已經(jīng)不能滿足更高的除銹、防腐要求，多種原理相結合的帶銹涂裝已經(jīng)成為目前研究的主要方向。王蛟等用含磷酸酯基團的氟硅改性丙烯酸樹脂，并通過添加三聚磷酸鋁、納米二氧化硅等物質(zhì)，成功制備了一種能夠應用在公路護欄涂裝的帶濕轉銹涂料，在150 μm的厚度下，中性鹽霧試驗（NSS）能夠達到1 200 h。楊宇奇等研究了三聚磷酸鋁和磷酸、單寧酸、丁醇等物質(zhì)的復配對銹蝕轉化的影響，實驗表明，多種轉銹穩(wěn)銹填料的添加，能夠顯著增強對銹蝕的清除和轉化作用，達到較好的性能指標。陳鵬等利用三元乙丙樹脂、SBS樹脂以及環(huán)氧和雜環(huán)化合物的共聚反應，利用石墨烯作為防腐填料，制備了一種可以應用于海洋大氣環(huán)境中的帶濕帶銹涂料，在高腐蝕環(huán)境中其壽命一般為10~15 a，具有較高的性能水平。

1.2 帶濕涂裝涂料

帶濕涂裝涂料主要適用于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涂裝，水分子附著在基材表面會引起涂層附著力顯著下降，同時會在基體表面構成微型腐蝕電池，加速鋼材的腐蝕，針對海洋、工業(yè)等潮濕重腐蝕環(huán)境中防腐要求，開發(fā)可帶濕涂裝的涂料產(chǎn)品具有廣泛的實際應用性。帶濕涂料的功能實現(xiàn)主要是通過選擇合適的固化劑或是對應添加劑的來實現(xiàn)。

成膜樹脂和固化劑結合后與基材表面的結合能力決定了帶濕涂裝的實際效果。當成膜樹脂和固化劑混合后的親鐵能力大于水的親鐵能力時，基材就可以與涂料相結合，水分子會通過涂層的微孔或者隨著溶劑一起揮發(fā)，以達到除水的目的；另外，合適的除水劑同樣能達到預期的效果，與水相容性較好的醇類、醚類溶劑，能夠將水分子帶出涂層。表面活性劑等兩親性物質(zhì)同樣被用來實現(xiàn)帶濕涂裝，合適的表面活性劑的親水基可以將水分子溶解，并在參與反應時將水分子置換出基材表面，實現(xiàn)除水的目的。趙利民等提出了以酚羥基和羧基封端的超支化聚醚-聚酯樹脂能夠較好地實現(xiàn)帶濕涂裝的要求，其端基酚羥基和羧基都是親水基團，在初期可以潤濕基材表面并溶解基材表面的水分，并在基團參與反應時將水分子帶出基材表面，實現(xiàn)除水的目的。

1.3 帶油涂裝涂料

帶油涂裝主要是解決油性物質(zhì)在基材表面的附著。帶油涂裝的難點為如何使涂層具有高附著力。物質(zhì)的潤濕狀態(tài)取決于液體的表面張力和表面粗糙度。在25 ℃ 下，去離子水（DI）的表面張力為72.0 mN/m的。油具有較低的表面張力，通常為21.1（辛烷）~27.0 mN/m（十六烷）。隨著溫度的升高，所有液體的表面張力都降低。

油性物質(zhì)與基材表面的結合更為緊密，更難去除，是3種低表面處理涂裝中實現(xiàn)難度最大、研究最少的領域，目前很少有文獻能夠詳細敘述帶油涂裝的原理和方案，在此提出一個可能的帶油涂裝應用方向——超親油物質(zhì)用于帶油涂裝。超親油物質(zhì)目前主要應用于油水分離，原理為利用較低表面能來增加自身與基材表面油性物質(zhì)的親和力，從而達到與基材表面油性物質(zhì)結合的能力。Zhang等使用環(huán)氧樹脂（EP）作為基底樹脂和黏合劑，并采用二氧化硅納米顆粒和十二烷基三甲氧基硅烷（DTMS）分別增強納米尺度粗糙度和降低表面自由能，從而制備了一種可用于油水分離的超親油超疏水涂層。該方法也有望用于帶油涂裝，從而實現(xiàn)高附著力的帶油涂裝。

