环保防锈颜料

环保防锈颜料产品简介：起防锈作用的物质，如红丹粉、铁红粉、复合铁钛粉、三聚磷酸铝锌粉等，人们把这类物质统称为防锈颜料。

传统涂料所用的防锈颜料多为含铬、铅、镉等颜料，例如红丹、铅粉，及锌、钡、铅的铬酸盐等，其配制成的涂料虽然具有良好的防腐蚀性能，但其本身有毒，且在生产和使用过程中会污染环境和危害健康，许多国家已严格限制使用。

在环保日益受到重视的今天，开发新型环保无污染的防锈涂料成为发展趋势之一。

目前国内外的研究人员已研制出了磷酸盐、钼酸盐、硼酸盐和片状颜料等多种无毒高效防锈颜料。

发展背景：金属及其合金应用遍及国民经济的各个领域。

据统计，全球每年因腐蚀造成的金属损失量高达全年金属产量20％~40％，约为地震、水灾、台风等自然灾害总和的6倍，造成经济上的巨大损失。

同时金属设备设施的腐蚀破坏还会影响生产的稳定和扰乱人们的生活秩序，甚至酿成安全事故，造成人身伤害。

因此，金属防腐蚀显得十分重要。

有机涂层防腐蚀已成为迄今为止最有效、最经济实用和应用最普遍的方法，具有性能优异、制造方便、价格低廉等一些其它方法无法比拟的优点。

在环保日益受到重视的今天，开发新型环保无污染的防锈涂料成为发展趋势之一。

分类：按其作用机理分为：①物理防锈颜料物理防锈颜料本身化学性质较稳定，其防锈机理不是依靠颜料本身的化学活性，而是依靠它们所具有的物理特性。

常用的无毒物理防锈颜料有氧化铁红、云母氧化铁、云母粉、玻璃鳞片、不锈钢鳞片、铝粉和铝粉浆等。

②化学防锈颜料化学防锈颜料基于其本身所具有的化学活性，在金属腐蚀过程中，与金属表面的金属离子反应生成一层致密的钝化膜磷化膜来抑制其腐蚀过程的进行，或者依据电化学原理，通过牺牲阳极来达到保护金属的目的。

防锈颜料还可以与某些漆料中的成分进行化学反应，生成性能稳定，耐水性好的渗透性小的化合物。

有些颜料成膜过程中形成阻蚀型络合物，提高了防锈效果。

常用的无毒化学防锈颜料有：磷酸盐、钼酸盐、硼酸盐、离子交换型颜料等。

③兼具物理和化学防锈机理的综合型防锈颜料综合型防锈颜料兼具物理防锈和化学防锈机理，具有更加优异的防腐蚀性能。

常用的综合型无毒防锈颜料有：片状锌粉、片状锌铝合金、复合铁钛粉等。

检测工艺：能直接测定防锈颜料的防锈能力。

只能将其用在涂料中，再根据国家标准“ GB/T1736-79 、GB/T10125 ”测定其耐盐水、耐盐雾时间的长短来衡量该种防锈颜料在该种涂料中的防锈能力。

由于耐盐水（盐雾）能力不仅随防锈颜料种类及用量而变化，也随基料种类而变化，因此，测定铁钛粉防锈能力只能是将其制成某种类的防锈漆，测定其耐盐水（盐雾）能力来衡量其防锈能力。

如铁钛醇酸防锈漆耐盐水可达58 天；铁钛环氧防锈漆耐盐水可达80 天。

而相应的红丹醇酸防锈漆耐盐水至多10 天左右，而红丹环氧防锈漆至多不过20 天左右。

主要品种：(一) 氧化铁红氧化铁红简称铁红，分子式为Fe2O3，其晶相有α-Fe2O3（用做颜料）和γ-Fe2O3（用做磁性材料），其晶型因合成方法不同，有立方型、球型、针状型、六角型、菱型和六角片状。

