低表面处理涂料的研究现状与发展前景 |
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低表面处理涂料对底材表面处理要求低,可节省大量的表面处理费用。介绍了低表面处理涂料的作用原理、特点、种类和研究现状,分析了低表面处理涂料的发展前景以及目前国内存在的问题,认为经济、高效、环保的低表面处理涂料将是我国今后研究的热点。 关键词:低表面处理；带锈涂料；带湿涂装涂料；多功能低表面涂料 1 引言 为了防止钢铁腐蚀，人们在科学实验和生产实践中开发了许多防腐蚀方法，在众多的防腐蚀方法中，以涂料涂装防腐技术最为经济方便，因此得到了广泛应用。在钢结构进行防腐涂装前，为了保证涂层的防腐质量，必须对钢铁进行彻底的喷砂前处理。这对于整个工程施工来说，提出了极高的要求：1）喷砂需要专用设备，耗费大量磨料，使工程造价提高，通常占到整个工程的30~40%；2）对于复杂作业面的结构死角不能进行彻底的处理；3）会造成强烈的粉尘和噪声污染；4）喷砂会造成钢结构的减薄，使其强度降低，尤其是在旧钢结构的防腐维修中，这一点需特别注意。 另一方面，近年国内外有大量海上采油平台、已建桥梁、电塔、体育馆等钢结构进入了维修期，需要对旧有涂层进行重新涂装。而在这些已建钢结构的基础上进行喷砂前处理的难度非常之大，其涉及环境保护，施工难度，工程维修造价等各个方面。因此，国内外多采用手工除锈对这些旧钢构进行表面处理。此外，在船舶制造与维修领域，随着世界各国对工人劳动保护的要求越来越高，高压水除锈和湿喷砂工艺正逐步取代传统的喷砂工艺，对舰船内部特别是封闭环境的钢材表面进行前处理。 采用手工除锈、高压水除锈及湿喷砂除锈工艺后的钢材表面很难达到Sa2?级的要求，经处理过的钢铁表面往往带有锈蚀和水，甚至油。鉴于此原因，开发对涂装前钢结构表面处理要求等级较低的低表面处理涂料（Surface Tolerant Coatings），特别是高性能的厚浆型长效防腐低表面处理涂料与水性低表面处理涂料，是目前涂料研究开发的热点，也是未来涂料的发展趋势。 2 低表面处理涂料技术的基本原理 铁锈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。从组成上看，是稳定无害的铁氧化物（Fe3O4，Fe2O3，α-FeOOH）和活泼有害的铁化物(γ-FeOOH，Fe(OH)2，FeO，Fe(OH)3)的混合物。因此，低表面处理涂料除了必须具有一般防锈涂料的性能之外，还必须具备两个特殊的条件，一是低表面处理涂料对锈层必须具有足够的渗透能力，即能充分浸润、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；二是低表面处理涂料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，变成稳定的无害的填料。只有具备这两个条件，才能适应锈层这样的特殊表面。 基于上述理由，低表面处理涂料的基本原理是采用渗透性较好的树脂为基料，借助于渗透剂、极性溶剂的配合，使涂料具有好的渗透性，从而浸润和渗透锈层，并将其封闭。另外，依靠涂料中树脂的反应基团、活性颜料或铁锈转化剂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稳定的保护膜。 3 低表面处理涂料技术的基本类型 传统的高VOC溶剂型低表面处理涂料（俗称“带锈涂料”）的开发较早，早在上世纪七十年代，国内外就开发出了一系列该类涂料。归纳起来大体可分为四类：渗透型、稳定型、转化型，以及近年来新出现的功能型低表面处理涂料。 3.1 转化型低表面处理涂料 也叫反应型带锈涂料。这类涂料中，不含成膜物质则被称为锈蚀转化剂，由于没有成膜物质，所以还需要另外加上底漆；如含有成膜物质则称为锈蚀转化底漆。锈蚀转化剂不是涂料，只是和锈层惰性化后，使在其之上的底漆发挥出保护作用。 锈蚀转化底漆，由于含有成膜物质，既能使锈蚀转化成惰性物质，又能封闭锈蚀与外界隔绝，是一种使锈蚀层成为坚实的惰性的并能良好的附着于钢铁表面的涂料。该类涂料的主要机理是依靠涂料中的锈蚀转化剂把活泼的铁锈转化为无害或具有一定保护作用的络合物或鳌合物而达到带锈涂装的目的。转化型带锈涂料一般都采用磷酸——丹宁酸，使锈层转化成不溶性稳定的磷酸铁、丹宁酸铁盐，而起到保护作用，但酸的使用量难以掌握，如磷酸过量就会促进腐蚀，其后患无穷。同时转化型带锈涂料含有较少的成膜物质，使用时最好要与其它底漆配合，即在涂装转化型带锈涂料之后，再涂以其它底漆，否则效果极差。因此，转化型带锈涂料的使用务必慎重。而国内早期开发的低表面处理涂料大多属于该类型涂料。转化型低表面处理涂料通常不能单独使用以保证长效防腐，通常还需要涂上面漆。 3.2 稳定型低表面处理涂料 稳定型低表面处理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的反应，生成稳定的抑制化合物，从而使整个锈层成为涂料中稳定型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，它们水解而产生相应得铬酸根和磷酸根，形成杂多酸。该杂多酸与锈层内活泼的铁锈酸FeOOH生成杂多酸类的络合物，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、有机氮碱铬酸盐，有的配方还添加亚硝酸钠，也有资料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。两者均由吸收活性铁酸锈的作用。氧化锌调整pH值，钡、钙离子与环境中的二氧化硫生成的酸根结合为难溶的盐，这些综合作用使铁锈趋于稳定。 3.3 渗透型低表面处理涂料 渗透型低表面处理涂料的基本原理是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并把锈层封闭。它可有效地将锈蚀和外界腐蚀因子隔绝，增强锈蚀层与钢板、锈蚀层与涂层、涂层与钢板间的附着力。 3.4 功能型低表面处理涂料 近年来，开发的新型低表面处理涂料结合了转化型、稳定型、渗透型的特点，同时对树脂结构有了进一步的改进，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。如采用用酮亚胺作潜固化剂，更能使涂料渗透，增加进入锈蚀层的深度，同时酮亚胺能与存在于锈层中的水分迅速起反应，分解成为环氧树脂真溶剂的酮和作为固化剂的一级胺。一级胺再与环氧树脂进行充分的反应，使环氧树脂很好的渗透到锈层中，形成对外部腐蚀介质有很强覆盖能力的高交联涂膜，并把锈层固定，而且在环氧树脂的固化反应中生成的酮类与有机溶剂和锈层中的水分一起挥发掉，不产生气泡，从而发挥了优异的防蚀性能。 某些功能型低表面处理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，常温下很难发生化学反应而清除，因此只能采用“相似相溶”原理对其进行处理，即采用与油能起络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。而与油分子具有较好混容性的易挥发溶剂在挥发过程中也可带走一部分油分子。常用的材料有OP系列表面活性剂，磺酸盐和硫酸盐类表面活性剂、ZH-1、CD32溶油性环氧固化剂、腰果壳油改性环氧固化剂等。 |
