无机富锌底漆的研制及应用-无机富锌车间底漆的研制及应用

无机富锌底漆的研制作者冯伟东蓝席建张连军袁泉利（宁波飞轮造漆有限责任公司315821）摘要：简要介绍了富锌底漆的防腐蚀机理和研制过程，以及工艺参数的确定。关键词：富锌底漆、增塑剂、水解、催化剂、水解温度1、前言早在20世纪30年代由澳大利亚人发明了富锌底漆，是在水玻璃中加入锌粉，然后加热烘干固化而成，50年代美国改进并发展了后固化型无机富锌底漆，于1942年二战期间首次大规模应用。我国在20世纪60年代推广这种涂料，铁路栓焊梁的栓按板处的防锈防滑使用的就是这种无机富锌底漆。70年代来，国际上发展了醇溶型自固化无机富锌底漆，其特点是适应流水线作业，具有干燥快，防锈性好，施工适应性好，焊接与切割性好，具有自我修复能力等特点。醇溶型无机富锌底漆因其优异的性能而发展迅速。超级油轮及海上石油钻采平台大部分用无机富锌底漆进行预处理涂装保护。目前在许多国无机富锌底漆占有绝对优势，其应用前景十分广阔。2、无机富锌底漆的防腐蚀机理2.1电化学保护根据金属电化顺序表锌比铁活泼，容易失去电子，形成一个以锌粉为阳极，钢板为阴极的原电池。而此复合电极的电位，除了钢板的面积比锌面积大得多的情况外，一般接近于锌本身的电位。富锌底漆涂料涂装的钢板处于很低的电位。开始，涂层表现出接近锌电极的电位，随着腐蚀的进行，电位会向高变化，表示锌粉作为牺牲阳极被消耗，保护了钢板。2.2化学防蚀锌粉作为牺牲阳极被消耗而产生的腐蚀产物如：碱式氧化锌、氢氧化锌、碳酸锌、氯化物及络合物等。这些物质结构致密，是极难溶解的化合物，沉结在涂层表面形成复合钝化保护膜，堵塞涂层内的空隙、裂纹和孔洞，阻止氧、水及其它介质的侵蚀，起到防锈效果，保护了钢板。3、研制过程部分3．1主要原材料正硅酸已酯、乙醇、丁醇、蒸馏水、盐酸、PVB、锌粉。3．2锌粉组表1锌粉组组成比例3．3主剂组将正硅酸已酯和乙醇、丁醇加入反应釜内，滴加盐酸和蒸馏水的混合物，0.5-1.0h内滴完，然后在60℃左右保温2h，取样，用吗啉测胶化时间，合格后降温，包装。名称百分比工艺PVB2-4将各种原料混合，搅拌均匀，至细度符合要求后，包装。锌粉70-80防沉剂1-2溶剂18-223.4漆膜性能指标检测表2漆膜性能指标项目指标测量数据漆膜状况灰色，漆膜平整合格表干时间，min≤54实干时间≤2416附着力，级≤21柔韧性，mm≤21冲击，cm5050耐盐雾性，1000h漆膜不起泡，不生锈合格耐候性，6个月漆膜不起泡，不生锈合格4、实验结果与讨论4．1增塑剂的选择主剂与锌粉反应成膜较脆，必须加入增塑剂PVB来改善漆膜机械性能，但是添加量不宜过大，否则漆膜干燥太慢，防锈性降低，选择PVB的用量为2%-4%漆膜具有最佳性能。不同用量对漆膜的性能影响见表3。表3不同用量PVB对漆膜性能影响PVB用量，%1.01.52.03.04.05.0表干时间，min0.51.534610附着力，级221111柔韧性322111耐冲击性304045505050耐盐雾性，h100010001000100010008004．