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水性無機富鋅底漆研制及其在重防腐領域的應用

2018-09-18 11:48:25 作者：肖斌，劉保磊，楊兆宇，王同賽來源：南京長江涂料有限公司分享至：

0 引言

20世紀70年代初，美國國家航空-太空總署（NASA）研究解決了高模數硅酸鉀的穩定性問題，后來商品化名為IC 531，即以模數為5.3的硅酸鉀水溶液作為基料的水性無機鋅涂料，也稱水基硅酸鋅涂料。

水性無機富鋅涂料安全性好、附著力優、耐候、防腐蝕、耐熱、耐溶劑、切割焊接性能好、導電性好、自修復性好，是在惡劣的重腐蝕環境下用于鋼結構件的最佳涂料之一，自誕生以來，愈來愈受到各國涂料行業的重視，廣泛應用于大型工程防腐蝕配套底漆。

本試驗用高模數硅酸鉀溶液、鋅粉及功能填料制備了水性無機富鋅涂料，研究了水性無機富鋅涂料的性能特點，并與環氧富鋅涂料進行了性能對比，闡述了水性無機富鋅涂料產品在重防腐領域的應用情況。

1 試驗部分

1.1 原材料

高模數硅酸鉀溶液、鋅粉、磷鐵粉、云母氧化鐵等原料均為市售工業級產品，消泡劑、防沉劑、分散劑均為進口產品。高模數硅酸鉀溶液指標見表1。

1.2 水性無機富鋅涂料制備

把鋅粉和功能性填料作為甲組分，高模數硅酸鉀溶液作為乙組分，甲、乙組分按比例混合均勻后，噴涂于經過噴砂處理至Sa 2.5級的鋼板上。

1.3 水性無機富鋅涂料測試

漆膜性能的測試按照HG/T 3668—2009《富鋅底漆》標準規定要求進行，結果見表2。

由表2可以看出，制備的水性無機富鋅涂料各種性能優異，符合HG/T 3668—2009標準要求，尤其是耐鹽霧性能達到5 000 h，遠超標準要求。

２結果與討論

２.1 水性無機富鋅涂料防腐蝕原理

水性無機富鋅涂料的防腐蝕原理主要是利用金屬的電位差。由于鋅的標準電位比鋼鐵低，當涂料涂到金屬表面時，鋅粉顆粒之間、底材鋼板與鋅粉之間都保持金屬的直接接觸，形成了一層致密的絡合結構，提高了導電性能。在此狀態下，如果水分侵入涂膜，就形成了一個由鋅粉和底材鋼板組成的原電池，鋅粉作為原電池的負極失去電子形成鋅離子，鋼鐵作為正極得到電子而獲得保護。另外，電解出來的鋅離子與腐蝕介質中的陰離子結合形成氧化鋅、氫氧化鋅、堿式碳酸鋅、堿式氯化鋅、硫酸鋅等產物，這些腐蝕產物逐漸積附在鋅粉間的空隙和鋼鐵的表面，從而起到隔離的作用。因此，水性硅酸鋅涂料具有雙重的防腐蝕作用。

２.2 水性無機富鋅涂料的配套性

為了更好地發揮水性無機富鋅涂料的防腐性能，就需要與其他面漆配套使用。由于無機富鋅底漆中金屬鋅的腐蝕產物呈弱堿性，因此要求配套的面漆漆基應有一定的耐堿性，水性無機富鋅涂料可與各類面漆（如聚氨酯漆、環氧漆、乙烯類漆）配套。試驗證明，以環氧聚酰胺清漆作為水性無機富鋅涂料的封閉層是較好的選擇，中間涂層選用云鐵環氧中間漆，面漆以聚氨酯、氟碳、硅氧烷等為最佳的配套。

２.3 水性無機富鋅涂料的耐熱性

高模數硅酸鉀基料耐溫性能優良，但由于鋅粉熔點為419.6 ℃，因此水性無機富鋅涂料能在400 ℃長期使用。對水性無機富鋅涂料漆膜進行了400 ℃、8 h耐熱試驗后立即浸水，浸水后的漆膜性能見表3。

水性無機富鋅涂料漆膜經耐熱性試驗后，漆膜外觀正常，附著力下降，但仍能滿足標準要求，原因是高模數硅酸鉀溶液中的少量改性樹脂和助劑的耐熱性欠佳，導致附著力稍有下降，遠遠超過了HG/T 3668—2009規定的3.00 MPa。但其仍然具有優異的防腐蝕性能，耐鹽霧性能達到5 000 h。與水性無機富鋁面漆配套應用于某工程耐熱管道的防腐體系，具有良好的耐熱性和防腐蝕性。

２.4 水性無機富鋅涂料的導電性

水性無機富鋅漆膜中含有大量鋅粉，利用金屬電位差與鋼材形成原電池，故漆膜電阻率低，使靜電難以積累，因此涂層的導電性好，符合石油運輸的防靜電指標。我公司的水性無機富鋅涂料與環氧防靜電面漆配套，成功應用于多個大型石油儲罐內壁的防靜電和防腐蝕。

２.5　水性無機富鋅涂料與環氧富鋅涂料的性能對比

分別用水性無機富鋅底漆、環氧富鋅涂料作為底漆，與環氧云鐵中間漆、丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆配套制板，樣板防腐蝕配套體系見表4。