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浅探典型防腐涂料的结构特点及其发展,金属的腐蚀 是金属受环境介质的化学或电化学作用而被破坏的现象
2019年10月27日    阅读量:2466     新闻来源:中网信息    |  投稿

金属的腐蚀遍及国民经济各个领域,给国民经济带来了巨大的损失。腐蚀不仅消耗了宝贵财富,而且破坏了生产、生活等许多活动的正常运行。在工业发达的国家中,腐蚀造成的直接经济损失占国民经济总产值的1%~4%,钢铁因腐蚀而报废的数量,则为当年产量的25%~30%.约有30%的设备因腐蚀而报废中国建材网cnprofit.com。在中国,由于金属腐蚀造成的经济损失每年高达300亿元以上,占国民生产总值的4%。


金属腐蚀是全世界面临的严重问题,可见腐蚀的防护十分重要,腐蚀和环境污染的关系也越来越引起关注,研制高性能的防腐涂料刻不容缓。近年来在工业发达国家,重防腐涂料产品和产量已占涂料市场的7名左右。国内防腐涂料也在快速发展,重防腐涂料配套体系得到较大发展。


我国环氧富锌及无机富锌涂料、环氧防腐涂料、聚氨酯涂料、乙烯类防腐涂料,环氧粉末防倩涂料齐头并进、共同发展。在防腐涂料体系中上述涂料是主力军,具有极大的发展前景

 

1.环氧树脂型防腐涂料

环氧树脂是一种具有线性结构的高分子材料,平均每个分子含有2个或2个以上环氧基,主要由双酚A和环氧氯丙烷合成,其结构中含有的羟基以及环氧基能与酸酐、酚醛树脂、多异氰酸酯、聚酰胺树脂等发生反应而得到不同结构、不同性能的环氧树脂涂料,其结构决定了环氧树脂具有优异的粘结性、附着性、稳定性、耐化学品性、绝缘性及机械强度等,由其得到的环氧树脂涂料具有优异的物理机械性能、较强的金属附着力,同时也具有较好的耐化学药品性、耐油性和极强的耐碱性,在防府涂料领域占有重要地位。是涂料工业中重要的支柱产品之一。


常用的环氧树脂难溶于水,易溶于有机溶剂,但有机溶剂不仅价格高,而且有毒、易挥发,不符合环保要求。因而环保型环氧树脂涂料已成为涂料界科研工作者们的研究热点之一环氧涂料对于金属、混凝土、木材、玻璃等等均有优良附着力,这是由于其分子中含有极性的羟基、醚键等,即使湿对湿也有一定的附着。有些树脂固化时体积收缩平面达11%,产生高内应力,降低了附着力。


环氧树脂固化时体积收缩仅2%左右,而且环氧分子中的醚键使分子链柔软便于旋转,可消除内应力,所以附着力高。环氧树脂中含有亲水的羟基及醚键,加上固化剂中的胺基,它们都会影响涂膜的耐水性,但该树脂中的双酚A链段则有疏水性,两个苯环的刚性屏蔽了羟基和醚键,保持了整体漆膜的耐水性。固化后的环氧树脂的玻璃化温度较高,有利于其耐水性.普通油脂系漆或醇酸漆极易被皂化破坏。可以说环氧树脂涂料具有优良防府蚀涂料所必须有的耐碱性和附着力。


环氧富锌底漆是以环氧树脂、锌粉、硅酸乙酯为主要原料,填料、助剂、溶剂等组成的特种涂料。该漆自然干燥快,附着力强,防腐蚀能力强,漆膜中锌粉含量高,具有阴极保护作用,耐水性能优异,主要用于钢管、储罐、钢结构、集装箱等的涂装。


为了提高环氧树脂涂料的耐热性,利用硅酮的耐热性将少量硅酮树脂与环氧树脂混合制成耐热防腐涂料。利用不锈钢粉末与环氧树脂通过极化方法实现最优化组合可制成具有克服环氧树脂表面耐磨性差的缺点,同时大大提高耐盐雾性。


酚醛改性的环氧粉末涂料可提高耐酸性,在环氧涂料中引入微细片状玻璃粉填充料可制得优良防渗透效果的重防腐涂料。采用复合铁钛粉作防锈颜料制成的环氧涂料,可制成多种色彩、性价比高的无毒防腐涂料。


