對水性無機鋅粉涂料若干問題探討

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1、中國涂料在線www.coatingol.com水性無機鋅粉涂料若干問題探討毛晨峰(上海開林造漆廠,201707)摘要:分析了水性無機鋅粉涂料成膜機理及保護作用,探討了水性無機鋅粉的施工要求及后道漆涂裝的要求,并比較了不同的含鋅涂層防腐系統(tǒng)的性能。關(guān)鍵詞:水性涂料;無機鋅粉涂料;防腐蝕涂料;施工工程0引言水性無機鋅粉涂料一般是以硅酸鈉、硅酸鉀或硅酸鋰為基料,并與鋅粉復(fù)配而成,具有優(yōu)異的防銹性能,并且具有耐熱性、可焊性和零VOC排放等優(yōu)點,在許多重防腐蝕領(lǐng)域有著日益廣泛的應(yīng)用。如在上海的許多重點工程:上海鐵路南站、中環(huán)線、滬閔二期城市高架道路

2、等得到應(yīng)用。但因為水性無機鋅粉涂料獨特的成膜機理,如果施工不當(dāng),往往會出現(xiàn)一些問題,使其性能得不到很好的發(fā)揮。本文對水性無機鋅粉涂料的若干問題進行探討[1-3]。1水性無機鋅粉涂料成膜機理及保護作用1.1水性無機鋅粉涂料成膜機理水性無機鋅粉涂料是以堿金屬硅酸鹽水溶液(或其改性產(chǎn)品)作為基料的。堿性硅酸鹽溶液與鋅粉混合后發(fā)生反應(yīng),生成硅酸鋅。當(dāng)涂料涂覆在鋼鐵表面時,鐵也與堿性硅酸鹽發(fā)生反應(yīng)生成Fe2(SiO3)3。其反應(yīng)式如下[1,3]中國涂料在線www.coatingol.com注:Me為堿金屬離子。從以上反應(yīng)式可以看出,涂裝于鋼鐵基材的

3、水性無機鋅粉涂料先通過水分蒸發(fā)干燥成膜,隨后再固化成膜。固化成膜過程中,鋅粉微細(xì)粒子之間、鋼鐵基層與鋅粉之間牢固附著或結(jié)合,形成了一層致密的絡(luò)合結(jié)構(gòu),從而使漆膜牢固地附著在鋼鐵表面。圖1為水性無機鋅粉涂料與鋼鐵表面橫截面照片。由圖1表示的微觀狀態(tài)可見,涂料和鋼板的結(jié)合處顯現(xiàn)出一種過渡狀態(tài),既不同于鋼鐵的形態(tài),也不同于鋅粉的顆粒狀堆積。這也證實了水性無機鋅粉涂料中基料和鋅的結(jié)合或包覆與有機富鋅涂料不一樣,基料通常和鋅粉顏料表面的鋅原子反應(yīng),并且也在鋼鐵表面產(chǎn)生一種以基態(tài)化合價鍵合的鋅硅酸鹽聚合物或基質(zhì)。以基態(tài)化合價鍵合的涂膜比以二價鍵合的有

4、機富鋅體系質(zhì)地更好,硬度、強度更大,附著力更好,同時形態(tài)也更開放。中國涂料在線www.coatingol.com圖1水性無機鋅粉涂料與鋼鐵表面橫截面電子顯微鏡照片1.2水性無機鋅粉涂料的保護作用水性無機鋅粉涂料的保護機理分為2個基本步驟。首先是金屬鋅犧牲自己保護鋼鐵的原電池,鋅的電極電位是-0.763V,在原電池中鋅作為陽極,產(chǎn)生保護電位,而鐵的電極電位是-0.44V,在原電池中作為陰極受到保護。在任何電解質(zhì)溶液中,鋅和鋼鐵連接在一起,鋅會首先犧牲自己,失去電子,從而保護鋼鐵。因此在水性無機鋅粉涂料中,按體積計,鋅含量超過臨界涂料體積濃度

5、(CPVC)以保證鋅粒之間和鋅粒與鋼之間的良好電接觸,PVC超過CPVC,漆膜多孔,允許水進入,完成了電路,從而使鋅作為犧牲陽極。其次,上述生成不溶性涂膜和原電池保護的產(chǎn)物,逐漸與空氣中的氣體,主要是CO2和O2反應(yīng),生成了一種不溶于水的鋅腐蝕產(chǎn)物,這種腐蝕副產(chǎn)物是鋅的氧化物、氫氧化物或碳酸鹽類及網(wǎng)狀硅酸鋅絡(luò)合物。這種硬而不溶的鋅鹽引起膜溶脹并轉(zhuǎn)化成有效的屏蔽保護層,它封閉了對金屬的腐蝕,減緩了對鋅的腐蝕,使鋼鐵的腐蝕程度降低。這些腐蝕產(chǎn)物填充在無機鋅涂層的微孔中,形成了一個可以隔絕水和氧的屏蔽層,這是許多無機涂料的典型特征。如果富鋅涂層

6、被破壞,鋼鐵暴露在外,沒有反應(yīng)的鋅會繼續(xù)形成原電池保護直到重新建立起一道屏蔽層。此外當(dāng)鋅鹽保護膜破裂時,暴露的鋅會自動形成更多的鋅鹽,直到所有的鋅用完為止。該機理也有助于用生成自己的保護膜的方法來解釋富鋅涂料和電鍍層的耐刮性和抗擦性[4-6]。圖2是水性無機鋅涂料樣板經(jīng)鹽霧試驗4000h后的表面情況(按GB/T1771-1991方法)。中國涂料在線www.coatingol.com圖2水性無機鋅粉涂料樣板鹽霧試驗后表面情況從圖2可以清楚地觀察到,樣板表面沒有出現(xiàn)明顯銹蝕,但在劃叉部位有不溶于水的白色腐蝕物產(chǎn)生。而這些物質(zhì)保護鋼板及涂層免受

7、進一步的腐蝕。同時,為確保鋅粉在涂膜中的保護作用,SSPC(美國鋼結(jié)構(gòu)涂裝委員會)油漆規(guī)范第20條確定了水性無機鋅粉涂料中,鋅粉在干膜中的總質(zhì)量不得少于74%。鋅粉含量與涂料的防腐蝕性能密切相關(guān)。當(dāng)涂料中鋅粉含量低于一定值時,涂料將失去其應(yīng)有的防腐蝕性能。涂料中鋅粉含量與防腐蝕性能的關(guān)系如圖3所示。圖3涂料中鋅粉含量與涂覆鋼板腐蝕程度的關(guān)系圖3中縱坐標(biāo)生銹等級為鹽霧試驗1000h后判斷;生銹等級為:1—所有表面生銹;5—有50%表面生銹;10—涂膜表面不生銹[7]。中國涂料在線www.coatingol.com2水性無機鋅粉涂料的施工要求

8、2.1對表面處理的要求水性無機鋅粉涂料主要是由鋅粉和堿金屬硅酸鹽組成,這些都屬于剛性材料,它的成膜機理也顯示其成膜后生成的網(wǎng)狀硅酸鋅絡(luò)合物也是脆性的。因此當(dāng)水性無機鋅粉涂覆在較薄的、表面光滑的