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無機(jī)富鋅涂料 最早的富鋅涂料是在 19 世紀(jì)由澳大利亞人 Victor-Nightingale 發(fā)明的，用水玻璃加入鋅粉配制成了最初的加熱固化無機(jī)富鋅涂料。
中文名 無機(jī)富鋅涂料 時(shí) 間 19 世紀(jì) 作 用 屏蔽作用、電化學(xué)防護(hù) 領(lǐng) 域 化學(xué)
發(fā)展歷史
用鋅粉制造耐腐蝕涂層的研究最初在兩個(gè)不同的地方，以不同的思路展開。英國人是利用鋅粉加入有機(jī)漆料提供有機(jī)富鋅涂層，而澳大利亞人則是采用無機(jī)富鋅材料。澳大利亞的工程師 Victor-charles-ninghtingall 經(jīng)過很長時(shí)間的苦心鉆研，于 1942 年在 悉尼市的供水系統(tǒng)沃羅挪拉管線（Woronora Pipeline）的一部分工程上應(yīng)用硅酸鹽富鋅涂層。至此，富鋅涂料開始大規(guī)模的使用。20 世紀(jì) 50 年代初，美國人改進(jìn)研制成功了后固化型無機(jī)富鋅涂料。20 世紀(jì) 70 年代末，國際上又發(fā)展了醇溶型自固化無機(jī)富鋅涂料。特別是隨著現(xiàn)代工業(yè)和社會(huì)的進(jìn)步，涂料的生產(chǎn)越發(fā)強(qiáng)調(diào) 4E 原則，“Economy” 即（經(jīng)濟(jì)）、“Efficiency”（效率）、“Ecology”（生態(tài)）、“Energy”（能源）。人們越來越重視環(huán)保，因此水性涂料越來越受到重視，雖然水性富鋅涂料在重防腐領(lǐng)域使用有許多弊端和技術(shù)難點(diǎn)，但水性涂料有逐步取代現(xiàn)有溶劑型涂料的趨勢，同時(shí)隨著時(shí)間的推移和技術(shù)的逐步改進(jìn)，也必將取代溶劑型涂料。
防腐蝕機(jī)理
主要防腐作用有：屏蔽作用、電化學(xué)防護(hù)、涂膜自修復(fù)和鈍化作用。
（1）屏蔽作用，富鋅涂料的屏蔽作用重要靠難溶鹽的生成和腐蝕產(chǎn)物。傳統(tǒng)的富鋅涂料采用球狀鋅粉，它們之間是以點(diǎn)接觸的形式來傳輸電子，并和鋼材基體也保持電接觸。由于是點(diǎn)接觸，所以涂層的導(dǎo)通性較差，為了提高涂層的電導(dǎo)率，必須添加大量的鋅粉，此時(shí)的鋅粉的體積濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了 CPVC，粘結(jié)劑不足以填補(bǔ)涂層間的空隙，從而形成了多孔隙的涂層結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在很多鋅粉從顆粒狀變化為鱗片狀時(shí)，更加強(qiáng)了物理屏蔽作用，因?yàn)轺[片狀鋅粉的加入增加滲透距離的同時(shí)，在涂層中形成了無數(shù)的微小區(qū)域，減少了涂層與金屬基體之間的熱膨脹系數(shù)之差，降低了涂層硬化時(shí)的收縮率、涂層內(nèi)部的應(yīng)力，抑制了涂層的龜裂、脫落，提高了涂層的粘結(jié)力和抗介質(zhì)滲透能力，從而提高了涂層的防腐蝕性能。鋅的腐蝕產(chǎn)物隨腐蝕介質(zhì)的不同而不同，有氧化鋅、氫氧化鋅、堿式碳酸鋅、堿式氧化鋅硫酸鋅等，由于這些物質(zhì)的形成使得體積膨脹，填滿涂膜的空隙，從而防止鐵表面與氧、水等有害介質(zhì)的進(jìn)一步接觸，起著物理屏蔽作用。同時(shí)這些腐蝕產(chǎn)物可 以使涂膜緊密的結(jié)合起來，增大電阻，減緩電化學(xué)腐蝕的速率，鋅粉的消耗速率就會(huì)大大降低，其耐久性就會(huì)提高。
