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一文了解帶銹涂裝涂料類型、作用及用途

來源: 瀏覽 219 次 發(fā)布時(shí)間:2024-10-12

根據(jù)處理銹蝕的作用機(jī)理可以將帶銹涂料分為4種:滲透型低表面處理涂料、轉(zhuǎn)化型帶銹涂料、穩(wěn)定型帶銹涂料、混合型帶銹涂料。其中,滲透型是利用成膜樹脂的高流動性和強(qiáng)附著力對銹蝕產(chǎn)物進(jìn)行包覆,使其成為涂層的一部分;轉(zhuǎn)化型和穩(wěn)定型則是利用涂料中顏填料對銹蝕的溶解和螯合,將銹蝕轉(zhuǎn)化或形成穩(wěn)定的化合物?;旌闲蛣t結(jié)合了以上幾種銹蝕處理方法的優(yōu)勢,在處理銹蝕的同時(shí)提高涂層的穩(wěn)定性和耐腐蝕能力,是目前科技工作者研究的熱點(diǎn)方向。


(1)滲透型低表面處理涂料的作用機(jī)理與用途


銹蝕在鋼材上的產(chǎn)生是不均勻且不規(guī)則的,其表面形貌可以被認(rèn)為是微納米孔蝕的集合??紫吨g具有一定的表面張力,阻礙了基體樹脂的滲透和附著,一方面會嚴(yán)重降低涂層的力學(xué)性能,另一方面,內(nèi)部孔隙中的氧氣分子和水分子會導(dǎo)致銹蝕的拓展。Majumder等研究表明,當(dāng)通道中填充適當(dāng)表面張力和黏度的液體時(shí),黏附性會顯著增強(qiáng)。滲透型帶銹涂料本身不與基材鐵銹發(fā)生反應(yīng),其主要是利用成膜樹脂對基材的強(qiáng)滲透性和潤濕性,使其能夠達(dá)到銹蝕縫隙,將鐵銹等活性物質(zhì)封閉在惰性樹脂中,阻止銹蝕的擴(kuò)展和繼續(xù)生成,同時(shí)增強(qiáng)涂料和基材的附著力。綜上所述,滲透型帶銹涂料是一種典型的物理屏蔽涂料,銹層越薄,使用效果越好,工業(yè)上常用于銹蝕層較薄(<40μm)的基材表面,應(yīng)用限制較大,所以目前單純的滲透型帶銹涂料種類較少,多以和轉(zhuǎn)化型、穩(wěn)定型涂料相結(jié)合為主。


翁求松等運(yùn)用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)改性丙烯酸樹脂對低相對分子質(zhì)量雙酚F型環(huán)氧樹脂進(jìn)行了改性,增加了環(huán)氧樹脂的流動性,改性丙烯酸樹脂的加入能夠增加基體樹脂中羥基、羧基、環(huán)氧基等活性基團(tuán),活性基團(tuán)含量的增加能夠顯著增強(qiáng)基體樹脂對銹蝕的附著力和包裹性,其耐中性鹽霧性達(dá)1 800 h,并可在20 min內(nèi)進(jìn)行復(fù)涂,具有優(yōu)異的性能。向永華等提出了低黏度酚醛環(huán)氧樹脂和乙烯基改性環(huán)氧樹脂相結(jié)合的樹脂配比方案,低黏度酚醛樹脂賦予了樹脂良好的浸濕性和滲透性,以及優(yōu)異的耐熱性;乙烯基改性環(huán)氧樹脂能夠在對銹蝕進(jìn)行包覆的同時(shí),對銹蝕進(jìn)行轉(zhuǎn)化,實(shí)現(xiàn)多重機(jī)理防銹的目的。Luo等提出銹蝕層可以看作是一種天然的微/納米銹蝕通道毛細(xì)管結(jié)構(gòu),構(gòu)建了銹蝕層的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)模型,制備了有機(jī)聚氨酯樹脂(PU)/含氟聚合物(PF)復(fù)合涂料,由于可變形PF鏈的PU/PF涂層在毛細(xì)力作用下可以自發(fā)填入銹層中的微/納米通道,所以該復(fù)合涂料具有優(yōu)秀的滲透能力。


