第八章防腐涂料

❖（3）电化学作用 涂料中加入对基体金属能 成为牺牲阳极的金属粉，金属粉之间和金属 粉与基体之间能达到电接触程度，从而保护 基体免受腐蚀。如富锌底漆对钢铁的保护。
四、对防腐蚀涂层性能的要求
❖（1）抗渗透性 是对防腐蚀涂层最基本的要求。涂 层作为一种高聚物薄膜，能不同程度地阻缓水、氧 和离子的透过，从而发挥防腐蚀作用。
❖在磷化底漆上必需涂覆其他防锈漆才能有较 好效果。在其上面涂覆醇酸、环氧、酚醛、 聚氨酯、氨基烘漆、乳胶漆、氯化橡胶漆等 均附着力良好。
五、锈面涂料（或带锈涂料）
❖是可在生锈的钢铁表面涂装而又具有一定 的防锈功能的涂料。
❖1、渗透型 由含油树脂或熟油、防锈颜料、 渗透剂等组成，有极强的渗透力，能渗入 到疏松的铁锈中，进行浸润、分隔、阻止 锈蚀进一步发展，同时依靠防锈颜料的防 锈保护作用。
第八章 防腐蚀涂料
§8-1 概述 ❖一、涂料在防腐蚀措施中的地位 ❖腐蚀—所有物质因环境引起的破坏，即腐蚀
除化学腐蚀、电化学腐蚀外，还包括机械、生 物、物理腐蚀和它们的联合破坏，如塑料、橡 胶的老化；木材的腐烂；混凝土、石头的溶蚀 风化等。
❖腐蚀给世界各国经济带来的直接和间接损失 是惊人的。据统计，全世界每年因腐蚀而报 废的金属达一亿吨以上，经济损失占国民经 济总值的2~3.5%。
❖ 另一方面，腐蚀发生时，体系中有OH-离子产生， 它可使一些易水解的基团水解，使漆膜失去应有的 机械物理性能，从而失去保护钢铁的作用。
❖ 若漆膜的透水性、透氧性低，膜下溶解离子少，渗 透压低，可延长湿附着力降低的时间，使涂膜的保 护期得到延长。
❖ 2、内应力的积累。涂层在固化和使用过程中，涂 层体积会收缩而形成内应力。若内应力大于附着 力，涂层会脱开；内应力小于附着力而大于内聚 力，涂层会开裂。
（1）铁红防锈漆 （2）云母氧化铁防锈漆 （3）铝粉防锈漆 （4）玻璃鳞片防锈漆 （5）不锈钢鳞片防锈漆
二、化学防锈漆
❖化学防锈漆所用颜料有铅系、铬酸盐系和无 毒颜料三类。
❖1、铅系防锈漆 应用量最大的颜料是红丹 （Pb2O4），它是一种优良的防锈颜料，尤 其是对工业大气或带有残留铁锈的钢铁表面， 具有优良的防锈效果。
❖铬酸盐使金属表面钝化，形成稳定的钝化膜；
❖聚乙烯醇缩丁醛牢固地附在经磷化、钝化的 表面上，并能与磷酸、铬酸盐络合，把金属、 钝化膜及成膜物结合成为一体，形成致密的 保护膜。
❖磷化底漆广泛应用于钢铁及有色金属的增强 防锈，尤其适宜对海洋、湿热地区及水下设 备和金属结构的保护。对不能进行磷化处理 的大型金属结构，磷化底漆可取得相同或更 好的结果。
及土壤等）造成的电化学腐蚀的底漆。 ❖ 防腐漆则用作防止金属受化学介质或工业介质
（酸、碱、盐等）的化学腐蚀的涂料。 ❖ 防锈漆是金属用底漆。 ❖ 防腐漆为由底漆至面漆的配套系统。防腐漆用于
金属时，往往配套应用防锈底漆。 ❖ 防腐蚀涂料保护范围包括各种金属和非金属材料。
三、防腐蚀涂层的作用
❖防腐蚀涂料在被涂装基体表面固化后形成涂 层，防止基体腐蚀，其作用有如下几种：
