防锈颜料在粉末涂料中的应用

jjyypi

从国内 10 多年来粉末涂料在户外的应用情况来看 , 其涂层还存在一些明显的缺陷 , 如防护基材边角部分的涂层偏薄 , 易被腐蚀介质突破 , 导致涂层防护失效；涂层受意外击打破损后 , 破损部位防护能力迅速下降 , 降低产品使用寿命；涂层普遍存在毛细管现象 , 厚度薄时被腐蚀介质快速突破 , 造成防护失败；一般粉末涂料涂层的重防腐能力不足等。针对粉末涂料存在的上述问题 , 进行了不断的试验探索 , 除采用防腐能力更加突出的环氧树脂、酚醛改性树脂、丙烯酸树脂、氟碳树脂等作为主要成膜物质外 , 还添加一些超细颜填料 ( 如亚微米级沉淀硫酸钡、纳米颜料 ) 、片状填料 ( 如云母粉 ) 等以提高涂层的致密度与屏蔽能力 , 涂层户外单独使用时的厚度也进行了提高 ( 正常为 60 ～ 80 μ m, 户外应用时一般为 80 μ m 以上 , 高速公路护栏和埋地管道防腐要求涂层厚度在 250 μ m 以上 ) 。这些措施提高了粉末涂料涂层的综合防护能力 , 应用效果突出 , 但涂装成本与施工难度显著增加 , 涂层的机械强度与柔韧性也能难以保证 , 给市场推广带来了难度。因此 , 功能性防护材料引起了重视 , 防锈涂料中广泛使用的防锈颜料也被积极用到粉末涂料中。
    1 防锈颜料
    防锈颜料分为有毒、无毒两大类 , 以铅、铬系为代表的有毒防锈颜料 ( 如红丹、铬酸锌、铬酸 锶、碱式硅铬酸铅、高铅酸钙等 ) 具有优良的缓蚀钝化功效 ,20 世纪 80 年代前在防腐蚀涂料中被广泛应用。随着世界各地特别是北美和西欧环保法规和工业卫生条例日趋强化 , 这些有害于环境和生命的含铅、铬、镉等重金属颜料逐渐被限制生产。美国于 1995 年禁止采用红丹做防锈颜料 , 随后欧盟、日本、澳大利亚等进行了限制生产。最近我国也出台了相关涂装安全标准 , 对有毒颜料的生产与使用也进行了限制。近年来 , 许多发达国家一直在开发无毒防锈颜料 , 如美、英、日、德等国 , 都各自开发出了不少无毒防锈颜料 , 包括磷酸盐系、硼酸盐系、钼酸盐系、金属粉末、金属氧化物等。常见防锈颜料的品种及防锈效果评价见表 1 。
    表 1 常见防锈颜料及性能

    2 在粉末涂料中的应用
    2.1 防锈粉末涂料参考配方
    在溶剂型涂料涂层与粉末涂料涂层中 , 防锈颜料的存在状态类似 , 物化性能相对稳定的防锈颜料基本上都可以在粉末涂料中使用。根据云铁、铁红、红丹、磷酸锌、三聚磷酸铝等防锈能力的大小 , 筛选了红丹、磷酸锌、三聚磷酸铝、鳞片状锌粉、复合铁钛粉等进行了试验研究 , 试样配方见表 2 。
  表 2 防锈粉末涂料参考配方 kg

    2.2 防锈粉末涂料制样
    防锈粉末涂料的生产工艺与普通粉末涂料类似 , 先将各类原料按量称取 , 高速混 / 破后 , 熔融挤出、压片破碎、磨粉筛分即得成品。其中对比样 1 为正常粉末涂料产品 , 不含防锈颜料；对比样 2 为红丹防锈粉末涂料 , 作为其他防锈颜料的参比。由于红丹有毒 , 其制粉和制板过程中要做好人员的安全操作防护。
    2.3 结果与分析
    上述样品制板后的盐雾试验结果见表 3 。
    表 3 防锈粉末涂料涂层的耐盐雾试验结果