1.4 低表面處理涂料的最新技術進展

近年來，低表面處理涂料的相關研究取得了較大的進展，具有環(huán)境污染小、耐候性和耐光老化性強、耐腐蝕性好等優(yōu)點的新型低表面處理涂料不斷被研發(fā)。研究近10年相關文獻可以發(fā)現(xiàn)，大部分低表面處理涂料方案中銹蝕轉化劑的選擇集中在三聚磷酸鋁以及改性三聚磷酸鋁，并輔以多種無機物，一方面可以增強涂層的力學性能，另一方面為涂層提供了物理屏蔽作用，提高了涂層的耐腐蝕性。近兩年來，低表面處理涂料的研究主要集中在植酸和沒食子酸的應用方面。植酸是一種有機溶劑，分子式為C6H18O24P6，相對分子質(zhì)量為660，基本結構為中心的碳環(huán)和外圍的6個磷酸根基團，特殊的結構使植酸能夠與鐵銹形成較為穩(wěn)定的化合物，同時它的弱酸性和高穩(wěn)定性能夠避免對基體內(nèi)部的腐蝕。常亮研究了植酸、單寧酸、磺基水楊酸和磷酸4種銹蝕轉化劑對除銹等級為St2的帶銹鋼板的除銹作用，結果表明植酸的除銹效果最好，在除銹的同時植酸的加入能夠提高涂層的附著力和耐腐蝕性。陶俊杰等也研究了植酸在防腐涂層中的應用，植酸相對于磷酸、鞣酸等除銹效率更高，除銹效果更好，也能緩解成膜助劑對基材內(nèi)部的腐蝕。王榮祥等研究了不同種類植酸鹽對基材除銹效果的影響，其中植酸鉀對帶銹基體有最好的防護作用。實驗表明，與磷酸、單寧酸相比，植酸鹽對帶銹的碳鋼基體有更好的緩蝕作用；這主要是由于植酸鹽分子中有多個磷酸基團，能與Fe3+進行螯合反應，使銹層變得更為致密。同時，植酸鹽的加入能夠提高涂層的附著力，增加涂層的屏蔽性能。

沒食子酸是人類最早發(fā)現(xiàn)的有機酸之一，由多個酚羥基和羧基構成，具有結構簡單，原料易得，性質(zhì)穩(wěn)定，酸性較弱的特點。Lei等發(fā)現(xiàn)沒食子酸與2，3-丁二醇反應生成的沒食子酸酯具有良好的除銹性能。沒食子酸酯含有帶柔性長鏈的酚羥基，可以滲入銹層，與Fe2+和Fe3+螯合，并形成Fe—O—C結構的絡合物（圖2），不僅包裹了銹物質(zhì)，還牢固地結合了鐵離子。正是由于這個原因，環(huán)氧樹脂銹蝕涂層的附著力和耐腐蝕性顯著提高。Feng等研究了沒食子酸的改性方法，將羥亞氨基接枝到3，4，5-三羥基苯甲酸（沒食子酸）中，得到一種新型防銹劑——3，4，5-三羥基?2-（[ 羥亞氨基）甲基]苯甲酸，鹽霧等測試結果表明，其具有良好的耐腐蝕性，能夠在基材表面形成一層較為致密的鈍化膜，阻止水分子和氯離子等的透。Jia等通過甲基丙烯酸縮水甘油酯與天然沒食子酸的開環(huán)反應合成了可聚合乳液，并探究了其對鐵銹轉化的機理；拉曼光譜、XPS，SEM等研究表明，加入4%沒食子酸改性物質(zhì)的涂層具有最好的銹蝕轉化能力，能夠將基材表面多孔鐵銹轉化為較為穩(wěn)定的層狀堆疊的α-FeO（OH）相和Fe3O4相，防止了腐蝕介質(zhì)從表面擴散到金屬基體，提高了耐腐蝕性。

