防腐蚀涂料（入门知识）

本文转载自查看原文 2022-01-21 16:25 925 Paper

0 概述

0.1 涂料在防腐蚀措施中的地位

腐蚀——所有物质因环境引起的破坏。包括化学腐蚀、电化学腐蚀，以及机械、生物、物理腐蚀和它们的联合破坏；如塑料、橡胶的老化；木材的腐蚀；混凝土、石头的溶蚀风化等。
全世界每年因腐蚀而报废的金属达一亿吨以上，经济损失占国民经济总值的2~3.5%。
为减少腐蚀的损失，至今最有效、最经济、应用最普遍的仍是采用有机涂层。

0.2 防腐蚀涂料和防锈涂料

防腐蚀涂料

主要功能：防腐蚀；
保护范围：包括各种金属和非金属材料。
分类：防锈漆和防腐漆；

- 　　防腐漆：防止金属受化学介质或工业介质（酸、碱、盐等）的化学腐蚀的涂料；由底漆至面漆的配套系统。（用于金属时，往往配套应用防锈底漆）
- 　　防锈漆：防止金属受自然因素（大气、海水及土壤等）造成的电化学腐蚀的底漆；金属用底漆；

0.3 防腐蚀涂层的作用

防腐蚀涂料在被涂装基体表面固化后形成涂层，防止基体腐蚀，作用如下：

屏蔽作用 使基体与外部环境隔离，以免受到腐蚀。（阻挡水、氧和离子的透入，就可防止金属腐蚀。）
缓蚀作用 弥补屏蔽作用的不足，屏蔽作用又能防止缓蚀离子的流失，两者相得益彰。（涂层中含有的化学防锈颜料，在有水存在时，或阴极极化，或阴阳极同时极化，抑制腐蚀进行。）
电化学作用 涂料中加入对基体金属能成为牺牲阳极的金属粉（与基体之间能达到电接触程度，从而保护基体免受腐蚀。如：富锌底漆）

0.4 对防腐蚀涂层性能的要求

0.4.1 抗渗透性

对防腐蚀涂层的最基本要求。
涂层作为一种高聚物薄膜，能不同程度地阻缓水、氧和离子的渗过，从而发挥防腐蚀作用。
水对涂层的渗透认为是通过吸附、溶解、扩散、毛细管吸引的过程。
颜料的加入能提高涂层的康渗透性。
颜料离子不透水，能填充管孔，延长渗透到基体的路径。
涂层越厚，则透水率越低，故重防腐涂料都是厚膜型。
在电化学腐蚀过程中必须有离子参与反应，涂层的电阻可阻挡离子的通过而阻缓腐蚀的发生。

0.4.2 对腐蚀介质的稳定性

涂层在化学上既不被腐蚀介质分解，也不与腐蚀介质发生有害的反应，物理上不被腐蚀介质溶解或溶胀。

0.4.3 附着力和湿附着力

除反应性底漆外，涂层的附着力主要靠分子间的物理吸引力。

涂层在使用过程中，影响附着力的因素有：

0.4.3.1 涂层——金属界面上水的积聚

水对金属的亲和力大于高聚物对金属的亲和力，故水能插入其中间，取代高聚物的吸附。
湿附着力是指涂装在物体上的漆膜在水中浸泡一段时间后的附着力。
若漆膜湿附着力差，透过漆膜到达钢铁表面的水分子与钢铁表面发生作用，就可顶替掉原来的漆膜与钢铁表面的作用而形成水层，而透过漆膜的氧气便可溶于漆膜下的水。
有氧气和水，钢铁就有了发生腐蚀的条件。
在渗透压作用下，氧气和水可非常迅速地通过漆膜，此时的漆膜相当于半透膜，漆膜的附着力受到进一步破坏，导致与钢铁表面脱落（气泡因之生成）。
另一方面，腐蚀发生时，体系中的氢氧根离子产生，它可使一些易水解的基团水解，使漆膜失去应有的机械物理性能，从而失去保护钢铁的作用。
若漆膜的透水性、透氧性低，膜下溶解离子少，渗透压低，可延长湿附着力降低的时间，使涂膜的保护期延长。

