防腐涂料及应用.docx

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防腐涂料及应用

防腐涂料及应用

1防腐蚀涂料的基本知识

  防腐蚀涂料与涂装是材料防腐蚀的重要手段之一，其目的是将工件／环境界面代之以工件／涂层／环境界面，利用涂膜的耐蚀、抗渗、缓蚀等功能保护材料免受环境侵蚀，延长其使用寿命。

1.1涂料、涂膜的基本概念及涂料防腐蚀特点

1.1.1涂料与涂膜

  涂料习惯称为油漆，涂于物体表面能形成具有保护、装饰或特殊性能（如绝缘、防腐、标志等）的固态薄膜的一类液体或固体材料的总称。

由于早期大多以植物油为主要原料，故有“油漆”之称，现合成树脂为其主要原料，故称为“涂料”，但常在具体涂料品种名称中用‘‘漆”字表示“涂料”，如调和漆、底漆等。

以防腐蚀为主要功能的涂料称为防腐蚀涂料。

   涂膜（漆膜、涂层） 涂料经施涂所形成的连续固态薄膜。

   涂装指将涂料涂布到被涂物表面，经固化成膜的工艺。

涂装工艺一般由涂前表面处理、涂布、干燥固化三个基本工序组成。

1.1.2 涂料防腐蚀特点及在防腐蚀领域中的地位

   涂料与涂装防腐蚀技术由于其具有的众多优点，是最经济、应用最广泛的有效保护方法，在防腐蚀领域中占有重要的地位。

   涂料与涂装防腐蚀特点主要体现在：

   ①涂膜自身对酸碱盐的惰性决定其在金属发生电化学腐蚀的情况下具有耐蚀性；高分子树脂及无机成膜物的介电常数高，阻止了腐蚀电路的形成，从而起到隔离腐蚀介质保护基材作用。

   ②可供选择的品种多，能适合多种用途。

随着石油化工工业的发展，涂料工业已形成以合成树脂和无机材料为主体的精细化工行业，能生产包括各大类千余个涂料品种。

在使用条件、耐腐蚀性、涂装工艺和价格成本等方面均有适当的品种供选择。

   ③可与其他防腐措施（如阴极保护、金属喷涂、金属镀等）配合使用，从而获得极完善的防腐蚀系统。

   ④在防腐蚀保护的同时，还具有装饰、标志、伪装、防火、润滑、防噪音等功能。

   ⑤施工方便，应用广，不受构件大小、结构复杂的限制，有的工件可在工厂作业线上涂装，有的也可在设备的使用现场和工程工地进行。

易于现场维护、维修、更新，可在设施和工程不停止生产和运行的情况下进行施工。

工期短，对生产影响小。

   ⑥涂料成本和施工费用低于其他防腐蚀措施。

一般情况下，涂层较薄（多在lmm以下），抗渗、保护性能有限，机械强度有限，在使用中易被损伤，对强腐蚀介质和高温的耐受性有限，所以在高温、强腐蚀介质及经常磨损和经受强外力的场合，涂料防腐蚀受到一定的限制。

