几种涂料的防腐蚀性能研究_II_环氧富锌底漆锌基组成的研究

PAINT＆COATINGSINDUSTRYVol.38　No.8

Aug.2008

几种涂料的防腐蚀性能研究(II)

———环氧富锌底漆锌基组成的研究

尹建军,石振华,马想生,李文农,蒋德强

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2

(1.兰州理工大学石油化工学院,兰州730050;2.兰州知本化工科技有限公司,兰州730000)

　　摘　要:研究了不同锌基组成环氧富锌涂料的耐水、耐盐水和耐盐雾性能,得到了耐腐蚀性能良好的最佳锌基配比,并对富锌底漆防腐蚀机理进行了探讨。

关键词:环氧富锌底漆;锌基组成;耐腐蚀性能

中图分类号:TQ630.7+2　　文献标识码:A　　文章编号:0253-4312(2008)08-0005-05

CorrosionProtectivePerformanceofCoatings(Ⅱ)

———StudyonZincIngredientinZincRichEpoxyPrimers

YinJianjun,ShiZhenhua,MaXiangsheng,LiWenlong,JiangDeqiang

(1.CollegeofPetrochemicalEngineering,LanzhouUniversityofTechnology,Lanzhou730050,China;

2.LanzhouKcapitalChemicalTechnologyCo.Ltd.Lanzhou730000,China)

　　Abstract:Thisarticlehasstudiedthecorrosionprotectivepropertiesofzincrichepoxycoatingwithdif-1

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ferentzincingredient,suchaswaterresistance.saltsolutionresistanceandsalt-fogperformancetofindaoptimumzincingredientformulationforbestcorrosionprotectiveperformance.Thecorrosionprotective

mechanismofzincrichprimerwasalsodiscussed.

　　KeyWords:zinc-richepoxyprimer;zincingredient;corrosionprotectiveperformance

底漆的耐水性、耐盐水性和耐盐雾性,得到了防腐蚀的实效依据,并对防腐蚀机理进行讨论分析。

0　引　言

富锌涂料主要用于大气及海洋环境中,是钢结构防腐和车间底漆领域使用最为广泛的防锈底漆,但不宜用于酸、碱环境中[1]。

在目前的国内外防腐工程实践中,为了追求膜含锌量,以保证富锌涂料涂层的导通性和使用寿命,料浆中锌粉的加入量常高达80%以上,如此高的锌粉添加量已大大超过了临界颜料体积浓度(CPVC),因漆膜是多孔的[2],这就必然会影响到涂料某些方面的性能。如果为了增强涂层的防腐蚀能力而加厚涂层,会使涂层在干燥过程中收缩而易出现裂纹,施工过程中锌粉的沉淀也容易堵而影响涂装质量和施工效率;钢铁基材在焊接和切割时会产生大量的锌蒸汽,可能会导致工作人员产生“锌热病”。前些年国际铅锌组织(ILZRO)的研究报告认为,锌粉含量的多少与涂层的防腐蚀性能并无直接关系,某些含锌量高的涂层防腐蚀性能并不优异,而含锌量低的涂层的防腐蚀性能也并不差[1]。所以富锌涂料涂层的防腐蚀性能和有效寿命并非完全取决于涂层的锌含量。

本实验从锌基组成上研究了环氧富锌底漆的防腐蚀能力。实验所用锌基组成为球状锌粉、鳞片状锌粉、磷铁粉、非浮型铝粉及其不同配比混合物,考察不同锌基组成环氧富锌

1　实验部分

1.1　主要设备和原材料

主要设备:SFO.4分散砂磨两用机;FQY盐雾腐蚀试验箱等。

E-20环氧树脂、进口固化剂、球状锌粉(400目)、鳞片状锌粉(400目)、磷铁粉(325目)、非浮型铝粉(325目):均为工业品;稀释剂用二甲苯与丁醇7∶3混合;助剂选用有机膨润土。　　耐盐水与耐盐雾试验用氯化钠:化学纯,上海化学试剂公司。