水性环氧涂料采用环氧树脂水乳液作为环氧基组分,水溶性胺类作为固化剂,配制成双组分水性环氧树脂防腐底漆,适用于对溶剂散发要求极为严格的非水下钢结构,并且在硬度、抗腐蚀性、施工配套性等方面,都具有与溶剂型环氧涂料相当的性能,有效地降低了VOC含量,是防腐涂料的发展方向。


无溶剂环氧树脂涂料也是环保性涂料之一, 它在固化成膜的过程中不向空气中排放挥发性有机物,其成分最终全部成为涂膜组分,因此也具有较好的施工安全性,不会因溶剂挥发而造成安全隐患,符合环保要求,同时也不会发生漆膜收缩等弊端。


无溶剂环氧及其改性涂料的防腐性能好, 固含量可高达100%,涂层无针孔、抗渗性能好,不仅消除了人员中毒事故和火灾的危险,还可减少设备通风,避免因溶剂挥发造成的资源浪费;无溶剂环氧及其改性涂料是厚涂型涂料,每次涂层厚度可达100 um以上,甚至可达700u m;涂层结合强度高、收缩率小,减少了施工道数

 

2.有机和无机富锌防腐涂料

钢结构防腐蚀涂装体系中,富锌底漆的作用至关重要,它要对钢材具有良好的附着力,并能起到优异的防锈作用。富锌底漆是以具有牺牲阳极作用的锌粉作为主要防锈颜料的一类防腐涂料产品。富锌漆由于富含锌粉,对钢材基底有阴极保护作用,因此是首选的防锈底漆。


环氧富锌底漆以环氧树脂为基料,聚酰胺为固化剂,超细锌粉为主要防锈颜料,加入了一定量的铝银浆和氧化铁红,可以增加耐热性能,防止锌盐的产生,环氧富锌底漆施工比无机富锌底漆要方便,当然它的施工温度与其他环氧富锌树脂涂料一样有一定限制。


有极好的阴极保护作用,极好的防腐性能,干燥快,附着力强,良好的抗冲击耐磨性,很好的可气割性和可焊接性。同喷砂处理后的钢材附着力极好。主要被用于钢铁表面临时保护防腐,亦可用于船舶、桥梁、海上平台及钢结构防锈底漆。


有机富锌涂料中有机成膜物的导电性能差,必须增加锌粉含量以保证导电性。美国钢结构涂装协会SSPCPaint一20中规定:有机富锌涂料锌粉占干膜质量不少于77%,无机富锌涂料锌粉占干膜质量不少于74%,此规定就是为了增加涂膜的导电性。此外,有机树脂的粘结性优于无机树脂,这样也为高含量锌粉附着提供了更好的保证。有机型涂料的防锈性能比无机型稍差,导电性、耐热性、耐溶剂性不如无机型涂料,但施工性能好,对钢材表面的处理质量容忍度较大。


同时环氧富锌底漆与大多数涂料可以兼容,且配套涂层之间有着协同作用,使配套涂层的寿命较单独使用时提高1.5~2.4倍。其由锌粉、有机树脂和溶剂组成,因此划分为有机富锌涂料。此涂料的特点是锌粉含量高,防腐蚀效果优良。


水溶性后固化环氧富锌底漆主要以硅酸钠,又名水玻璃为黏结剂,与锌粉混合后,涂在钢铁表面,当涂膜干燥后,再喷上酸性固化剂,如稀磷酸,是涂层固化。由于施工比较麻烦,这种环氧富锌底漆已经不再使用。水溶性自固化环氧富锌底漆,其中锌粉不仅是防锈颜料,而且起到帮助固化的作用。碱金属盐是主要的成膜基料,不同的碱金属种类和硅氧化物与碱金属氧化物的摩尔比不同,可以为几种性能差别极大的基料。碱金属可以是钠、锂和钾,其中硅酸钾是最为常用的水性环氧富锌底漆中的基料。


高摩尔比的硅酸钾可以得到更好的涂料性能,硅酸钾水溶液按其组成中的比例,现在已经从低摩尔比提高到高摩尔比。基料中的摩尔比越高,基团属也愈多,发生反应的概率愈高,漆膜在室温下的成膜速度也愈快。锌粉混入基料硅酸钾以后,与其分子结构中的一OH发生横交联反应,最终形成网状大分子而完成漆膜的固化过程。利用空气中的二氧化碳和湿气与硅酸钾进行反应,在生成碳酸盐的同时,锌粉也同硅酸钾充分反应成硅酸锌高聚物。


