水性带锈涂料的现状.docx

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水性带锈涂料的现状

水性带锈涂料的现状

CoatingsReview

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任.常锈潇辩明蚬祆

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杜克敏（天津灯塔涂料工业发展有限公司,天津3O0400:

摘要:

论述了水性带锈涂料的类型和工作机理,

阐述了原料选择,带锈涂料的施工要求及其发展趋

||≮

关键词水性带锈涂料稳定;转化;渗透发展

0引言

现代生活中,腐蚀生锈造成了大量资源和能源的浪

费,每年都会形成巨额的经济损失.统计资料表明,中国

2000年腐蚀损失达5000亿元,约占国民生产总值的5%,

目前仍有加大的趋势.而美,英,德的年腐蚀损失分别占

国民生产总值的2.7名,35名和3名.为了防止钢铁腐蚀,人

们开发了许多防腐蚀方法,其中以涂料涂装防腐技术最为

经济,因此得到了广泛应用.

对金属设备采取涂层防腐,必须先对金属表面进行严

格处理,这就涉及到钢材的除锈问题.在钢结构的防腐涂

装中,常采用喷砂对钢铁进行前处理,但会提高造价（通常

占到整个工程的30%～4O%）,同时造成强烈的粉尘和噪声

污染,还不能彻底地处理复杂作业面的死角,难以保证达

到规定的标准,最重要的是喷砂会造成钢结构减薄,使其

强度降低.目前有一种新趋势,即采用高压水除锈和湿喷

砂工艺取代传统的喷砂工艺,但却很难达到Sa2.5级的要

求….

而如果使用了带锈涂料做为底漆,这些问题就会迎刃

而解.我们只要将生锈表面上的浮锈清除掉,然后用钢丝

刷简单处理一下就可以涂装带锈涂料,而且不影响涂层在

钢铁表面的附着力.另外,普通的涂层一般都比较薄,容

易出现针孔或损伤.即使致密完好的涂层在一般环境中,

水和氧分子以及某些介质的离子仍可以慢慢地渗透到金

属表面,这仅靠涂层对金属的屏蔽作用是不够的,如果采

用了带锈底漆就可以大大提高防锈能力,保护金属免受腐

蚀.

1腐蚀原理及水性带锈涂料的定义

1.1金属腐蚀机理

引起金属腐蚀的原因,在于金属内部的杂质在有电解

质存在的条件下,构成了原电池而发生了电化学反应.铁

锈的成分主要是Fe0?

HTO,FeOOH和FeO?

H20[Fe（OH）],

还有一些Fe.0?

x140,铁锈和铁的晶格常数相差甚远,前

者几乎是后者的3倍（Fe0为0.83nm而Fe为O.286rim）.

因此,铁锈只能在铁的表面形成一层疏松多孔的氧化皮.

它是一种疏松多孔的含水固体,其外层是浮锈,与底材附

着不牢;内层是牢锈,与底材紧密结合.铁锈不能起到封

闭保护作用,水和氧气及其他对铁具有腐蚀作用的气体

（S0,C1.等）,可以通畅渗入,使铁不断被锈蚀.

1.2带锈涂料作用机理

带锈涂料就是可以直接涂覆在具有一定程度锈蚀的

表面上,起到缓蚀作用的～种新型防锈涂料.它最显着的

优点就是可以在除锈不够完全或者无法彻底除锈的金属

表面上直接涂刷,并且有着良好的附着力.因此,带锈涂

料除了必须具有一般防锈涂料的性能外,还必须具备两个

特殊的条件:

一是对锈层必须具有足够的渗透能力,即充

分浸润,渗透整个疏松多孔的锈层,使铁锈粘结成为连续

的封闭性涂层,以封闭整个锈层和钢铁表面;二是对锈层

必须有足够的反应性,即能使锈层中活泼有害的铁化物经

过钝化,转化,变成稳定的无害填料.只有具备这两个条

件,才能适应锈层这样的特殊表面Ⅲ.

溶剂型带锈防锈涂料含有大量的有机溶剂,铅,铬等

防锈颜料,毒性大,对环境污染严重.因此,使用水性带

锈涂料才符合现代环保要求.

水性带锈涂料主要是水性树脂乳液与填料颗粒分散

体的混合物,通过添加各种性能的助剂,如增稠剂,分散

剂,成膜助剂,防霉剂,缓蚀剂,流平剂等助剂,可以使

其达到一定的施工性能和成膜质量,并具备稳定的贮存

期.水性带锈涂料的防蚀原理是采用渗透性较好的树脂（树

脂乳化状态分散在水中而成为树脂乳液）为漆基,借助渗透

剂,极性溶剂等的配合,使涂料有良好的渗透性,

润和渗透锈层,并把它封闭.

