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钢结构防腐蚀用无机富锌涂料
钢结构防腐蚀用无机富锌涂料
刘伟,芦玉峰,周萌,楼森,胡新东
(西北核技术研究所,陕西西安710024)
[摘要]介绍了钢结枃防腐蚀用无机富鋅涂料的成膜机理、种类,指出了其耐蚀机理及研究应用进展;总结
了水性和醇溶型无机富铧涂料的性能特点;简述了重防腐蚀领城无机富锌涂料应用中亟需解决的问题。
「关键词]钢结枃防腐蚀;无机富鋅涂料;耐蚀杌理;研究进展
[中图分类号]TG174[文献标识码]A[文章编号]1001-1560(2012)11-0042-03
水,反应从涂料的混合开始直至完全固化始终在进
钢铁构件的腐蚀损失巨大,对其进行防腐蚀处魏行。钠水玻璃富锌涂料固化红外图谱中出现-0
理具有选择性宽、应用领域广和施工便捷等特点、是玻璃发生了化学反应タ在固化过程中锌粉与钠水
是十分必要的。采用涂料对钢铁构件进行防腐蚀处
种性价比较高的防护措施。无机富锌涂料在钢结
以硅酸锂为粘结剂的水性无机富锌涂料涂覆后
构的防腐蚀领域发挥着重要的作用。以下对其研究靠吸收空气中的CO逐步固化反应,反应过程:
进展作一简述。
Li2 Si0 +CO - *Si02+Li, C02
Zn+Li2Si0っ+CO2+H20→ Znsio3+ILi2CO3+H2
で1无机富锌涂料的种类,成膜及耐蚀机理
(2)
Fe+Li, Si0; +2H,0-FESI0, +2LI0H+H (3)
1.1种类
2LI0H +CO -Li, CO, +.O
(4)
无机富锌涂料是以硅酸盐等无机物为粘结剂,以这种水性无机富锌涂料在固化过程中生成碱式碳酸
三锌粉为主要填料构成的。其所用粘结剂按组成分为盐,面漆必须具有耐碱性;固化时有氢气产生,必须待
2硅酸盐型、铬酸盐型和磷酸盐型等;按干燥方法可分涂层充分固化后再涂面漆?。
为加热固化常温固化和自固化等;按溶剂类型可分
.3耐蚀机理
为水溶型和醇溶型等。水性无机富锌涂料以双组分
为主,又以自固化品种使用较普遍,但也有后催化固
无机富锌涂料对钢铁构件的防护主要是牺牲阳
化品种!。
极和物理屏蔽保护作用5,”?。
1.2成膜机理
无机富锌涂料中锌粉含量(质量分数)大于
85%,涂层中的锌粒子之间、锌粒子与钢铁表面之间
无机富锌涂料的成膜过程包括溶剂蒸发和固化
紧密接触。锌的标准电极电位是-760mV,在人工海
成膜2个过程。在蒸发过程中,硅溶胶粒子通过聚合
水中的电极电位约为-1050mV(SCE),比钢铁负得
反应形成-Si-0-i-的立体网状结构,反应产物
多,可以与钢铁形成电偶,在侵蚀性介质中首先被腐
硅酸锌聚合物为涂层中的主要成膜物质。成膜时硅
蚀,从而起到保护基体不受腐蚀的作用。
酸盐中存在的大量-OH基团不仅与锌起交联反应,
亦与钢铁基材发生键合作用,形成硅酸锌铁配位物
无机富锌涂料的物理屏蔽保护作用主要包括难
溶盐的生成和腐蚀产物2种。未老化的无机富锌涂
Fe(2SiO3)3? Lnsio3,使基体表面的铁原子也成为漆
层具有多孔性,水分和空气能够穿透涂层到达钢材表
膜结构的一部分,从而使漆膜牢固地附着在钢铁表
面,在锌和铁之间产生电流效应,生成锌盐。锌的腐
面。这种反应具有不可逆性,一且干燥成膜就不溶于
蚀产物包括氧化锌、氢氧化锌、碱式氯化锌、氧氯化
[收稿日期」2012-05-18
锌、硫酸锌等。在未涂装面漆之前如果已经有锌盐生
[通倍作者]刘伟(1985-),助理工程师,主要从事金