（2）犧牲鋅粉的保護(hù)作用富鋅涂料含有大量的鋅粉，鋅粒子之間，鋅粒子與鋼鐵表面之間緊密接觸，鋅電位比鐵更負(fù)，所以在電解質(zhì)溶液中鋅原子容易失去電子變成陽極，鐵則為陰極。在陽極區(qū)鋅由于失去電子而被腐蝕掉，在陰極區(qū)鋼鐵表面不段得到電子，從而得到保護(hù)。
欲使涂膜導(dǎo)電發(fā)揮犧牲陽極的作用，要求整個(gè)涂層必須有良好的導(dǎo)通性，使整個(gè)涂層與鋼鐵基材體系形成電化學(xué)回路，富鋅涂層才能起到電化學(xué)保護(hù)作用。
（3）涂膜的自修補(bǔ)作用，當(dāng)涂膜上有部位被機(jī)械損傷后，露出基體金屬，在較小面積內(nèi)腐蝕電流能流向鋼鐵露出部分，則鋅的產(chǎn)物就沉積在此處形成一層保護(hù)膜，延緩腐蝕繼續(xù)發(fā)生。
（4）鈍化作用：涂料對鋼材有著良好的鈍化作用，涂料成膜過程中隨水分的蒸發(fā)，涂層的 PH 值發(fā)生變化，鋼材基體的電極電位不是一直處于受電化學(xué)保護(hù)的狀態(tài)，因此涂料對鋼材基材有著良好的鈍化作用。
種類
無機(jī)富鋅涂料主要用于防腐的，最早是由鈉水玻璃(泡水堿)加鋅粉的原始配方,經(jīng)過鉀水玻璃,到現(xiàn)在使用新工藝制取的鋰水玻璃,發(fā)展到今天,其成分和工藝早已復(fù)雜化、優(yōu)良化。除填料鋅粉外,顏料種類與成分也多彩多姿,成膜基料成分也更為復(fù)雜,另外助劑(固化劑)的增加也使其分為后固型和自固型。
無機(jī)富鋅涂料有溶劑型和水性兩類。溶劑型無機(jī)富鋅涂料是以正硅酸乙酯為基料，因?yàn)檎杷嵋阴タ梢匀苡谟袡C(jī)溶劑，噴涂后，在溶劑揮發(fā)的同時(shí)正硅酸乙酯中的烷氧基吸收空氣中水分并發(fā)生水解反應(yīng)，交聯(lián)固化成高分子硅氧烷聚合物。也就是硅酸乙酯水解縮聚，形成網(wǎng)狀高聚物涂膜的過程。
水性無機(jī)富鋅漆成膜初期,溶于水,但固化后,耐水性能優(yōu)良,可長期浸泡水中。由于其無有機(jī)溶劑,無異味、不燃不爆,施工工藝簡單,綜合成本低,施工工具易清洗,不污染環(huán)境,防腐年限長久,同時(shí),某些品種較低孔隙率,因而可作熱噴鋅表面封閉劑,大有取代傳統(tǒng)的熱噴鋅(鋁)之勢。另外,良好的導(dǎo)電性,可帶漆焊、割,也是有機(jī)類環(huán)氧富鋅漆所不及,是新一代較具潛力的環(huán)保型涂料。
與工藝成熟的傳統(tǒng)熱噴鋅相比,水性無機(jī)富鋅的優(yōu)點(diǎn)也比較突出。首先,熱噴鋅是單一鋅層的犧牲陽極保護(hù),其耐腐蝕速度僅取決于鋅層的厚度及溶解速度;而無機(jī)富鋅除了鋅層的保護(hù),其復(fù)雜化學(xué)變化生成的硅酸鋰、硅酸鋅、堿式碳酸鹽等能更好覆蓋金屬表面。其次,熱噴鋅的孔隙率較高(一般為3%～5%),需另涂刷封閉劑;而水性無機(jī)富鋅漆膜的孔隙率較低(一般為1%以下),因而可作熱噴鋅表面封閉劑。再則,熱噴鋅工藝復(fù)雜,需高溫高壓裝置;而無機(jī)富鋅則噴涂、刷涂均可靈活操作,總的比較而言,無機(jī)富鋅反而綜合成本較低。