它保留了对水的敏感性,直到水溶剂完全从漆膜中挥发。其固化受温度的影响较大。水性环氧富锌底漆,以水为溶剂和稀释剂,不含任何有机挥发物,无毒,无闪火点,对施工人员的损害明显比溶剂型环氧富锌底漆低,对环境污染小。VOC为零,没有火灾危险,在施工、贮存和运输过程中较为安全。


正硅酸乙酯型无机富锌底漆,以正硅酸乙酯水解预聚体作为成膜物,加入溶剂、超细锌粉、硅铁粉、增稠剂和助剂等组成双组分涂料。它与钢铁有着很强的附着力,防锈能力强,耐暴晒、防风化,耐磨蚀,耐水、耐盐水、耐盐雾,耐溶剂、油品和其他化学品;并且导电性能良好,可以作为储罐内壁涂层使用;可以长期耐400ºc高温,作为高温漆中的重要品种,既耐高温又是优异的防锈底漆。正硅酸乙酯可溶于有机溶剂,涂刷后溶剂挥发的同时,正硅酸乙酯中的烷氧基吸收空气中潮气并发生水解和缩聚反应,交联固化成高分子硅氧烷聚合物。其缺点是涂膜韧性差,往往需加一些有机树脂进行改性。


例如一种耐高温、重防腐的新型涂料一HWE型无机硅酸锌底漆已开发成功,该漆主要由烷基硅酸酯、超细锌粉、颜填料、特种助剂、固化剂等组成。粘度适中,熟化期短,具有优异的耐热、耐惰性。水性无机富锌涂料因其硅酸盐粘结剂在与锌粉反应的同时还与基材钢铁反应,系化学键相结合,其耐蚀性,作为重防腐涂料的使用寿命,大大优于环氧富锌涂料。


水性无机富锌涂膜的耐热性、耐有机溶剂性、导电性均优于环氧富锌涂膜,因而更适合作为各类油品储罐的内防腐涂料。显然,水性无机富锌涂料的环保安全性能大大优于环氧富锌涂料。无机富锌漆和环氧富锌底漆是长效底漆之一,但它们都是溶剂型涂料。而以高模数的硅酸钾为基料的水性无机富锌底漆是经实践考验的高性能防腐涂料,具有发展潜力

 

3.聚氨酯型防腐涂料

在众多的防腐蚀涂料中,聚氧酯防腐涂料是继其他防腐涂料之后的最通用的涂料品种之一,其用量仅次于醇酸树脂涂料。聚氨酯涂料与环氧底漆的配合使用可以成为重防璃涂装体系,其卓越的综合性能使其在防腐工程中得到广泛的应用 与其他涂料相比,聚氨酯涂层系统的生命周期长成本最低,并能达到欧美关于有机挥发物高要求的排放标准。


其优秀的化学性能、较好的经济效益及低有机挥发物标准赢得越来越多的专业人士和用户的认可,聚氨酯已成功应用于桥梁、近海平台、港口机械、工厂设备、贮罐、管道及机场、体育场馆等建筑设施。在全球范围内,随着对工程涂层保护功能及表观要求的不断提高,聚氨酯在钢结构防情蚀领域的应用也在不断发展中。除了常规双组分聚氨酯技术外,单组分湿固化聚氨酯也拓展了它在防腐蚀涂料领域的应用空间,并在欧美的诸多工程应用中就许多工程难题提供了解决方案。


湿固化聚氨酯具备了覆涂间隔短、固化反应快的特点,形成快速处理涂层系统。而男一方面,湿固化聚氨酯具备优越的耐待蚀性能,强化了体系高功能、重防府的工程优势。

聚氨酯防腐蚀涂料一般是双组分配方,一个含有异氰酸酯基一NC0,男一个含有羟基。临使用施工时将双组分混合而反应固化生成聚氨基甲酸酯,简称聚氨酯。能在室温交联,漆膜能耐石油、盐液等浸渍,具有优良的防腐蚀性能:也可制成无溶剂涂料,或高固体涂料,一次施工获得厚膜:可制成粉末涂料:可与煤焦沥青混合,制得既抗盐水等而价格也不贵的防腐蚀涂料。