1.2　富锌涂料配方

表1为富锌涂料配方。

表1　富锌涂料配方

Table1　Formulationofzinc-richpaint

原材料

E-20环氧树脂液锌基助剂

w/%207

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尹建军,等:几种涂料的防腐蚀性能研究(II)———环氧富锌底漆锌基组成的研究

1.3　实验过程

室温下,将二甲苯与正丁醇按适当比例混合,经搅拌配制成稀释剂;

按比例将稀释剂与E-20双酚A型环氧树脂混合,经加热(温度不超过60℃)搅拌配制成一定黏度的环氧树脂溶液;

将稀释剂与进口固化剂按适当比例混合,经搅拌配制成一定黏度的固化剂溶液;

锌基组成为球状锌粉、鳞片状锌粉、磷铁粉、非浮型铝粉及其不同配比混合物;

将E-20环氧树脂液、锌基和固化剂黏稠液按配方要求混合,经搅拌、熟化等工序制得环氧富锌涂料,采用喷涂法施涂于经常规表面处理后的A单位面积喷涂量基本3钢板表面(固定),固化7天后进行防腐蚀性能检测。工艺流程如图1所示。

降低,水也是基体发生电化学腐蚀产生锈蚀现象的必须介质。漆膜不可能是完全密实的,并不能完全阻止水的渗透,水分子

可以穿透树脂颜料间的自由体积空穴和微观上的小孔[4]。表2是不同锌基组成涂层的耐水性。

由表2可以看出,单独使用球状锌粉及鳞片状锌粉时,涂层的耐水性能均不好,两者以不同配比复配或与磷铁粉、非浮型铝粉复配时耐水性能均有改善,尤其是用球状锌粉与非浮型铝粉复配时,涂层的耐水性能随着球状锌粉含量的增加而增强,在球状锌粉与非浮型铝粉的配比为4∶1时,直至77天涂层亦无锈蚀、起泡现象,耐水性能非常好。

2.2　漆膜的耐盐水性能

电化学腐蚀过程中必须有电解质离子参与导电或腐蚀反应,因此,屏蔽电解质离子穿透涂膜的迁移运动,可以降低腐蚀电流,增强涂膜的防腐蚀性能[4]。溶于水的电解质会以水合离子的形式与水分子一起在涂层中扩散迁移,但离子透过漆膜要比水和氧困难,一般的漆膜较易透过阳离子,而阴离子

-如Cl等均不易渗透。涂层的电阻可以阻挡离子的渗透而增

强耐腐蚀性,但与水接触后涂层电阻会显著降低。离子的透过率与涂膜的致密性及均匀性有关,交联度高,离子的渗透率低;交联密度低,离子的渗透率高。表3为不同锌基组成涂层的耐盐水性能。

从表3可以看出,大部分漆膜的耐盐水性能很差,不到28天试样已被严重腐蚀,但在球状锌粉∶非浮型铝粉为4∶1时,直至77天表面无变化,耐盐水性能非常优异。

2.3　漆膜的耐盐雾性能

作为在大气及海洋环境中常用的防止金属底材发生锈蚀的防腐涂料,富锌涂料的耐盐雾性能是衡量其防腐性能的重要技术指标[5]之一。中性条件下的盐雾箱试验结果如表4所示。

盐雾箱试验是在湿度、盐溶液浓度、pH值、盐雾沉降量等条件不变的情况下进行的加速腐蚀试验,由于盐雾试验过程中持续喷雾,故在试样表面的盐液膜中的含氧量始终保持在近饱和状态,氧的存在能够使金属底材表面去极化而加速腐