从而浸2.2.2配方

转化型水性带锈涂料参考配方见表2.

2类型及原理

水性带锈涂料大体可分为4类:

稳定型,转化型,渗

透型及功能型.

2.1稳定型水性带锈涂料

2.1.1机理

稳定型水性带锈涂料的基本原理主要是依靠涂料中

树脂的反应基团,活性颜料与锈层中活泼有害的成分反

应,生成稳定的抑制化合物,从而使整个锈层成为涂料中

稳定的具有保护性的填料成分.典型的稳定型带锈涂料采

用铬酸盐,磷酸盐等活性混合颜料,这些颜料水解产生相

应的铬酸根和磷酸根,形成杂多酸.该杂多酸与锈层内活

泼的铁锈酸FeOOH生成杂多酸类的配合物,从而对铁锈起

稳定作用.使用最多的活性颜料包括铬酸锌,铬酸钡,铬

酸钙,氧化锌,磷酸锌,三聚磷酸铝和有机氮碱铬酸盐,

有的配方还添加亚硝酸钠,也有认为加入铬酸锶是必要

的.铬酸盐颜料水解生成阴离子,有机氮碱铬酸盐水解后

可生成氮碱离子基团,两者均有吸收活性铁酸锈的作用….

2.1.2配方

稳定型水性带锈涂料参考配方见表1.

表1稳定型水性带锈涂料参考配方

成分质量分数

乳胶（45固体分）

铁红

三聚磷酸二氢铝

锌黄,ZnSO,ZnO

滑石粉,CaSO

7K

其他助剂

33

l2

6

5

10

25

9

2.2转化型水性带锈涂料

2-2_1机理

转化型水性带锈涂料既能使锈蚀转化成惰性物质,又

能封闭锈蚀,使其与外界隔绝,是种使锈蚀层成为坚实,

惰性,并能较好地附着于钢铁表面的涂料.它是利用各种

能与铁锈反应的物质,如有机酸,无机酸等存在于涂料中,

通过化学反应,把铁锈溶解成离子状态的物质.然后再使

它与加入到涂料中的铁的络合剂作用,使有害的铁锈转化

为无害的,难溶的并具有一定保护作用的络合物与螯合

物.这些物质借助于成膜物的粘附作用,固定在钢铁基体

表面上,起着～种防锈颜料的作用.

表2转化型水性带锈涂料参考配方

成分用量/q成分用量/g

A组分（质量分数33%）

乳化剂1.35

苯乙烯15.O0

丙烯酸4.2O

丙烯酸丁酯l8.∞

甲基丙烯酸甲酯8...

过硫酸铵O.50

去离子水余量

B组分（质量分数67%）

亚铁氰化钾0.57

磷酸3.43

铁红l2.D0

氧化锌3..0

磷酸二氢锌1.0（]

重铬酸钾1.0.

硫酸钡5.D0

NDZ——31IW0.20

去离子水余量

2.3渗透型水性带锈涂料

这类涂料本身并不与铁锈发生化学反应,它采用渗透

性强的树脂作为漆基,借助于渗透剂,极性溶剂的配合,

使涂料具有良好的渗透性,从而可以浸润和渗透钢铁表面

锈层,机械地把铁锈浸透和包封起来,有效地将锈蚀和外

界腐蚀介质隔绝,伎铁锈失去了原有的活性,增强了锈蚀

层与钢板,锈蚀层与涂层,及涂层与钢板间的附着力,从

而阻止锈蚀进一步发展产生新的铁锈.

渗透型水性带锈涂料因为成本较高,难以大范围推

广,所以应用较少.

2.4功能型水性带锈涂料

2.4.1机理

近年来,开发的新型水性带锈涂料结合了转化型,稳

定型,渗透型的特点,同时对树脂结构作了进一步改进,

基料中含有能与锈层中残存的水反应的树脂,有效地除去

并利用腐蚀因素.

某些功能型水性带锈涂料具有带油涂装的功能.由于

油分子基本上是烷烃类有机物,化学性质比较稳定,常温

下很难通过化学反应而清除.因此,只能采用"相似相溶"

原理对其进行处理,即采用与油能起配合乳化作用的基料

和添加剂,固化剂,将其从钢板上剥离下来,作为增塑剂

混在涂层中.

2.4.2配方

功能型水性带锈涂料参考配方见表3.

3原料的选择

3.1稳锈剂的选择

稳锈剂对抑锈作用很关键.常用的稳锈剂有烷基苯基

二甲基胺,苦酮酸,磷酸胍,铬二酸乙胺与磷酸铵的混合

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表3功能型水性带锈涂料参考配方磷酪不稳章的铁锈溶锯.伸扁再字酸罄

成分质量分数/茗全同时涣养钍铄而±生一目

乳液30有阴极化和阻蚀钝化作用

.但酸的使用量难以掌握,如磷亚铁氰化钾5～

10……………………………一～,一'…

环己六醇六磷酸酯2～6酸过量就会促进腐蚀,后患无穷.

