水性硅酸锌涂料防腐技术的研究与应用

　　征和作用原理。

　　主题词：自固化水性毯酸辞涂料后固化涂层成膜机理1刖目金属腐蚀问题一直是限制金属材料广泛应用的难题，国家科技部门、工业部门历来重视金属材料的防腐问题。为了防止腐蚀，人们创造了各种防腐蚀的方法，涂料防腐蚀是其中*为广泛使用的一种，而锌涂层作为牺牲阳极可以有效地保护钢铁不受环境介质的侵蚀，一直受到人们的重视。水性硅酸锌涂料由于防腐性能优异，涂膜坚硬耐磨，并且无毒无嗅，无有机挥发物，不会对环境造成污染，自二十世纪三十年代在澳大利亚首次问世以来得到了长足的发展。

　　半个多世纪以来，水性无机硅酸锌涂料的固化方式由*初的热固化、后固化发展到现今的自固化。自固化水性硅酸锌涂料，以其优异的防腐品质，良好的涂装施工性能，在船舶及大型钢结构工程的长效防腐上得到了推广应用。

　　2水性硅酸锌涂料的化学特征以特种硅酸盐为基料的自固化水性无机硅酸锌涂料，涂覆在钢材上能够快速固化，形成漆膜。

　　耐水性好，能够快速达到金属硬度，且与钢材附着力强，具备在短时间内可复涂面漆的能力，其化学特征可归纳如下：同后固化的硅酸盐溶液比较，基料活性高，能与锌粉快速反应。这是因为大量的二氧化硅以胶态形式存在，胶态二氧化硅实为聚合硅酸，故基料中实际含有大量的聚合态硅酸离子，这使得硅酸锌聚合物的形成不必借助于后续离子的介入。

　　后固化的硅酸盐溶液中存在大量的碱金属阳离子，涂膜干燥后这类阳离子与配位结合形成的聚硅酸盐交联作用在成膜物浸水时瓦解。雨后固化硅酸盐溶液不同的事，自固化硅酸盐基料中的碱金属离子被某种憎水基团取代，少量的碱金属离子又能与空气中的二氧化碳反应，生成可溶性的碳酸盐极易除去，因此涂料的常温固化性能好。

　　上述两点使得自固化无机硅酸锌涂料不仅施工工艺简单便利，而且防腐特性方面也可与热固化及后固化水性硅酸锌涂料相媲美。

　　3水性硅酸锌涂料的作用原理1自固化水性娃酸锌涂料的成膜机理有机涂料涂覆于钢铁表面后，溶剂挥发，形成连续涂膜，涂膜与钢铁之间存在物理粘结作用，阻隔腐蚀因子与钢铁接触而起到防腐作用。与之不同的是，水性硅酸锌涂料有其独特的成膜机防腐机理。其成膜机理为形成与锌离子为中介的Si0Si键网络，如图所示。

　　（涂层成膜物结构示意图）从图中可以看出，无机硅酸锌涂层与钢基体的结合不同于传统有机涂料的物理粘结方式，而代之以与钢基体表面原子形成化学键，即涂料的粘结体与钢材表面的活性铁反应生成硅酸铁，同时，又与锌离子作用，形成一层坚硬的无机膜，涂膜与钢材互为一体，结合力强'无机硅酸锌涂料涂装施工后，成膜物中的无机Si?0Si键网络不受紫外线照射的影响，长期暴晒不会引起Si0键的断裂，故而涂层耐候性好；同时形成的涂层为锌粒子的堆积作，锌粒子之间，锌粒子与钢铁表面之间紧密接触，由于锌粒子的电负性小于铁，较钢铁活泼，因而通过锌粒子的溶解牺牲可以保护钢铁不受腐蚀，即在钢铁表面形成的涂膜对钢材起到极好的电化学保护作用。

　　涂料施工固化后形成的涂层为多孔涂层，随着锌粉与周围介质中的二氧化碳、氯离子等作用生成的腐蚀产物一-难溶性的锌盐，又填充于球形锌粉颗粒中间，即多孔涂层的空隙中，这些致密而又呈微碱性的物质不导电，填塞了颜料层，能阻挡和屏蔽腐蚀因子透过，即对钢铁起到很好的物理屏蔽作用。

