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抗紫外线、抗黄变

行业知识分享!谈谈金属防锈颜料的分类及其作用特点


       在钢铁表面上涂装防腐涂料,仍是目前防止钢铁腐蚀最经济、最方便和最有效的手段之一。在防腐涂料配方中,防锈颜料起着重要的作用,本文就谈谈防锈颜料的分类及作用特点。防锈颜料按其作用机理分为物理防锈颜料和化学防锈颜料;化学防锈颜料又可分为化学缓蚀型防锈颜料和电化学作用型防锈颜料。 

       一、物理防锈颜料化学性质比较稳定,使用时将其充分分散于涂膜结构中,可以提高涂膜致密性,降低涂膜的渗透性,从而达到防锈的效果。常见的物理防锈颜料如氧化铁系颜料、云母氧化铁、铝粉、玻璃鳞片等。

       1、氧化铁系颜料。氧化铁系防锈颜料是具有微细粉粒状物的有色物质,广泛应用在涂料、油漆、建材、陶瓷、塑料、橡胶、皮革、造纸、油墨等的制品行业。在防腐涂料中,以氧化铁红应用最广。氧化铁红俗称铁红,是氧化铁系颜料中化学性质最稳定的一种,只能溶于热的浓酸中。铁红具有很强的遮盖力,颗粒细微,能在漆膜中形成致密的涂层,具有优异的耐化学性、良好的耐候性,可以强烈吸收紫外线,所以在户外装饰性面漆中也被大量使用;在面漆配方中再添加紫外线吸收剂,则更能提升其户外使用抗紫外线耐候性能。由于铁红价格低廉、防锈性能良好,在醇酸、氯化橡胶和环氧等防锈漆中有着成熟的应用,是涂料中使用量较大的一种防锈颜料。环氧富锌底漆都以铁红作为重要辅助防锈颜料。

      铁红防锈漆性能稳定、遮盖力强,其富含的氧化铁红和高品质防锈颜料均匀地覆盖在底材表面且充分填满金属表面的缝隙,不仅有优异的抗紫外线能力,而且具有极好的封闭作用,彻底切断了所有可能渗透金属表面的水、气分子通道。

       2、云母氧化铁。产品可分为天然云母氧化铁和人工合成云母氧化铁,具有鱼鳞状六方晶体结构,有良好的化学惰性,在涂层中能够成鳞片排列,形成一个复杂的扩散路径,使得腐蚀介质的扩散渗透路线变得相对曲折,很难渗透到基材。这种鳞片状屏蔽层,对紫外线反射能力强,可以减缓涂层老化,在面漆中使用可以提高耐候性;同时,云母氧化铁可以降低漆膜与金属之间的热膨胀系数差,固化后收缩率小,大幅度降低涂层的收缩应力,减少各接触面的残余应力,提高大温差环境下抗龟裂和脱落的性能,可用于户外桥梁防腐漆、船舶防腐漆调制等方面。云母氧化铁性能稳定,可与红丹、磷酸锌、硅酸锌等多种颜料混合使用。

       3、铝粉。铝粉是一种重要的金属颜料,具有鳞片状结构,有金属光泽。铝粉均匀分散到载体后具有与底材平行的特点,形成多层平行排列的连续膜,能够有效阻挡外界水分、气体等有害介质到达底材表面,能强烈反射外界光线,具有良好的耐候性。铝粉可以提高漆膜的耐高温性能,与合适的有机硅树脂配制的涂料,耐温可以达到600 ℃。出于安全和使用方便考虑,铝粉一般制成铝粉浆使用,也称铝银浆。