特性：a) 铁红不溶于水、碱和稀酸中，只有在加热的情况下才能溶于浓酸，不溶于有机溶剂和有机基料中，耐热性高，一般α-Fe2O3的耐热性可达1200℃。

b) 铁红是惰性颜料，是氧化铁系颜料中最稳定的一种，具有良好的耐候性，对光、水和大气的作用很稳定，而且能强烈吸收紫外线，而使铁红保护的物品免受紫外线的破坏。

c) 用于防锈漆中，是基于其制得的涂膜致密，对所覆盖的物品起物理屏蔽作用，同时铁红对基体有防锈能力，能耐污浊气体、耐碱、着色力好、遮盖力强。

d) 由于价格低，在防锈漆中应用十分广泛，但防锈性能一般。

(二) 云母氧化铁云母氧化铁的主要化学成份为α-Fe2O3，为正六边形的片状单晶体，由于具有类似云母的鳞片结构，故称为云母氧化铁。

特性：其化学性质稳定，无毒无味，耐高温，抗紫外线，还具有抗粉化性、防锈性、耐碱性、耐盐雾性、耐候性等优良性能。

云母氧化铁具有优良的防腐性，防护时间可达10年以上。

分类：云母氧化铁分为天然云母氧化铁和人工合成云母氧化铁两种。

a) 天然云母氧化铁是由天然矿物（如精铁矿）破碎，分选，粉碎而得，耐热性可达800℃以上，含有较多的杂质，粒度分布不均匀。

目前世界上大多使用天然云母氧化铁。

b) 人工合成的云母氧化铁因纯度高，粒度分布均匀，光亮感与立体感强，耐热性比天然云母氧化铁还要高。

机理：①云母氧化铁的层状结构使其具有其他氧化铁涂料所没有的高遮盖力，片状粒子能定向地平行重叠排列，在涂料中形成一个惰性阻挡层，可有效地减少大气、水、紫外线对钢制结构的侵蚀；②云母氧化铁对于紫外线有强烈的吸收作用，使其具有强的抗紫外线能力。

应用范围：主要用于铁路桥梁、车辆、铁塔、贮罐、农机、船舶、集装箱等领域，也可用于冶金、采矿、化工、石油、水电、高炉烟囱等户外大型钢结构。

(三) 云母粉云母粉是一种含水硅酸钾铝化合物，密度为2.60-2.85g/cm3，折射率为1.5，属单斜晶系，晶体常呈六方片状，其集合体呈鳞片状，有玻璃光泽。

分类：云母的组成非常复杂，因含各种不同的金属盐，而有不同的光泽，主要有白云母［KAl·（AlSi3O10）·（OH）2］和金云母［KMg3·（AlSi3O10）·（OH）2］两大类。

常用品种：在涂料中应用较多的是绢云母。

绢云母属云母类矿物，是白云母的亚种，与白云母有极相似的理化特征，化学成分和晶体结构呈细微片状结构，高径厚比，有一定的弹性和机械强度；耐热性在550-600℃，具有较好的化学稳定性及耐酸碱性，对紫外线有较好的屏蔽效应，此外绢云母在涂膜中以片状定向上下平行排列，而其纵横比相当高，因此容易形成较致密的保护层，使涂膜强度、抗渗透性、弹性都有一定的提高。

鉴于其具有的上述特性在防腐蚀涂料中常有应用。

(四) 玻璃鳞片玻璃鳞片是指采用一定材质的（硅酸盐）玻璃料，经特定工艺加工而成的鳞片状薄玻璃制品。

其厚度一般在1-7μm，常用鳞片玻璃厚度为3～5μm，片径从几微米到数毫米不等，常用尺寸为0.1-5mm。

玻璃鳞片涂料的基料有不饱和聚酯、环氧、环氧沥青、环氧丙烯酸、乙烯酯和聚氨酯等，其中，环氧玻璃鳞片涂料的应用最广泛。

发展历史：鳞片玻璃于1953年由美国欧文斯—康宁玻璃纤维公司首先研制成功，并成功地运用于混凝土基材表面及钢管内衬。

到20世纪60年代，日本旭硝子公司率先引进鳞片玻璃的生产技术，投入批量生产，在烟气脱硫装置、海洋防腐工程及化工设备中进行了一系列成功的应用，使鳞片玻璃开始风靡国际涂料市场。

而我国研制开发鳞片玻璃产品仅始于80年代初，并且在材质、生产规模和质量上与国际先进水平还存在差距，但在推广应用上有了长足的进步。

玻璃鳞片涂料，虽然成本较高，但使用寿命高达20～30年，成功应用于石化、海洋、电厂、污水处理和桥梁等重防腐蚀领域，减少了维修，获得了很好的经济效益。

玻璃鳞片涂料以其简便、有效、经济的特点，引起了广泛关注。

机理：基于其可以改变涂膜的结构，玻璃鳞片在涂膜内部相互平行且重叠排列，不仅把涂层分割成许多小的空间而大大降低涂层的收缩应力和膨胀系数，而且能形成防止介质扩散的屏障，迫使介质迂回渗入，延长介质渗透扩散到基体的时间，从而增大涂膜的抗渗性能及机械强度，达到延长基体防腐时间的目的，提高了其防腐蚀的性能。