無機(jī)富鋅涂料 最早的富鋅涂料是在 19 世紀(jì)由澳大利亞人 Victor-Nightingale 發(fā)明的，用水玻璃加入鋅粉配制成了最初的加熱固化無機(jī)富鋅涂料。
中文名 無機(jī)富鋅涂料 時(shí) 間 19 世紀(jì) 作 用 屏蔽作用、電化學(xué)防護(hù) 領(lǐng) 域 化學(xué)
發(fā)展歷史
用鋅粉制造耐腐蝕涂層的研究最初在兩個(gè)不同的地方，以不同的思路展開。英國人是利用鋅粉加入有機(jī)漆料提供有機(jī)富鋅涂層，而澳大利亞人則是采用無機(jī)富鋅材料。澳大利亞的工程師 Victor-charles-ninghtingall 經(jīng)過很長時(shí)間的苦心鉆研，于 1942 年在 悉尼市的供水系統(tǒng)沃羅挪拉管線（Woronora Pipeline）的一部分工程上應(yīng)用硅酸鹽富鋅涂層。至此，富鋅涂料開始大規(guī)模的使用。20 世紀(jì) 50 年代初，美國人改進(jìn)研制成功了后固化型無機(jī)富鋅涂料。20 世紀(jì) 70 年代末，國際上又發(fā)展了醇溶型自固化無機(jī)富鋅涂料。特別是隨著現(xiàn)代工業(yè)和社會(huì)的進(jìn)步，涂料的生產(chǎn)越發(fā)強(qiáng)調(diào) 4E 原則，“Economy” 即（經(jīng)濟(jì)）、“Efficiency”（效率）、“Ecology”（生態(tài)）、“Energy”（能源）。人們越來越重視環(huán)保，因此水性涂料越來越受到重視，雖然水性富鋅涂料在重防腐領(lǐng)域使用有許多弊端和技術(shù)難點(diǎn)，但水性涂料有逐步取代現(xiàn)有溶劑型涂料的趨勢，同時(shí)隨著時(shí)間的推移和技術(shù)的逐步改進(jìn)，也必將取代溶劑型涂料。
防腐蝕機(jī)理
主要防腐作用有：屏蔽作用、電化學(xué)防護(hù)、涂膜自修復(fù)和鈍化作用。
（1）屏蔽作用，富鋅涂料的屏蔽作用重要靠難溶鹽的生成和腐蝕產(chǎn)物。傳統(tǒng)的富鋅涂料采用球狀鋅粉，它們之間是以點(diǎn)接觸的形式來傳輸電子，并和鋼材基體也保持電接觸。由于是點(diǎn)接觸，所以涂層的導(dǎo)通性較差，為了提高涂層的電導(dǎo)率，必須添加大量的鋅粉，此時(shí)的鋅粉的體積濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了 CPVC，粘結(jié)劑不足以填補(bǔ)涂層間的空隙，從而形成了多孔隙的涂層結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在很多鋅粉從顆粒狀變化為鱗片狀時(shí)，更加強(qiáng)了物理屏蔽作用，因?yàn)轺[片狀鋅粉的加入增加滲透距離的同時(shí)，在涂層中形成了無數(shù)的微小區(qū)域，減少了涂層與金屬基體之間的熱膨脹系數(shù)之差，降低了涂層硬化時(shí)的收縮率、涂層內(nèi)部的應(yīng)力，抑制了涂層的龜裂、脫落，提高了涂層的粘結(jié)力和抗介質(zhì)滲透能力，從而提高了涂層的防腐蝕性能。鋅的腐蝕產(chǎn)物隨腐蝕介質(zhì)的不同而不同，有氧化鋅、氫氧化鋅、堿式碳酸鋅、堿式氧化鋅硫酸鋅等，由于這些物質(zhì)的形成使得體積膨脹，填滿涂膜的空隙，從而防止鐵表面與氧、水等有害介質(zhì)的進(jìn)一步接觸，起著物理屏蔽作用。同時(shí)這些腐蝕產(chǎn)物可 以使涂膜緊密的結(jié)合起來，增大電阻，減緩電化學(xué)腐蝕的速率，鋅粉的消耗速率就會(huì)大大降低，其耐久性就會(huì)提高。