0.4.3.2 内应力

涂层在固化和使用过程中，涂层体积会收缩而形成内应力。
若内应力大于附着力，涂层会脱开；内应力小于附着力而大于内聚力，涂层会开裂。
较柔软的涂层能通过分子构象变化消除内应力，高交联的刚性涂层则不行。
片状、纤维状颜料也能降低涂层的内应力，但代价时颜料与高聚合物间微观开裂。

1 防锈漆

钢铁占金属使用量的95%，且70%的钢铁处于大气腐蚀的危害之下，防治大气腐蚀是防锈漆的重点所在。
在防锈漆组分中，对防锈功能起关键作用的是颜料和成膜物质。其中颜料包括种类、用量、不同颜料之间的配合。
防锈漆的作用机理主要分为物理防锈、化学防锈、电化学防锈和综合防锈四类。

1.1 物理防锈漆

使用物理防锈颜料——本身化学性质稳定的颜料，与被涂装的金属表面基本不发生化学和电化学反应。

作用机理：

借助其微细的颗粒填充漆膜结构，提高漆膜的致密度，降低漆膜的渗透性，如红土、铁红、铁黄等。
成片状的颜料（如铝粉、不锈钢片、云母氧化铁等）在漆膜中薄片相叠，能切断漆膜中的毛细孔，延长腐蚀因子渗入漆膜的路径，增加漆膜的封闭性，屏蔽水、氧、离子等腐蚀因子的透过，从而提高涂层的防腐蚀能力。
例如：铁红防锈漆；云母氧化铁防锈漆；铝粉防锈漆；玻璃鳞片防锈漆；不锈钢鳞片防锈漆。

1.2 化学防锈漆

1.2.1 铅系防锈漆

应用量最大的颜料是红丹（Pb₂O₄），

优良的防锈颜料，尤其对于工业大气或带有残留铁锈的钢铁表面，具有优良的防锈效果。
缺点：有毒，红丹粉尘会吸入人体，红丹漆也能通过皮肤吸收。

1.2.2 铬酸盐防锈漆

主要是碱式铬酸盐、铬酸锶等微溶型颜料。
当水分透过涂膜时会溶解铬酸根离子，通过其强氧化作用，使钢、铝、镁等金属表面生成膜，从而发生阳极钝化。

1.2.3 无毒颜料防锈漆

有磷酸锌、磷酸铝、钼酸锌、钼酸钙、偏硼酸钡、离子交换型颜料等。其中效果最好，应用较广的是磷酸锌和磷酸铝类。

1.2.3.1 磷酸锌防锈漆

磷酸锌在涂层内部缓慢离解为磷酸离子、缩合磷酸离子，与金属表面反应，使金属钝化，并形成复杂坚固的络合物，在金属表面与漆料之间成为一层薄膜，起防锈作用。

1.2.3.2 三聚磷酸铝防锈漆

防锈性能优良的无公害防锈颜料。
防锈效果优于红丹，相当于锌黄，储存稳定性和耐候性良好。
泛用于输油管道、桥梁、铁路、船舶、车辆、化工设备及建筑业等。做电冰箱底漆效果也良好。

1.3 电化学防锈漆

主要成分：金属粉颜料、粘结剂和助剂。
金属粉颜料以电极较负的锌粉为主，在干膜占很大比例，被称为“富锌漆”。
富锌底漆含有占干膜质量70%以上的锌粉，在漆膜中锌粉互相接触并于钢铁底材接触而导电，在腐蚀环境中，锌粉作为牺牲阳极而对钢铁起阳极保护作用。

1.3.1 无机富锌底料

分水溶性后固化型；
水溶性自固化型；
醇溶性自固化型。

1.3.2 有机富锌漆

以环氧酯、环氧树脂、聚氨酯、氯化橡胶等为粘结剂；
机械性能比无机型好，对表面处理的要求比无机型低；
容易施工且受环境影响小，对面漆配合比较容易；
导电性、耐热性及耐溶剂性不如无机型。