但是随着高分子化工的发展、新型固化树脂的出现、涂装技术的发展、新型重防腐涂装体系不断诞生以及与衬里技术的融合，采用涂装技术可达到衬里的防腐蚀效果。

如：

鳞片重防腐蚀涂料、粉末涂料、喷塑、聚脲弹性体覆盖层等，在苛刻的腐蚀环境下也具有较好的保护寿命。

1.1.3 防腐蚀涂料发展趋势

   涂料用于防腐蚀已有数千年的历史，早在几千多年前，人们就已用大漆进行木器的防腐和装饰，并达到较高的水平。

随着钢铁等金属材料的大规模生产和应用，促进了近代工业革命的实现和发展，防腐蚀涂料开始作为一门科学出现并得以发展。

从18世纪末到19世纪末，经过近百年的探索、实践和改进，人们设计、规定了一套标准的防腐涂装工艺，已经包含了现代涂装中的基本概念，如：

表面处理、防锈颜料、底面漆等。

第二次大战前后，一系列合成高分子树脂（如环氧、酚醛、氯化橡胶、聚氨酯等）的出现，使防腐蚀涂料的品种和性能发生了根本性的改变。

相应地.金属腐蚀与防护理论的发展，机械除锈表面处理技术的应用，各种涂层性能检测仪器的出现，以及涂料理论研究的重视和成果，使防腐涂料得到重大发展。

现代工业技术的发展不仅为防腐涂料的发展提供了更好的技术物资基础，也提供了更广泛的市场，同时也提出更高、更新的要求。

这也是防腐蚀涂料发展的原动力，如：

环境保护的限制对防腐蚀涂料提出了水性化、粉末化和高固组分化的要求。

总之防腐蚀涂料正以自己的优势在各领域中发挥重要的作用，并向着高性能、低污染、多功能、省资源的方向发展。

1.2涂料的基本组成及各组分的作用

  涂料虽然品种繁多，性能各异，但归纳起来主要有四大组成部分，如表5—1所示。

表5—1涂料的基本组成及作用

基本组成

典型品种

主要作用

成膜物质

合成高分子、天然树脂、植物油脂、无机硅酸盐、磷酸盐等

是涂料的基础，粘接其他组分，牢固附着于被涂物表面，形成连续固体涂膜，决定涂料及涂膜的基本特征

颜料及固体填料①

钛白粉、滑石粉、铁红、锌黄、铝粉、云母等

具有着色、遮盖、装饰作用、并能改善涂膜性能（如防锈、抗渗、耐热、导电、耐磨等），降低成本

分散介质

水，挥发性有机溶剂（如酯、酮类）

使涂料分散成粘稠液体，调节涂料流动性，干燥性和施工性，本身不能成膜，在成膜过程中挥发掉

助剂

固化剂、增塑剂、催于剂、流平剂等

本身不能单独成膜，但改善涂料制造、贮存施工、使用过程中的性能

  ① 不含有颜料、固体填料的涂层呈透明状，称为清漆。

   能作为涂料成膜物质的化合物种类很多，根据成膜前后结构的比较，分为两类：

   ①非转化型成膜物质，在涂料成膜过程中其组成及结构不发生变化；具有热塑性，大多具有可溶性，如天然沥青、松香、过氯乙烯、丙烯酸树脂等。

   ②转化型成膜物质，在涂料成膜过程中组成结构发生变化，一般具有可反应的官能团，在一定条件下聚合成与原结构不同的网状高聚物。

这类成膜物质的品种有植物油脂、含有活性基团的低分子化合物、齐聚物及缩聚型合成树脂。

   防腐蚀涂料对成膜物的基本要求为：

   ①粘合性强，包括与基材及填料，这是涂料能发挥基本保护性能的前提。

   ②成膜固化性能要与涂装工艺相配套。

   ③对腐蚀介质稳定，结构致密，抗渗性强。

   ④具有一定的溶解、分散性能，满足涂装工艺对流变性能的要求。

  溶剂在成膜过程中要完全挥发掉，这就要求溶剂不仅对成膜物质有较好的溶解性和化学稳定性，还要挥发性大、毒性小。

溶剂的挥发速度影响涂膜干燥时间及质量，因此要选择适中。

有机溶剂的挥发造成资源的浪费及环境污染，这愈来愈引起人们的重视，对溶剂型涂料的法规限制也越来越严格，从而促进涂料向低污染型方向发展。

现已开发出不含有机溶剂的固体粉末涂料，液态无溶剂涂料，及低污染的水分散性（或水溶性）涂料。

助剂在涂料中用量很少，但起到显著的作用。

总的来看，助剂分为四个类型：

   ①对涂料的生产过程发生作用，如消泡剂、润滑剂、分散剂、乳化剂等；

   ②对涂料施工成膜过程发生作用，如催干剂、固化剂、流平剂等；

   ③对涂料贮存过程发生作用，如防结皮剂、防沉淀剂：

   ④对涂膜性能发生作用，如增塑剂、防霉剂、阻燃剂、防静电剂、紫外光吸收剂等。

   在一定条件下能防止金属生锈的颜料称为防锈颜料，是防锈涂料获得良好防止锈蚀效果的重要组分。

在涂料中使用的防锈颜料，按其防锈机理，可分为物理性防锈颜料和化学性防锈颜料两大类。

其主要品种及作用见表5—2。

表5-2 主要防锈颜料、填料种类及作用

种类

代表品种

作用方式

特点

铅系

红丹、氰化铅、次氧化铅

由于皂化作用，起到钝化金属表面及缓蚀作用

有毒，不适用于轻金属，需配面漆，不可长期暴露于大气中

铬酸盐

锌铬黄、铬酸锶、铬酸钙

阳极钝化，缓蚀作用

溶解度适宜，有毒，用于钢铁、轻金属表面

锌粉

锌粉

阴极保护作用

涂膜中锌含量>85％

固体鳞片

玻璃鳞片、铝粉云母、不锈钢鳞片

鳞片抗渗

同时赋予涂层耐热、防老化等性能

有机铬酸盐

无环胍、无环脒、环胍、环脒

缓蚀

用量少，对漆基的溶渗力强

磷酸盐

磷酸铁铵、磷酸铁、铅、钙

与铁离子形成致密的配合物

无毒，一般与铬酸盐配合使用

1.3涂料的干燥成膜机理及工艺

1.3.1涂料的干燥成膜机理

   涂料的干燥成膜过程即将涂料施工于被涂物件表面由湿膜或干粉的堆积层转化成连续固态涂膜的过程，它直接关系到涂膜能否充分发挥预定的效果，是整个涂料使用中最重要的环节。

根据成膜物质在成膜过程中所发生的变化，可分为物理成膜和化学成膜两类。

（1）物理成膜

   涂料中的成膜物质为非转化型的（即在干燥成膜过程中只有相态的改变，不发生化学结构变化），这类涂料的成膜物质多为线型结构，有一定的热塑性，玻璃化温度（Tg）略高，以保证漆膜在常温或使用温度下能承受一定外界力学损伤的固态膜。