二、低表面處理防腐蝕涂料存在的問題及解決途徑

2.1 水性低表面處理涂料相關問題

水性低表面處理涂料主要由水性乳液和轉銹穩(wěn)銹助劑組成，目前已成功應用于水性低表面處理涂料的樹脂有水性油、醇酸、丙烯酸酯以及丙烯酸-聚氨酯改性樹脂等。轉銹穩(wěn)銹助劑和溶劑型低表面處理涂料中的類似，應用較為廣泛的有磷酸、植酸和磷酸鹽功能組分。水性低表面處理涂料相較于溶劑型低表面處理涂料具有更好的流動性和潤濕性，能夠更好地滲透到銹蝕內(nèi)部，對銹蝕進行包覆和封閉。對于水性低表面處理涂料來說，有幾方面的問題亟待解決：一是水性低表面處理涂料耐腐蝕性和綜合性能不及溶劑型涂料，大部分水性涂料不能達到日益提高的性能要求，其根本原因在于水性涂料的親水性以及不穩(wěn)定性；二是穩(wěn)銹助劑多為酸性物質(zhì)，且其中活性基團較多，如果功能組分的添加量少，則與鐵銹的反應不完全；功能組分的添加量多，其酸性特點會破壞水基成膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并加速金屬腐蝕。

李世宇將磷酸和單寧酸混合，利用醇胺調(diào)節(jié)轉銹劑的pH，將其加入到水性偏氯乙烯-丙烯酸樹脂中，水性偏氯乙烯-丙烯酸銹轉化底漆的長效防腐能力顯著提高，30 d腐蝕電流密度為0.003 43 μA/cm2，附著力由1.03 MPa提高到3.06 MPa。高立軍等提出了一種以水為溶劑，可溶性鹽為溶質(zhì)，穩(wěn)定耐候鋼表面銹層的環(huán)保技術。Li等研究制備了一種水性復合轉化劑，其能夠較好地提升涂層的附著力以及電化學性能，較市售銹轉化劑，涂層附著力由1.6 MPa提升到4.8 MPa，中性鹽霧時間由24 h增加到120 h。

2.2 銹蝕轉化劑導致的閃銹問題

閃銹是低表面處理涂料應用中最常遇到的問題之一。閃銹是由于水性涂料中的水性組分與金屬表面接觸，從而在涂料未完全干燥之前產(chǎn)生的點狀銹蝕現(xiàn)象，如圖3所示，金屬底材產(chǎn)生閃銹的快慢速度為：鑄鐵>碳鋼>鍍鋅板（打磨）>馬口鐵（打磨）。

在潮濕氣候環(huán)境施工時，出現(xiàn)這種閃銹的可能性更大，這種問題主要出現(xiàn)在被腐蝕或新近活化的金屬表面。閃銹與施工環(huán)境息息相關，在溫度低、濕度高的環(huán)境下施工，或涂層噴涂過厚、水分揮發(fā)的速度相對慢，均會導致涂層干燥速度慢而產(chǎn)生閃銹。三聚磷酸鋁、鞣酸、磷酸等還是目前工業(yè)上較為常用的除銹劑，但是其較強的酸性會使基材出現(xiàn)閃銹的可能性大大增加。

目前針對閃銹問題，研究者提出多種酸性物質(zhì)的復配以及三聚磷酸鋁的改性方案。Wang研究了多種酸性物質(zhì)的復配方案，發(fā)現(xiàn)將鞣酸和磷酸進行復配，能改善閃銹問題。三聚磷酸鋁的改性是利用三聚磷酸鋁中的活潑氫與堿性物質(zhì)或兩性物質(zhì)在一定條件下發(fā)生弱化學反應。吳龍超等研究了氧化鋅和氧化鈣復配改性三聚磷酸鋁的方案，實驗證明其耐腐蝕性能得到提高。陳星和寧紅等都利用鉬酸鹽對三聚磷酸鋁進行改性，以增強涂層的耐腐蝕性。

