水性无机富锌涂料

水性无机富锌涂料水性无机富锌涂料是以高模数硅酸盐为粘结剂，以超细高活性锌粉为主要防锈颜料的双组分常温固化水性涂料。1水性无机富锌涂料的类别水性无机富锌涂料一般分为自固化无机富锌和后固化无机富锌两类。目前市场上广泛使用的是水性自固化无机富锌涂料。后固化无机富锌涂料漆膜干燥后，再喷涂稀磷酸或氯化镁溶液，施工工艺较为繁杂，漆膜较脆。2水性无机富锌涂料的组成2．1基料水性无机富锌涂料的基料主要是硅酸盐系列。硅酸锂：较难溶于水，不宜得到较高浓度，能耐较高温度，热应变性差，价格高。硅酸钠：成膜性好，易溶于水，极易制成涂料，价格低，但易被碳化，单组分制成涂料时，漆膜耐水性很差。硅酸钾：易溶于水，成膜性好，价格中等。硅酸铵：耐水性良好，成膜性差，高温易变色，溶液不稳定，价格高。上述基料自固化模数顺序为：硅酸锂≥2，硅酸钠≥4，硅酸钾≥6。作为水性无机富锌涂料使用的硅酸钾，其模数为2．2～5时，附着力最好。随着模数的提高，硅酸钾、硅酸钠粘度增大，呈现不稳定性；而硅酸锂虽然较难溶于水，不易得到较高浓度，但能制得1～25模数的稳定溶液，模数2．2时易沉淀，模数10时附着力下降，模数在3．9～4．7时性能最好。一般来说，硅酸锂是水性无机富锌涂料最常用的基料。通常为了提高涂料的某些性能，还使用一些材料对水玻璃进行改性，例如：向基料中加入一定量的硅溶胶和硅氧烷等，通过提高水玻璃的模数提高其涂膜的耐水性，水玻璃与合成树脂乳液复合使用，以提高涂料的耐水性、柔韧性等，但只有它们在电性能上相一致，才能保证混合体系的稳定性，否则会导致体系凝胶化或破乳。2．2颜填料水性无机富锌涂料其主要颜料为锌粉，为确保锌粉在富锌底漆中能够同基层钢材紧密结合而起到导电和牺牲阳极作用，国际上对不同类型的富锌底漆的锌粉含量做了规定，无机富锌底漆中，锌粉在干膜中的总质量应不少于74％，对锌粉细度的选择，应大于325目，以500目为佳。此外，在涂料中加人适量锌粉之外的其它颜料，如二氧化硅或磷铁粉，使之很好地分散于无机富锌涂料中，可使涂层的龟裂倾向大为降低。2．3其它助剂为改进水性无机富锌涂料的施工成膜性、耐腐蚀性，需适当加入相应助剂，如流平剂、缓蚀剂等，实践表明，利用铬酸盐及有关防锈颜填料等在金属表面形成过渡层是防闪蚀和提高附着力的有效办法。3水性无机富锌涂料参考配方3．1水性后固化无机富锌涂料配方配方1：原料质量份数甲组分硅酸钠3．3羧甲基纤维素(2．5％)25．1水8．4乙组分锌粉92．5固化剂：稀磷酸配方2：原料质量份数甲组分硅酸钠8羧甲基纤维素(2％)8乙组分锌粉38氧化铅1固化剂：25％～30％氯化镁溶液3．2水性自固化无机富锌涂料配方1(硅酸钠为基料)：原料质量份数甲组分硅酸钠(模数4，固含量28．4％)4．6海藻酸钠溶液(2％)27．4乙组分锌粉90配方2(硅酸锂为基料与苯丙乳液复合)：原料质量份数甲组分硅酸钠25苯丙乳液2．5流平剂、缓蚀剂等0．5乙组分锌粉+氧化锌等72配方3(与硅丙乳液复合)：配方3(与硅丙乳液复合)：甲组分硅酸锂17.5硅丙乳液12.5乙组分锌粉704水性无机富锌涂料进展4．1现状早在150多年前，人们就用熔融的锌浸镀在钢铁表面来保护钢铁，这种用一种金属保护另一种金属的方法一直沿用至今，但真正将锌粉配成涂料是20世纪30年代，澳大利亚人制成了用加热方法固化的无机富锌涂料(水玻璃+锌粉)，接着美国人于50年代制成了如今普遍使用的后固化无机富锌涂料，70年代初美国太空总署成功开发水性自固化无机富锌涂料。国内水性无机富锌涂料的研制始于20世纪80年代，自90年代起，我国自行研制的水性无机富锌涂料得到了长足发展，如上海高科推出的LW—I型无机富锌、天津灯塔的E53851、重庆三峡的E06—1、武汉现代的E777—1、台湾的TCT—799等。4．2发展方向4．2．1基料的改进(1)水玻璃间的复配，如硅酸锂一硅酸钠体系。(2)水玻璃与合成树脂乳液复合使用，常用的有苯丙乳液、硅丙乳液。．