图1　环氧富锌涂层样品的制备工艺

Fig.1　Prearationforspecimenofepoxyzinc-richcoating

蚀,金属底材缺陷里腐蚀产物的形成又会增加内应力而产生应力腐蚀,导致保护层鼓起进而被破坏。

从表4可以看出,单独使用球状锌粉或鳞片状锌粉时富锌涂层的耐盐雾性能都很好,但当两者复配或与磷铁粉复配时,涂层的耐盐雾性能均会变差。球状锌粉或鳞片状锌粉与非浮型铝粉复配时,涂层的耐盐雾性能也会变差,但在球状锌粉与非浮型铝粉的配比为4∶1时,504h涂层无锈蚀、起泡现象,耐盐雾性能保持良好。

图2是球状锌粉与非浮型铝粉不同配比时富锌涂层的耐盐雾性能比较。

1.4　执行标准

漆膜的制备:国标GB/T1765—1993;漆膜的耐水性:国标GB/T1733—1993;漆膜的耐盐水性:国标GB/T9274—1988;漆膜的耐盐雾性:国标GB/T1771—1991。

2　结果与讨论

研究表明,锌基组成对环氧富锌底漆的耐水性、耐盐水性及耐盐雾性有较大影响。由于鳞片状锌粉径厚比大(1/100),所以在单位面积喷涂量基本恒定的情况下,含有鳞片状锌粉锌基的涂层厚度相对较薄

[3]

2.4　富锌底漆耐腐蚀机理的探讨

富锌涂层对钢铁底材的保护作用,是利用Zn的标准电位(-0.762V)比Fe的标准电位(-0.440V)低,通过牺牲阳极的阴极电化学保护作用使钢铁基材免受腐蚀的。锌的腐蚀主要有吸氧腐蚀和析氢腐蚀,其产物的种类随腐蚀介质的不同而

,这也符合施工后的实际情况,漆

膜厚度(40～55μm)对性能测定没有太大的影响。

2.1　漆膜的耐水性能

水是最常遇到的腐蚀介质,吸水会引起漆膜膨胀,附着力

6

尹建军,等:几种涂料的防腐蚀性能研究(II)———环氧富锌底漆锌基组成的研究

表2　不同锌基组成涂层的耐水性

Table2　Waterresistanceofdifferentcoatingsbyzinc-basedprimer

样板

球状锌粉磷片状锌粉鳞片状∶球状=1∶4鳞片状∶球状=2∶3鳞片状∶球状=3∶2鳞片状∶球状=4∶1球状∶磷铁粉=1∶4球状∶磷铁粉=2∶3球状∶磷铁粉=3∶2球状∶磷铁粉=3∶2鳞片状∶磷铁粉=1∶4鳞片状∶磷铁粉=2∶3鳞片状∶磷铁粉=3∶2鳞片状∶磷铁粉=4∶1球状∶非浮型铝粉=1∶4球状∶非浮型铝粉=2∶3球状∶非浮型铝粉=3∶2球状∶非浮型铝粉=4∶1磷铁粉∶非浮型铝粉=1∶4磷铁粉∶非浮型铝粉=2∶3磷铁粉∶非浮型铝粉=3∶2磷铁粉∶非浮型铝粉=4∶1

平均厚度/μm

50

405040405550555555555040505555555555

77d耐水试验结果14d整个板面起泡14d整个板面起泡

56d开始出现锈蚀现象,至77d整个板面锈蚀35d整个板面起泡、锈蚀35d开始出现锈蚀现象,至56d整个板面锈蚀

56d开始出现锈蚀现象,至77d小面积锈蚀、起泡

14d整个板面起泡14d整个板面起泡

21d整个板面起泡21d整个板面起泡21d整个板面起泡

21d开始出现小气泡,至77d小面积起泡42d开始出现小气泡,至77d小面积起泡21d整个板面起泡7d开始出现锈蚀现象,至28d整个板面锈蚀7d开始出现锈蚀现象,至28d整个板面锈蚀

