CorrosionX銹轉化劑已經成功用于中國高鐵沿線護欄。施工人員正在清理氧化層，以便刷涂CorrosionX Rust Reconverter LT。該產品是不燃燒，環保的，用于汽車底盤、農場機械、市政設施、高鐵車站鋼結構、修造船廠、鋼結構廠房、高層建筑幕墻、盾構機殼體涂裝、港口起重機…是安全可靠、簡單易操作的。

    延伸閱讀：

    環保型鐵銹轉化劑的制備及其性能

0·前言

    鋼鐵表面在涂漆前，必須先進行徹底除銹，否則會影響其與漆膜的結合力，導致漆膜的防腐蝕效果變差。傳統的機械除銹，需要專用機具，且耗費大量磨料，還會造成嚴重的粉塵和噪聲污染;而傳統的酸洗、火焰等化學除銹，對環境污染較大且處理后的鋼材表面粗糙度不夠。將鐵銹轉化劑直接刷涂于鋼鐵表面可使鐵銹轉化為保護性的鈍化膜層，不必除銹就能直接涂覆施工。目前，鐵銹轉化劑主要有磷酸型和單寧酸型2類。磷酸型鐵銹轉化劑耐水性較差，涂膜遇水易泛白、粉化，且穩定性較差，故單寧酸型的鐵銹轉化劑應用更加廣泛［1，2］。以單寧酸為主要成分，以環氧樹脂E601為成膜物質研制成的H2000鐵銹轉化底漆轉化效果好、穩定性高、不易返銹，且能與大多數涂料配套使用，但其含有二甲苯等有機溶劑以及鉛、鉻等防銹顏料，毒性大，對環境污染嚴重［3］。因此，環保型水性鐵銹轉化劑是未來的發展趨勢。

    本工作以單寧酸為轉化促進劑，丙烯酸乳液為成膜劑，異丙醇為滲透劑，并加入成膜助劑醇脂-12、緩蝕劑等無公害物質制備了一種環保型水性鐵銹轉化劑，其原料易得、價格低廉、轉化性能好、安全環保、耐腐蝕性高，克服了傳統單寧酸型鐵銹轉化劑需用有機溶劑稀釋的難題，具有廣泛的應用前景。

    1·試驗

    1．1 基本配方的選定

    1．1．1 組成及作用

    單寧酸是一種同時含有羥基和羧基的多元酸，其分子量較大，在酸性條件下，可與Fe3+發生螯合作用，生成一種具有網狀結構、性能穩定的黑褐色單寧酸鐵螯合物，緊密吸附在鋼鐵基體表面，起防銹顏料的作用。滲透劑異丙醇，與極性溶劑無水乙醇配合，可使鐵銹轉化劑浸潤和滲透鋼鐵表面銹層，促進鐵銹轉化劑與內層銹蝕發生反應，抑制了腐蝕過程的陽極反應，從而有效地延緩了銹蝕的進程。成膜劑丙烯酸乳液具有物理隔絕和緩蝕保護作用，它通過黏附作用把鐵銹轉化產物浸透和包封起來，還能使保護膜更加致密均勻，有效地抑制了腐蝕介質與金屬表面的接觸［4，5］。

    以丙烯酸乳液、單寧酸、異丙醇為主要因素，以腐蝕速率為衡量指標，采用3因素3水平正交試驗［6］優選鐵銹轉化劑配方。正交試驗的因素水平見表1。

表1 正交試驗因素水平表

    1．1．2 鐵銹轉化劑的配制

    在燒杯中加入6g乙醇和6g去離子水，混合攪勻，緩慢加入1．5～2．5g單寧酸，待完全溶解后，分別加入0．4～0．6g異丙醇、1g檸檬酸和適量去離子水，攪拌至溶液澄清，制成A液。在6．0～7．0g丙烯酸乳液中加入0．2g凍融穩定劑乙二醇、適量成膜助劑醇脂-12和去離子水，制成B液。將A液緩慢加至B液中，邊攪拌邊加入少量三甲基硅油作為消泡劑，在室溫下繼續攪拌20～30min，即制成鐵銹轉化劑。

    1．2 鐵銹轉化劑涂覆

    1．2．1 基材預處理

    將自然生銹的Q235鋼截成120mm×40mm×3mm，用鋼絲刷、砂紙、砂布除去表面較厚的銹層、疏松的銹蝕產物、氧化皮等，僅保留與鋼材結合緊密的底部銹蝕。預處理過程實際上是對基材進行了機械除銹，預處理后Q235鋼表面仍有一層與基體結合較緊密的銹層(底層銹蝕)，即本工作的除銹對象。