(五) 不锈钢鳞片不锈钢鳞片是用超低碳不锈钢经雾化后再碾磨而成，可有干态和浆料两种形式。

由于不锈钢中的铬形成一种钝化防锈膜，能自行修复损伤。

不锈钢鳞片可用于环氧、聚氨酯、氯化橡胶、含氟树脂等多种基料中，与其它颜料的相容性也很好。

涂料中使用的不锈钢鳞片的厚度在3μm以下，宽度和长度在100μm以下，其在涂料中的含量以5%～40%（质量）为宜，尤以9%～16%更好。

由于不锈钢鳞片有耐腐蚀、抗氧化、耐高温、耐化学和耐摩擦等性能，加之它在涂膜中能形成多层结构，因此，在性能可靠的底漆上涂了不锈钢粉面漆之后，整个涂膜使用寿命可达20年，大大节省了维修费用。

优点：与玻璃鳞片防腐涂料相比，不锈钢鳞片防腐涂料在涂层致密性、耐磨性、机械强度、耐热性和耐候性方面均有提高，是一种极具应用前景的高性能涂料，但不锈钢鳞片生产工艺要求较高，成本很高，其大量使用受到限制，一般用于严重化学腐蚀环境中的保护涂料。

(六) 磷酸锌磷酸锌是一种重要的防锈颜料，作为涂料工业含铅、铬防锈颜料的替代品之一，从1965年沿用至今，广泛用于油性和水性底漆作为化学防锈颜料，有助于改进和提高其防锈性能，是目前用量最大、应用最广泛的无毒防锈颜料。

机理：标准磷酸锌防锈颜料为正磷酸锌白色粉末，主要有二水合物型（Zn3（PO4）2·2H2O）和二水合物与四水合物（Zn3（PO4）2·4H2O）的混合型。

它的防锈机理十分复杂。

正磷酸锌颜料的主要防锈机理：［Fe(H2O)6］2+→［Fe(H2O)5(OH)］++H+Zn3(PO4)2+H+→H3PO4＋Zn2+H3PO4+Fe→Fe(H2PO4)2+H2Fe(H2PO4)2+H2O→FeH PO4+H3PO4+H2OFeHPO4+H2O→Fe3(PO4)2+H3PO4+H2O使溶解的亚铁盐和铁盐发生水解，释放出质子，再与正磷酸锌逐步反应，依次生成水溶性的一代磷酸亚铁和二代磷酸亚铁，最终生成不溶性的三代磷酸亚铁，从而在金属底材表面发生钝化，生成Me（金属）-Zn-P2O5这种组成复杂、致密而又具有牢固附着性的磷化膜。

a) 除磷化之外，它们还能与基料中的羧基和羟基以及腐蚀环境中的某些离子发生反应，生成络合物，而这种络合物能与腐蚀产物发生反应，在底材表面上形成紧密附着的保护膜。

b) 正磷酸锌的防锈作用主要由于它存在结晶水，缓慢水解生成了氢氧化锌和二代磷酸锌离子，后者通过形成由具有附着性的缓蚀作用的络合物组成的保护膜而实现阳极保护。

c) 正磷酸锌减缓了铵离子透过涂膜的扩散速度，从而起到了缓蚀作用。

(七) 磷酸铝系列磷酸铝系列防锈颜料的主要品种是三聚磷酸铝.特性：a) 主要成分为三聚磷酸二氢铝（AlH2P3O10·2H2O），是一种白色非挥发性粉末，斜方晶系，相对密度2.31，微溶于醇，长时间在空气中放置部分水解，对酸比较稳定，储存稳定性和耐候性良好；b) 它呈弱酸性，pKa为1.5～1.6，与其它固体酸相比，酸度（按质量计）极高，单位质量含有活性基团很多，因此用很少量就能产生有效的防锈作用；c) 三聚磷酸铝能够放出络合能力很强的三聚磷酸根离子（P3O105-），对二价和三价铁离子有很高的络合能力，使铁底材表面形成MxFey（PO4）z结构的致密钝化膜。

原理：在AlH2P3O10·2H2O中有2个氢原子呈弱酸性，能与金属化合生成坚韧的钝化膜。