(2)轉(zhuǎn)化型低表面處理涂料的作用機(jī)理與用途


轉(zhuǎn)化型帶銹涂料是指利用涂料中轉(zhuǎn)銹劑的作用,將基材表面的銹蝕部分進(jìn)行轉(zhuǎn)化,形成對基體沒有損傷的含鐵物質(zhì),以達(dá)到轉(zhuǎn)銹的目的。含鉻化合物和含鉛化合物具有良好的轉(zhuǎn)銹效果,但由于綠色環(huán)保、無毒無害的要求,已經(jīng)被大規(guī)模淘汰。目前常用的轉(zhuǎn)銹劑為磷酸、鞣酸、沒食子酸等酸性物質(zhì),這些酸性物質(zhì),一方面可以和鐵銹發(fā)生反應(yīng),溶解鐵銹,另一方面其中的磷酸根基團(tuán)、多磷酸根基團(tuán)、酚羥基基團(tuán)等可以與鐵離子形成較為穩(wěn)定的絡(luò)合物,防止鐵銹向基材的腐蝕。Giudice等最早研究了鞣酸類物質(zhì)與銹蝕的反應(yīng),表明了鞣酸對銹蝕有良好的轉(zhuǎn)化作用。Collazo等構(gòu)建了2種銹蝕環(huán)境來探究鞣酸-磷酸復(fù)合轉(zhuǎn)銹劑對銹蝕的轉(zhuǎn)化效率,研究結(jié)果表明,在低氯環(huán)境中(風(fēng)化循環(huán)條件),鞣酸-磷酸復(fù)合轉(zhuǎn)銹劑的加入對銹蝕轉(zhuǎn)化作用不明顯;而在高氯環(huán)境中(5%NaCl溶液中),鞣酸-磷酸復(fù)合轉(zhuǎn)銹劑的加入對于銹蝕轉(zhuǎn)化作用顯著。Wang等探究了磷酸和沒食子酸在氯乙烯-丙烯酸乳液中共用對防銹性能的影響,實(shí)驗(yàn)表明,磷酸和沒食子酸的共用可以發(fā)揮其協(xié)同效應(yīng),達(dá)到較好的銹蝕轉(zhuǎn)化水平,并且涂層的附著性能也有一定的改善。

盡管單寧酸和磷酸等轉(zhuǎn)化型帶銹涂料在實(shí)際工況中較容易涂覆,但也存在許多問題,如對環(huán)境不友好、耐水性和涂層附著力差等。此外,F(xiàn)avre等發(fā)現(xiàn)鞣酸的濃度與轉(zhuǎn)化效果密切相關(guān),過高或過低都達(dá)不到預(yù)期的效果。Almeida等發(fā)現(xiàn),銹蝕轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中的酸濃度對腐蝕效果有很大影響。Collazo等發(fā)現(xiàn),如果磷酸在生銹轉(zhuǎn)化后仍然存在,它會滲透到基材內(nèi)部,并導(dǎo)致內(nèi)部金屬腐蝕,從而影響涂層的防腐效果。


(3)穩(wěn)定型低表面處理涂料的作用機(jī)理與用途


穩(wěn)定型帶銹涂料是指利用涂料中的成膜助劑與鐵銹的絡(luò)合作用,將鐵銹轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定致密的絡(luò)合物,從而達(dá)到轉(zhuǎn)銹的目的。穩(wěn)定型帶銹涂料的成膜助劑相對轉(zhuǎn)化型帶銹涂料的成膜助劑來說,酸性較弱,對基體內(nèi)部的腐蝕危害較??;同時(shí),穩(wěn)定型帶銹涂料成本較低,附著力較好,能夠滲入疏松的銹蝕層間,與鐵銹絡(luò)合或鰲合,使鐵銹鈍化失去活性或轉(zhuǎn)為穩(wěn)態(tài)的四氧化三鐵,成為帶銹涂料中的填料。穩(wěn)定型帶銹涂料對鋼材的表面處理要求較為寬松,對銹層厚度的要求不高,在銹蝕不均勻和銹蝕表面狀況差異較大的鋼結(jié)構(gòu)表面都可以取得良好效果,其主要在于涂料中穩(wěn)定型成膜助劑對銹蝕的較強(qiáng)錨定能力和附著能力,對于多種不同的銹蝕成分均有較好的包裹和絡(luò)合效果。