❖若漆膜湿附着力差，透过漆膜到达钢铁表面 的水分子与钢铁表面发生作用，就可顶替掉 原来的漆膜与钢铁表面的作用而形成水层， 而透过漆膜的O2便可溶于漆膜下的水。
❖有O2和H2O，钢铁就有了发生腐蚀的条件。腐 蚀一旦发生，水就成为盐的溶液，于是有渗 透压产生。
❖ 在渗透压作用下，O2和H2O可非常迅速地通过漆膜， 此时的漆膜相当于半透膜，漆膜的附着力受到进一 步破坏，导致与钢铁表面脱离（气泡因之生成）。
❖ 常用的车间底漆为富锌底漆和磷化底漆，见表4-18。
§8-3 防腐蚀漆
❖涂层是一种应用最广泛的防腐蚀措施。防锈漆仅仅 是金属用的底漆，防腐蚀漆包括了由底漆至面漆的 整个配套系统，保护的范围既可是金属，又可是非 金属。只有防腐蚀漆用于金属时，才往往配套使用 防锈底漆。
❖一、防腐蚀涂层系统
❖ 防腐蚀涂层在许多场合往往有几道涂层，组成一个 系统发挥功效。如汽车漆，外层强调高装饰性、耐 用候性，而底层的电沉积漆则强调防腐蚀性。有的 时候，防腐蚀涂层仅是单层，如粉末涂料。
（3）附着力和湿附着力 涂层要有效地保护 基体，就必须在使用期内与基体牢固附着。 除反应性底漆外，涂层的附着力主要靠分子 间的物理吸引力。
❖涂层在使用过程中，影响附着力的因素有：
❖1、涂层—金属界面上水的积聚。水对金属的 亲和力大于高聚物对金属的亲和力，故水能 插入其中间，取代高聚物的吸附。
❖湿附着力是指涂装在物体上的漆膜在水中浸 泡一段时间后的附着力。
六、车间底漆（预涂底漆或保养底漆）
❖ 这类底漆是在工厂车间使用。如造船厂、桥梁厂、 管道厂及机械厂等将作为原材料的金属材料或初期 半成品进行表面处理并涂装底漆保护。在机械加工 基本完成后，在工厂或现场再进行最后的涂装，不 仅使涂装作业工厂化，且实现了材料的源头保护。
❖ 为适应工厂化涂装和后来的机械加工，对车间底漆 有如下要求：
❖防锈漆的作用机理主要分为物理防锈、化学防锈、电 化学防锈和综合防锈四类。
一、物理防锈漆
❖使用物理防锈颜料——本身化学性质稳定的 颜料，与被涂装的金属表面基本不发生化学 和电化学反应。其作用机理：
❖1、借助其微细的颗粒填充漆膜结构，提高 漆膜的致密度，降低漆膜的渗透性，如红土、 铁红、铁黄等。
❖2、呈片状的颜料（如铝粉、不锈钢片、云 母氧化铁等）在漆膜中薄片相叠，能切断 漆膜中的毛细孔，延长腐蚀因子渗入漆膜 的路径，增加漆膜的封闭性，屏蔽水、氧、 离子等腐蚀因子的透过，从而提高涂层的 防蚀能力。
❖ 较柔软的涂层能通过分子构象变化消除内应力， 高交联的刚性涂层则不行。
❖ 片状、纤维状颜料也能降低涂层的内应力，但代 价是颜料与高聚物间微观开裂。
§8-2 防锈漆
❖ 钢铁占金属使用量的95%，且70%的钢铁处在大气腐 蚀的危害之下，防治大气腐蚀是防锈漆的重点所在。
❖ 在防锈漆组分中，对防锈功能起关键作用的是颜料和 成膜物质。其中颜料包括种类、用量、不同颜料之间 的配合。
❖三聚磷酸铝防锈漆广泛用于输油管道、桥梁、 铁路、船舶、车辆、化工设备及建筑业等。 作电冰箱底漆效果也良好。
