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摘要：研究了不同锌基组成环氧富锌涂料的耐水、耐盐水和耐盐雾性能，得到了耐腐蚀性能良好的最佳锌基配比，并对富锌底漆防腐蚀机理进行了探讨。

关键词：环氧富锌底漆；锌基组成；耐腐蚀性能

0引言

富锌涂料主要用于大气及海洋环境中，是钢结构防腐和车间底漆领域使用最为广泛的防锈底漆，但不宜用于酸、碱环境中[1]。在目前的国内外防腐工程实践中，为了追求高干膜含锌量，以保证富锌涂料涂层的导通性和使用寿命，料浆中锌粉的加入量常高达80%以上，如此高的锌粉添加量已大大超过了临界颜料体积浓度(CPVC)，因漆膜是多孔的[2]，这就必然会影响到涂料某些方面的性能。如果为了增强涂层的防腐蚀能力而加厚涂层，会使涂层在干燥过程中收缩而易出现裂纹，施工过程中锌粉的沉淀也容易堵枪而影响涂装质量和施工效率；钢铁基材在焊接和切割时会产生大量的锌蒸汽，可能会导致工作人员产生“锌热病”。前些年国际铅锌组织(ILZRO)的研究报告认为，锌粉含量的多少与涂层的防腐蚀性能并无直接关系，某些含锌量高的涂层防腐蚀性能并不优异，而含锌量低的涂层的防腐蚀性能也并不差[1]。所以富锌涂料涂层的防腐蚀性能和有效寿命并非完全取决于涂层的锌含量。本实验从锌基组成上研究了环氧富锌底漆的防腐蚀能力。实验所用锌基组成为球状锌粉、鳞片状锌粉、磷铁粉、非浮型铝粉及其不同配比混合物，考察不同锌基组成环氧富锌底漆的耐水性、耐盐水性和耐盐雾性，得到了防腐蚀的实效依据，并对防腐蚀机理进行讨论分析。

1实验部分

1.1主要设备和原材料

主要设备：SFO.4分散砂磨两用机；FQY盐雾腐蚀试验箱等。E-20环氧树脂、进口固化剂、球状锌粉(400目)、鳞片状锌粉(400目)、磷铁粉(325目)、非浮型铝粉(325目)：均为工业品；稀释剂用二甲苯与丁醇7∶3混合；助剂选用有机膨润土。耐盐水与耐盐雾试验用氯化钠：化学纯，上海化学试剂公司。

1.2富锌涂料配方

表1为富锌涂料配方。

表1富锌涂料配方

环氧富锌底漆锌基组成的研究

1.3实验过程

室温下，将二甲苯与正丁醇按适当比例混合，经搅拌配制成稀释剂；按比例将稀释剂与E-20双酚A型环氧树脂混合，经加热(温度不超过60℃)搅拌配制成一定黏度的环氧树脂溶液；将稀释剂与进口固化剂按适当比例混合，经搅拌配制成一定黏度的固化剂溶液；锌基组成为球状锌粉、鳞片状锌粉、磷铁粉、非浮型铝粉及其不同配比混合物；将E-20环氧树脂液、锌基和固化剂黏稠液按配方要求混合，经搅拌、熟化等工序制得环氧富锌涂料，采用喷涂法施涂于经常规表面处理后的A3钢板表面(单位面积喷涂量基本固定)，固化7天后进行防腐蚀性能检测。工艺流程如图1所示。

环氧富锌底漆锌基组成的研究

图1环氧富锌涂层样品的制备工艺

1.4执行标准

漆膜的制备：国标GB/T1765—1993；漆膜的耐水性：国标GB/T1733—1993；漆膜的耐盐水性：国标GB/T9274—1988；漆膜的耐盐雾性：国标GB/T1771—1991。

2结果与讨论

研究表明，锌基组成对环氧富锌底漆的耐水性、耐盐水性及耐盐雾性有较大影响。由于鳞片状锌粉径厚比大(1/100)，所以在单位面积喷涂量基本恒定的情况下，含有鳞片状锌粉锌基的涂层厚度相对较薄[3]，这也符合施工后的实际情况，漆膜厚度(40～55μm)对性能测定没有太大的影响。

2.1漆膜的耐水性能

水是最常遇到的腐蚀介质，吸水会引起漆膜膨胀，附着力降低，水也是基体发生电化学腐蚀产生锈蚀现象的必须介质。漆膜不可能是完全密实的，并不能完全阻止水的渗透，水分子可以穿透树脂颜料间的自由体积空穴和微观上的小孔[4]。表2是不同锌基组成涂层的耐水性。由表2可以看出，单独使用球状锌粉及鳞片状锌粉时，涂层的耐水性能均不好，两者以不同配比复配或与磷铁粉、非浮型铝粉复配时耐水性能均有改善，尤其是用球状锌粉与非浮型铝粉复配时，涂层的耐水性能随着球状锌粉含量的增加而增强，在球状锌粉与非浮型铝粉的配比为4∶1时，直至77天涂层亦无锈蚀、起泡现象，耐水性能非常好。

2.2漆膜的耐盐水性能

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电化学腐蚀过程中必须有电解质离子参与导电或腐蚀反应，因此，屏蔽电解质离子穿透涂膜的迁移运动，可以降低腐蚀电流，增强涂膜的防腐蚀性能[4]。溶于水的电解质会以水合离子的形式与水分子一起在涂层中扩散迁移，但离子透过漆膜要比水和氧困难，一般的漆膜较易透过阳离子，而阴离子如Cl-等均不易渗透。涂层的电阻可以阻挡离子的渗透而增强耐腐蚀性，但与水接触后涂层电阻会显著降低。离子的透过率与涂膜的致密性及均匀性有关，交联度高，离子的渗透率低；交联密度低，离子的渗透率高。表3为不同锌基组成涂层的耐盐水性能。从表3可以看出，大部分漆膜的耐盐水性能很差，不到28天试样已被严重腐蚀，但在球状锌粉∶非浮型铝粉为4∶1时，直至77天表面无变化，耐盐水性能非常优异。