　　2无机富锌涂料的防腐机理无机富锌涂料通过电化学保护和化学腐蚀而对金属起到防腐蚀作用。前者是因为锌比铁的化学活性更大，更容易失去电子，当锌铁接触时，在腐蚀条件下（含水、氧的情况下）锌首先被氧化生成氢氧化锌、氧化锌，进一步吸收空气中的二氧化碳生成碳酸锌。这些锌起着牺牲阳极的阴极保护作用，有效地防止被铁氧化；后者是因为涂膜形成致密的络合物涂层，能对有害物质渗入到被保护基层起阻隔作用。例如，当水分渗入到钢铁等基层上时，就形成了无数个由锌粉和钢铁基层组成的原电池。由于锌的电极电位比铁的电极电位低，所以锌为正极（阳极），铁为负极（阴极），电流由锌向钢铁流动，钢铁受到阴极保护。同样，在腐蚀性的环境下，锋粉将与大气中的物质发生反应，形成氧化锌、氢氧化锌、减式氯化锌、碱式碳酸锌、硫酸锌等腐蚀产物，这些腐蚀产物逐渐积附在锌粉间的空隙和钢铁表面，增大电阻，减弱电化学腐蚀的速度，锌粉的消耗速度就大大降低，其耐久性便得以提高。

　　此外，富锌涂料（底漆）的一个主要特征是具有“自修复、自密封”作用。这是指当富锌涂料的涂膜在受到机械损伤后，其露出的钢铁表面将有腐蚀电流通过，这时锌的腐蚀产物就会沉积在损伤处形成一层保护膜，而使钢铁底材得到保护。在新涂膜的情况下这种保护所起的作用更为显著。

　　4水性硅酸锌涂料的技术指标1水性硅酸锌涂料的基本配方水性硅酸锌涂料是以特种硅酸盐为基料的高摩尔比水性无机硅酸锌。它主要由硅酸盐和锌粉两部分组成，二者的混合比例为硅酸盐（液）：锌粉=1：11.2公斤/加仑。

　　2配制工艺先将组份的锌粉加到组份I的硅酸盐液体剂中（加入顺序不可颠倒），充分搅拌后，再经40 100目滤网过滤即可使用。若使用期延长至812小时或环境温度在24C以上时，可加0.34 64kg清水稀释。

　　4.3产品特征耐久性：正确施工可保证15年以上的防锈周期；耐焊接：涂层不受切割及焊接损伤，带涂层焊接不影响焊接质量；耐辐射：抗射线能力强，阳光强射不粉化；自我修补：外力造成的局部划痕仍可受到保护；4.4性能检测数据表1水性硅酸锌涂料各项性能检测数据检测项目检测结果参照标准粘度附着力不挥发份弯曲性能密度抗滑移系数耐水性2800h漆膜无起泡、生锈、脱落现象耐二钾苯2800h漆膜无起泡、生锈、脱落现象耐柴油2800h漆膜无起泡、生锈、脱落现象耐变压器油2800h漆膜无起泡、生锈、脱落现象耐热性400t：/8h漆膜无变化耐硝基性不渗色、不咬起数据来源：化工部海洋涂料产品质量检验中心5水性硅酸锌涂料的应用1使用技术要求水性硅酸锌涂料为双组份固化金属长效、环保、防锈蚀涂料，施工成本低，可取代电镀和热喷涂。喷涂前，为了提高涂层与基体的粘结力，必须对金属表面进行喷砂处理，达到接近白色的SSPCSP-10/Sa2.5的标准。在喷涂过程中，应50%重叠喷涂，以确保有一层均匀潮湿的薄膜，漆膜厚度一般为75nm或lOOnni. 2成本与效益对比分析水性硅酸锌涂料具有优良的防腐性能。该涂料的一个显著特点是其防腐期长，因此大大降低了设备更新维修方面的成本投入。我们用水性硅酸锌涂料同目前油田多采用的环氧玻璃髹片防腐涂料作了一个成本效益比较，其对比结果见表2表2成本效益对比产品名称涂层厚度理论用量单价理论造价使用寿命水性硅酸锌涂料10年以上15年以上HP-67环氧玻璃鳞片涂层结构为两道底漆、两道面漆总厚度为250-350um 5年由表2可以看出水性硅酸锌涂料在理论造价相等的情况下，其使用寿命要远远篼于环氧玻璃髹片防腐涂料。

　　6结论水性硅酸锌涂料以特种硅酸盐为基料，涂覆在钢材上能够快速固化，形成漆膜。其耐水性好，能够快速达到金属硬度，并且无毒无嗅，无有机挥发物，不会对环境造成污染，与钢材附着力强，具有优良的防腐性能。而且该涂料防腐周期长，施工成本低，值得在船舶、大型钢结构工程、石油、化工工业设备的长效防腐上推广应用。

(完)