       4、玻璃鳞片。玻璃鳞片与铝粉类似,其片状结构能够在涂层中相互平行多层排列,能有效延长有害介质扩散到基体的时间,从而提高涂膜的防腐蚀性能。玻璃鳞片涂料是以耐蚀树脂为主要成膜物质,以薄片状的玻璃鳞片为骨料,再加上各种添加剂组成的厚浆型涂料;产品具有耐蚀、抗渗透性好、涂膜收缩率低、热膨胀系数小、耐磨损、施工简便、易于修补等优点,可以施工到毫米厚度的高厚膜涂层,在化工、冶金、化纤、电镀、建筑等行业均有大量应用,特别是在各种海洋工程设备、海上石油天然气平台、港湾码头及船舶应用更为广泛。

       二、化学缓蚀型防锈颜料本身具有一定化学活性,它通过与金属表面或者涂层中的某些成分反应,使金属表面钝化或者形成惰性保护层以达到防锈目的。常用的化学缓蚀型颜料有铅系颜料、铬酸盐颜料、磷酸盐颜料和新型硅酸盐颜料等。

       1、铅系颜料。铅系颜料中,红丹是最重要的也是最传统的防锈颜料,其分子式为Pb3O4,也可以写成2PbO·PbO2,它在钢铁腐蚀过程中生成难溶的高价氧化物,使涂层更加致密,阻挡水汽的渗透。它还有一个特点是对钢铁表面的处理要求不高,就算钢铁表面有残留锈迹仍能达到很好的防锈效果。红丹漆施涂完后不能暴露在空气中时间过长,否则会在CO2作用下发白、粉化。红丹的毒性比较大,目前很多行业已经禁止使用。

       近些年市场使用较多的是以磷酸盐为主要原料的云丹粉系列防锈颜料。它是一种以特选的磷酸盐为主要原料,经化学处理、粉体表面改性、缓蚀剂表面复合与包膜等工艺制备的多种防锈颜料的复合物。云丹粉系列防锈颜料与红丹具有良好的匹配性,可完全替代红丹、偏硼酸钡、锌铬黄等价格昂贵的防锈颜料,特别是替代红丹效果最佳,是目前红丹醇酸防锈漆和红丹环氧防锈漆中替代红丹粉应用较多的防锈颜料,也可应用于各种无溶剂型和其它溶剂型防锈涂料中,如氯化橡胶、聚氨酯、丙烯酸乳液等。       

       2、磷酸盐防锈颜料。该类防锈颜料以磷酸锌为主要代表,它无毒、高效,被广泛地用作含铅、含铬颜料的替代品之一。磷酸根离子能与金属表面反应,使金属钝化,锌离子也能形成难溶性的络合物,起到阴极保护作用,防腐性能优良。磷酸锌具有很好的稳定性。

       近些年发展起来的三聚磷酸铝,在涂层下会溶解电离,在阳极与金属离子结合成不溶的钝化膜。该钝化膜硬度高,附着力强。三聚离子水解成二聚或磷酸根离子时,仍含有反应性基团,可进一步形成钝化膜。在应用过程中,一般把上述两种颜料搭配使用,所制得的环氧防锈漆,耐盐雾性能优良,可以达到1000 h 以上,国外有用该类产品替代环氧富锌涂料的成功案例。

       3、铬酸盐颜料。铬酸盐颜料主要种类包括锌铬黄、钡铬黄和钙铬黄等。其防锈机理主要是高价铬在金属表面形成钝化层,即铬酸铁。应用最广的是锌铬黄防锈颜料,又称锌黄,主要成分是铬酸锌。它形成的漆膜大气暴露效果好,是保养底漆最适宜的防锈颜料,也是轻金属,如铝、镁等的防锈颜料,目前普遍用于有色金属底漆中。但单独使用时,在潮湿环境中易起泡,所以一般与低溶解度铬酸盐或铁黄配合使用。锌黄对工业酸性大气敏感,一般会与氧化锌一起使用。另一种碱式锌铬黄水溶性小,但溶解速度均匀,故防锈作用持续较长,是磷化底漆的主要防锈颜料。锌铬黄有致癌的危险,在使用上受到限制,也将被其它低毒、无毒颜料逐步替代。