2.3漆膜的耐盐雾性能

作为在大气及海洋环境中常用的防止金属底材发生锈蚀的防腐涂料，富锌涂料的耐盐雾性能是衡量其防腐性能的重要技术指标[5]之一。中性条件下的盐雾箱试验结果如表4所示。盐雾箱试验是在湿度、盐溶液浓度、pH值、盐雾沉降量等条件不变的情况下进行的加速腐蚀试验，由于盐雾试验过程中持续喷雾，故在试样表面的盐液膜中的含氧量始终保持在近饱和状态，氧的存在能够使金属底材表面去极化而加速腐蚀，金属底材缺陷里腐蚀产物的形成又会增加内应力而产生应力腐蚀，导致保护层鼓起进而被破坏。从表4可以看出，单独使用球状锌粉或鳞片状锌粉时富锌涂层的耐盐雾性能都很好，但当两者复配或与磷铁粉复配时，涂层的耐盐雾性能均会变差。球状锌粉或鳞片状锌粉与非浮型铝粉复配时，涂层的耐盐雾性能也会变差，但在球状锌粉与非浮型铝粉的配比为4∶1时，504h涂层无锈蚀、起泡现象，耐盐雾性能保持良好。图2是球状锌粉与非浮型铝粉不同配比时富锌涂层的耐盐雾性能比较。

2.4富锌底漆耐腐蚀机理的探讨

富锌涂层对钢铁底材的保护作用，是利用Zn的标准电位(-0.762V)比Fe的标准电位(-0.440V)低，通过牺牲阳极的阴极电化学保护作用使钢铁基材免受腐蚀的。锌的腐蚀主要有吸氧腐蚀和析氢腐蚀，其产物的种类随腐蚀介质的不同

表2不同锌基组成涂层的耐水性

环氧富锌底漆锌基组成的研究

表3不同锌基组成涂层的耐盐水性能

环氧富锌底漆锌基组成的研究

表4不同锌基组成的耐盐雾试验

环氧富锌底漆锌基组成的研究

环氧富锌底漆锌基组成的研究

图2球状锌粉与非浮型铝粉配比不同时涂层的耐盐雾性能比较

不同，有氢氧化锌、氧化锌、碱式碳酸锌、碱式氯化锌、氧氯化锌和硫酸锌等[6]，吸氧腐蚀是试样电化学腐蚀的主要形式，析氢腐蚀是涂层起泡的主要原因，减小涂层的孔隙率可提高涂层的屏蔽性，降低水分子和电解质离子穿透涂膜的迁移运动能力，降低腐蚀电流而减缓腐蚀过程。为充分发挥富锌涂层的阴极电化学保护作用，要求整个涂层必须具有良好的导通性，涂膜中需含有大量的锌粉粒子，它们相互接触，并和钢基体也保持电接触。美国SSPC油漆规定，201号有机富锌漆中锌粉含量至少为干膜质量的77%[1]，而德国则要求至少占总固体分的85.4%(质量)。在高锌粉含量富锌底漆上再涂覆其他高固含量面漆，会使面漆产生气泡的倾向增加；在生产和配制富锌涂料时，锌粉的分散较为困难，贮存时易发生沉淀和结块，虽然可采用锌粉分包装来解决，但在实际应用时仍很容易沉淀，需要不断搅拌来保证分散；若为增强涂层的防腐蚀能力而加厚涂膜，则易使涂层在干燥过程中产生收缩而出现裂纹的倾向，这在无机富锌涂料中尤为明显，涂膜的裂纹会导致涂膜直接剥落，而使防腐蚀效果显著降低。富锌涂层中的球状锌粉是以锌球间的点接触导通腐蚀电流，而鳞片状锌粉则是以平行搭接式的面接触导通腐蚀电流，两者复配会改善涂层的导通性，更有效地发挥其阴极电化学保护作用，但会增加涂层的孔隙度，降低涂层的屏蔽防腐性能。__锌基中使用稳定的导电颜料磷铁粉(Fe2P)，主要是用于降低成本。由于非浮型铝粉的粒径小，在与球状锌粉复配时，通过合适的粒径级配而充分降低涂层的孔隙度，抑制析氢腐蚀的发生，增加涂层的屏蔽防腐性能，同时也会有效地增加涂层的导通性，增强涂层的阴极电化学保护作用；因铝的标准腐蚀电位(-1.66V)比锌更低，故会先于锌粉发挥阴极保护作用，其吸氧(或析氢)腐蚀产物以致密的胶态Al(OH)3、Al2O3及铝盐为主，可以进一步填充涂层孔隙，降低涂层的孔隙度，增强涂层的耐起泡和防腐蚀能力；同时因非浮型铝粉的密度小，与球状锌粉复配还可在一定程度上提高锌基在涂料中的分散能力。试验中以球状锌粉与非浮型铝粉按4∶1的比例复配作为锌基时，试样的耐水、耐盐水以及耐盐雾性能都非常优异。

3结语

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通过试验，对环氧富锌底漆的锌基组成与其防腐蚀性能的关系进行了研究，得出在球状锌粉中加入少量非浮型铝粉时，涂层具有非常优异的耐起泡和耐腐蚀性能，为进一步改善富锌涂料的性能并降低生产成本打下了良好的基础。