2主剂水解度参数的确定正硅酸乙酯的活性较小，因此作为基料必须进一步水解，当正硅酸乙酯部分水解到x份数时，其反应为Si(OC2H5)4+2xH2O→SiO2x(OC2H5)4（1-x）+4xC2H5OH1mol正硅酸乙酯达到所需水解度x时，要2xmol的水。正硅酸乙酯完全水解，水解液中羟基含量过多，稳定性较差，容易产生凝胶；水解度较低，水解液中羟基含量过少，对漆膜的交密度和漆漠性能影响较大。水解度大于50%时，水解液贮存稳定性差，容易产生凝胶；水解度小于20%时，贮存稳定性好，但水解度活性低，漆膜完全固化较慢，使漆膜的性能受到影响。综合考虑水解液活性及贮存稳定性，选择正硅酸乙酯的水解度为30%-40%，贮存稳定性好，漆膜性能好。4.3催化剂的选择正硅酸乙酯活性较小，酸、碱作为触媒条件下都能水解，但在碱性条件下水解反应剧烈，较难控制。而以酸作催化剂，反应较慢，生产时易控制。而且主剂内带有酸性，可稳定活性大的硅烷醇基团，提高储存稳定性。活泼硅烷醇的质子化作用会相互排斥，因此阻止了重合作用。同时酸对锌粉和基体钢材产生反应有利于硅酸锌铁络合物的形成，增强防腐性能，故选定盐酸作催化剂。催化剂用量对水解体系的影响见表4。表4催化剂对水解体系的影响盐酸的浓度，M0．050．10．150．20水解情况稳定稳定稳定稳定水解速度很慢正常稍快较快故选定催化剂浓度以0.1-0.15mol/L为合适。4.4水解温度与酸化水的添加速率控制正硅酸乙酯的水解反应是一个放热反应，前期较慢，后期会急剧升温到70-80℃，甚至更高。反应温度高、速度快，易形成暴沸。因此必须控制水解反应的最高温度70℃以下。将盐酸和水混合后，滴加到正硅酸乙酯中，能有效地控制反应速率。实验结果表明，滴加时间控制在30min以上时，水解反应比较平稳，且温度处于70℃以下可控范围。4.5锌粉的含量确定无机富锌底漆中含有大量锌粉，目的是使漆膜中的锌粉能够与钢板紧密接触而起到导电和牺牲阳极的作用。富锌底漆中干膜的锌含量：美国钢结构涂装协会SSPC-Paint-20明确规定：一级锌粉含量不小于85%；二级锌粉含量77%~85%；三级锌粉含量65%~77%；HG/T3668-2000也明确规定：无机富锌底漆不挥发分中的金属锌含量不低于80%。国外，曾有机构在佛罗里达海潮涨落地带进行过暴露试验，结果表明：干膜中的锌粉含量在80%时涂膜性能最好。锌粉含量的高低对涂层的附着力、防锈性有很大影响。涂料中锌粉含量与钢板腐蚀程度的关系见图1。一般锌粉组中锌粉的含量为60-70%时，涂层性能较好，有较长的防腐蚀效果。注：0级到10级腐蚀程度逐级递减5、结语研制的无机富锌底漆是以硅酸酯为基料的双组分自固化无机硅酸锌底漆，其生产工艺简单，产品质量稳定，具有优异的防腐、阴极保护性能、附着力强、干燥快、与有机和无机涂料配套性能好。可广泛应用于桥梁、大型石油设备、海上设施等各类大型钢铁构件的防腐蚀处理上。特别适合大型钢构件的抛丸流水线预处理。参考文献【1】涂料工艺，第三版，王受谦，冯明霞，姜英涛。1997【2】重防腐涂料，李国莱，张慰盛，管从胜。1999【3】富锌底漆评介，席时俊。2000【4】醇溶性无机富锌涂料及其电化学行为的研究，张利。2002【5】水性无机锌粉涂料若干问题探讨，毛晨峰。2005图1涂料中锌粉含量与钢板腐蚀程度的关系0246810204045556075锌粉含量腐蚀程度