金属防锈漆的研究开发

金属防锈漆的研究开发 沈球旺 (深圳市天健涂料科技开发有限公司，广东深圳518122) 摘 要:通过对化学防锈颜料的选择～筛选出较好的金属防锈漆配方～并尝试从它们的防锈 机理上对其防锈性能做出解释～同时也简要 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 成膜物和填料对金属防锈漆的影 响。 关键词:金属防锈漆 化学防锈颜料 防锈性能 中图分类号:TQ637 文献标识码:A 文章编号:1007-9548(2008)03-0016-04 Research and Development of Metallic Anti-Rust Paint SHEN Qiu-wang Abstract: The formulation of the metallic anti-rust paint is optimized by selecting the proper anti-rust pigment. The anti-rust mechanism and its function on the anti-rust performance are discussed. The influence of the film former and fillers to the performances of the metallic anti-rust paint is analyzed. Key words: metallic anti-rust paint, chemical anti-rust pigment, anti-rust performance 1 引言 金属腐蚀是人们面临的一个十分严重的问题。粗略估计，每年因腐蚀而造成的金属结构、设备及 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 的损失量，大约相当于当年金属产量的20,,40,，全世界每年因腐蚀而报废的金属达1亿t以上，经济损失占国民经济总产值的1.5,3.5,。金属生锈是最普遍、损失最大的一种腐蚀。防锈工作历来是国内外重大的科研课题之一，人们研究出多种防止和抑制金属锈蚀的措施，涂料防锈便是有效的方法之一。 防锈颜料在金属防锈漆中起着举足轻重的作用，如按它们的防锈作用区分，大致可归纳为2种类型:物理防锈颜料和化学防锈颜料(或电化学防锈颜料)。本文通过对化学防锈颜料的选择，并比较它们的防锈性能，初步筛选出较好的金属防锈漆配方，并尝试从它们的防锈机理上解释不同配方情况下防锈性能也不尽相同的原因，同时也简要分析成膜物和填料对金属防锈漆性能的影响。 2 试验部分 2.1 原料与仪器设备 合成脂肪酸醇酸树脂(进口);热固性丙烯酸树脂(进口);环氧树脂(国产);丁基化三聚氰胺树脂(国产);滑石粉(国产);沉淀硫酸钡(国产);高岭土(国产);重质碳酸钙(国产);锐钛型钛白粉(国产);流平剂(进口);润湿分散剂(进口);膨润土(进口);附着力促进剂(进口);二甲苯(国产);异丁醇(国产);5,和8,NaCl水溶液(自制);红丹(国产);锌铬黄(国产);钼酸锌(国产);三聚磷酸铝(国产)。 SK-2立式砂磨机(国产);303A-2电热鼓风干燥箱(国产); 2.2 色浆制备 色浆的配方见表1。 表1 色浆配方 % 1 原料 1# 2# 3# 4# 合成脂肪酸醇酸树脂 40 40 40 40 红丹 20 锌铬黄 20 钼酸锌 20 三聚磷酸铝 20 锐钛型钛白粉 20 20 20 20 膨润土 2 2 2 2 滑石粉 5 5 5 5 润湿分散剂 2 2 2 2 二甲苯 6 6 6 6 异丁醇 5 5 5 5 制备 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 :先加入溶剂，然后加入润湿分散剂搅拌均匀，再加入树脂、膨润土搅拌均匀， 最后加入钛白粉、滑石粉及防锈颜料，高速分散后上砂磨机研磨，要求细度不大于40µm， 备用。 