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金属防腐涂料的最新发展动向
发布时间:2013-5-8  阅读次数:3207  字体大小: 【】 【】【
由于防腐涂料具有性能优异、制造方便、价格低廉等一些其它材料无法比拟的优点,因此在选择防腐措施时成为优先考虑的对象。随着防腐技术的成熟,防腐涂料也必将得到进一步发展。其中高固体分涂料因其可挥发成分少、固化速度快、施工性能好必将成为发展的趋势。研究和分析了环氧树脂、聚氨酯等金属防腐涂料的特点,介绍了它们的最新发展动向。

金属的腐蚀,是金属受环境介质的化学或电化学作用而被破坏的现象。金属的腐蚀遍及国民经济各个领域,给国民经济带来了巨大的损失。在工业发达的国家中,腐蚀造成的直接经济损失占国民经济总产值的1%~4%,每年腐蚀生锈的钢铁约占产量的20%,约有30%的设备因腐蚀而报废。在中国,由于金属腐蚀造成的经济损失每年高达300亿元以上,占国民生产总值的4%。

长期以来,人们一直采用多种技术对金属加以保护,防止腐蚀的发生。其中,金属设备防腐蚀最有效、最常用的方法之一是在金属表面涂敷防腐蚀涂层,以隔绝腐蚀介质与金属基体。防腐涂料和其它涂料一样,其配方组成主要包括基料(树脂)、颜填料和溶剂。基料树脂是成膜物质,是涂料中的主要成分,它的分子结构决定着涂料的主要性能;颜填料是用来辅助隔离腐蚀因素的,根据作用机理又可分为防锈颜料和片状填料;溶剂分为有机溶剂或水,用来溶解基料树脂,便于成膜。本文拟对常用金属防腐涂料的最新研究进展作一综述。

1环氧树脂涂料  

环氧树脂是平均每个分子含有两个或两个以上环氧基的热固性树脂。环氧树脂以其易于加工成型、固化物性能优异等特点而被广泛应用,通过环氧结构改性、环氧合金化、填充无机填料、膨胀单体改性等高性能化后可以制成防腐涂料。环氧树脂涂料有优良的物理机械性能,最突出的是它对金属的附着力强;它的耐化学药品性和耐油性也很好,特别是耐碱性非常好。环氧树脂涂料的主要成分是环氧树脂及其固化剂,辅助成分有颜料、填料等。

不锈钢粉末是最近几年发展起来的金属颜料,由于其具有不活泼性,特别是在高温强蚀环境中的防护性极好,所以既可用来作为主要颜料,也可作为复合颜料的一部分,与粘合剂组成防护性涂料。M.Selvaraj研究发现,通过极化方法可以实现不锈钢颜料与环氧树脂的最优化组合,生成的粉末环氧涂料可以弥补环氧树脂表面耐磨性差的缺点,从而可以直接用于露天环境。该涂料是双组分涂料,一部分是将70%的环氧树脂溶于甲基异丁酮、二甲苯、丁基合成橡胶等溶纤剂;另一部分则是由70%的聚酰胺溶于二甲苯而得,使用时将两者混合即可。通过力学、加速寿命、电化学等方法测试可知,该涂料有良好的力学性能及在NaCl等溶液中长期保持金属形貌稳定的特性。

为了提高环氧树脂涂料的耐热性,人们利用硅酮的耐热性将少量硅酮树脂与环氧树脂混合制成新的耐热防腐涂料。这是因为硅酮中―Si―O―Si―的存在使涂料具有良好的热稳定性,而―Si―C―则保证了涂料的固体成分。先将环氧树脂与甲基异丁酮等混合组成溶剂,然后将硅酮树脂加入上述溶剂,再用二甲苯进行稀释,并加入聚酰胺作为固化剂。通过分光镜和电化学显微镜观察可发现涂料的热稳定性有了显著提高,对甲苯、三氯基甲苯等溶剂也有良好的抵抗力。另外,M.Dhanalakshmi等研究了环氧树脂涂料,发现它在潮湿的环境下防腐能力较差,使用酮亚胺代替常见的聚酰胺、聚胺,由于酮亚胺水解后生成的胺可以与环氧树脂作用,从而达到耐水防腐目的。如果将环氧树脂与氯化橡胶、硅酮树脂共混生成聚合物-聚合物类型涂料,利用橡胶对水蒸气等腐蚀介质的阻隔性和硅酮的耐高温性,可以用单层涂膜来实现普通多层薄膜的防护功能。周钟?D04E?等利用静态浸泡与阴极剥离方法研究了环氧粉末涂料和酚醛改性环氧粉末涂料的耐不同介质渗透能力与抗阴极剥离性能,探讨了酚醛树脂对改性环氧粉末涂料抗蚀性的影响,结果表明,加入适量酚醛树脂的改性环氧粉末涂料在合理的固化条件下可得到90℃时的良好耐水及耐酸性,耐碱性也在一定程度上有所提高.南京水利科学院研制出新型环氧粉末涂料。他们将环氧树脂粗粉碎到一定细度,将适量固化剂、增韧剂、流平剂及填料加入混合机内进行预混合,然后将预混料挤出、粉碎、过筛、干燥即可。该涂料采取喷涂施工,其涂膜抗酸、碱、盐雾、氯离子的渗透性良好,附着力强,抗冲击强度>500N*mm,柔韧性1mm,储存稳定性>1.5a(年)。有一种HN重防腐合成膜,采用环氧树脂、不饱和树脂、钛白粉、云母粉和高强度的粘结剂加固化剂反应而成。其主要技术指标为:耐人工加速老化1000h以上不起泡、不剥落、不变色,在35℃条件下氧指数在29.5以上,耐酸、碱、盐腐蚀性能优良。

