防腐蝕塗料（入門知識）

0 概述

0.1 塗料在防腐蝕措施中的地位

1. 腐蝕——所有物質因環境引起的破壞。包括化學腐蝕、電化學腐蝕，以及機械、生物、物理腐蝕和它們的聯合破壞；如塑料、橡膠的老化；木材的腐蝕；混凝土、石頭的溶蝕風化等。
2. 全世界每年因腐蝕而報廢的金屬達一億噸以上，經濟損失占國民經濟總值的2~3.5%。
3. 為減少腐蝕的損失，至今最有效、最經濟、應用最普遍的仍是采用有機塗層。

0.2 防腐蝕塗料和防銹塗料

防腐蝕塗料

1. 主要功能：防腐蝕；
2. 保護范圍：包括各種金屬和非金屬材料。
3. 分類：防銹漆和防腐漆；

• • 　　防腐漆：防止金屬受化學介質或工業介質（酸、鹼、鹽等）的化學腐蝕的塗料；由底漆至面漆的配套系統。（用於金屬時，往往配套應用防銹底漆）
  • 　　防銹漆：防止金屬受自然因素（大氣、海水及土壤等）造成的電化學腐蝕的底漆；金屬用底漆；

0.3 防腐蝕塗層的作用

防腐蝕塗料在被塗裝基體表面固化后形成塗層，防止基體腐蝕，作用如下：

1. 屏蔽作用 使基體與外部環境隔離，以免受到腐蝕。（阻擋水、氧和離子的透入，就可防止金屬腐蝕。）
2. 緩蝕作用 彌補屏蔽作用的不足，屏蔽作用又能防止緩蝕離子的流失，兩者相得益彰。（塗層中含有的化學防銹顏料，在有水存在時，或陰極極化，或 陰陽極同時極化，抑制腐蝕進行。）
3. 電化學作用 塗料中加入對基體金屬能成為犧牲陽極的金屬粉（與基體之間能達到電接觸程度，從而保護基體免受腐蝕。如：富鋅底漆）

0.4 對防腐蝕塗層性能的要求

0.4.1 抗滲透性

1.  對防腐蝕塗層的最基本要求。
2. 塗層作為一種高聚物薄膜，能不同程度地阻緩水、氧和離子的滲過，從而發揮防腐蝕作用。
3. 水對塗層的滲透認為是通過吸附、溶解、擴散、毛細管吸引的過程。
4. 顏料的加入能提高塗層的康滲透性。
5. 顏料離子不透水，能填充管孔，延長滲透到基體的路徑。
6. 塗層越厚，則透水率越低，故重防腐塗料都是厚膜型。
7. 在電化學腐蝕過程中必須有離子參與反應，塗層的電阻可阻擋離子的通過而阻緩腐蝕的發生。

0.4.2 對腐蝕介質的穩定性

塗層在化學上既不被腐蝕介質分解，也不與腐蝕介質發生有害的反應，物理上不被腐蝕介質溶解或溶脹。

0.4.3 附着力和濕附着力

除反應性底漆外，塗層的附着力主要靠分子間的物理吸引力。

塗層在使用過程中，影響附着力的因素有：

0.4.3.1 塗層——金屬界面上水的積聚

1. 水對金屬的親和力大於高聚物對金屬的親和力，故水能插入其中間，取代高聚物的吸附。
2. 濕附着力是指塗裝在物體上的漆膜在水中浸泡一段時間后的附着力。
3. 若漆膜濕附着力差，透過漆膜到達鋼鐵表面的水分子與鋼鐵表面發生作用，就可頂替掉原來的漆膜與鋼鐵表面的作用而形成水層，而透過漆膜的氧氣便可溶於漆膜下的水。
4. 有氧氣和水，鋼鐵就有了發生腐蝕的條件。
5. 在滲透壓作用下，氧氣和水可非常迅速地通過漆膜，此時的漆膜相當於半透膜，漆膜的附着力受到進一步破壞，導致與鋼鐵表面脫落（氣泡因之生成）。
6. 另一方面，腐蝕發生時，體系中的氫氧根離子產生，它可使一些易水解的基團水解，使漆膜失去應有的機械物理性能，從而失去保護鋼鐵的作用。
7. 若漆膜的透水性、透氧性低，膜下溶解離子少，滲透壓低，可延長濕附着力降低的時間，使塗膜的保護期延長。