(3)采用溶胶一凝胶技术制备无机成膜物和有机乳液互穿共聚物网络，树脂中碱硅比高(可达5．6)、稳定性好、不分层、不结块。(4)利用离子膜电渗析法以硅酸钠为原料制备高性能的锂水玻璃；向基料中加入一定量的硅溶胶适当提高水玻璃模数；直接在基料中加入缓蚀剂，将金属预处理的钝化过程或磷化工艺与涂料的成膜过程相结合，在金属表面形成类似于磷化层的过渡层等。4．2．2颜填料的改进目前国内外工程中实际应用的富锌涂料均属球锌涂料，即以球状锌粉为填料，而改用鳞片状锌粉制成的锌基富锌涂料，涂层具有优良的屏蔽作用和较强的韧性；涂层的电化学选择性更好，即使锌粉添加量大幅降低(80％降至50％)，涂层仍保持良好的导电性；施工性能更为优异，由于其比重为球锌的1／3，加之加入量大幅降低，使料浆比重减小，产生更好的抗沉淀性，可有效解决钢铁预处理流水线上的应用限制和“锌热病”危害；降低了涂料施工成本。无机富锌涂料成膜过程中，氧化锌与硅酸盐反应对漆膜固化及形成钝化膜起着重要作用，用导电氧化锌代替一般氧化锌可有效提高涂层的导电性和耐腐蚀性。用铁钛粉部分取代锌粉制备富锌(低锌)涂料，可降低涂料成本。水性无机富锌涂料干膜中含有大量锌粉，造成了涂层的多孔性，近年来开发的许多水性无机富锌涂层孔隙率可控制在小于1％，因而可不使用面漆，甚至可用作热喷锌(孔隙率3％～5％)表面封闭剂。水性无机富锌涂料的施工与固化受环境温度、湿度影响较大，进一步缩短其固化时间，降低施工温度而又不影响其防腐生能尚需要进行深人研究和开发。5结语水性无机富锌涂料一般用作底漆，其施工工艺及面漆配套都比较成熟。21世纪涂料发展方向之一是环保型涂料，即低污染或无污染涂料，其中水性涂料是重中之重。随着新技术、新工艺的发展和新材料的应用以及人们环保意识的增强，水性无机富锌涂料的性能将会更加优良，市场将会更加广阔。——————————————————————————————————————————————————水性无机富锌与环氧富锌涂料的比较1性能比较1.1属性水性无机富锌涂料以硅酸盐为成膜反应物与锌反应生成硅酸锌网状结构，因此可称为无机硅酸锌涂料，属绿色环保型涂料。环氧富锌涂料是以环氧树脂为成膜物并以有机溶剂为稀释剂的涂料，属有机类涂料。1.2附着力水性无机富锌涂料由于硅酸盐与锌粉反应的同时还与钢铁反应形成硅酸锌铁络合物，因而对钢铁表面形成很强的化学键，从而可抵抗水、海水、有机物、氯化物等的侵蚀。环氧富锌涂料的附着力靠树脂对钢铁表面的粘结力，属物理吸附，初始附着力较好，但有机物的耐候性差，在恶劣环境下更易老化，从而附着力慢慢降低。1.3耐蚀性能富锌涂料的防锈蚀机理是通过锌与钢铁基材表面直接接触，当腐蚀介质渗入漆膜与钢铁界面就会形成一个由锌-钢铁组成的原电池，因锌的电化学活性（标准电极电位为-0.763V）较铁（-0.449V）活泼，锌为阳极失去电子而牺牲，铁为阴极得到电子而得到保护，即所谓锌起到了阴极保护作用。另外牺牲的锌形成Zn2+与空气中的水分和二氧化碳反应生成碱式碳酸锌［3Zn（OH）2•3ZnCO3］等产物，这些不溶于水、不导电的腐蚀产物填充在漆膜空隙中，如某点锌粉已消耗（或有漏点或缺损）则腐蚀产物就会沉积在此处基材上形成致密膜，阻挡、屏弊腐蚀因子透过，从而进一步延长防锈蚀的时间，这些反应的结果即所谓富锌漆具有自修复性能。不论水性无机富锌涂料还是环氧富锌涂料，均具有阴极保护作用和自修复性能。但水性无机富锌涂料由于硅酸盐在同锌粉反应的同时还与基材金属铁反应形成很强的化学键结合，而环氧富锌涂料仅为物理吸附，而且有机质导电性能较差，要获得同样的阴极保护效果时，环氧富锌涂料干膜中的锌含量应更高些。例如美国钢结构涂装协会SSPC某一型号富锌漆中对锌粉含量作了规定，为了该漆能导电而起阴极保护作用，该类漆的干膜中最低含锌量为：无机富锌为74%，环氧富锌则为77%。