三、电化学防锈漆
❖该类防锈漆的主要成分是金属粉颜料、粘 结剂和助剂。
❖金属粉颜料以电极较负的锌粉为主，在干 膜中占很大比例，被称为“富锌漆”。
❖富锌底漆含有占干膜质量70%以上的锌粉， 在漆膜中锌粉互相接触并与钢铁底材接触 而导电，在腐蚀环境中，锌粉作为牺牲阳 极而对钢铁起阳极保护作用。
1、底漆
❖ 是整个涂层系统中极重要的基础。对其要求是： ❖ 1）底漆应对底材有非常好的湿附着力。故树脂应
有极性基团，特别是胺基，它可与钢铁表面形成很 强的氢键。环氧—胺体系是很好的底漆，既有极性 基团，又有胺基，主链有芳基，呈刚性，湿附着力 好；主链中以醚键相连，具有抗水解性。
❖漆料有：熟油、油基树脂、醇酸、环氧酯 等。鱼油和鱼油醇酸的渗透性最好。
❖颜料以红丹和铁红为主。铁酸盐的还原性 使铁锈转化成稳定的磁性氧化铁。配方见 表4-15。
❖渗透型锈面涂料适用于锈面比较陈久、化 学污染较少的钢铁表面。
2、转化型
❖ 是利用某些物质能与锈反应，把铁锈转化成具有 保护性或无害的络合物和螯合物，并以成膜物固 定而形成保护层的涂料。
❖H06-4环氧富锌 底漆配方
四、磷化底漆
❖磷化底漆是一种高效的金属表面预处理剂， 具有磷化处理的作用，但不能代替底漆。
❖它由聚乙烯醇缩丁醛、铬酸盐及辅助材料组 成，用磷酸作处理剂。
❖一般两罐装，也有一罐装的。
磷化底漆的作用是磷化-钝化-成膜的过程
❖漆中的磷酸铁使钢铁表面磷化，生成极薄的 厚度不超过10m的磷化膜；
❖为减少腐蚀的损失，至今最有效、最经济、 应用最普遍的仍是采用有机涂层。以日本为 例，每年数万亿日元的防腐蚀费用中，表面 涂装所占的比例最大，见表4-1。
二、防腐蚀涂料和防锈涂料
❖ 以防腐蚀为主要功能的涂料叫防腐蚀涂料。 ❖ 防腐蚀涂料可分防锈漆和防腐漆两类。 ❖ 防锈漆是用于防止金属受自然因素（大气、海水
❖（1）磷酸锌防锈漆 磷酸锌在涂层内部缓慢 离解为磷酸离子、缩合磷酸离子，与金属表面 反应，使金属钝化，并形成复杂坚固的络合物， 在金属表面与漆料之间成为一层薄膜，起防锈 作用。
（2）三聚磷酸铝防锈漆
❖三聚磷酸铝是防锈性能优良的无公害防锈颜 料。其防锈效果有时优于红丹，相当于锌黄， 储存稳定性和耐候性能良好。
❖ 转化型有磷酸-黄血盐（亚铁氰化钾），磷酸-丹 宁酸两种。黄血盐在磷酸作用下能将铁锈转化为 普鲁士蓝络合物。丹宁Hale Waihona Puke Baidu分子上的邻位羟基在酸 性介质中与三价铁配位络合生成螯合物，转化剂 中的磷酸可产生磷化作用，生成磷化膜。
❖ 转化型锈面涂料多为两罐装，用时调配，见表4-16、 表4-17。
❖ 转化型锈面漆的转化速度较快，应及时涂防锈底漆 和面漆。它在锈层均匀、片状、厚锈、无氧化皮的 钢铁表面效果较好，但对锈层不均匀的钢板效果不 佳，易发生或转化不完全，或转化液过多，残留酸 性介质而造成膜下腐蚀。
3、稳定型
❖ 由漆料和活性颜料及助剂组成。成膜后通过缓慢 的水解作用，与活泼的铁锈形成难溶的杂多酸络 合物，使铁锈处于稳定状态。