0.4.3.2 內應力

1. 塗層在固化和使用過程中，塗層體積會收縮而形成內應力。
2. 若內應力大於附着力，塗層會脫開；內應力小於附着力而大於內聚力，塗層會開裂。
3. 較柔軟的塗層能通過分子構象變化消除內應力，高交聯的剛性塗層則不行。
4. 片狀、纖維狀顏料也能降低塗層的內應力，但代價時顏料與高聚合物間微觀開裂。

1 防銹漆

• 鋼鐵占金屬使用量的95%，且70%的鋼鐵處於大氣腐蝕的危害之下，防治大氣腐蝕是防銹漆的重點所在。
• 在防銹漆組分中，對防銹功能起關鍵作用的是顏料和成膜物質。其中顏料包括種類、用量、不同顏料之間的配合。
• 防銹漆的作用機理主要分為物理防銹、化學防銹、電化學防銹和綜合防銹四類。

1.1 物理防銹漆

使用物理防銹顏料——本身化學性質穩定的顏料，與被塗裝的金屬表面基本不發生化學和電化學反應。

作用機理：

1. 借助其微細的顆粒填充漆膜結構，提高漆膜的致密度，降低漆膜的滲透性，如紅土、鐵紅、鐵黃等。
2. 成片狀的顏料（如鋁粉、不銹鋼片、雲母氧化鐵等）在漆膜中薄片相疊，能切斷漆膜中的毛細孔，延長腐蝕因子滲入漆膜的路徑，增加漆膜的封閉性，屏蔽水、氧、離子等腐蝕因子的透過，從而提高塗層的防腐蝕能力。
3. 例如：鐵紅防銹漆；雲母氧化鐵防銹漆；鋁粉防銹漆；玻璃鱗片防銹漆；不銹鋼鱗片防銹漆。

1.2 化學防銹漆

 1.2.1 鉛系防銹漆

 應用量最大的顏料是紅丹（Pb₂O₄），

1. 優良的防銹顏料，尤其對於工業大氣或帶有殘留鐵銹的鋼鐵表面，具有優良的防銹效果。
2. 缺點：有毒，紅丹粉塵會吸入人體，紅丹漆也能通過皮膚吸收。

1.2.2 鉻酸鹽防銹漆

1. 主要是鹼式鉻酸鹽、鉻酸鍶等微溶型顏料。
2. 當水分透過塗膜時會溶解鉻酸根離子，通過其強氧化作用，使鋼、鋁、鎂等金屬表面生成膜，從而發生陽極鈍化。

1.2.3 無毒顏料防銹漆

有磷酸鋅、磷酸鋁、鉬酸鋅、鉬酸鈣、偏硼酸鋇、離子交換型顏料等。其中效果最好，應用較廣的是磷酸鋅和磷酸鋁類。

1.2.3.1 磷酸鋅防銹漆

磷酸鋅在塗層內部緩慢離解為磷酸離子、縮合磷酸離子，與金屬表面反應，使金屬鈍化，並形成復雜堅固的絡合物，在金屬表面與漆料之間成為一層薄膜，起防銹作用。

1.2.3.2 三聚磷酸鋁防銹漆

1. 防銹性能優良的無公害防銹顏料。
2. 防銹效果優於紅丹，相當於鋅黃，儲存穩定性和耐候性良好。
3. 泛用於輸油管道、橋梁、鐵路、船舶、車輛、化工設備及建築業等。做電冰箱底漆效果也良好。

1.3 電化學防銹漆

• 主要成分：金屬粉顏料、粘結劑和助劑。
• 金屬粉顏料以電極較負的鋅粉為主，在干膜占很大比例，被稱為“富鋅漆”。
• 富鋅底漆含有占干膜質量70%以上的鋅粉，在漆膜中鋅粉互相接觸並於鋼鐵底材接觸而導電，在腐蝕環境中，鋅粉作為犧牲陽極而對鋼鐵起陽極保護作用。

1.3.1 無機富鋅底料

1. 分水溶性后固化型；
2. 水溶性自固化型；
3. 醇溶性自固化型。

1.3.2 有機富鋅漆

1. 以環氧酯、環氧樹脂、聚氨酯、氯化橡膠等為粘結劑；
2. 機械性能比無機型好，對表面處理的要求比無機型低；
3. 容易施工且受環境影響小，對面漆配合比較容易；
4. 導電性、耐熱性及耐溶劑性不如無機型。

1.4 磷化底漆

• 一種高效的金屬表面預處理劑，具有磷化處理的作用，但不能代替底漆。
• 由聚乙烯醇縮丁醛、鉻酸鹽及輔助材料組成，用磷酸作處理劑。
• 一般是兩罐裝，也有一罐裝。
• 應用：鋼鐵及有色金屬的增強防銹（尤其適宜對海洋、濕地地區及水下設備和金屬結構的保護）；對不能進行磷化處理的大型金屬結構，磷化底漆可取得相同或更好的結果。
• 在磷化底漆上必須塗覆其他防銹漆才能有較好效果。（在其上面塗覆醇酸、環氧、酚醛、聚氨酯、氨基烘漆、乳膠漆、氯化橡膠漆等均附着力良好。）

