水性带锈防锈涂料的研究

  减缓钢铁表面发生腐蚀最有效、简单、经济的方法，就是在表面涂刷防锈涂料。为了获得优良的防腐性能，传统工艺把底材上的锈彻底清除，并且要求基材露出金属光泽，工作相当繁重，生产效率低，施工费用高，且锈尘对人体危害极大。因此开发一种能够在有一定锈蚀表面上直接施工的涂料就很有必要，在减少涂装成本的同时，还可简化涂漆工艺，降低劳动强度，减少锈尘对人体的危害和环境污染。
　 溶剂型带锈防锈涂料，涂料中含有大量的易挥发的有机溶剂和重金属等，毒性大，且易燃、易爆，对环境污染严重。为了克服溶剂型带锈防腐蚀涂料的缺点，国内外相继研究出水性带锈防锈涂料，水性涂料在运输、涂装、应用、成本方面有很大的优势，不但安全，而且利于环境，节约资源，因此水性带锈防锈涂料的开发是目前研究的热点。

水性带锈防锈涂料可分为：稳定型、转化型、渗透型及功能型。
 1 ·水性带锈防锈涂料的分类及防腐机理

 1.1 稳定型水性带锈防锈涂料　
　稳定型水性防锈涂料的防锈原理是，利用涂料中基树脂本身的反应基团，以及涂料中加入的具有活性的防锈颜料和锈层之间发生的固相反应，该反应在涂层中生成稳定的多酸络合物，从而达到稳定锈蚀的作用，使锈层成为涂层填料成分之一。目前，稳定型带锈防锈涂料中使用的活性防锈颜料典型的主要是采用铬酸盐、磷酸盐、铁酸盐等。活性颜料水解可产生酸根离子，该酸根离子能够与锈层内活泼的铁锈酸发生反应，生成配合物，对铁锈起到稳定作用，使铁锈失去活性，防止钢铁继续腐蚀。防锈颜料加入量的不同，可以制备适用于钢铁表面锈蚀条件较宽，应用面广的水性带锈防锈涂料。
　 1.2 转化型水性带锈防锈涂料
　 转化型水性带锈防锈涂料也可称反应型带锈涂料，涂料中含有一种能和铁锈起化学反应的转化剂，该物质可以使腐蚀产物中的铁锈转化为对基材具有一定保护作用的络合物或螯合物，常见的有磷酸、亚铁氰化钾、水杨酸等。转化型水性带锈防锈涂料中因含有有机酸、无机酸和其他转化剂，与铁锈的作用发生反应较快，因此，可以在锈层厚度达到（40~100μm）的钢铁表面施工，适用于均匀锈层且无旧涂膜及残余氧化皮的钢铁表面。该涂料的缺点在于，难以准确确定锈层厚度及均匀性与转化液的用量关系，如转化液不足，铁锈不能完全转化；转化液用量过多，余酸会影响防腐蚀性能。
　 1.3 渗透型水性带锈防锈涂料
　 渗透型水性带锈防锈涂料本身并不与铁锈发生反应，而是通过选择具有强渗透性的树脂作为涂料的基树脂，并且借助于渗透剂及极性溶剂，使涂料在锈层中具有良好的渗透性，从而将酥松的铁锈包围，并与基材分隔。有效的将被保护基材、腐蚀的产物（铁锈）与外界的腐蚀介质隔离，使铁锈失去活性，同时增强了锈蚀层、涂层、钢板之间的附着力，从而阻止电位较正的铁锈进一步与电位较负的钢铁发生电化学反应，生成新的锈蚀。该涂料的缺点是，成本高，大范围推广难度大，因此应用较少。
　 1.4 功能型水性带锈防锈涂料[4]
　功能型水性带锈防锈涂料集合了稳定型、转化型和渗透型涂料的共同特点，同时对基树脂进行改进，使基料变为具有能与水反应的特性，可中和锈层中残存的水分，到达有效地除去锈层中的水分，增强防腐蚀性能。某些功能型水性带锈防锈涂料具有带油涂装的功能，在基体表面除油不彻底时依旧具有很强的防腐性能。主要是根据油分子基本上是烷烃类有机物，采用相溶原理，使油分子与涂料中的基料、添加剂等发生乳化反应，从而将油分子从基材上剥离下来，融入到涂料中作为增塑剂存在。
　 2· 水性带锈防锈涂料的组成
　 2.1 树脂的选择
　根据树脂的性能及匹配性来选择，因醇酸树脂仅适用于普通溶剂（汽油、乙醇等）所做的面漆匹配，而酚醛树脂放期较短，不便于生产和应用。因此，目前被广泛应用以水性带锈防锈涂料的成膜物质主要有环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂和苯丙乳液等。
　 2.2 颜料的选择[5]
　研究表明，钢铁表面的铁锈一般由两层锈蚀组成，外面较松的为纤铁锈，里面较密的为磁铁锈，内层磁铁锈继续失去电子则成为外层的纤铁锈，因此防止腐蚀继续发生，只需阻止电子得失，或者降低金属腐蚀的电位差。涂料中加入活性颜料可提高涂料防腐性能的作用。常用的防锈颜料有磷酸盐、ZnO、滑石粉、硫酸钡等，由于磷酸盐对基树脂具有较宽选择范围且品种较多，因此磷酸盐防锈颜料使用的最多，防锈********。主要是利用这些颜料的强还原性，降低铁锈的电位，还原成相对钢铁基材较稳定的碱铁结构。
　 2.3 转化剂的选择
　转化剂的主要作用是和铁锈进行反应，增强铁锈在涂料中的转化率，使钢铁表面电位正的铁锈转化为络合物，抑制铁锈进一步腐蚀钢铁基础，从而提高防蚀能力。传统使用红丹体系、含铬体系为转化剂的涂料因毒性较多，出于对环境的考虑已不适应当今社会的发展需求。目前常用的转化剂多使用丹宁酸-磷酸。丹宁酸-磷酸锈转化剂具有，毒性低，且丹宁酸可再生的优点。在磷酸存在的情况下，丹宁酸易与钢铁表面及锈层中的Fe3+发生络合反应，形成稳定的络合物。丹宁酸十三羟基酚衍生物可与铁进行多点络合，形成网状结构的保护膜，牢固的吸附在钢铁的表面。丹宁酸-磷酸锈转化剂的效果取决于丹宁酸种类、丹宁酸浓度、磷酸浓度、钢铁锈蚀情况、铁锈与转化剂的反应时间、其他助剂的影响和使用方法。