2. 3 低表面處理涂料的固化問題

固化劑的選擇是低表面處理涂料的重要課題。低表面處理涂料固化劑要具有黏度低，滲透性好，不易揮發(fā)，毒性小，與成膜樹脂混容性好，固化速度快等特點。其中，低黏度固化劑以及固化劑和樹脂交聯(lián)后的低黏度流體可以保證涂料覆蓋到銹蝕縫隙處，對銹蝕進行包覆，從而通過滲透達到帶銹涂裝的目的。另外，固化速度也是決定固化劑好壞的重要因素之一，由于銹蝕轉化劑等酸性物質(zhì)的增加，體系穩(wěn)定性會大幅降低，較低的基材表面處理等級以及較長的固化時間很可能導致閃銹的出現(xiàn)，所以如何針對合適的樹脂選用對應的固化劑顯得尤為重要。腰果酚改性胺固化劑是雙酚A型環(huán)氧樹脂的一種良好的固化劑。其中具有的苯環(huán)可以降低整體涂料的黏度，羥基可以增加涂料的潤濕性，酚羥基和不飽和碳鏈則為涂料提供了高效的低溫固化能力。

三、低表面處理防腐蝕涂料的發(fā)展方向

目前低表面處理涂料很難滿足高效綠色的使用要求。隨著科學技術的進步和涂料工業(yè)的發(fā)展，低表面處理涂料逐漸向多功能性、綠色環(huán)保、低成本方向發(fā)展，衍生出許多新的低表面處理涂料發(fā)展方向。

3.1 高性能低厚度低表面處理涂料

低表面處理涂料目前的研究重點集中在除銹劑的選擇以及改性，而外部耐腐蝕性往往被忽略，僅依靠膜厚的堆積來實現(xiàn)防腐蝕的目的。市售的很多銹蝕轉化劑往往只具有轉銹的單一作用，無法與外部防腐蝕樹脂或填料相結合，三聚磷酸鋁作為工業(yè)生產(chǎn)中最常用的一類銹蝕轉化劑，其在水性溶液中的溶解性并不好，并且由于其pH小于7，對涂料性能穩(wěn)定性提出了考驗。如何實現(xiàn)除銹劑和防腐蝕填料的協(xié)同作用是低表面處理涂料的重要研究方向之一。

3.2 有機和生物基緩蝕劑的應用

低表面處理涂層的處理重點和難點在于對銹蝕的轉化，以及對水、油等雜質(zhì)分子的去除。緩蝕劑根據(jù)作用位置可以分為陽極型緩蝕劑、陰極型緩蝕劑、混合型緩蝕劑，陽極型緩蝕劑分為氧化性和非氧化性2種，氧化性緩蝕劑是指緩蝕劑可以在無氧條件下鈍化金屬，如鉻酸根等物質(zhì)；非氧化性緩蝕劑則需要氧氣來鈍化金屬，可以與氧化后的金屬材料快速形成保護性氧化膜，如磷酸鹽等物質(zhì)。緩蝕劑可以分為無機緩蝕劑、有機緩蝕劑和生物基緩蝕劑。無機緩蝕劑是目前常用的防銹除銹助劑，如鉻酸鹽、重鉻酸鹽、磷酸鹽等。有機緩蝕劑是含有一個或多個極性基團（具有O、N、P、S原子和π電子）的化合物，包括磺酸鹽、醇、醚、胺、酰胺、銨鹽、羧酸鹽、雜環(huán)氮化合物；生物基緩蝕劑則具有自然提取、無毒無害、環(huán)境友好的特點。Gece總結了藥物相關緩蝕劑的種類和作用機理，能夠為之后生物基緩蝕劑運用到低表面處理涂層提供幫助。

