無機富鋅塗料

無機富鋅塗料，最早的富鋅塗料是在19 世紀由澳大利亞人 Victor-Nightingale 發明的，用水玻璃加入鋅粉配製成了最初的加熱固化無機富鋅塗料。

基本介紹

• 中文名：無機富鋅塗料
• 外文名：inorganic zinc-rich coating
• 時間： 19 世紀
• 作用：禁止作用、電化學防護
• 領域：化學

發展歷史

用鋅粉製造耐腐蝕塗層的研究最初在兩個不同的地方，以不同的思路展開。英國人是利用鋅粉加入有機漆料提供有機富鋅塗層，而澳大利亞人則是採用無機富鋅材料。澳大利亞的工程師 Victor-charles-ninghtingall 經過很長時間的苦心鑽研，於 1942 年在 悉尼市的供水系統沃羅挪拉管線（Woronora Pipeline）的一部分工程上套用矽酸鹽富鋅塗層。至此，富鋅塗料開始大規模的使用。20 世紀 50 年代初，美國人改進研製成功了後固化型無機富鋅塗料。20 世紀 70 年代末，國際上又發展了醇溶型自固化無機富鋅塗料。特別是隨著現代工業和社會的進步，塗料的生產越發強調 4E 原則，“Economy” 即（經濟）、“Efficiency”（效率）、“Ecology”（生態）、“Energy”（能源）。人們越來越重視環保，因此水性塗料越來越受到重視，雖然水性富鋅塗料在重防腐領域使用有許多弊端和技術難點，但水性塗料有逐步取代現有溶劑型塗料的趨勢，同時隨著時間的推移和技術的逐步改進，也必將取代溶劑型塗料。

防腐蝕機理

主要防腐作用有：禁止作用、電化學防護、塗膜自修復和鈍化作用。

（1）禁止作用，富鋅塗料的禁止作用重要靠難溶鹽的生成和腐蝕產物。傳統的富鋅塗料採用球狀鋅粉，它們之間是以點接觸的形式來傳輸電子，並和鋼材基體也保持電接觸。由於是點接觸，所以塗層的導通性較差，為了提高塗層的電導率，必須添加大量的鋅粉，此時的鋅粉的體積濃度遠遠超過了 CPVC，粘結劑不足以填補塗層間的空隙，從而形成了多孔隙的塗層結構。現在很多鋅粉從顆粒狀變化為鱗片狀時，更加強了物理禁止作用，因為鱗片狀鋅粉的加入增加滲透距離的同時，在塗層中形成了無數的微小區域，減少了塗層與金屬基體之間的熱膨脹係數之差，降低了塗層硬化時的收縮率、塗層內部的應力，抑制了塗層的龜裂、脫落，提高了塗層的粘結力和抗介質滲透能力，從而提高了塗層的防腐蝕性能。鋅的腐蝕產物隨腐蝕介質的不同而不同，有氧化鋅、氫氧化鋅、鹼式碳酸鋅、鹼式氧化鋅硫酸鋅等，由於這些物質的形成使得體積膨脹，填滿塗膜的空隙，從而防止鐵表面與氧、水等有害介質的進一步接觸，起著物理禁止作用。同時這些腐蝕產物可 以使塗膜緊密的結合起來，增大電阻，減緩電化學腐蝕的速率，鋅粉的消耗速率就會大大降低，其耐久性就會提高。

（2）犧牲鋅粉的保護作用富鋅塗料含有大量的鋅粉，鋅粒子之間，鋅粒子與鋼鐵表面之間緊密接觸，鋅電位比鐵更負，所以在電解質溶液中鋅原子容易失去電子變成陽極，鐵則為陰極。在陽極區鋅由於失去電子而被腐蝕掉，在陰極區鋼鐵表面不段得到電子，從而得到保護。

欲使塗膜導電發揮犧牲陽極的作用，要求整個塗層必須有良好的導通性，使整個塗層與鋼鐵基材體系形成電化學迴路，富鋅塗層才能起到電化學保護作用。

（3）塗膜的自修補作用，當塗膜上有部位被機械損傷後，露出基體金屬，在較小面積內腐蝕電流能流向鋼鐵露出部分，則鋅的產物就沉積在此處形成一層保護膜，延緩腐蝕繼續發生。