1.4.1 磷化底漆的作用是磷化-鈍化-成膜的過程

1. 漆中磷酸鐵使鋼鐵表面磷化，生成極薄的厚度不超過10um的磷化膜；
2. 鉻酸鹽使金屬表面鈍化，形成穩定的鈍化膜；
3. 聚乙烯醇縮丁醛牢固地附在經磷化、鈍化的表面上，並能與磷酸、鉻酸鹽絡合，把金屬、鈍化膜及成膜物結合成為一體，形成致密的保護膜。

1.5 銹面塗料（或帶銹塗料）

 是可在生銹的鋼鐵表面塗裝而又具有一定的防銹功能的塗料。

1.5.1 滲透型

成分：由含油樹脂或熟油、防銹顏料、滲透劑等組成。

作用：極強的滲透力，能滲入到疏松的鐵銹中，進行浸潤、分隔、組織銹蝕進一步發展，同時依靠防銹顏料的防銹保護作用。

漆料：魚油和魚油醇酸的滲透性最好。

顏料：以紅丹和鐵紅為主。

應用：適用於銹面比較陳久、化學污染較少的鋼鐵表面。

1.5.2 轉化型

原理：利用某些物質能與銹反應，把鐵銹轉化為具有保護性或無害的絡合物和螯合物，並以成膜物固定而形成保護層的塗料。

轉化型銹面塗料多為兩罐裝，用時調配。

特點：轉化型銹面漆的轉換速度較快，應及時塗防銹底漆和面漆。它在銹層均勻、片狀、厚銹、無氧化皮的鋼鐵表面效果較好。但對銹層不均勻的鋼板效果不佳，易發生或轉化不完全，或轉化液過多，殘留酸性介質而造成膜下腐蝕。

分類：

• 磷酸-黃血鹽（亞鐵氰化鉀）：黃血鹽在磷酸作用下能將鐵銹轉化為普魯士藍絡合物。
• 磷酸-丹寧酸：丹寧酸分子上的鄰位羥基在酸性介質中與三價鐵配位絡合生成螯合物，轉化劑中的磷酸可產生磷化作用，生成磷化膜。

1.5.3 穩定型

成分：漆料，活性顏料，助劑

原理：成膜后通過緩慢的水解作用，與活潑的鐵銹形成難溶的雜多酸絡合物，使鐵銹處於穩定狀態。

常用的活性顏料：磷酸鋅、磷酸鋁、鉻酸鹽及鉻酸二苯胍、三苯胍等，也可加入一些片狀顏料增加滲透性和耐久性，加入表面活性劑以加強對鐵面的浸潤和滲透。鋅黃的鉻酸根離子、紅丹漆的壬二酸鉛能滲透銹層，達到銹與底材金屬的界面起陽極緩蝕作用。

應用：穩定型銹面塗料一道的厚度約為40~70um，適合銹層不太厚的場合。穩定型銹面塗料對銹層的作用較慢，一般需要3~4個月，甚至更長時間才能完成反應。

1.5.4 惰性化塗料

作用：將銹層內的禍根——硫酸根離子惰性化，使之不再促進腐蝕，即用磷酸鋇將銹中的硫酸亞鐵沉積為不容的硫酸鋇。在銹面上這種塗料比常規塗料防腐蝕效果更好。

1.5.5 綜合型塗料

原理：根據前面的作用機理，采用二種或二種以上類型的復合型塗料，以彌補一種類型的不足，如轉化-穩定型。

• 銹面塗料：

1. 特點：預處理簡單，施工方便，也有一定的保護效果，
2. 應用：對一些大型設備和構建的制造、維護要求不是非常高的金屬產品表面使適宜的。對儲罐內壁襯里、重點工程、對外觀和防護要求高的場合不宜用。
3. 要求：必須徹底除銹，除去殘留硫酸根離子和氯離子才能進行塗裝。

1.6 車間底漆（預塗底漆或保養底漆）

• 應用：工廠車間；進行表面處理並塗裝底漆保護。（在機械加工基本完成后，在工廠或現場再進行最后的塗裝，不僅使塗裝作業工廠化，且實現了材料的源頭保護。）
• 常用：富鋅底漆和磷化底漆。