成膜助剂1.5～2.5丹宁酸和磷酸能渗透到锈层内发生反应生成丹宁酸

消泡剂0.5～1.5铁和磷酸铁膜,但随着反应时间的延长,锈层内的磁铁锈

填料分散剂10～20浓度相对于外层纤铁锈和针铁锈浓度不断增大,表明锈转

其

/j他颜料化剂并未完全渗透到锈层内部.

转璧,使有害的铁锈转化为无害或有用的3.3渗透剂的选择络合LS

…

#~

…

o

一～……

…i某物质内的材料.渗透剂的作用在转妄

二-等于使:

:

鲁系篓量釜煮已箜晶Ti:

:

i"J--YrN/'J':

Y/~I1~;,三3:

2E量釜

2]常用的转化剂一般均采用:

其加入量受到限制过:

蠹,抗磷酸芝0

.一..…葚,荔'

/~.-Jtg~"j]-,J,H

三i't

N'j17Lh~L?

-t,~BbJj4"14i-y3主篓鼍化黧曼妻苎譬沉萎最佳业~IL%Jq'ujU.:

O/o[a'J不能满足带锈涂料萎:

'铁要三要萼

垩鳘苎渗透剂通常为聚氧乙烯萎.,盐老譬要转篓力

铵,矗夏:

曼酸与铁锈起反应,

使钢铁表面钝化,生成:

芸善兰磷酸鐾辈

:

一一.:

喜磊皇兰所望料

pH=9-I簇__茬抽晷募譬兰譬定

;譬姜烹酸质釜_,二崔_要譬

:

要薏鍪釜鍪:

≥纂莱I,兰元能加入水溶液呈近似中性或偏碱性的转化剂.当亚铁氰化-_………一..…一……～………¨一

有较的簟萼鐾圣釜孥合:

一3.4颜料的选择至

===萋丹喜竺堡苎鼋堡要…是由成膜物和颜料组成,颜料包括防锈呈丹三!

要.

宁:

.

妻竺颜料集:

璧

:

..磷:

釜亭i铁锈与转化剂的反应篡茬:

一～一时间至竺剂墅:

使要≥

…..一一

…≤磷酸锌,三聚

...三苎一登1T量源然竺三妻磷酸兰:

蕃妻

水曼曼_宁三有茌:

盖簇_宝暑曼要兰鼍兰变:

萎苫

譬茎堡?

卡直}勿嘉酸龛三竺奎量姜:

.矗兰三叁兰化竺!

曼妻三;

llrU}~rU4:

:

衾,.^J三譬三竺譬基塑要离子形成非常稳高

过化学反应定的分子内螯合物

起到稳定铁锈的作用.蒿主:

化作用抑制腐蚀进程,从而起到良好的防锈作用.

防锈颜料用量越多,则防锈效果越好,但它的成本比

体系颜料高.用适量的体系颜料取代防锈颜料,不仅降低

成本,而且可改善漆膜作用.一般防锈颜料占体积40%,

体系颜料占30%.

3.5固化剂的使用

固化剂采用由胺类衍生物和低分子聚酰胺按一定比

例组合而成的混合物,一般不采用脂肪胺固化剂.虽然这

类物质也能使涂料固化,但是成膜后其涂层的综合性能很

差.

在使用固化剂时,必须要严格控制用量和固化时间.

如果施工时使用固化剂过多,会使树脂呈短交联状态,并

且在胺基上残留过剩的活泼氢,从而严重影响到漆膜的机

械物理性能和耐化学腐蚀性能;同时也会使干燥速度加

陕,影响到涂料对钢铁表面的充分润湿和渗透作用.这样

对稳锈化锈都有影响.如果用量不够就会产生长期不能实

干的毛病,这不仅影响涂层的质量,而且还会影响设备的

按时使用.所以固化剂的加入量必须以树脂和固化剂为依

据,通过精确计算和挂片实验来确定,或者按厂家说明进

行配制.

3.6缓蚀剂的选择

水性带锈涂料在金属表面,成膜初期容易发生锈蚀,

必须加入缓蚀剂.缓蚀剂可使钢材未锈部分的表面钝化,

同时也能封闭磷酸盐膜层的缺陷,并促进磷化膜层的沉

积,从而提高了防护膜层的耐蚀性能,进～步增强防锈效

果.

通常使用亚硝酸~l,k]（NaNO.）作缓蚀剂,亚硝酸钠虽然能

防止早期锈蚀,但由于其强水溶性而残留在膜中,极