2聚氨酯涂料

聚氨酯涂料是以聚氨酯树脂为基料,以颜料、填料等为辅助材料的涂料。聚氨酯涂料对各种施工环境和对象的适应性较强,可以在低温固化,可以在潮湿环境和潮湿的底材上施工,并且耐石油的性能突出。聚氨酯涂料的主要缺点是有较大的刺激性和毒性。

聚氨酯产品是多种多样的。按产品的包装形式可分为两大类:单组分湿固化聚氨酯涂料和双组分聚氨酯涂料。前者是含异氰酸基的预聚物,涂布以后,涂膜与空气中的湿气反应而交联固化。常用的有以蓖麻油醇解物或聚醚为基础的预聚物。这种涂料的主要优点是使用方便,可以避免现场配制的麻烦。主要缺点是色漆制造比较复杂,需要特殊的工艺方法,成品的储存期限一般也较短。后者包括多羟基组分与多异氰酸酯两组分,在使用前将两组分混合,由多羟基组分中的羟基与多异氰酸酯组分中的异氰根反应而交联成膜。所采用的多羟基化合物的种类很多,如聚酯、聚醚、环氧树脂和丙烯酸树脂等。涂层的耐热、耐水和耐油性良好,但耐碱性较差。

最近报道的951双组分重防腐涂料,其甲组分为甲苯二异氰酸酯加成物固化剂,乙组分为环氧树脂、聚酯树脂、颜料、助剂和溶剂所组成。该型防锈磁漆由于在环氧树脂中加入聚酯树脂,因而具有优异的防腐蚀性能和机械性能。其主要技术指标为:细度≤30μm;粘度≥50s;干燥时间,表面干燥≤1h,实际干燥≤16h,烘干(90±2)℃≤1h;硬度≥0.55;耐汽油性浸泡1a;耐酸性浸泡(25%H2SO4液)3个月;耐碱性浸泡(NaOH)3个月。

另据报道,有一种互穿网络防腐涂料性能较佳,该涂料是橡胶网络和塑料网络互相贯穿形成的线穿网络聚氨酯,产品在常温下对硫酸、盐酸、磷酸、盐水、苛性碱、汽油等具有优良的耐腐蚀性能和物理机械性能。田军等研究了以聚氨酯和γ线辐照的聚四氟乙烯组成的耐磨防腐涂层,通过用傅立叶红外光谱等分析了涂层表面的化学结构及形貌,发现含有适量的聚四氟乙烯涂料,其涂层表面可富集聚四氟乙烯并与聚氨酯树脂形成牢固的结合,涂层表面密实,具有良好的耐磨性及抗腐蚀性。

3鳞片树脂涂料

金属及某些无机化合物经用物理或化学的特殊方法处理后,使其呈一定大小粒径、微厚的薄片,工程上称之为鳞片。以鳞片为填料,合成树脂为成膜物质(粘合剂),再加以其它添加剂,可制成耐腐蚀材料。鳞片树脂涂料有下列共性:抗渗透性好;收缩性小;抗冲击性、耐磨性好。目前已有像玻璃片、云母、耐蚀金属片、有机材料等鳞片树脂涂料。实验证明,其中对涂料影响最大的是鳞片添加量及表面处理剂量。对施工性能影响较大的是悬浮触变剂、活性稀释剂颜料

3.1玻璃片涂料

玻璃片涂料是用微细片状玻璃粉填充的一种涂料,其涂层不但可厚涂,而且由于片状玻璃粉隔离作用很大,对水、水蒸气、电解质和氧的防渗透效果很好,是一种优异的重防腐涂料。采用适当规格的玻璃片填充的不饱和聚酯涂膜,透湿率比其它涂膜要小得多。玻璃片粒子的大小对于透过性的影响很大,例如,对3μm厚的玻璃片来说,其横向尺寸小于420μm时,渗透性显著增大;而大于420μm时,则对渗透性无影响并达到最低值。此外,玻璃片涂层的厚度也很重要,要使玻璃片涂料达到理想防腐效果,其涂层厚度必须在500μm以上。