2 防腐蝕漆

• 防銹漆僅僅是金屬用的底漆；
• 防腐蝕漆包括了由底漆至面漆的整個配套系統，保護的范圍既可是金屬，又可是非金屬；
• 只有防腐蝕漆用於金屬時，才往往配套使用防銹底漆。

2.1 防腐蝕塗層系統

• 防腐蝕塗層在許多場合往往有幾道塗層，組成一個系統發揮功效。
  • 　　如汽車漆，外層強調高裝飾性、耐用侯型；
  • 　　而底層的電沉積漆則強調防腐蝕性；
  • 　　有時，防腐蝕塗層僅是單層，如粉末塗料。

2.1.1 底漆

是整個塗層系統中極重要的基礎。對其要求是：

• 底漆應對底材有非常好的濕附着力。
  • 　　樹脂應有極性基團，特別是胺基，它可與鋼鐵表面形成很強的氫鍵。
  • 　　環氧——胺體系是很好的底漆，既有極性基團，又有胺基，主鏈有芳基，成剛性，濕附着力好；
  • 　　主鏈中以醚鍵相連，具有抗水解性。
• 底漆的基料應具有屏蔽性，宜耐鹼。
• 含較多顏調料（PVC略大於CPVC）
  • 　　可減少漆膜收縮率，保持與底材的附着力；
  • 　　增加薄膜表面粗糙度，增加與上層漆的結合力，增強屏蔽性。
• 底漆粘度應較小，以利於對底材的潤濕及滲入空隙表面。 

2.1.2 中間漆

• 主要作用：

1. 與底漆和面漆附着力良好；
2. 增加塗層系統的厚度，提高塗層系統屏蔽性能；
3. 提供平整表面，並具備較好的彈性，可緩沖行駛中小石子的沖擊。

2.1.3 面漆

1. 屏蔽日光紫外線對塗層的破壞，延緩光老化，延長塗層系統壽命，裝飾美觀及作為不同層次顏色的標志。
2. H₂O和O₂的透射率低，在不影響機械物理性能的前提下盡量提高交聯度和玻璃化溫度。加入片狀顏料如鋁片、雲母和玻璃鱗片等，起屏蔽作用。 
3. 有很好的耐沖擊性能，且有一定厚度。

2.2 防腐蝕漆的種類

2.2.1 環氧樹脂防腐蝕漆

• 防腐蝕漆中應用最廣泛的品種。
• 環氧樹脂最突出的優點：
  • 　　與物面的附着力好，與金屬、混凝土、木材及玻璃等均有優良的附着力。
    • 　　　　因其分子中含有極性的羥基、醚鍵等，即使得其對濕面也有好的附着力。
  • 　　環氧樹脂固化時體積收縮僅有2%左右，且其分子中的醚鍵使分子鏈柔軟便於旋轉，可消除內應力，故附着力高。
  • 　　優良的耐水性、耐鹼性和耐油性，是優良防腐蝕漆的基料。
  • 　　固化劑種類多，在各種施工條件下均有良好的固化活性，可配成在潮濕、水下和加熱等條件下固化的塗料。
  • 　　環氧樹脂與交聯劑固化后形成三維網狀結構，能耐石油浸漬而不溶脹，故廣泛用於作儲油罐的內壁塗料。
  • 　　環氧中含有醚鍵，經日光紫外線照射易降解斷鏈，不宜作戶外面漆。
• 目前大量用防腐蝕的是低分子量環氧樹脂為基礎的雙組分漆
• 　　能制作高固體分和無溶劑漆，塗層交聯度高，防腐蝕性能好；
• 　　性能往往取決於固化劑；
• 　　用於防腐蝕漆的固化劑主要有胺類、多異氰酸酯、酚醛和氨基樹脂等。

2.2.2 聚氨酯防腐蝕漆

2.2.3 含氯樹脂防腐蝕漆

2.2.4 酚醛樹脂肪腐蝕漆

2.2.5 生漆及其改性樹脂防腐蝕漆

2.2.6 烘干漆比氣干漆具有較好的防腐能力的原因

3 重防腐蝕塗料

3.0 概述

3.1 構成重防腐蝕塗料體系的主要條件

3.2 特點

3.3 厚膜化對塗料配方工藝提出的要求

3.4 應用范圍

3.5 要求

3.6 作用機理

3.7 結構組成

 

3.8 重防腐用樹脂

 

3.9 重防腐用顏料和填料

 

3.10 分類及實例

3.10.1 分類

 

3.10.2 分類實例

4 防銹顏料

4.1 物理型防腐顏料

 

4.2 化學型防腐顏料