（2）犧牲鋅粉的保護(hù)作用富鋅涂料含有大量的鋅粉，鋅粒子之間，鋅粒子與鋼鐵表面之間緊密接觸，鋅電位比鐵更負(fù)，所以在電解質(zhì)溶液中鋅原子容易失去電子變成陽極，鐵則為陰極。在陽極區(qū)鋅由于失去電子而被腐蝕掉，在陰極區(qū)鋼鐵表面不段得到電子，從而得到保護(hù)。
欲使涂膜導(dǎo)電發(fā)揮犧牲陽極的作用，要求整個(gè)涂層必須有良好的導(dǎo)通性，使整個(gè)涂層與鋼鐵基材體系形成電化學(xué)回路，富鋅涂層才能起到電化學(xué)保護(hù)作用。
（3）涂膜的自修補(bǔ)作用，當(dāng)涂膜上有部位被機(jī)械損傷后，露出基體金屬，在較小面積內(nèi)腐蝕電流能流向鋼鐵露出部分，則鋅的產(chǎn)物就沉積在此處形成一層保護(hù)膜，延緩腐蝕繼續(xù)發(fā)生。
（4）鈍化作用：涂料對鋼材有著良好的鈍化作用，涂料成膜過程中隨水分的蒸發(fā)，涂層的 PH 值發(fā)生變化，鋼材基體的電極電位不是一直處于受電化學(xué)保護(hù)的狀態(tài)，因此涂料對鋼材基材有著良好的鈍化作用。
種類
無機(jī)富鋅涂料主要用于防腐的，最早是由鈉水玻璃(泡水堿)加鋅粉的原始配方,經(jīng)過鉀水玻璃,到現(xiàn)在使用新工藝制取的鋰水玻璃,發(fā)展到今天,其成分和工藝早已復(fù)雜化、優(yōu)良化。除填料鋅粉外,顏料種類與成分也多彩多姿,成膜基料成分也更為復(fù)雜,另外助劑(固化劑)的增加也使其分為后固型和自固型。
無機(jī)富鋅涂料有溶劑型和水性兩類。溶劑型無機(jī)富鋅涂料是以正硅酸乙酯為基料，因?yàn)檎杷嵋阴タ梢匀苡谟袡C(jī)溶劑，噴涂后，在溶劑揮發(fā)的同時(shí)正硅酸乙酯中的烷氧基吸收空氣中水分并發(fā)生水解反應(yīng)，交聯(lián)固化成高分子硅氧烷聚合物。也就是硅酸乙酯水解縮聚，形成網(wǎng)狀高聚物涂膜的過程。
水性無機(jī)富鋅漆成膜初期,溶于水,但固化后,耐水性能優(yōu)良,可長期浸泡水中。由于其無有機(jī)溶劑,無異味、不燃不爆,施工工藝簡單,綜合成本低,施工工具易清洗,不污染環(huán)境,防腐年限長久,同時(shí),某些品種較低孔隙率,因而可作熱噴鋅表面封閉劑,大有取代傳統(tǒng)的熱噴鋅(鋁)之勢。另外,良好的導(dǎo)電性,可帶漆焊、割,也是有機(jī)類環(huán)氧富鋅漆所不及,是新一代較具潛力的環(huán)保型涂料。
與工藝成熟的傳統(tǒng)熱噴鋅相比,水性無機(jī)富鋅的優(yōu)點(diǎn)也比較突出。首先,熱噴鋅是單一鋅層的犧牲陽極保護(hù),其耐腐蝕速度僅取決于鋅層的厚度及溶解速度;而無機(jī)富鋅除了鋅層的保護(hù),其復(fù)雜化學(xué)變化生成的硅酸鋰、硅酸鋅、堿式碳酸鹽等能更好覆蓋金屬表面。其次,熱噴鋅的孔隙率較高(一般為3%～5%),需另涂刷封閉劑;而水性無機(jī)富鋅漆膜的孔隙率較低(一般為1%以下),因而可作熱噴鋅表面封閉劑。再則,熱噴鋅工藝復(fù)雜,需高溫高壓裝置;而無機(jī)富鋅則噴涂、刷涂均可靈活操作,總的比較而言,無機(jī)富鋅反而綜合成本較低。