2.3 金属防锈漆制备 金属防锈漆的配方见表2。 表2 金属防锈漆配方 , 1# 2# 3# 4# 原料 合成脂肪酸醇酸树脂 31 31 31 31 丁基化三聚氰胺树脂 16 16 16 16 1#色浆 50 2#色浆 50 3#色浆 50 4#色浆 50 附着力促进剂 2 2 2 2 流平剂 1 1 1 1 用表2所列配方制备的金属防锈漆分别喷涂马口铁板，流平后放入140?烘箱烘烤 常规性能，结果见表3。 20min，取出后静置冷却。测试金属防锈漆的 表3 1#,4#金属防锈漆的常规性能 检测项目 技术指标 检测结果 检测方法 漆膜外观 平整光亮 平整光亮 目测 细度/µm ?40 30 GB/T 1724-1979 黏度/s ?70 90,95 GB/T 1723-1993 铅笔硬度 H H GB/T 6739-1996 附着力/级 ?1 0 GB/T 1720-1979 耐冲击性/cm 50 50 GB/T 1732-1993 柔韧性/mm 1 1 GB/T 1731-1993 从表3不难看出，1#,4#防锈漆的性能均符合产品技术 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 要求。 2.4 金属防锈漆防锈性能比较 将制备的金属防锈漆样板静置冷却48h后，用石蜡密封试板边缘及背面，然后分别放入 2 5,的NaCl水溶液中，测试它们的防锈性能，结果见表4。 从表4可以看出，在短期内各种金属防锈漆的防锈性能是相当优良的;随着时间的延长，4#防锈漆表现出了优良的耐久性，1#和3#防锈漆表现得也不错，2#防锈漆则略差一些。 表4 金属防锈漆的防锈性能比较 测试时间/d 防锈漆品种 5 7 10 1# 不起泡、无锈蚀 不起泡、无锈蚀 少量起泡、轻微锈蚀 2# 不起泡、无锈蚀 不起泡、轻微锈蚀 少量起泡、出现锈斑 3# 不起泡、无锈蚀 不起泡、无锈蚀 不起泡、轻微锈蚀 4# 不起泡、无锈蚀 不起泡、无锈蚀 不起泡、无锈蚀 3 结果与讨论 3.1 化学防锈颜料的防锈机理分析 从试验结果来看，三聚磷酸铝防锈漆效果最好，耐久性优异。以下从各种化学防锈颜料的防锈机理方面对其简要分析。 3.1.1 红丹防锈机理 (1)在溶剂型涂料中，红丹与原来存在的或经水解产生的十八碳酸的降解物八碳或九碳酸形成皂，前一类皂能加强涂层的防锈性，后一类皂溶解后产生缓蚀性铅离子。 (2)红丹主要成分为PbO，属于碱性铅系颜料，它本身就具有缓蚀性能。 342，4,(3)红丹在阳极区和阴极区都有抑制腐蚀的作用。在红丹的晶格中，Pb和PbO有42，2+规律的排列着，当它与钢铁接触时，外层的Pb与起始阶段阳极腐蚀生成的Fe进行离子交换，形成更难溶解的FePbO，覆盖在铁的表面上;由于红丹的碱性影响，使二价铁氢氧化24 物溶解度降低，促进其转化为稳定的三价铁氧化物。以上都可使阳极的极化度增高。在阳极 2，区，红丹与新生的HO发生反应，减少了去极化作用。这样，Fe被氧化成稳定的高价氧化22 物，使漆膜密实，减小漆膜的透气性和透水性。 2，2,(4)由晶格置换出的Pb有助于吸收腐蚀介质中的SO，生成不溶于水的PbSO，这44,对于工业大气的防锈很有意义，但对于Cl的作用不明显。 红丹的防锈性能毫无疑问是相当优异的，但是由于它消耗了大量的金属铅，而且由于铅的毒性，给制造者和使用者都带来一定的危害，因此限制了其使用范围。 3.1.2 锌铬黄防锈机理 2,锌铬黄在水中有一定的溶解性，同时能电离出CrO。在阳极区，由于 42,CrO与金属表面作用，发生阳极微区钝化，形成钝化膜，提高了金属的防锈能力;在阴极43，3+2,区，CrO与氧反应，被氧化成不稳定的过铬酸HCrO。