片状锌粉改性对水性硅酸钾富锌防腐蚀涂料性能的影响.pdf

Vol 49 No.2 Feb: 2016
llateviah Patecliom
片状锌粉改性对水性硅酸钾富锌
防腐蚀涂料性能的影响
李三喜,丁俊勇,王松
(沈阳.工业大学理学院,辽宁沈阳110870)
[摘要]为了提高片状锌粉在水性凃料应用中的分散性和耐腐蚀性能,以硅烷和硝酸镧共同政性片状锌粉,并
以其制备水性硅酸钾富锌防腐蚀涂料。通过Ⅹ射线能谱仪(EDS)、扫描电镜(SEM)、电化学工作站研究了铧粉政
性前后表面成分、耐腐蚀性的变化及其对富锌涂籵性能的影响。结果表明:经硅婋与硝酸镧共同改性后,在锌粉表
面检测到Si与La元素,沉降30min后沉降体积仅为0.6mLレ/g,在质量分数5.0%的NaI溶液浸泡4d后钭粉仅
有小部分腐蚀,改性锌粉所制涂料涂层表千时间缩短20%,在3.5%NaCL溶液中浸泡14d后涂层仍处于服役中
期,防腐蚀性能提高。
[关键词]水性硅酸钾富锌防腐蚀涂籵;片状铎粉;改性;硅烷;硝酸;防腐蚀性能
中图分类号]TQ0637.81[文献标识码]A[文章编号]1001-1560(2016)02-(0030-04
0前言
备用。
水性富锌防腐蚀涂料因其优异的防腐蚀性能、零1.2锌粉改性
VOC、自修复性强、价格合理而被广泛应用。鳞片状锌
将片状锌粉置于碱性溶液(5g/L硅酸钠,8g/L碳
粉逐渐成为富锌涂料首选填料,但其在水性无机硅酸酸钠,1g/L十二烷基磺酸钠,5m/I.OP-10)中超声除
盐碱性涂料中活性过强、抗沉降性差、易团聚,导致涂油10min,乙醇清洗,烘干备用。将超纯水与无水乙醇
层失效过快、表面不平整2。对锌粉进行表面改性,按体积比1:4混合,加入体积分数5%的硅烷偶联剂
可有效改善该类问题。目前,锌粉表面改性主要采用KH-570和0.012moL/L硝酸镧,混合均匀后用乙酸或
表面活性剂和缓蚀剂处理。硅烷、稀土均可改性锌氢氧化钠调节pH值为4.5左右,室温下剧烈搅拌1h
粉3-。用硅烷掺杂稀土共同改性金属片可明显提高后25℃恒温水解24h,得到改性液。改性液、锌粉按
其耐腐蚀性【:但两者共同处理金属粉体效果如何,质量比4:1混合,搅拌改性30min,再经离心、乙醇洗
却未见报道。因此,本工作对硅煷掺杂稀土改性片状涤、过滤、烘干研磨,得到改性锌粉,记为zP4。
锌粉进行探究,并制备水性硅酸钾改性富锌涂料,探究
仅用硅烷或硝酸镧改性锌粉,得到的改性锌粉分
锌粉改性对涂料性能的影响。
别记为ZP2、ZP3。未改性的原料锌粉记为ZP1。
1试验
1.3水性硅酸钾富铧防腐蚀涂料及涂层的制备
按文献[8]配制水性改性硅酸钾乳液。将乳液、锌
1.1基材前处理
粉按质量比3:1混合,加入抗沉剂有机蒙脱石0.3%
基材为Q235碳钢片,尺す5.0cm×3.0cmx0.1(质量分数,下同)、分散剂 Disponer w-9220.3%、消泡
cm,用120,240目砂纸逐级打磨,丙、乙醇清洗,烘千剂磷酸三丁酯2.0%、增稠剂聚丙烯酸钠0.1%,配制
固含量44%、干膜中锌粉含量57.14%的涂料。涂料在
[收稿日期]2015-08-3
[基金项目]辽宁省沈阳市科技专项资金项目(沈科袋涡流状态下搅拌熟化40min,刷涂于碳钢表面。ZC1
[2012129号)资助
为原料锌粉涂层,ZC2为硅烷改性锌粉涂层,C3为硝
〔通信作者]丁俊勇(190-),硕士研究生,研究方向为粉酸镧改性锌粉涂层,ZC4为硅烷与硝酸镧改性锌粉涂
体改性与水性富锌防腐蚀涂料,E-mai:层。涂层仅进行一次刷涂,室温干燥,涂层厚50~70