    1．2．2 涂覆鐵銹轉化劑

    將制備的鐵銹轉化劑均勻地涂覆在前處理后的Q235鋼上，室溫下干燥24h使銹層轉化完全(Q235鋼底部已無黃色銹跡)，從而在Q235鋼表面形成了厚80～120μm的鐵銹轉化膜。

    1．3 測試與表征

    (1)形貌用JSM6380LV型掃描電鏡(SEM)觀Q235鋼涂覆鐵銹轉化劑前后的表面形貌，觀察鐵銹轉化膜層溫室下的5%NaCl(質量分數，下同)溶液中浸泡12h，24h后的破壞程度。

    (2)腐蝕速率將試樣在溫室下浸泡于3．5%NaCl溶液中24h，采用下式計算腐蝕速率:

計算腐蝕速率公式

    (3)耐熱性用刀片將Q235鋼表面的鐵銹轉化膜刮下并研磨成粉末，采用差示掃描量熱分析-熱失重分析(DSC-TGA)法測試其耐熱性，初始溫度0℃，終止溫度1000℃，升溫速率8℃/min。

    (4)中性鹽霧試驗(NSS)為了便于比較，取3塊預處理后的Q235樣鋼，1號樣鋼不做處理，即機械除銹，2號樣鋼用0．2mol/LHCl清洗除去表面銹蝕，即酰洗除銹，置于烘箱中干燥后備用，3號樣鋼涂覆鐵銹轉化劑，室溫下干燥備用;24h后，在3塊樣鋼表面均涂覆一層醇酸鐵紅底漆，室溫下干燥48h后底漆厚約100μm，將其置于鹽霧試驗箱中進行中性鹽霧試驗。腐蝕介質為5%NaCl溶液，溫度(35±1)℃，相對濕度≥90%，試樣與垂直方向呈30°，連續噴8h，停8h為1個周期。

    (5)電化學性能采用LK3200A型電化學工作站進行電化學性能測試，以飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，鉑片為輔助電極，試樣為工作電極，測試溶液為5%NaCl溶液，測試前將工作電極浸入測試溶液中穩定30min。開路電路-時間曲線測試的工作電極為上述3種樣鋼試樣，掃描范圍為0～6s，掃描速率為0．01V/s;Tafel曲線測試的工作電極為涂覆鐵銹轉化劑涂膜試樣，對其進行蠟封，并留出1cm×1cm的工作面積，測試范圍－1．2～0V，掃描速度0．005V/s。

    2·結果與討論

    2．1 配方優選

    表2為正交試驗結果。由表2可看出:極差R大小為A＞C＞B，即影響鐵銹轉化劑性能因素的主次順序為丙烯酸乳液＞異丙醇＞單寧酸。根據正交試驗結果確定鐵銹轉化劑的最優配方為A2C2B3，即6．5g丙烯酸乳液，0．5g異丙醇，1．5g單寧酸，以此配方制備的鐵銹轉化膜在3．5%NaCl溶液中的腐蝕速率為0．0378g/(h·m2)，以下研究均針對最優配方制備鐵銹轉化劑進行。

表2 正交試驗結果

    2．2 形貌狀態

    Q235鋼涂覆鐵銹轉化劑前后的形貌及鐵銹轉化膜層的腐蝕形貌見圖1。由圖1a可知，Q235鋼表面凹凸不平，銹蝕較多且分布不均勻;由圖1b可見，鐵銹轉化膜層表面完好平整，致密均勻，對基底起到了很好的隔絕保護作用［7］。此膜是單寧酸中的3個羥基在酸性條件下與Fe3+發生鰲合作用，生成難溶性的穩定配位化合物，并緊密吸附在鋼材表面而形成的。由圖1c，1d可知，當鐵銹轉化膜層在5%NaCl溶液中浸泡12h后，膜層開始出現凸起的小泡，24h后，膜層表面出現一些微孔，并出現很多較小的泡狀物。這是由于在浸泡過程中，由于Cl－的侵入，膜層的結構發生改變，與基體的附著強度遭到破壞，導致微孔及鼓泡的出現。由此可見，鐵銹轉化劑與表面鐵銹反應生成的螯合物可較好地隔絕溶液中的溶解氧或腐蝕性離子。