（4）鈍化作用：塗料對鋼材有著良好的鈍化作用，塗料成膜過程中隨水分的蒸發，塗層的 PH 值發生變化，鋼材基體的電極電位不是一直處於受電化學保護的狀態，因此塗料對鋼材基材有著良好的鈍化作用。

種類

無機富鋅塗料主要用於防腐的，最早是由鈉水玻璃(泡水鹼)加鋅粉的原始配方,經過鉀水玻璃,到現在使用新工藝製取的鋰水玻璃,發展到今天,其成分和工藝早已複雜化、優良化。除填料鋅粉外,顏料種類與成分也多彩多姿,成膜基料成分也更為複雜,另外助劑(固化劑)的增加也使其分為後固型和自固型。

無機富鋅塗料有溶劑型和水性兩類。溶劑型無機富鋅塗料是以正矽酸乙酯為基料，因為正矽酸乙酯可以溶於有機溶劑，噴塗後，在溶劑揮發的同時正矽酸乙酯中的烷氧基吸收空氣中水分並發生水解反應，交聯固化成高分子矽氧烷聚合物。也就是矽酸乙酯水解縮聚，形成網狀高聚物塗膜的過程。

水性無機富鋅漆成膜初期,溶於水,但固化後,耐水性能優良,可長期浸泡水中。由於其無有機溶劑,無異味、不燃不爆,施工工藝簡單,綜合成本低,施工工具易清洗,不污染環境,防腐年限長久,同時,某些品種較低孔隙率,因而可作熱噴鋅表面封閉劑,大有取代傳統的熱噴鋅(鋁)之勢。另外,良好的導電性,可帶漆焊、割,也是有機類環氧富鋅漆所不及,是新一代較具潛力的環保型塗料。

與工藝成熟的傳統熱噴鋅相比,水性無機富鋅的優點也比較突出。首先,熱噴鋅是單一鋅層的犧牲陽極保護,其耐腐蝕速度僅取決於鋅層的厚度及溶解速度;而無機富鋅除了鋅層的保護,其複雜化學變化生成的矽酸鋰、矽酸鋅、鹼式碳酸鹽等能更好覆蓋金屬表面。其次,熱噴鋅的孔隙率較高(一般為3%～5%),需另塗刷封閉劑;而水性無機富鋅漆膜的孔隙率較低(一般為1%以下),因而可作熱噴鋅表面封閉劑。再則,熱噴鋅工藝複雜,需高溫高壓裝置;而無機富鋅則噴塗、刷塗均可靈活操作,總的比較而言,無機富鋅反而綜合成本較低。

無機富鋅漆

無機富鋅漆是以無機聚合物(如矽酸鹽、磷酸鹽、重鉻酸鹽等)為成膜物質，鋅粉與之反應，在金屬表面形成鋅鐵絡合物，形成堅實的防護塗膜。

防護機理

(1) 電化學保護作用：由於無機富鋅漆採用大量的高純度、顆粒細的鋅粉填料，可起到電化學保護作用。 鋅比鐵活潑，電位比鐵更負，在電解質溶液中，鋅原子容易失去電子。塗層即使局部都遭到破壞，鋼鐵表面也不遭受腐蝕，因為鋅起到犧牲陽極的作用，陽極區失電子，陰極區得電子，從而使鋼鐵得到保護。

(2). 塗層的化學穩定性好：以矽酸乙醋或低聚物為成膜物質的無機富鋅漆與鋼鐵表面附著力好，耐熱耐腐蝕, 不易發生老化，有優良的耐侯性能。此外鋅粉在塗層表面形成極難溶解的穩定物質鋅鹽及鋅的絡合物，可以防止氧、水及鹽類對鋼鐵的腐蝕。

產品套用

無機富鋅漆對鋼鐵具有電化學保護作用, 防鏽性能優良, 耐海水、耐油、耐溶劑、鹽類及大氣腐蝕。並可長期在400℃ 環境中使用，因而廣泛套用於造船行業、石油化工、海上設施熱力管道、煙囪、橋樑等。