1.4 磷化底漆

一种高效的金属表面预处理剂，具有磷化处理的作用，但不能代替底漆。
由聚乙烯醇缩丁醛、铬酸盐及辅助材料组成，用磷酸作处理剂。
一般是两罐装，也有一罐装。
应用：钢铁及有色金属的增强防锈（尤其适宜对海洋、湿地地区及水下设备和金属结构的保护）；对不能进行磷化处理的大型金属结构，磷化底漆可取得相同或更好的结果。
在磷化底漆上必须涂覆其他防锈漆才能有较好效果。（在其上面涂覆醇酸、环氧、酚醛、聚氨酯、氨基烘漆、乳胶漆、氯化橡胶漆等均附着力良好。）

1.4.1 磷化底漆的作用是磷化-钝化-成膜的过程

漆中磷酸铁使钢铁表面磷化，生成极薄的厚度不超过10um的磷化膜；
铬酸盐使金属表面钝化，形成稳定的钝化膜；
聚乙烯醇缩丁醛牢固地附在经磷化、钝化的表面上，并能与磷酸、铬酸盐络合，把金属、钝化膜及成膜物结合成为一体，形成致密的保护膜。

1.5 锈面涂料（或带锈涂料）

是可在生锈的钢铁表面涂装而又具有一定的防锈功能的涂料。

1.5.1 渗透型

成分：由含油树脂或熟油、防锈颜料、渗透剂等组成。

作用：极强的渗透力，能渗入到疏松的铁锈中，进行浸润、分隔、组织锈蚀进一步发展，同时依靠防锈颜料的防锈保护作用。

漆料：鱼油和鱼油醇酸的渗透性最好。

颜料：以红丹和铁红为主。

应用：适用于锈面比较陈久、化学污染较少的钢铁表面。

1.5.2 转化型

原理：利用某些物质能与锈反应，把铁锈转化为具有保护性或无害的络合物和螯合物，并以成膜物固定而形成保护层的涂料。

转化型锈面涂料多为两罐装，用时调配。

特点：转化型锈面漆的转换速度较快，应及时涂防锈底漆和面漆。它在锈层均匀、片状、厚锈、无氧化皮的钢铁表面效果较好。但对锈层不均匀的钢板效果不佳，易发生或转化不完全，或转化液过多，残留酸性介质而造成膜下腐蚀。

分类：

磷酸-黄血盐（亚铁氰化钾）：黄血盐在磷酸作用下能将铁锈转化为普鲁士蓝络合物。
磷酸-丹宁酸：丹宁酸分子上的邻位羟基在酸性介质中与三价铁配位络合生成螯合物，转化剂中的磷酸可产生磷化作用，生成磷化膜。

1.5.3 稳定型

成分：漆料，活性颜料，助剂

原理：成膜后通过缓慢的水解作用，与活泼的铁锈形成难溶的杂多酸络合物，使铁锈处于稳定状态。

常用的活性颜料：磷酸锌、磷酸铝、铬酸盐及铬酸二苯胍、三苯胍等，也可加入一些片状颜料增加渗透性和耐久性，加入表面活性剂以加强对铁面的浸润和渗透。锌黄的铬酸根离子、红丹漆的壬二酸铅能渗透锈层，达到锈与底材金属的界面起阳极缓蚀作用。

应用：稳定型锈面涂料一道的厚度约为40~70um，适合锈层不太厚的场合。稳定型锈面涂料对锈层的作用较慢，一般需要3~4个月，甚至更长时间才能完成反应。

1.5.4 惰性化涂料

作用：将锈层内的祸根——硫酸根离子惰性化，使之不再促进腐蚀，即用磷酸钡将锈中的硫酸亚铁沉积为不容的硫酸钡。在锈面上这种涂料比常规涂料防腐蚀效果更好。

1.5.5 综合型涂料

原理：根据前面的作用机理，采用二种或二种以上类型的复合型涂料，以弥补一种类型的不足，如转化-稳定型。

锈面涂料：

特点：预处理简单，施工方便，也有一定的保护效果，
应用：对一些大型设备和构建的制造、维护要求不是非常高的金属产品表面使适宜的。对储罐内壁衬里、重点工程、对外观和防护要求高的场合不宜用。
要求：必须彻底除锈，除去残留硫酸根离子和氯离子才能进行涂装。