成,在涂覆后续涂层或面漆之前必须采用清水冲洗
属防腐蚀研究,E-mal:yaL2790163om喷砂或机被处理方式除去锌盐,以免影响后续涂层的
例结构防腐蚀用无机富锌渝料
附着力。若锌盐是涂装完成后生成的,则由于生成物的性能。采用带NCO基团的1135树脂对正硅酸乙
结构致密,迅速封闭了漆膜中的孔道,可以防止氧、水酯水解液进行改性制得的无机富锌涂料能满足厚膜
及盐类对钢铁的腐蚀,从而阻止了锌和钢铁的进一步型漆膜要求而不开裂,同时与多种树脂型漆膜配套而
腐蚀,延长了涂层的使用寿命,降低了后续维修保养不产生气泡或脱落等现象,使无机涂层各项性能均得
费用,?。
到了提高]。
2.3无机富锌涂料的成用特点和效果
2无机富锌涂料的特点、应用场合及效果
2.3.1应用特点
2.1水性型
与有机富锌涂料相比,无机富锌涂料具有以下优
水性无机富锌涂料是由水溶性的碱金属砫酸盐点(1,15-20
(包括碱金属,Na,K的硅酸盐)或无机硅酸盐为主
(1)优良的漆膜附着力,可耐一定酸碱度的介质濫
要粘结剂,专用超细锌粉为防锈颜料、水为助剂(浓腐蚀;
剂)等组成的,属于自干型涂料。它的发展主要经历
(2)耐候性能突出,耐辐射性好;
了热固化、后固化和自固化3个阶段,其中的粘结剂
(3)可带漆焊接,漆膜不受焊接和切割损伤;
能与锌粉在一定的条件下交联成膜,形成的硅酸锌铁
(4)采用水为稀释剂,无闪点,不燃不爆,安全性
配位化合物[Fe(SiO。)3 Znsio2]网状结构与基体具好;
有相当好的粘结强度,且一般都要高于有机涂料的物
5)一般干膜中锌含量≥85%,电阻率为1.0x
理结合3]。
(103~105〉·cm,抗静电性好;
(6)室温下成膜速度快,施工問期短。
水性无机富锌涂料结合了热喷锌、铝与有机富锌
涂料的优点,具有零VOC排放等特性,是目前公认的
与有机富锌涂料和其他防腐蚀类凃层相比,无机
富锌涂料的优点比较突出,但其在实际施工中也存在
环保型涂料,在海岸建筑、舰船、海上平台、精炼炉和
桥梁等领域获得了大量的工程应用,防腐蚀效果良以下不足:
(1)涂层有一定脆性,不适合在薄而易变形的基
好。据美国航空航天局报告,在各类富锌涂料中抗蚀
性最佳的是水性无机富锌涂料,在海洋大气条件下的材上使用;在外力作用下会出现大面积剥落;
(2)基材表面处理要求高,粗糙度要达到St2.5;
使用寿命至少为25a8,10~
(3)在长期腐蚀介质侵蚀的环境中,必须与封闭
水性无机富锌涂料以水为溶剂和稀释剂,汽化热
漆配套使用才能起到长效保护作用;
高,导致水性涂料较有机溶剂型涂料实于慢。温度
(4)厚度有严格的要求,干膜过厚会导致漆膜开
二
湿度、通风条件决定了水的挥发速度,从而影响了水
裂,加入少量磷铁粉可以大大降低这一趋势21]
性无机富锌涂料的干燥速度。温度太低,水分挥发速
(5)对施工环境有非常苛刻的要求,应避免淋雨,
度慢,高模数的硅酸盐与锌粉反应减缓,对固化不利;
环境温度5℃以上,相对湿度85%以下,无强日照且
温度太高,加速了水分的挥发速度,涂层收缩太快,易
钢件不能过热5
发生干喷和龟裂现象,二者均影响涂料的干燥过程和
2.3.2应用效果
涂膜的附着力。
无机富锌涂料早期应用的典型事例是澳洲Mor-
近年问世的新一代水性无机富锌涂料的模数已
经达到5.7,而黏度仅为15~17mPa?s,可按一般有8 anwyalla油管工程,1942年涂装烘烤成型至令仍保
持良好状态。美国于1950年在北卡罗尼纳州的