日本工业技术院开发了一种防腐能力强、作业时间短的防腐涂料。新涂料是在微米大小的小玻璃片上,包覆锌及铝,然后将其混合于树脂系涂料中。玻璃片能防止雨水和盐分的侵入;涂料中的锌能防腐蚀;铝则具有能抑制紫外线使涂料劣化的作用。新涂料只需涂刷两遍便能耐7~8a以上的海水等的腐蚀,并且锌、铝的材料费用低。

3.2云母鳞片涂料

云母是水铝硅酸盐,从结构上来讲它属于层状结构硅酸盐。云母的化学稳定性好,它的耐碱性和耐有机溶剂性极好,经研究得知,云母鳞片不饱和聚酯与玻璃鳞片不饱和聚酯涂料在同样的环境条件下,化学稳定性差不多;由于树脂不耐碱,所以它们同样在质量分数为20%的碳酸钠溶液中完全破坏。新近研制出云母树脂薄膜(0.1~1mm),该薄膜既具有鳞片树脂的共性,又克服了鳞片树脂材料自身的缺陷。

4无机富锌涂料

无机富锌涂料有水性和溶剂型两类。前者是以硅酸钠为基料,后者是以正硅酸乙酯为基料的。正硅酸乙酯可溶于有机溶剂,涂刷后,溶剂挥发的同时,正硅酸乙酯中的烷氧基吸收空气中潮气并发生水解反应,交联固化成高分子硅氧烷聚合物。

由正硅酸乙酯与锌粉(质量含量为70%~90%)制成的富锌涂料,锌粉具有阴极保护作用,所以该涂层有好的耐热性、耐磨性和耐溶剂性,同时有强的防锈性。其缺点是涂膜韧性差,往往需加一些有机树脂进行改性。例如一种耐高温、重防腐的新型涂料――HWE型无机硅酸锌底漆已开发成功,该油漆主要由烷基硅酸酯、超细锌粉、颜填料、特种助剂固化剂等组成。粘度适中,熟化期短,具有优异的耐热、耐腐性。

锌-铁酸盐颜料已被证明具有较大的应用潜力。将α-Fe2O3和ZnO以摩尔比1∶1的比例混合,加热至1200℃发生固态反应,反应物结晶为针状结构晶体。将此作为颜料与亚麻油混合可进一步制成涂料,对其性质进行研究发现,锌-铁酸盐颜料具有较好的耐腐性,加入不会引起皂化的有机涂料中,可以大大提高涂料的防腐性能。防护性能随着颜料的增加而增强,并且力学性能也有较大提高。

5高固体分涂料

普通防腐涂料中一般含有40%左右的可挥发成分,它们绝大多数为有机溶剂,在涂料施工后会挥发到大气中去,不仅造成涂层缺陷,难以满足防腐要求,而且也污染了环境。因此提高涂料的固含量,降低其可挥发组分,成为涂料开发新的发展方向。目前,国外已研制出固体质量含量很高(达95%)的防腐涂料,该涂料性能优越,已在油气田及水电工业中得到应用,并取得很好效果。

国内有研究报道,采用改性环氧和聚氨酯预聚物制备的高性能、高固体分涂料其固含量达97%,涂料一次涂敷厚度在150μm以上,同等条件下涂层中针孔数量比普通防腐涂料少2/3以上。另外它与普通防腐涂料相比有以下优异性质,可挥发成分含量极小,高压下抗渗透性强;固化时间短,涂层光滑致密,抗冲击强度好;具有良好的抗流挂性质,施工工艺性能较好。

方伟等研究了高性能环氧改性聚氨酯类高固体分鳞片涂料的工艺制备,经偶联剂处理的玻璃鳞片在涂料结构中呈平行排列,对腐蚀介质的渗透形成多层屏障,具有化学稳定性好、漆膜附着力和抗碱性强的特点。主要技术指标如下:固体质量分数90%;干燥时间,表面干燥≤1h,实际干燥≤24h;柔韧性2mm;干膜厚度150μm;耐盐雾实验时间1200h涂层无裂纹、不起泡。

由于防腐涂料具有性能优异、制造方便、价格低廉等一些其它材料所无法比拟的优点,因此在选择防腐措施时成为优先考虑的对象。随着防腐技术的成熟,防腐涂料也必将得到进一步发展。其中高固体分涂料因可挥发成分少、固化速度快、施工性能好必将成为发展的趋势。另外,环氧树脂涂料、聚氨脂涂料由于具有较高的机械强度和粘接力、加工改性容易等特点,其防腐性能、应用范围也会进一步得到提高和扩大。防腐涂料研究开发的重点仍将是树脂的改性,这是涂料防腐性能的决定因素,另外新型颜填料、固化剂的开发也成为一个新的课题。




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