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第49卷?第2期?·2016年2月
1.4测试分析
散性最差,5min时大部分锌粉已经沉淀到量筒底部,
1.4.1锌粉
最大沉降高度为1.5mL/g,锌粉Z2、P3分散性与抗
(1)元素含量用EDAX-900型能谱仪对锌粉作沉性提升较差;锌粉Z?分散性与抗沉降性最好,静止
点扫描,分析锌粉表面元素含量。
30min沉降体积仅为0.6mL/g。原因是锌粉表面硅烷
(2)沉降体积取2g锌粉加入带磨口塞的25mL
膜增加锌粉之间的空间位阻与锌粉颗粒之间的斥
量筒中,以正己烷为分散相震荡均匀,用沉降体积法测力,硝酸镧的加人使锌粉相对接触角提高,锌粉不易
试锌粉分散性,以单位质量锌粉所占的容积表示沉降被浸湿而漂浮,两者协同作用使锌粉ZP4分散性与
体积。
抗沉降性明显提高。
(3)形貌室温下将锌粉浸泡于质量分数5.0%
的NaI溶液中4d,用S-3400N扫描电镜(SEM)观察
锌粉形貌。
1.4.2涂层
0.6
按照GB1728-1989测试涂层的干燥时间;GB
?0.2
1731-1993测柔韧性;GB6739-2006测涂层的硬度;
051015202530
CB1732-1993测抗冲击性;GB1720-1989测附着
t/min
力。用S-3400N型SEM观察涂层形貌。用CH604D
图1不同锌粉的沉降体积
电化学工作站测试涂层电化学性质,工作电极为涂覆2.1.3形貌
锌粉涂层的碳钢,工作面积1cmx1cm,非工作面以硅
图2为原料锌粉及浸泡于5.0%NaCl溶液中4d
橡胶密封,辅助电极为铂电极,参比电极为饱和甘汞电后的改性锌粉的SEM形貌。可见:原料锌粉轮廓清晰,
极(SCE),腐蚀介质为3.5%NaC溶液,交流阻抗频率
边界分明,表面光滑,亮度较暗;而浸泡后原料锌粉ZPl
为1.0×(10°~10-2)Hz,振幅10mV。
轮廓模糊,边界无法分辨,表面有明显颗粒感,发白发
2结果与讨论
亮明显,发生严重腐蚀;锌粉ZP2和ZP3与锌粉ZP相
2.1锌粉性能及组织结构
比,腐蚀轻微;锌粉ZP4浸泡后绝大部分表面较为光
2.1.1表面元素含量
滑,边界清晰,发白发亮不明显,说明锌粉只有小部分
表1为不同锌粉表面元素的含量。可见:与锌粉
发生腐蚀,锌粉ZP4耐腐蚀性最好。锌粉ZP2表面硅
ZP相比,ZF2、ZP3表面分别增加了i与a元素,锌烷膜对其有一定的保护作用。锌粉ZB腐蚀较轻是因
粉Z4表面也检测到了S和La元素,表明改性剂接枝的酸锏与锌粉发生反应,在锌粉表面形成一层氧化钢
到了锌粉表面。C元素含量的增加,i元素的出现,表保护膜所致。锌粉Z?4中硅烷和硝酸镧均在锌粉表
明硅烷水解后的Si-OH与锌粉表面游离的-OH缩聚
面形成保护层,减缓了锌粉的腐蚀。
形成一层硅烷保护膜,但Si的含量仅为0.84%,可知
接枝到锌粉表面的硅烷较少,这可能是锌粉表面游离
的-OH较少的缘故;锌粉ZP3表面检测到2.03%的
La元素,但没有发现N元素,同时0元素含量提升,表
25 Hm
25m
明在锌粉表面形成的可能为氧化镧的保护层?。
(a)ZP1,未浸泡(b)ZP1,浸泡后
(c)ZP2,浸泡后
表1不同锌粉表面主要元素含量(质量分数)%
元素
C
Si
1.58
0.28
3.80
0.35
94.33
3.70
0.68
93.59
2.03
25 H m
ZP4

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