水性无机富锌底漆研制及其在重防腐领域的应用

2018-09-18 11:48:25 作者：肖斌，刘保磊，杨兆宇，王同赛来源：南京长江涂料有限公司分享至：

0 引言

20世纪70年代初，美国国家航空-太空总署（NASA）研究解决了高模数硅酸钾的稳定性问题，后来商品化名为IC 531，即以模数为5.3的硅酸钾水溶液作为基料的水性无机锌涂料，也称水基硅酸锌涂料。

水性无机富锌涂料安全性好、附着力优、耐候、防腐蚀、耐热、耐溶剂、切割焊接性能好、导电性好、自修复性好，是在恶劣的重腐蚀环境下用于钢结构件的最佳涂料之一，自诞生以来，愈来愈受到各国涂料行业的重视，广泛应用于大型工程防腐蚀配套底漆。

本试验用高模数硅酸钾溶液、锌粉及功能填料制备了水性无机富锌涂料，研究了水性无机富锌涂料的性能特点，并与环氧富锌涂料进行了性能对比，阐述了水性无机富锌涂料产品在重防腐领域的应用情况。

1 试验部分

1.1 原材料

高模数硅酸钾溶液、锌粉、磷铁粉、云母氧化铁等原料均为市售工业级产品，消泡剂、防沉剂、分散剂均为进口产品。高模数硅酸钾溶液指标见表1。

1.2 水性无机富锌涂料制备

把锌粉和功能性填料作为甲组分，高模数硅酸钾溶液作为乙组分，甲、乙组分按比例混合均匀后，喷涂于经过喷砂处理至Sa 2.5级的钢板上。

1.3 水性无机富锌涂料测试

漆膜性能的测试按照HG/T 3668—2009《富锌底漆》标准规定要求进行，结果见表2。

由表2可以看出，制备的水性无机富锌涂料各种性能优异，符合HG/T 3668—2009标准要求，尤其是耐盐雾性能达到5 000 h，远超标准要求。

２结果与讨论

２.1 水性无机富锌涂料防腐蚀原理

水性无机富锌涂料的防腐蚀原理主要是利用金属的电位差。由于锌的标准电位比钢铁低，当涂料涂到金属表面时，锌粉颗粒之间、底材钢板与锌粉之间都保持金属的直接接触，形成了一层致密的络合结构，提高了导电性能。在此状态下，如果水分侵入涂膜，就形成了一个由锌粉和底材钢板组成的原电池，锌粉作为原电池的负极失去电子形成锌离子，钢铁作为正极得到电子而获得保护。另外，电解出来的锌离子与腐蚀介质中的阴离子结合形成氧化锌、氢氧化锌、碱式碳酸锌、碱式氯化锌、硫酸锌等产物，这些腐蚀产物逐渐积附在锌粉间的空隙和钢铁的表面，从而起到隔离的作用。因此，水性硅酸锌涂料具有双重的防腐蚀作用。

２.2 水性无机富锌涂料的配套性

为了更好地发挥水性无机富锌涂料的防腐性能，就需要与其他面漆配套使用。由于无机富锌底漆中金属锌的腐蚀产物呈弱碱性，因此要求配套的面漆漆基应有一定的耐碱性，水性无机富锌涂料可与各类面漆（如聚氨酯漆、环氧漆、乙烯类漆）配套。试验证明，以环氧聚酰胺清漆作为水性无机富锌涂料的封闭层是较好的选择，中间涂层选用云铁环氧中间漆，面漆以聚氨酯、氟碳、硅氧烷等为最佳的配套。

２.3 水性无机富锌涂料的耐热性

高模数硅酸钾基料耐温性能优良，但由于锌粉熔点为419.6 ℃，因此水性无机富锌涂料能在400 ℃长期使用。对水性无机富锌涂料漆膜进行了400 ℃、8 h耐热试验后立即浸水，浸水后的漆膜性能见表3。

水性无机富锌涂料漆膜经耐热性试验后，漆膜外观正常，附着力下降，但仍能满足标准要求，原因是高模数硅酸钾溶液中的少量改性树脂和助剂的耐热性欠佳，导致附着力稍有下降，远远超过了HG/T 3668—2009规定的3.00 MPa。但其仍然具有优异的防腐蚀性能，耐盐雾性能达到5 000 h。与水性无机富铝面漆配套应用于某工程耐热管道的防腐体系，具有良好的耐热性和防腐蚀性。

２.4 水性无机富锌涂料的导电性

水性无机富锌漆膜中含有大量锌粉，利用金属电位差与钢材形成原电池，故漆膜电阻率低，使静电难以积累，因此涂层的导电性好，符合石油运输的防静电指标。我公司的水性无机富锌涂料与环氧防静电面漆配套，成功应用于多个大型石油储罐内壁的防静电和防腐蚀。

２.5　水性无机富锌涂料与环氧富锌涂料的性能对比

分别用水性无机富锌底漆、环氧富锌涂料作为底漆，与环氧云铁中间漆、丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆配套制板，样板防腐蚀配套体系见表4。