    试验结果说明 , 采用铁钛粉、锌片的粉末涂料防锈效果明显 , 而磷酸锌、三聚磷酸铝的防锈效果不突出；粉末涂料涂层的厚度与其防腐能力有关 , 厚度增加其防腐能力相应有一定程度的提高；铁钛粉 W D-D-500 Ⅱ与红丹的防锈能力相当 , 铁钛粉 W D-H-803 、片状锌粉则优于红丹 , 磷片状锌粉的防锈效果更突出。鳞片状锌粉是 20 世纪末德国爱卡 (Eckave — Werke) 公司开发出的一种全新的锌粉产品 , 具有优良的屏蔽性能、平行搭接性能、电接触性能、易悬浮的特性 , 使得鳞片状锌基涂料在显著降低干膜含锌量的情况下 , 涂层的防腐性能仍优于普通球锌的锌基涂料。其防腐机理是：①电化学保护。采用牺牲锌来保护钢铁基体；②屏蔽防护。涂层中锌片形成平行搭接、交叠排列 , 减少了涂层的孔隙度 , 腐蚀介质也不能通过鳞片渗透 , 必须绕过鳞片 , 沿着鳞片径渗入 , 所以渗透距离显著增加 , 腐蚀性介质到达金属基体的时间显著延长；③自修复。涂层破损时或者腐蚀介质在渗透涂层的过程中 , 接触锌片后产生各类腐蚀产物 , 如 Z n O 、 Z n(O H) 2 、 Z n(O H) 2 C O 3 、 Z n(O H)C l 3 、 Z n O C l 、 Z n S O 4 等 , 造成锌片腐蚀部位体积膨胀 , 填塞了涂层中的孔隙 , 消耗腐蚀介质的同时也阻止了其进一步的渗透。试验结果也说明片状锌粉的防护能力优异 , 但片状锌粉价格昂贵 ,2003 年进口产品 71 000 元 /t( 国产同类产品 30 000 元 /t),2008 年已突破 50 000 元 /t 。富锌粉末涂料的材料成本超过 40 000 元 /t, 严重阻碍了它的推广使用。复合铁钛粉以聚磷酸铁 ( 钛 ) 等为载体 , 在一定条件下 , 引入经预处理过的硅基、钛基等纳米粉体材料 , 经机械混合、分散使纳米粉体材料均匀地分散在载体上 , 最后经排气等后处理而制成产品。其防锈原理如下：①化学防锈 , 磷酸根与钢构表面的铁原子反应生成磷酸铁络合盐 , 这层络合盐牢固地附着在钢体表面 , 从而保护钢铁；②纳米材料引入后形成超常的致密涂膜 , 有效地阻隔了水、氧和氯离子等对钢铁表面的侵蚀。复合铁钛粉对人、环境均无毒害 , 具有防锈性能优异、适应面宽、使用方便、用量省、成本低、环保效益显著等特点 , 但其单独使用的防护能力仍有不足。如果将复合铁钛粉与片状锌粉搭配使用 , 不仅保证了防锈粉末涂料的防腐能力 , 还可以显著降低材料成本 , 增强市场竞争力 , 有助于防锈粉末涂料的迅速推广。
3 应用实例
    目前防锈粉末涂料由于价格偏高 , 主要作为复合涂层的重防腐底层使用 , 也可以代替热浸镀锌喷塑的防护工艺 , 应用于需要进行长久防护的户外金属构件。现有的应用试验表明 , 该复合涂层防护体系具有良好的防护效果 , 受到用户的认可与欢迎。图 1 为防锈粉末涂料作为底涂在桥梁栏杆上的应用实例。在使用复合铁钛粉降低防锈粉末涂料的成本后 , 复合涂层的施工难度仍是影响防锈粉末涂料推广的重要障碍。不仅涂装设备要重新设计制造 , 涂装施工工艺与质量控制也需要增加人力、物力投入。另外还要重点加强涂装加工成本的控制 , 这样才能保证复合涂层产品具有较好的市场竞争力。图 2 为复合涂层施工实例 , 先底涂灰色防锈粉末涂料 , 胶凝后再面涂绿色聚酯粉末涂料 , 然后一起充分固化。

图 1 防锈粉末涂料在桥梁栏杆上的应用

   

图 2 双涂施工局部图

  
    4 结 语
    在现有无毒防锈颜料的基础上 , 国内外多家企业积极进行新产品的开发工作 , 英国 B P 公司在其研究中心开发的一种独特的、有价值的低毒阻蚀颜料——离子交换颜料 S h i e l d ex, 采用离子交换抑制腐蚀 , 腐蚀性离子透过含有 Shieldex 的底漆 , 优先与颜料表面上的钙离子进行交换 , 释放出来的钙移至薄膜和金属的界面 , 在那里形成一薄层钙和二氧化硅组成的无机层 , 这种保护层具有不渗透性 , 亦可使腐蚀环境与金属表面隔离 , 从而使腐蚀过程中止。相信随着无毒、环保、价优防锈新颜料的开发与推广 , 防锈粉末涂料将获得更广泛迅速的应用。

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感谢楼主，认真学习过。