圖1 Q235鋼及鐵銹轉化膜層的表面SEM形貌

    2．3 中性鹽霧(NSS)性能

    中性鹽霧試驗結果見表3。由表3可知:機械除銹預處理涂漆的鋼樣在第2周期即出現點狀銹蝕，這是由于與基體結合緊密的銹蝕與漆膜中的O2，H2O等反應，導致漆膜不斷膨脹所致;經酸洗除銹涂漆的鋼樣在第4周期開始出現較多浮泡并逐漸增多，這是由于酸洗除銹后鋼鐵表面變得非常光滑，影響了其與漆膜的粘結效果;經鐵銹轉化劑處理涂漆的鋼樣表面耐腐蝕性較強，8個周期后才開始出現針狀銹蝕，且數量較少，12周期后僅出現少量銹斑，且漆膜沒有起泡，可見鐵銹轉化劑與底層銹蝕發生了化學反應，生成了穩定的產物并緊密地吸附在基體表面，因而與醇酸鐵紅底漆的粘結力較高。

表3 中性鹽霧試驗結果

    2．4 電化學性能

    2．4．1 開路電位-時間曲線

    3種鋼樣的開路電位-時間曲線見圖2。由圖2可知:在測量前15s內，開路電位有波動，隨后趨于穩定;經鐵銹轉化劑處理的開路電壓穩定值為－0．451V，明顯高于機械除銹的鋼樣(－0．523V)的和酸洗除銹的鋼樣(－0．518V)的。可見涂覆除銹轉化劑后，整個體系的穩定性增強，Q235鋼的腐蝕速率降低。這是由于鐵銹轉化劑在鋼樣表面與鐵銹發生化學反應所形成的致密鈍化膜起到了物理隔離的作用，使Q235鋼的耐腐蝕性能增強。

圖2 3種鋼樣的開路電位-時間曲線

    2．4．2 Tafel曲線

    Q235鋼經鐵銹轉化劑處理前后的Tafel曲線見圖3。由圖3可知，經鐵銹轉化劑處理后鋼樣的腐蝕電流密度顯著降低，從2．248×10－2mA/cm2降至3．567×10－4mA/cm2，而腐蝕電位明顯向正偏移，自腐蝕電位從－0．682V升至－0．593V，腐蝕速率由4．697×10－2g/(m2·h)降至7．452×10－2g/(m2·h)，說明鐵銹轉化膜層形成了很好的緩蝕作用。鐵銹轉化膜對Q235鋼形成了陽極控制型保護，起到了物理隔離與緩蝕保護的作用，顯著提高了Q235鋼的耐腐蝕性能。

圖3 Q235鋼涂覆鐵銹轉化劑前后的Tafel曲線

    2．5 耐熱性

    鐵銹轉化膜的DSC-TGA曲線見圖4:在300～400℃，試樣質量急劇減少，這可能是反應中乙醇、異丙醇、乙二醇等小分子的蒸發所致;425℃左右，試樣質量減少的速度出現轉折，逐漸變緩，說明轉化膜中的易揮發物質已經蒸發完全，剩下的為較穩定的物質，加熱至1000℃無明顯的吸熱峰和放熱峰，只是體系在不斷吸熱，說明轉化膜較難分解，耐熱性較佳。

圖4 鐵銹轉化膜的DSC-TGA曲線

    3·結論

    (1)當m(丙烯酸乳液)=6．5g，m(單寧酸)=1．5g，m(異丙醇)=0．5g時，鐵銹轉化膜層致密均勻，膜層緊密地吸附在鋼材表面，能有效地阻止Cl－，O2等與鋼鐵表面的接觸，鐵銹轉化膜層的綜合性能最佳，其耐NSS腐蝕可達24h，在3．5%NaCl溶液中腐蝕速率僅為0．0378g/(h·m2)，1000℃不發生分解。

    (2)經鐵銹轉化劑處理的Q235鋼比酸洗和機械除銹鋼樣的開路電位更高，抗腐蝕性能更優，與醇酸鐵紅底漆的結合力更強。

    (3)鐵銹轉化劑制備工藝簡單，安全環保，施工方便，具有良好的應用前景。

    ［參考文獻］

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    ［2］戰鳳昌，李悅良．專用涂料［M］．北京:化學工業出版社，1994:508～529．［3］杜克敏．帶銹涂料現狀及其發展趨勢［J］．上海涂料，2010，40(1):35～36．

    ［4］ Halma H，Prter V R，Ericl P，et al． Assessing sedimentremoval capacity of vegetated and non -vegetated settlingponds in prawn farms［J］．Aquacultural Engineering，2003，27( 6) : 295 ～ 314．

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    ［6］劉艷，段新廣．正交試驗在水性帶銹涂料配方設計中的應用［J］．現代涂料與涂裝，2008，11(6):13～15．

    ［7］張安富，周宇帆，陳緒文，等．W-PT水溶性帶銹防銹涂料耐蝕性及其涂層形貌［J］．材料保護，2000，33(7):27～28．