3.3 一體化防銹涂料

在實際工況的涂料涂覆中，“底漆+面漆”或“底漆+中間漆+面漆”的方法最常用，多層涂覆可以使各層發(fā)揮對應的功能，增加涂層的厚度，實現(xiàn)多種功能效果的結合。對于低表面處理涂料來說，研究熱點主要集中在底漆，其成分主要是樹脂和除銹穩(wěn)銹助劑的結合，用于實現(xiàn)銹蝕的轉化、清除和包覆；中間漆的利用主要為了增加涂層的厚度，以此來增強涂層的耐腐蝕性和耐候性；面漆一方面可以進一步提高涂層的性能，另一方面，面漆可以為整個涂層提供功能化的選擇。但是，多層涂覆會影響涂層整體的附著力。Lei等對比了一體化沒食子酸防銹涂層和市面上獲得的鞣酸多層涂覆涂料、磷酸多層涂覆涂料的區(qū)別，實驗表明，一體化涂層能夠更加緊密地和基材結合，涂層的附著力顯著高于另外2種涂層，而“底漆+面漆”或“底漆+中間漆+面漆”的多層涂覆的形式會導致層間的空隙，降低涂層的附著力，長時間鹽霧容易產(chǎn)生脫落現(xiàn)象。

3.4 計算機模擬技術的應用

目前，隨著模擬技術的發(fā)展，越來越多的學者關注到了計算機模擬低表面處理相關領域的發(fā)展。Xu等注意到在判定銹蝕處理級別的過程中，目前的國標GB/T 2520—2017 冷軋鋼板要求以及國標GB/T8923. 1—2011鋼板銹蝕要求對于鋼板銹蝕程度僅有定性的判定方法，主要通過銹蝕鋼板與所給出的標準圖片對比來進行判定，結果并不準確，作者利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡構建了集成卷積神經(jīng)網(wǎng)絡（ECNN）模型，該模型可以對鋼結構的銹蝕等級和銹蝕率進行識別，從而評價鋼結構的銹蝕程度，并討論了ECNN在銹蝕等級識別和銹蝕率識別任務中的應用場景，ECNN分類器的準確率達到93%，同時可以實現(xiàn)圖像可視化操作，判定精度更高。Tian等對實際工況中銹蝕的機器檢測程序進行了改進，設計了一種銹蝕檢測和去除一體的控制器，可以用于銹蝕的自動檢測和去除，改善了實際工況中肉眼無法分辨銹蝕程度的問題。

四、結語

低表面處理防腐蝕涂料的研究與開發(fā)對相關行業(yè)具有重要的意義，如何平衡填料活性和涂料系統(tǒng)的穩(wěn)定性，成為低表面處理涂料亟待解決的首要問題。三聚磷酸鋁、鞣酸、磷酸等物質(zhì)仍然是目前低表面處理涂料的主要選擇，具有較好的轉銹性能；但由于活性基團多、酸性強，導致整個涂料系統(tǒng)長期穩(wěn)定性弱，失效快，長期防銹效果并不理想，可能造成閃銹等問題。近期的研究表明，植酸、沒食子酸以及基于其衍生的新化合物具有一定的除銹轉銹效果，長效穩(wěn)定以及環(huán)境友好程度較好，展現(xiàn)出較好的應用前景。在此基礎上，綠色環(huán)保的水性涂料、天然與生物基緩蝕劑的開發(fā)應用、一體化防銹涂料和計算機模擬輔助涂料研發(fā)等將成為未來低表面處理防腐蝕涂料的主要發(fā)展方向。相信低表面處理防腐蝕涂料發(fā)展的系統(tǒng)化、專業(yè)化和精細化將會更好地滿足以鋼鐵為核心的工程結構材料長效和環(huán)保防腐蝕的技術需求。

五、夢能服務與支持

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