然后与铁反应，生成由Fe,Cr氧45 化物组成的复合氧化物，呈稳定状态: 2HCrO，4Fe?2FeO?CrO，HO 523232 过铬酸与铁反应，还可形成稳定的络合物: 2HCrO，4Fe?2FeO，2(CrOOH) 523 2Fe，2(CrOOH)?2Fe(OH)?2(CrOOH) 2 锌铬黄防锈性能也不错，但是在耐久性上稍差。不过其中含的六价铬早被怀疑是致癌物质，后经研究与肺癌发病率有关，因此在制造和应用时应特别予以注意。 3.1.3 钼酸锌防锈机理 2，2,钼酸锌能释放出MnO，在钢铁表面与Fe形成复合型化合物，起着封闭阳极区的作用;22，3，此外，Fe由于大气中氧的作用，使其进一步氧化成Fe，与 3 2,MnO再次结合，生成化学性质更加稳定的复合型化合物，从而形成保护膜附着于金属表面，2 阻止钢铁进一步生锈。 钼酸锌虽然属于重金属盐，但是毒性甚微。将之与锌铬黄比较，动物内服半致死量，前者为后者的百倍以上。它的水溶性适中，防锈性能相当或超过红丹或锌铬黄。不过它的价格较贵，溶解度较大的钼酸锌也易引起漆膜的起泡。 3.1.4 三聚磷酸铝防锈机理 5,2，3，三聚磷酸铝能释放出络合能力很强的三聚磷酸根离子(PO)，与Fe和Fe具有很310 强的络合能力，在钢铁表面形成以MxFey(PO)z为新生物的钝态保护膜。其次是其主体分4 子AlHPO?2HO中氢原子使其呈弱酸性，类似二元酸与金属反应生成化学性质稳定的难溶23102 于水的弱酸弱碱盐，从而在金属表面形成第二道屏障，有效的保护了金属不被侵蚀。 三聚磷酸铝的防锈性能优异，耐久性也很好。它无口服毒性，对皮肤也无刺激作用，是难得的无公害高效防锈颜料。目前已广泛应用于汽车、船舶、机床、家电等各种金属底材的防锈涂装。 3.2 成膜物对金属防锈漆的影响 成膜物，主要是各种树脂，其功能在于黏结颜料、填料，同时把底材和面漆结合成牢固的整体，阻挡腐蚀介质的侵蚀。其种类和用量都会对金属防锈漆产生影响。 3.2.1 成膜物种类对金属防锈漆的影响 试验部分中的金属防锈漆是用合成脂肪酸醇酸树脂制备的，现分别把它等量替换为热固性丙烯酸树脂和环氧树脂，防锈颜料统一用三聚磷酸铝，其余成分不变。性能测试比较见表5。 表5 不同成膜物防锈漆的性能比较 合成脂肪酸 热固性 检测项目 环氧树脂 丙烯酸树脂 醇酸树脂 漆膜外观 平整光亮 平整光亮 平整光亮 铅笔硬度 H H H 附着力/级 0 0 0 耐冲击性/cm 50 50 50 柔韧性/mm 1 1 1 耐8,NaCl水溶液(5d) 不起泡、无锈蚀 不起泡、无锈蚀 不起泡、无锈蚀 耐8,NaCl水溶液(7d) 不起泡、无锈蚀 不起泡、无锈蚀 不起泡、无锈蚀 耐8,NaCl水溶液(10d) 少量起泡、轻微锈蚀 不起泡、轻微锈蚀 不起泡、无锈蚀 从表5可以看出，用不同树脂配制的金属防锈漆常规性能都差不多，符合产品要求。在防锈性能方面，合成脂肪酸醇酸树脂和热固性丙烯酸树脂在防锈蚀、耐久性方面都比环氧树脂略差，原因在于前两者的透气透水性比后者要好，耐化学介质性则比后者要差，结果造成了在防锈性能方面的微小差距。 3.2.2 成膜物用量对金属防锈漆的影响 用三聚磷酸铝色浆做金属防锈漆，不过制漆时采用不同用量的合成脂肪酸醇酸树脂，其余成分不变。性能测试比较见表6。 表6 不同用量的合成脂肪酸醇酸树脂防锈漆的性能比较 树脂用量/, 检测项目 30 35 25 漆膜外观 平整光亮 平整光亮 平整光亮 4 铅笔硬度 2H H HB 附着力/级 0 0 1 耐冲击性/cm 30 50 50 柔韧性/mm 1 1 1 耐5,NaCl水溶液(5d) 不起泡、无锈蚀 不起泡、无锈蚀 不起泡、无锈蚀 耐5,NaCl水溶液(7d) 不起泡、无锈蚀 不起泡、无锈蚀 不起泡、无锈蚀 耐5,NaCl水溶液(10d) 少量起泡、轻微锈蚀 不起泡、无锈蚀 少量起泡、轻微锈蚀 从表6可以看出，主体树脂的含量偏高或偏低均会造成常规性能变差，也使漆膜的防锈性能降低。