       三、电化学作用型防锈颜料中最主要的是锌粉。锌的氧化电位比铁更负,当腐蚀发生时,锌粉首先被氧化,实现阴极保护。锌被氧化的同时生成难溶性的产物,增加涂膜的致密性,可减缓钢铁腐蚀的速度。但是,要实现良好的防腐性能,锌粉要与金属紧密接触,形成连续导电层,所以富锌漆中锌粉的含量要较高。美国钢结构涂装协会(SSPC)规定,无机富锌漆锌粉质量分数不低于74%;有机膜导电性稍差,固要求有机富锌漆中锌粉质量分数则不低于77% 。早期使用的锌粉是球状结构,后来逐渐向片状发展。片状锌粉具有更佳的防锈性能。研究发现,在环氧富锌底漆中,片状锌粉用量即使减少到原来球状锌粉用量的1 /2~1 /3时,所配制的涂料仍具有更强的防腐蚀性及良好的储存性能。由于锌相对活泼,制得的富锌底漆对酸碱比较敏感,故不能用于酸性或碱性环境中。

       四、传统防锈颜料具有良好的防锈效果和成功的应用,但是多为含有铅、铬等重金属,对环境和人类健康都有很大的危害。随着环境保护和身体健康问题越来越受到重视,以及法律法规对重金属的限制,新型低毒、无毒防锈颜料的开发研制势在必行,也就是所称的新型防锈颜料。

       1、磷酸锌改性防锈颜料。

       改性磷酸锌是针对传统磷酸锌产品存在粒度偏大、分散性不佳、早期防锈性能不显著,难以避免闪锈问题等不足而开发的。它以磷酸锌为主体,对颜料颗粒进行微细化处理、形状控制,并结合其他阴离子或阳离子改性而制成,解决了普通磷酸锌防锈颜料存在的不足。由于其颜色较浅,因此适用于各类防腐底漆和底面合一防腐涂料。可同比取代各类氧化铁、红丹、磷酸锌、三聚磷酸铝、氧化锌等防锈颜料,或与上述防锈颜料混合搭配使用,以减低配方成本;亦可单独使用。磷酸性改性防锈颜料低成本,高效率,是目前国内性价比最高的通用型防锈颜料产品之一。虽然磷酸锌及其改性产品相对红丹和铬酸盐等防锈颜料,其重金属含量已经很少,但仍然含有,需要进一步改进处理。

       2、硅酸锌复合防锈颜料。

       硅酸锌复合防锈颜料是主体成分硅、氧与其它化学元素,主要是锌、铝、铁、钙、镁等结合而成的硅氧四面体,其化学稳定性极高,能在金属表面形成致密、稳定的涂层,能降低水、氧离子对漆膜透过速率,产品环保、无毒。由于其浅色的特性,特别适用于各类防锈涂料体系,底面合一涂料。可同比取代各类氧化铁、红丹、磷酸锌、三聚磷酸铝、氧化锌等防锈颜料,或与上述防锈颜料混合搭配使用,亦可单独使用。

       3、颜、填料的协同。

       物理防锈颜料和化学防锈颜料的搭配,可以利用不同机理对基材进行钝化和隔离保护。如云母氧化铁与活性防锈颜料搭配使用也会产生良好的协同效应,既可以有效隔绝空气和水分,使化学钝化膜更久存在涂层中,同时又提高了一定的机械性能。在环氧富锌涂料中,适当加入氧化铁红,在不影响锌层的阴极保护的同时,铁红形成的致密层更加强了涂层的防护性能。

       化学防锈颜料搭配主要要考虑不同防锈颜料间的相互增效作用,如磷酸锌和三聚磷酸铝的配合,可以解决磷酸锌在前期防锈性能差的缺点。另外,玻璃鳞片和不锈钢鳞片也常与磷酸锌或者硅酸锌等搭配使用,以取得满意的防锈效果。

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