49d开始出现锈蚀现象,至77d小面积锈蚀77d无锈蚀、起泡现象49d开始出现锈蚀现象,至70d整个板面锈蚀

14d整个板面锈蚀

28d开始出现锈蚀现象,至48d整个板面锈蚀14d开始出现点锈现象,至56d整个板面锈蚀

表3　不同锌基组成涂层的耐盐水性能

Table3　Salt-waterresistanceofdifferentcoatingsbyzinc-basedprimer

样板

球状锌粉

磷片状锌粉鳞片状∶球状=1∶4鳞片状∶球状=2∶3鳞片状∶球状=3∶2鳞片状∶球状=4∶1球状∶磷铁粉=1∶4球状∶磷铁粉=2∶3球状∶磷铁粉=3∶2球状∶磷铁粉=4∶1鳞片状∶磷铁粉=1∶4鳞片状∶磷铁粉=2∶3鳞片状∶磷铁粉=3∶2鳞片状∶磷铁粉=4∶1球状∶非浮型铝粉=1∶4球状∶非浮型铝粉=2∶3球状∶非浮型铝粉=3∶2球状∶非浮型铝粉=4∶1磷铁粉∶非浮型铝粉=1∶4磷铁粉∶非浮型铝粉=2∶3磷铁粉∶非浮型铝粉=3∶2磷铁粉∶非浮型铝粉=4∶1

平均厚度/μm

50

405040505550555555555040505555555555

77d耐盐水试验结果

1d开始有起泡现象,至21d整个板面起泡、锈蚀

6d开始有起泡现象,至21d整个板面起泡2d开始出现锈蚀现象,至14d整个板面锈蚀6d开始出现锈蚀现象,至14d整个板面锈蚀6d开始出现锈蚀现象,至14d整个板面锈蚀6d开始出现锈蚀现象,至14d整个板面锈蚀2d开始有起泡现象,至14d整个板面起泡2d开始有起泡现象,至14d整个板面起泡、锈蚀14d开始有起泡现象,至21d整个板面起泡21d开始有起泡现象,至28d整个板面起泡14d开始有起泡现象,至21d整个板面起泡14d开始有起泡现象,至28d整个板面起泡14d一般面积起泡,至21d整个板面起泡、点锈14d一般面积起泡,至21d整个板面起泡、点锈3d开始出现锈蚀现象,至14d整个板面锈蚀7d开始出现锈蚀现象,至14d整个板面锈蚀42d一半面积起泡,至49d整个面积起泡

77d无锈蚀、起泡现象

7d开始出现锈蚀现象,至14d整个板面锈蚀3d开始出现锈蚀现象,至14d整个板面锈蚀3d开始出现锈蚀现象,至28d整个板面锈蚀

14d整个板面起泡

7

尹建军,等:几种涂料的防腐蚀性能研究(II)———环氧富锌底漆锌基组成的研究表4　不同锌基组成的耐盐雾试验Table4　Saltprayresistanceofdifferentcoatingsbyzinc-basedprimer

样板球状锌粉磷片状锌粉鳞片状∶球状=1∶4鳞片状∶球状=2∶3鳞片状∶球状=3∶2鳞片状∶球状=4∶1球状∶磷铁粉=1∶4球状∶磷铁粉=2∶3球状∶磷铁粉=3∶2球状∶磷铁粉=4∶1鳞片状∶磷铁粉=1∶4鳞片状∶磷铁粉=2∶3鳞片状∶磷铁粉=3∶2鳞片状∶磷铁粉=4∶1球状∶非浮型铝粉=1∶4球状∶非浮型铝粉=2∶3球状∶非浮型铝粉=3∶2球状∶非浮型铝粉=4∶1磷铁粉∶非浮型铝粉=1∶4磷铁粉∶非浮型铝粉=2∶3磷铁粉∶非浮型铝粉=3∶2磷铁粉∶非浮型铝粉=4∶1