常用的穩(wěn)定型成膜助劑有鉻酸鹽、磷酸鹽和其他含有磷酸根、鉻酸根的物質(zhì)。鉻酸鹽和磷酸鹽可以水解產(chǎn)生相應(yīng)的鉻酸根和磷酸根,其均可以和活性鐵銹進(jìn)行反應(yīng),生成雜多酸類化合物,以達(dá)到穩(wěn)銹的目的。傳統(tǒng)的鉻鉛復(fù)合防腐顏料具有良好的防腐性能,但由于其毒性高,容易對環(huán)境和人體健康造成危害,已逐漸被一些無毒、環(huán)保的顏料所取代。


目前最常用的穩(wěn)定型成膜助劑為三聚磷酸鋁,三聚磷酸鋁是鋁離子和磷酸根離子形成的配位化合物,其分子中含有3個O=P鍵,2個HO—P鍵,其活性點(diǎn)的密度遠(yuǎn)大于其他磷酸鹽,所以具有比磷酸鹽更強(qiáng)的螯合力和更強(qiáng)的鐵離子捕獲能力,除銹效率更高。三聚磷酸鋁的防銹機(jī)理為:首先三聚磷酸鋁的水解能夠解離出三聚磷酸根離子,其能與鐵形成較為穩(wěn)定的螯合物;三聚磷酸根離子進(jìn)一步水解形成的正磷酸根離子,與鐵離子具有較強(qiáng)的結(jié)合效果(圖1)。Song等將三聚磷酸鋁與丙烯酸樹脂和環(huán)氧樹脂復(fù)合,用于低碳鋼表面的防腐,顯示出良好的防腐效果,Sorensen等將三聚磷酸鋁與滑石和其他材料混合,以制備丙烯酸涂層,用于管道和鋼板的長效防腐??兹A英將三聚磷酸鋁與聚甲基丙烯酸甲酯微球結(jié)合,與環(huán)氧樹脂形成了一種優(yōu)異的防腐顏料,涂層表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性。


但是,三聚磷酸鋁的含量過高會導(dǎo)致團(tuán)聚和閃蝕,張亨指出三聚磷酸鋁具有一定的吸水性,會加速水分子的滲透,反而加速基材的腐蝕。李閃閃提出三聚磷酸鋁本身具有一定的酸性,其釋放的H+也會加速基體的腐蝕。傳統(tǒng)的單一含磷酸鹽穩(wěn)定型成膜助劑已不能滿足日益提高的除銹和耐腐蝕要求,多種穩(wěn)銹物質(zhì)的復(fù)配以及新物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)成為目前新的研究思路。Feng等采用羥基乙叉二膦酸(HEDP)和單寧酸改性的三聚磷酸鋁作為成膜助劑,以苯乙烯丙烯酸乳液為成膜樹脂制備了水性防銹涂料。通過3種試劑的協(xié)同作用,提高了防銹轉(zhuǎn)化性能和耐腐蝕性,并利用HEDP和鞣酸對三聚磷酸鋁的靜電吸附作用,改善了三聚磷酸鋁的團(tuán)聚問題,從而改善了三聚磷酸鋁早期防銹性能缺失的缺點(diǎn)。


(4)混合型低表面處理涂料的作用機(jī)理與用途


隨著帶銹涂料研究的深入,單一原理的帶銹涂裝已經(jīng)不能滿足更高的除銹、防腐要求,多種原理相結(jié)合的帶銹涂裝已經(jīng)成為目前研究的主要方向。王蛟等用含磷酸酯基團(tuán)的氟硅改性丙烯酸樹脂,并通過添加三聚磷酸鋁、納米二氧化硅等物質(zhì),成功制備了一種能夠應(yīng)用在公路護(hù)欄涂裝的帶濕轉(zhuǎn)銹涂料,在150μm的厚度下,中性鹽霧試驗(yàn)(NSS)能夠達(dá)到1 200 h。楊宇奇等研究了三聚磷酸鋁和磷酸、單寧酸、丁醇等物質(zhì)的復(fù)配對銹蝕轉(zhuǎn)化的影響,實(shí)驗(yàn)表明,多種轉(zhuǎn)銹穩(wěn)銹填料的添加,能夠顯著增強(qiáng)對銹蝕的清除和轉(zhuǎn)化作用,達(dá)到較好的性能指標(biāo)。陳鵬等利用三元乙丙樹脂、SBS樹脂以及環(huán)氧和雜環(huán)化合物的共聚反應(yīng),利用石墨烯作為防腐填料,制備了一種可以應(yīng)用于海洋大氣環(huán)境中的帶濕帶銹涂料,在高腐蝕環(huán)境中其壽命一般為10~15 a,具有較高的性能水平。


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