双组分聚氨酯涂料包括多羟基组分与多异氰酸酯两组分,在使用前将两组分混合,由多羟基组分中的羟基与多异氰酸酯组分中的异氰酸根反应而交联成膜。所采用的多羟基化合物的种类很多,如聚酯、聚醚、环氧树脂和丙烯酸树脂等。涂层的耐熟、耐水和耐油性良好,但耐碱性较差。


单组分湿固化聚氨酯涂料涂布以后,涂膜与空气中的湿气反应而交联固化。常用的有以蓖麻油醇解物或聚醚为基础的预聚物。这种涂料的主要优点是使用方便,可以避免现场配制的麻烦。


主要缺点是色漆制造比较复杂,需要特殊的工艺方法,成品的储存期限一般也较短水性单组分聚氨酯涂料是应用最早的水性聚氨酯涂料,其最大优点是以水为分散介质,作为涂料使用时不含液体有机填料,在成膜过程中只是水分挥发到环境中,符合环保要求,且施工简单。


水性单组分聚氨酯具有很高的断裂伸长率和适当的强度,并能常温干燥,国内外水性聚氨酯涂料仍以单组分为主,但与水性双组分聚氨酯涂料相比,水性单组分聚氨酯涂料的力学性能、耐水性、耐化学品性及耐溶剂性等都不理想。通常需要对单组分水性涂料的涂膜进行后处理, 以提高涂膜的交联度。因此,单组分水性聚氨酯防腐蚀涂料在防腐蚀领域的应用受到很大的限制。


双组分水性聚氨酯涂料是一种新的环境友好型涂料, 它主要由含羟基的水性多元醇和含异氰酸酯基的固化剂组成, 由于双组分水性聚氨酯涂料以水为介质,并将双组分溶剂型涂料的高性能和水性涂料的低VOC含量结合起来,因此,近年来水性双组分聚氨酯涂料的研究开发变得十分活跃。聚氨酯具有良好的物理机械性能和优异的耐寒性、弹性、柔韧性和耐磨性,但其防腐性能相对较差。


目前成功应用于工业防腐领域的水性涂料是水性丙烯酸涂料、水性环氧涂料、水性无机硅酸富锌涂料。水性聚氨酯涂料虽符合涂料行业发展环保型涂料的趋势,但不能满足防腐性能的要求,需要对其加以改性。

 

4.过氯乙烯防腐涂料

过氯乙烯涂料是一种有较高防腐性的品种,常用于钢结构防腐底漆、湿热、水下环境面漆、镀锌钢构件、不锈钢底漆、外墙封闭底漆等。过氯乙烯涂料的成膜物质具有化学的惰性,防潮、防霉及封闭性好。对大气、水份、盐、碱、酸类、单组分包装,不需在施工现场临时调配。维修方便,新旧涂层之间有互溶作用,故维修时不必去掉旧涂膜。过氯乙烯防腐涂料是采用过氯乙烯树脂、增韧剂、颜料、填料和助剂,经调配而形成。产品可分为底漆和面漆两大类。专用于化学工厂、化工车间、化学品仓库、化工设备、化学品贮槽、各种金属及木质构件,防止化学腐蚀。过氯乙烯涂料干燥快,耐候、耐冲击性、耐水、耐冻、耐酸碱、耐化学、耐盐性好,涂膜有韧性,但附着力较差,打磨抛光性差,有毒,易燃。代表品种有:过氯乙烯清漆、磁漆、防腐漆、防锈漆、防火漆。

 

5.高氯化聚乙烯防腐涂料

高氯化聚乙烯通过氯气高度氯化而制得的无规则聚合物,其氯含量超过60%,高氯化聚乙烯简称HCPE。以高氯化聚乙烯作为主要成膜物质,加入不同的改性树脂、增塑剂、溶剂、添加剂、防锈颜料等可生产出多种高氯化聚乙烯重防腐涂料。替代了氯璜化聚乙烯防腐涂料。高氯化聚乙烯重防腐涂料具有以下性能和特点:优异的防腐蚀性、防水性、耐油性。由于高氯化聚乙烯的主链上没有双键,故其性能稳定,涂膜对水蒸汽和氧气的渗透率低,因此具有优异的防水性。漆膜封闭性强,对化工大气、酸、碱、盐具有优异的防腐蚀性能。氯化高聚物防腐涂料是采用氯化高聚物作基料制备的防腐涂料,利用其优异的化学稳定性和物理机械性能,因而具有良好的对水和氧气的屏蔽效果, 目前仍是防腐涂料中的一大品种。


