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1、中国涂料在线www.coatingol.com水性无机锌粉涂料若干问题探讨毛晨峰(上海开林造漆厂,201707)摘要:分析了水性无机锌粉涂料成膜机理及保护作用,探讨了水性无机锌粉的施工要求及后道漆涂装的要求,并比较了不同的含锌涂层防腐系统的性能。关键词:水性涂料;无机锌粉涂料;防腐蚀涂料;施工工程0引言水性无机锌粉涂料一般是以硅酸钠、硅酸钾或硅酸锂为基料,并与锌粉复配而成,具有优异的防锈性能,并且具有耐热性、可焊性和零VOC排放等优点,在许多重防腐蚀领域有着日益广泛的应用。如在上海的许多重点工程:上海铁路南站、中环线、沪闵二期城市高架道路
2、等得到应用。但因为水性无机锌粉涂料独特的成膜机理,如果施工不当,往往会出现一些问题,使其性能得不到很好的发挥。本文对水性无机锌粉涂料的若干问题进行探讨[1-3]。1水性无机锌粉涂料成膜机理及保护作用1.1水性无机锌粉涂料成膜机理水性无机锌粉涂料是以碱金属硅酸盐水溶液(或其改性产品)作为基料的。碱性硅酸盐溶液与锌粉混合后发生反应,生成硅酸锌。当涂料涂覆在钢铁表面时,铁也与碱性硅酸盐发生反应生成Fe2(SiO3)3。其反应式如下[1,3]中国涂料在线www.coatingol.com注:Me为碱金属离子。从以上反应式可以看出,涂装于钢铁基材的
3、水性无机锌粉涂料先通过水分蒸发干燥成膜,随后再固化成膜。固化成膜过程中,锌粉微细粒子之间、钢铁基层与锌粉之间牢固附着或结合,形成了一层致密的络合结构,从而使漆膜牢固地附着在钢铁表面。图1为水性无机锌粉涂料与钢铁表面横截面照片。由图1表示的微观状态可见,涂料和钢板的结合处显现出一种过渡状态,既不同于钢铁的形态,也不同于锌粉的颗粒状堆积。这也证实了水性无机锌粉涂料中基料和锌的结合或包覆与有机富锌涂料不一样,基料通常和锌粉颜料表面的锌原子反应,并且也在钢铁表面产生一种以基态化合价键合的锌硅酸盐聚合物或基质。以基态化合价键合的涂膜比以二价键合的有
4、机富锌体系质地更好,硬度、强度更大,附着力更好,同时形态也更开放。中国涂料在线www.coatingol.com图1水性无机锌粉涂料与钢铁表面横截面电子显微镜照片1.2水性无机锌粉涂料的保护作用水性无机锌粉涂料的保护机理分为2个基本步骤。首先是金属锌牺牲自己保护钢铁的原电池,锌的电极电位是-0.763V,在原电池中锌作为阳极,产生保护电位,而铁的电极电位是-0.44V,在原电池中作为阴极受到保护。在任何电解质溶液中,锌和钢铁连接在一起,锌会首先牺牲自己,失去电子,从而保护钢铁。因此在水性无机锌粉涂料中,按体积计,锌含量超过临界涂料体积浓度
5、(CPVC)以保证锌粒之间和锌粒与钢之间的良好电接触,PVC超过CPVC,漆膜多孔,允许水进入,完成了电路,从而使锌作为牺牲阳极。其次,上述生成不溶性涂膜和原电池保护的产物,逐渐与空气中的气体,主要是CO2和O2反应,生成了一种不溶于水的锌腐蚀产物,这种腐蚀副产物是锌的氧化物、氢氧化物或碳酸盐类及网状硅酸锌络合物。这种硬而不溶的锌盐引起膜溶胀并转化成有效的屏蔽保护层,它封闭了对金属的腐蚀,减缓了对锌的腐蚀,使钢铁的腐蚀程度降低。这些腐蚀产物填充在无机锌涂层的微孔中,形成了一个可以隔绝水和氧的屏蔽层,这是许多无机涂料的典型特征。如果富锌涂层
6、被破坏,钢铁暴露在外,没有反应的锌会继续形成原电池保护直到重新建立起一道屏蔽层。此外当锌盐保护膜破裂时,暴露的锌会自动形成更多的锌盐,直到所有的锌用完为止。该机理也有助于用生成自己的保护膜的方法来解释富锌涂料和电镀层的耐刮性和抗擦性[4-6]。图2是水性无机锌涂料样板经盐雾试验4000h后的表面情况(按GB/T1771-1991方法)。中国涂料在线www.coatingol.com图2水性无机锌粉涂料样板盐雾试验后表面情况从图2可以清楚地观察到,样板表面没有出现明显锈蚀,但在划叉部位有不溶于水的白色腐蚀物产生。而这些物质保护钢板及涂层免受
7、进一步的腐蚀。同时,为确保锌粉在涂膜中的保护作用,SSPC(美国钢结构涂装委员会)油漆规范第20条确定了水性无机锌粉涂料中,锌粉在干膜中的总质量不得少于74%。锌粉含量与涂料的防腐蚀性能密切相关。当涂料中锌粉含量低于一定值时,涂料将失去其应有的防腐蚀性能。涂料中锌粉含量与防腐蚀性能的关系如图3所示。图3涂料中锌粉含量与涂覆钢板腐蚀程度的关系图3中纵坐标生锈等级为盐雾试验1000h后判断;生锈等级为:1—所有表面生锈;5—有50%表面生锈;10—涂膜表面不生锈[7]。中国涂料在线www.coatingol.com2水性无机锌粉涂料的施工要求
8、2.1对表面处理的要求水性无机锌粉涂料主要是由锌粉和碱金属硅酸盐组成,这些都属于刚性材料,它的成膜机理也显示其成膜后生成的网状硅酸锌络合物也是脆性的。因此当水性无机锌粉涂覆在较薄的、表面光滑的