它包括两种成膜形式：

   ①溶剂或分散介质的挥发成膜方式 该方式的涂膜干燥速度和程度直接与溶剂或分散介质的挥发能力相关联，同时也与成膜物质的化学结构、相对分子质量、玻璃化转变温度，以及溶剂在涂膜中的扩散速度、成膜条件、厚度有关。

以挥发方式成膜的涂料种类有过氯乙烯漆、沥青漆、橡胶膝、热塑性烯烃树脂漆等。

   ②聚合物粒子凝聚方式 该方式是依靠高聚物粒子在一定条件下接触、挤压、变形，最后由粒子状态的聚集转变为分子状态的聚集而形成连续的涂膜。

这是分散型涂料（如水乳胶、塑性溶胶）、粉末涂料的主要成膜方式，固体的粉末涂料在受热的条件下通过高聚物粒子热熔、凝聚而成膜。

（2）化学成膜

   由转化型成膜物质组成的涂料被施工为薄膜状态下，成膜物要发生一系列化学反应而转变为具有一定性能的高分子膜。

其结构大多为大分子网状结构，所发生的反应完全遵循高分子合成反应机理，因此可分为链锁聚合反应成膜和逐步缩聚成膜两种方式。

   ①链锁加聚反应成膜主要有三种形式。

   氧化聚合形式含有油脂组分的天然树脂涂料、醇酸树脂涂料、环氧酯涂料等依靠该方式成膜，即所含有的干性油和半干性油，在涂装于工件表面后油脂中不饱和脂肪酸的双键与空气中的氧发生氧化聚合反应而形成涂膜；其机理为高分子自由基连锁加聚反应机理。

油脂的氧化聚合速度与其所含的亚甲基基团数量、位置和氧的传递速度有关，利用钴、锰、锆等金属可促进氧的传递，从而加速涂料的成膜。

   引发剂引发聚合形式含有不饱和基团（双键）的合成树脂涂料，是靠引发剂分解产生的 自由基来引发双键发生自由基连锁加聚反应而形成高分子涂膜。

如不饱和聚酯、乙烯基酯类 涂料等遵循此成膜反应方式，引发剂主要为过氧化类化合物，如：

过氧化苯甲酰等。

   能量引发聚合形式在紫外光或辐射能的作用下，涂料产生活性自由基引发聚合成膜。

以紫外光引发成膜的涂料通称光固化涂料，在光敏剂的存在下，成膜物的自由基加聚反应进行的非常迅速，涂料在几分钟内固化成膜。

利用电子辐射成膜的涂料通常称为电子束固化涂料，电子束具有更大的能量，直接激发单体或聚合物产生自由基，在数秒内完成加聚反应，固化成膜。

电子束固化目前是涂料最快的成膜方式。

   ②逐步缩聚成膜方式。

依据高分子逐步缩合反应机理成膜的涂料，成膜物质多为含有可反应官能团（如羟基、羧基、氨基、环氧基、羟甲基、异氰酸基等）的低聚物或预聚物。

可以是由一种含有两种不同官能团的成膜物组成的“自交联型”涂料（如自交联丙烯酸涂料），也可以是由两种或两种以上分别含有不同官能团的成膜物（或固化剂）组成的涂料（如环氧、聚氨酯、酚醛树脂涂料等）。

   大多涂料成膜过程既有物理成膜作用，又有化学成膜作用，是由多种方式共同作用形成最终涂膜。

1.3.2涂料的干燥成膜工艺

   不同的成膜方式需要不同的条件，成膜条件直接影响成膜效果及涂膜性能。

从实际应用考虑，常将涂料的干燥成膜工艺分为：

自然于燥（俗称自干或气干）、烘干和照射固化三种。

   无论是在自干、烘干或照射固化场合，为确保漆膜质量，漆膜干燥都应具备下列条件。

   ①烘干室内或自干场所要清洁，无灰尘，空气要干净。

   ②温度应符合涂料的技术要求，过高过低都会影响干燥效率和漆膜质量。

   ③空气要流动，因空气流动有利于溶剂的挥发，有利于干燥成膜。

④一般要在前一层漆膜充分干燥后才能涂