❖ 常用的活性颜料有磷酸锌、磷酸铝、铬酸盐及铬 酸二苯胍、三苯胍等，也可加入一些片状颜料增 加抗渗透性和耐久性，加入表面活性剂以加强对 锈面的浸润和渗透。锌黄的铬酸根离子、红丹漆 的壬二酸铅能渗透锈层，达到锈与底材金属的界 面起阳极缓蚀作用。
❖（1）屏蔽作用 使基体与外部环境隔离，以 免受到腐蚀。根据电化学腐蚀原理，涂层下 金属发生腐蚀需有水、氧、离子存在，以及 离子流通的途径。阻挡水、氧和离子的透入， 就可防止金属腐蚀。
❖（2）缓蚀作用 涂层中含有的化学防锈颜料， 在有水存在时，从颜料中离解出缓蚀离子， 从而引起阳极极化，或阴极极化，或阴阳极 同时极化，抑制腐蚀进行。缓蚀剂可弥补屏 蔽作用的不足，屏蔽作用又能防止缓蚀离子 流失，两者相得益彰。
❖稳定型锈面涂料涂一道的厚度为40~70 m， 适合锈层不太厚的场合。稳定型锈面涂料对 锈层的作用较慢，一般需要3~4个月，甚至 更长时间才能完成反应。
❖4、惰性化涂料 其目标是将锈层内的祸根— —硫酸根离子惰性化，使之不再促进腐蚀， 即用磷酸钡将锈中的硫酸亚铁沉积为不溶的 硫酸钡。在锈面上这种涂料比常规涂料防腐 蚀效果要好。
❖水对涂层的渗透认为是通过吸附、溶解、扩散、毛 细管吸引的过程。颜料的加入能提高涂层的抗渗透 性。颜料粒子不透水，能填充管孔，延长渗透到基 体的路径。涂层越厚，则透水率越低，故重防腐涂 料都是厚膜型。
❖在电化学腐蚀过程中必须有离子参加反应，涂层的 电阻可阻挡离子的通过而阻缓腐蚀的发生。
（2）对腐蚀介质的稳定性 是指涂层在化学 上既不被腐蚀介质分解，也不与腐蚀介质发 生有害的反应，物理上不被腐蚀介质溶解或 溶胀。
5、综合型涂料
❖ 是根据前面的作用机理，采用二种或二种以上类型 的复合型涂料，以弥补一种类型的不足，如转化-稳 定型 。
❖ 锈面涂料预处理简单，施工方便，也有一定的保护 效果，对一些大型设备和构件的制造、维护要求不 是非常高的金属产品表面是适宜的。对储罐内壁衬 里、重点工程、对外观和防护要求高的场合不宜用 锈面涂料，而必须彻底除锈，除去残留硫酸根离子 和氯离子才能进行涂装。
1、无机富锌底漆
❖分水溶性后固化型、水溶性自固化型、醇 溶性自固化型。
（1）水溶性后固化无机富锌底漆 （2）水溶性自固化无机富锌底漆 （3）醇溶性自固化无机富锌底漆
❖2、有机富锌漆
❖ 以环氧酯、环氧树脂、聚氨酯、氯化橡胶等 为粘结剂，其机械性能比无机型好，对表面 处理的要求比无机型低，容易施工且受环境 影响小，对面漆配合比较容易。但导电性、 耐热性及耐溶剂性不如无机型。
❖其缺点是有毒性，红丹粉尘会吸入人体，红 丹漆也能通过皮肤吸收。
❖2、铬酸盐防锈漆
❖主要是碱式铬酸锌、铬酸锶等微溶型颜料。 当水分透过涂膜时会溶解铬酸根离子，通 过其强氧化作用，使钢、铝、镁等金属表 面生成膜，从而发生阳极钝化。
3、无毒颜料防锈漆
❖无毒防锈颜料有磷酸锌、磷酸铝、钼酸锌、 钼酸钙、偏硼酸钡、离子交换型颜料等。其中 效果较好，应用较广的是磷酸锌和磷酸铝类。