平均厚度/μm

5040504055555555555050505555555555

504h耐盐雾试验结果504h无锈蚀、起泡现象504h小面积锈蚀、起泡

240h开始出现锈蚀现象,至504h约1/3面积锈蚀144h开始出现锈蚀现象,至312h整个板面锈蚀144h开始出现锈蚀现象,至312h整个板面锈蚀384h开始出现锈蚀现象,至504h小面积锈蚀

144h整个板面起泡384h整个板面起泡、锈蚀384h整个板面起泡504h小面积有起泡现象

360h开始出现锈蚀现象,至504h约1/2面积锈蚀

96h整个板面锈蚀

120h约1/2面积锈蚀,至2h整个板面锈蚀360h开始出现锈蚀,至504h小面积起泡、锈蚀

96h整个板面锈蚀96h整个板面锈蚀504h有点蚀现象504h无锈蚀、起泡现象48h整个板面锈蚀48h整个板面锈蚀2h整个板面锈蚀2h整个板面锈蚀、起泡

球状锌粉:非浮型铝粉=1∶4(96h)　　　　　　　　　　　　球状锌粉:非浮型铝粉=4∶1(504h)

图2　球状锌粉与非浮型铝粉配比不同时涂层的耐盐雾性能比较

Fig.2　Comparisonofsalt-prayresistancebasedondifferentratioofbulbzincandunfloataluminum

不同,有氢氧化锌、氧化锌、碱式碳酸锌、碱式氯化锌、氧氯化锌和硫酸锌等[6],吸氧腐蚀是试样电化学腐蚀的主要形式,析氢腐蚀是涂层起泡的主要原因,减小涂层的孔隙率可提高涂层的屏蔽性,降低水分子和电解质离子穿透涂膜的迁移运动能力,降低腐蚀电流而减缓腐蚀过程。

为充分发挥富锌涂层的阴极电化学保护作用,要求整个涂层必须具有良好的导通性,涂膜中需含有大量的锌粉粒子,它们相互接触,并和钢基体也保持电接触。美国SSPC油漆规定,201号有机富锌漆中锌粉含量至少为干膜质量的77%[1],而德国则要求至少占总固体分的85.4%(质量)。在高锌粉含量富锌底漆上再涂覆其他高固含量面漆,会使面漆产生气泡

的倾向增加;在生产和配制富锌涂料时,锌粉的分散较为困难,贮存时易发生沉淀和结块,虽然可采用锌粉分包装来解决,但在实际应用时仍很容易沉淀,需要不断搅拌来保证分散;若为增强涂层的防腐蚀能力而加厚涂膜,则易使涂层在干燥过程中产生收缩而出现裂纹的倾向,这在无机富锌涂料中尤为明显,涂膜的裂纹会导致涂膜直接剥落,而使防腐蚀效果显著降低。

富锌涂层中的球状锌粉是以锌球间的点接触导通腐蚀电流,而鳞片状锌粉则是以平行搭接式的面接触导通腐蚀电流,两者复配会改善涂层的导通性,更有效地发挥其阴极电化学保护作用,但会增加涂层的孔隙度,降低涂层的屏蔽防腐性能。

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尹建军,等:几种涂料的防腐蚀性能研究(II)———环氧富锌底漆锌基组成的研究

锌基中使用稳定的导电颜料磷铁粉(Fe),主要是用于降低成2P本。由于非浮型铝粉的粒径小,在与球状锌粉复配时,通过合

适的粒径级配而充分降低涂层的孔隙度,抑制析氢腐蚀的发生,增加涂层的屏蔽防腐性能,同时也会有效地增加涂层的导通性,增强涂层的阴极电化学保护作用;因铝的标准腐蚀电位(-1.66V)比锌更低,故会先于锌粉发挥阴极保护作用,其吸氧(或析氢)腐蚀产物以致密的胶态Al(OH)、AlO及铝盐为323主,可以进一步填充涂层孔隙,降低涂层的孔隙度,增强涂层的耐起泡和防腐蚀能力;同时因非浮型铝粉的密度小,与球状锌粉复配还可在一定程度上提高锌基在涂料中的分散能力。试验中以球状锌粉与非浮型铝粉按4∶1的比例复配作为锌基时,试样的耐水、耐盐水以及耐盐雾性能都非常优异。