这说明只有当主体树脂与氨基树脂配比适当，反应才能完全，从而得到最好的常规性能和防锈性能。 3.3 填料对金属防锈漆的影响 填料通常是白色或稍带颜色的、折射率小于1.7的一类颜料，具有涂料用颜料的基本的物理性质和化学性质，由于折射率和成膜物质相近，因而在涂料中是透明的，不具有着色颜料的着色能力和遮盖能力。 填料的种类很多，有碱土金属盐类，如碳酸钙、沉淀硫酸钡等;硅酸盐类，如滑石粉、高岭土等;铝镁等轻金属盐类，如白云石粉等。 3.3.1 填料的种类对金属防锈漆的影响 在色浆制备中用的填料是滑石粉，现分别用沉淀硫酸钡、高岭土、重质碳酸钙等量代之，防锈颜料统一用三聚磷酸铝，研磨好后制漆，其余成分不变。其性能测试比较见表7。 表7 不同填料的防锈漆的性能比较 检测项目 滑石粉 沉淀硫酸钡 高岭土 重质碳酸钙 -3填料密度/g?cm 2.85 4.35 2.6 2.71 吸油量/% 15,35 10,15 45,60 10,25 油漆黏度 合适 稍稀 较稠 稍稀 喷涂情况 好施工 难施工 难施工 好施工 常温储存30d 正常 沉淀 正常 沉淀 从表7可以看出，用滑石粉做金属防锈漆的填料是最合适的，现简要分析如下。 滑石粉，化学式为3MgO?4SiO? HO，是二氧化硅和氧化镁的复合式硅酸盐。稳定22 性很好，耐高温可达900?，不溶于水、有机溶剂、冷酸和冷碱，密度合适，易于分散，最适合做金属防锈漆。 沉淀硫酸钡，由于本身密度大，容易在油漆中沉淀，并且储存一段时间后很难搅起，给现场施工带来困难。 高岭土，采用的是国产煅烧型高岭土，吸油量很大，平均粒径1.5,1.8µm，造成油漆假稠严重，在施工的时候加入大量的混合天那水仍然很稠，致使施工固体含量降低，也给施工带来困难。 重质碳酸钙，由于粒径较粗，很难分散，并且易沉淀，对贮存稳定性有影响。 3.3.2 填料的用量对金属防锈漆的影响 用不同量的滑石粉制备色浆，防锈颜料统一用三聚磷酸铝，研磨好后制漆，其余成分不变。防锈性能测试比较见表8。 表8 不同用量的滑石粉防锈漆的性能比较 滑石粉用量/, 检测项目 5 7 10 5 耐8,NaCl水溶液(5d) 不起泡、无锈蚀 不起泡、无锈蚀 不起泡、无锈蚀 耐8,NaCl水溶液(7d) 不起泡、无锈蚀 不起泡、无锈蚀 不起泡、轻微锈蚀 耐8,NaCl水溶液(10d) 不起泡、无锈蚀 不起泡、轻微锈蚀 少量起泡、出现锈斑 从表8可以看出，滑石粉用量越少，金属防锈漆的防锈性能越好。这是不难理解的，滑石粉用量增加，而其余成分不变，这就相当于防锈颜料的量减少了，这样防锈性能降低乃是必然之事。在实际生产时，应充分考虑到金属防锈漆防锈性能与材料成本之间的平衡，而并不是滑石粉用量越少越好。另外除了降低成本之外，滑石粉对防沉淀效果也不错，便于涂刷和打磨。 当然，影响金属防锈漆防锈性能的因素还有很多，比如润湿分散剂、附着力促进剂、现场施工前底材的处理以及应用环境的苛刻情况等，此处不再一一赘述。 4 结语 通过对化学防锈颜料的选择，发现与其它防锈颜料相比，用三聚磷酸铝做金属防锈漆具有很多优势:无毒、防锈性好、与树脂相容性好、与颜填料混合性好。同时，在制漆时树脂和填料的影响不容忽视，只有控制好树脂和填料的种类和用量，才可以在防锈性能与材料成本之间取得平衡。在环境保护的呼声日益高涨的今天，用三聚磷酸铝做的金属防锈漆必将得到广泛的应用。 参考文献: [1] 涂料工艺编委会.涂料工艺.上下册[M].北京:化学工业出版社,1997. [2] 马庆麟.涂料工业手册[M].北京:化学工业出版社,2001. 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