另外尚有实验证明，在无机富锌和环氧富锌底漆中加入磷铁粉Fe2P取代一部分锌粉，其阴极保护时间对无机富锌涂料而言，即使Fe2P含量达到24%与不含Fe2P时基本相当，但对环氧富锌涂料而言，即使锌含量高达97%，其耐蚀期仍远远不及无机富锌涂料，而少量掺入Fe2P，其阴极保护作用就会迅速消失。因此，无机富锌涂料的耐腐蚀性远优于环氧富锌涂料。据（美国）国家航空航天总暑（NASA）报告（表1），在各类富锌涂料中，耐腐蚀性最佳的为水性无机富锌涂料，它在海洋大气条件下的使用寿命至少为25年。涂料类型环氧富锌涂料溶剂型无机富锌涂料水性无机富锌涂料使用寿命（年）3～512～15251.4耐热性工程中各类构件经涂装底漆后，下一步组装时切割和焊接是主要的加工作业，因此底漆的可切割性和可焊接性，即其耐热性能十分重要，即在作业时漆膜的烧损面积应小，一般蔓延应在10-25mm内，水性无机富锌涂料在形成硬化膜时以聚硅氧烷（Si—O—Si）相结合，这种Si—O键的结合能为445.2kJ/mol，比形成有机高分子的C—C键结合能（346.9kJ/mol）大得多，因而无机富锌涂料比环氧富锌涂料具有更强的耐热性，长期可耐400℃，瞬间800℃。显然在焊接和切割等热加工时烧损面积前者比后者要小。1.5导静电性一般可用于防止和消除静电的导电涂料的电阻率为106-108Ω•cm。当水性无机富锌涂料干膜中锌含量≥74%时，其电阻率一般为103-108Ω•cm（符合石油部防静电标准），远低于一般导电涂料，即水性无机富锌涂料消除静电的性能远好于一般导电涂料。据报导，在各类大型原油储罐、溶剂储罐和燃油储罐中采用无机富锌涂料涂装成功的实例已经很多，天津化工研究设计院与天津中油渤星工程科技公司合作于2000年在海洋石油总公司绥中36-1项目中将WZ-116水性无机富锌涂料用于2-5万m3大型原油储罐的内防腐，至今运行情况良好。因有机物导电性能较差，因此环氧富锌的导静电性不及水性无机富锌涂料，见表2。涂料类型一般导静电涂料环氧富锌涂料水性无机富锌涂料电阻率（Ω.cm）1000000-100000000100000001000001.6耐有机溶剂性这是水性无机富锌涂料的一个突出性能，几乎在所有烃类溶剂（包括原油、燃料油、汽油、甲苯、二甲苯以及其它脂肪烃和芳香烃石油产品）中都不溶。对许多强溶剂，如醚、酮以及氯化烃均具有很强的抵抗能力。环氧富锌涂料因以环氧树脂为粘结剂，属有机类，显然对原油等的抵抗性能远不及水性无机富锌涂料。1.7环保安全性水性无机富锌涂料以水为稀释剂，零VOC排放，无闪点、不燃、不爆、无味、无毒、无污染。不但保障了工人的健康和环境的舒适感，而且无需采取任何防火措施，大大简化了施工条件，既节省费用又提高了效率和安全性。环氧富锌涂料，不但环氧树脂本身为有机物，并以有机溶剂，如苯、二甲苯等为稀释剂，显然其环保和安全性无法与水性无机富锌涂料相比。1.8配套性能一般来说，环氧富锌涂料较易与各类面漆配套，水性无机富锌涂料除油性漆和醇酸漆不能配套外，可与目前普遍使用的环氧、丙烯酸、聚氨酯、乙烯类漆配套，如涂环氧过渡层漆则可与更多的面漆配套，且效果更佳。虽然一般来说水性无机富锌底漆的配套性能不如环氧富锌底漆，但目前可配套的面漆品种仍很多，完全能满足防腐工程的需求。1.9施工性能（1）基材表面处理水性无机富锌漆在成膜过程中与钢铁表面形成化学键，因此对基材表面的处理要求严格，必须达到Sa2.5级，并使表面有一定的粗糙度，增加表面积，确保锌粉能同钢铁紧密接触。环氧富锌涂料附着力主要由有机树脂对基材的物理吸附贡献，因此对基材表面处理程度可相应降至Sa2.0级，但实际施工中也要求达到Sa2.5级。值得指出的是，在重防腐领域，Sa2.5级是普遍采用的级别，目前喷砂（喷丸）技术完全可以达到。（2）施工环境问题水性无机富锌涂料以水为稀释剂，只有通过水分的挥发才能使湿膜形成硅酸锌致密网状结构的漆膜，因此这类涂料对施工环境，如气温、湿度、风力等比较敏感，相比之下，环氧富锌涂料由于以有机溶剂为稀释剂，较少受环境的影响。值得提出的是，WZ-116系列水性无机富锌涂料已能满足不