时,涂层具有非常优异的耐起泡和耐腐蚀性能,为进一步改善富锌涂料的性能并降低生产成本打下了良好的基础。

参考文献

[1]　虞兆年.防腐蚀涂料和涂装[M].北京:化学工业出版社,1998.[2]　杨振波,杨忠林,郭万生,等.鳞片状富锌涂层耐蚀机理的研究

[J].中国涂料,2006,21(01):19-22.

[3]　于晓辉,朱晓云,郭忠诚,等.鳞片状锌基环氧富锌重防腐蚀涂料

的研制[J].表面技术,2005,34(01):53-55.

[4]　庞启财.防腐蚀涂料涂装和质量控制[M].北京:化学工业出版

社,2004.

[5]　季瑞峰.验证富锌涂料各类型标准适用性和耐盐雾性能的探讨

[J].中国涂料,2007,22(07):19-21.

[6]　张微,何莉萍,唐绍裘,等.富锌环氧涂层的防腐蚀研究[J].涂料

工业,2002,32(12):4-6.

3　结　语

通过试验,对环氧富锌底漆的锌基组成与其防腐蚀性能的关系进行了研究,得出在球状锌粉中加入少量非浮型铝粉

收稿日期　2008-05-05

(上接第4页)

参考文献

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[5]　ZEROW威克斯.FRANKN琼斯.SPETER柏巴斯.经桴良,蒋

英涛,江巍译.有机涂料科学和技术[M].北京:化学工业出版社,2002:118-135.

3　结　语

(1)通过对胺固化剂的改性,解决了涂料在铝合金底材上附着力差的难题。

(2)通过对合成聚酯树脂的设计,解决了层间附着力,同时选用线型多异氰酸酯固化剂,赋予中涂漆足够的韧性。

(3)通过对合成的聚酯树脂设计,以及选用脂肪族HDI三聚体固化剂,解决了涂膜硬度与柔韧性及耐冲击性的矛盾,并解决了面漆的耐老化问题。

(4)合理选用各种原材料,使涂料燃烧时烟气毒性达到安全一级(AQ1)的要求。

(5)混合溶剂的合理配制及各种助剂的合理选用,使涂膜具有优异的装饰性和优异的综合性能。

收稿日期　2008-03-25(修改稿)

朗盛公司宣布在华首项并购举措

成功收购中国最大的氧化铁颜料生产厂

　　全球领先的特殊化学品集团朗盛公司正在通过其在中国的首个并购项目,扩展无机颜料业务部在亚洲地区的业务。金卓化工有限公司曾是朗盛公司的合作伙伴,朗盛将并购其位于上海金山地区的两座氧化铁颜料生产设施,自2007年起朗盛就已租用了其中的一座。通过这一并购,朗盛在全球的无机颜料产能将提高5%。

负责朗盛集团亚太地区业务的公司管理董事会成员RainiervanRoessel博士说:“这一并购是朗盛亚洲战略的又一重大举措。这一战略是根据我们对亚太市场不断提升的承诺而制定的,目前朗盛在这一市场已经确立了有利地位。对金山颜料生产厂的并购,巩固了朗盛无机颜料业务部在全球的市场地位。”通过此次并购,朗盛公司还可以确保其在上海的颜料混合厂的原料供应,从而完全不必依赖于本地供应商。

随着当前中国建筑业的蓬勃发展,朗盛无机颜料业务部产品的市场需求迅速增长。据预测,该业务部未来几年的增长速度将保持在5%左右,在亚洲地区尤为迅速。其颜料产品最重要的客户来源于建筑行业,紧随其次的是油漆涂料行业、塑料和造纸行业的客户。

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