氯化聚烯烃(CPR)属于一种在成分中含大量氯的树脂,一般含氯量约占40%~66%,常用以制造防腐蚀涂料。在我国涂料中应用的主要品种包括氯化橡胶(CR)、氯磺化聚乙烯(CSPE)、过氯乙烯(HPVC)、高氯化聚乙烯(HCPE)、氯化聚丙烯(CPP)、氯化乙烯一醋酸乙烯(CEVA)以及氯醚树脂(氯乙烯一乙烯基醚共聚物,BASF产品HP一系列)、氯化EVA等。常用的氯化高聚物有氯化石蜡、氯化橡胶、氯化聚烯烃(聚乙烯、聚丙烯、氯乙烯、氯磺化聚乙烯等),最近国内也推出氯醚树脂(氯乙烯/乙烯异丁基醚共聚物),该树脂制成的涂料避免了普通氯化高聚物涂料因增塑剂散失而使涂膜变脆现象,耐久性得到提高。聚合体中氯含量高,因此具有抑制毒菌生长的性能;高氯化聚乙烯树脂形成的漆膜,对水气、氧气、离子的渗透率极低,约为醇酸树脂的1/200~1/300,过氯乙烯、氯磺化聚乙烯的1/2;由于不含双键,对光化学反应及氧化降解不敏感,漆膜能经受户外大气、紫外光线、氧及冷热变化作用,漆膜稳定性好。高氯化聚乙烯不延燃,其制成的涂料在火焰的作用上会形成具有耐热膨胀作用的多孔性炭化层,因而具有良好的阻燃性。


高氯化聚乙烯重防腐涂料对钢铁结构表面、水泥墙面均有优良的附着力,涂层与涂层之间由于溶剂的浸渗作用,使与下层相互粘成一体,从而加强了涂膜间的粘附力;高氯化聚乙烯重防腐涂料系溶剂型涂料,经施工涂装,干燥迅速,溶剂挥发后干燥成膜,在带温下2~4h后,即可再涂刷第二道涂料;高氯化聚乙烯防腐涂料可在-15ºc~+50ºc的的中施工,可低温施工,耐温差性能好,漆膜可在-20ºc~+80ºc条件下长期使用;


涂料在旧漆膜上如需重新涂装时,漆膜两层之间仍有互溶作用,维修方便,当维修时不需要去掉旧漆膜,因此维修十分方便;高氯化聚乙烯重防腐涂料系单组份包装,不需要在施工现场进行临时配制,只需打开包装桶盖,使用方便,经搅拌均匀后,就能使用;


由于高氯化聚乙烯重防腐涂料的固体含量较高,可获较厚的涂层,故一道漆膜即可获得较厚的涂层;高氯化聚乙烯重防腐涂料在贮存过程中基本没有脱氯化氢分子现象,贮存稳定性好,因此涂料在贮存过程中不会发生凝胶现象,其贮存期达一年以上;高氯化聚乙烯重防腐涂料是一种新型、高性能的重防腐涂料。


涂层对各种钢铁结构、混凝土设施及木材表面均具有很强的附着能力,并具有优异的防腐蚀性和装饰性,可广泛适用于冶金、石油、化工、电力、机械等行业的各种工业设备和设施的表面防腐,使其免受各种腐蚀环境的侵蚀,延长被涂件的使用寿命。

 

6.结束语

当下,防腐涂料已成为涂料领域重要的生力军,防腐涂料在国民经济建设中发挥了越来越重要的作用,发展前景可观。近年来,我国环保意识正在逐渐增强,发展环保型涂料已成为涂料行业的大趋势。


传统溶剂型涂料中含有大量挥发性有机物(VOC),在生产和使用过程中,这些有机溶剂会挥发进入大气中,对大气造成污染,给人类健康带来危害。低VOC涂料已成为科研工作者们研究的热点问题,其中发展高固体分涂料、水性涂料、粉末涂料和辐射固化涂料等新型涂料已成为主导。由于环境的不同,对涂料的要求必然不相同,必须推动特种环保涂料的快速发展,传统产品要逐渐改进完善,要适应防腐市场和环保法规发展中新的标准和要求,持续创新,生产多样化的产品以满足市场不同需要。


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