1.6 车间底漆（预涂底漆或保养底漆）

应用：工厂车间；进行表面处理并涂装底漆保护。（在机械加工基本完成后，在工厂或现场再进行最后的涂装，不仅使涂装作业工厂化，且实现了材料的源头保护。）
常用：富锌底漆和磷化底漆。

2 防腐蚀漆

防锈漆仅仅是金属用的底漆；
防腐蚀漆包括了由底漆至面漆的整个配套系统，保护的范围既可是金属，又可是非金属；
只有防腐蚀漆用于金属时，才往往配套使用防锈底漆。

2.1 防腐蚀涂层系统

防腐蚀涂层在许多场合往往有几道涂层，组成一个系统发挥功效。
- 　　如汽车漆，外层强调高装饰性、耐用侯型；
- 　　而底层的电沉积漆则强调防腐蚀性；
- 　　有时，防腐蚀涂层仅是单层，如粉末涂料。

2.1.1 底漆

是整个涂层系统中极重要的基础。对其要求是：

底漆应对底材有非常好的湿附着力。
- 　　树脂应有极性基团，特别是胺基，它可与钢铁表面形成很强的氢键。
- 　　环氧——胺体系是很好的底漆，既有极性基团，又有胺基，主链有芳基，成刚性，湿附着力好；
- 　　主链中以醚键相连，具有抗水解性。
底漆的基料应具有屏蔽性，宜耐碱。
含较多颜调料（PVC略大于CPVC）
- 　　可减少漆膜收缩率，保持与底材的附着力；
- 　　增加薄膜表面粗糙度，增加与上层漆的结合力，增强屏蔽性。
底漆粘度应较小，以利于对底材的润湿及渗入空隙表面。

2.1.2 中间漆

主要作用：

与底漆和面漆附着力良好；
增加涂层系统的厚度，提高涂层系统屏蔽性能；
提供平整表面，并具备较好的弹性，可缓冲行驶中小石子的冲击。

2.1.3 面漆

屏蔽日光紫外线对涂层的破坏，延缓光老化，延长涂层系统寿命，装饰美观及作为不同层次颜色的标志。
H₂O和O₂的透射率低，在不影响机械物理性能的前提下尽量提高交联度和玻璃化温度。加入片状颜料如铝片、云母和玻璃鳞片等，起屏蔽作用。
有很好的耐冲击性能，且有一定厚度。

2.2 防腐蚀漆的种类

2.2.1 环氧树脂防腐蚀漆

防腐蚀漆中应用最广泛的品种。
环氧树脂最突出的优点：
- 　　与物面的附着力好，与金属、混凝土、木材及玻璃等均有优良的附着力。
  - 　　　　因其分子中含有极性的羟基、醚键等，即使得其对湿面也有好的附着力。
- 　　环氧树脂固化时体积收缩仅有2%左右，且其分子中的醚键使分子链柔软便于旋转，可消除内应力，故附着力高。
- 　　优良的耐水性、耐碱性和耐油性，是优良防腐蚀漆的基料。
- 　　固化剂种类多，在各种施工条件下均有良好的固化活性，可配成在潮湿、水下和加热等条件下固化的涂料。
- 　　环氧树脂与交联剂固化后形成三维网状结构，能耐石油浸渍而不溶胀，故广泛用于作储油罐的内壁涂料。
- 　　环氧中含有醚键，经日光紫外线照射易降解断链，不宜作户外面漆。
目前大量用防腐蚀的是低分子量环氧树脂为基础的双组分漆