涂料中的缓蚀剂

涂料缓蚀剂

李娟

摘要：用涂料对金属表面进行防护是现今应用较广的一门技术，缓蚀剂在涂料中的应用越来越多。本文介绍了涂料缓蚀剂的定义、分类、作用机理和主要的缓蚀剂类型及具体的涂料缓蚀剂配方。

关键字：涂料、缓蚀剂

金属及合金至今是最重要的结构材料，依据热力学的观点，绝大多数金属都具有与周围环境介质发生作用而转入氧化状态的倾向。因此金属受腐蚀是自然趋势，不可避免。金属腐蚀造成的损失相当惊人，全世界每年因为腐蚀而报废的钢铁设备相当于年产量的1/3。因此，用涂料进行金属材料的防护是行之有效的方法。为了提高涂料涂层防腐能力，缓蚀剂的添加是一门亟待发展的技术。涂料中的缓蚀剂提高涂层防腐能力主要是通过四个方面：1）提高涂层与底材的附着力；2）建立屏蔽涂层，减少水和氧向金属基材的渗透；3）选用对钢材具有磷化、钝化、缓蚀作用的活性颜料体系及助剂；4）选用比铁电动势更低的材料，如铝、锌等金属粉末，形成牺牲阳极而达到阴极保护作用等。

1．涂料缓蚀剂的定义：凡在介质中添加少量即能降低介质腐蚀性、防止金属免遭腐蚀的物质都应属于缓蚀剂之列，缓蚀剂又称腐蚀抑制剂。美国实验与材料协会所发表的《关于腐蚀和腐蚀试验术语的标准定义》把缓蚀剂定义为：“缓蚀剂是一种当它以适当的浓度和形式存在于环境（介质）时，可以防止或减缓腐蚀的化学物质或复合物。”缓蚀剂作为一种涂料添加剂，可以减少腐蚀介质的侵蚀。

2．涂料缓蚀剂的分类：1）按缓蚀剂的化学组成分类，可分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂。无机缓蚀剂：磷酸盐类、硼酸盐类、钼酸盐类、锌颜料、其他颜料。有机缓蚀剂：碱式磺酸盐类、羧酸盐类、硝基羧酸盐类、有机氮化物锌盐类、其他的锌盐及配位化合物、螯合物助剂、胺与胺盐、钛酸酯与其他添加剂。2）按作用机理分类，可分为：阳极型缓蚀剂、阴极型缓蚀剂、混合型缓蚀剂。

3．缓蚀剂的作用机理：1）阳极型缓蚀剂：在金属表面生成薄的氧化膜，把金属和腐蚀介质隔离开来；因特性吸附抑制金属离子化过程；使金属电极电位达到钝化电位。2）阴极型缓蚀剂：改变阴极反应；影响腐蚀产品或被腐蚀金属的结构；改变表面上金属氧化物的性质；金属表面上不溶性屏障层的沉积或形成；复杂的金属间化合物的形成；金属基材上阳离子或金属原子的吸附。3）混合型缓蚀剂：与阳极反应产物生成不溶物；形成胶体物质；有些缓蚀剂在金属表面吸附。理想的涂料缓蚀剂因该是，在宽pH范围内有效；与金属表面反应，其所生成的产物比未反应的缓蚀剂的溶解度应低得多；有足够的溶解度，以维持其在涂料中的贮备；涂在基材界面而形成的缓蚀剂，不应该降低涂料基材的附着力；缓蚀剂因对阳极和阴极均有效，能防止水和氢还原阴极反应。

4．缓蚀剂类型：涂料腐蚀抑制剂一般分为氧化型、沉淀膜型、金属阳离子型和有机化合物类。1）氧化型：如铬酸盐、亚硝酸盐、钼酸盐和钨酸盐等，它们本身是氧化剂或以介质中的溶解氧为氧化剂，可以使金属表面形成致密的氧化铁保护膜，厚度在5~10nm之间，造成金属离子化过程受阻，从而减缓金属的腐蚀。氧化型缓蚀剂缓蚀效率很高，性能很好，但用量不足可能造成大阴极小阳极而发生孔蚀。美国的宣威公司在20世纪70年代就把铬酸

钙用于水性漆，把铬酸锌用于溶剂型涂料。2）沉淀膜型：它们去介质中的有关离子反应，并在金属表面上的阴极区形成抑制腐蚀的沉淀膜，非氧化型抑制剂的离子不直接参与氧化膜的形成。它们的功能在于解决氧化膜的不连续性，涂膜中缺陷部分的微孔通过阴离子的沉积得到堵塞。3）金属阳离子型：牺牲型颜料，在开始时对钢铁进行阴极保护，然后在涂层表面上的腐蚀产物发挥密封作用。锌粉要达到整个固体分的85%~95%才能提供必要的导电性，建立一个电化学池，以便使钢铁在牺牲锌阳极的基础上成为阴极。4）有机化合物类：又称为吸附模型，这类缓蚀剂的腐蚀介质中对金属表面有良好的吸附性，它们吸附在金属表面，使介质不易与金属接触而防止腐蚀。这类缓蚀剂的分子往往是由极性基团和非极性基团组成的，分子结构对吸附的影响首先取决于极性基团和非极性基团的性质。极性基团中含有电负性高的氧、氮、磷、硫等元素。非极性基团的主要成分式碳、氢元素。其中极性基团是亲水性的，而非极性基团是疏水或亲油的。

5.涂料中缓蚀剂的品种和应用：1）磷酸盐317：为水溶性固体粉末，无毒，适用于乙烯/丙烯酸、醇酸/聚酯、环氧树脂等。组成：磷酸锌，均匀分散于涂料之中。

技术指标：外观浅黄色粉末

密度（25°C） 3.25g/cm³

吸油量23mL/100g

水溶解度0.2~0.4mg/L

非挥发分35%

2）缓蚀颜料Moly-White MZA：无毒，适用于钢板、镀锌板、铝等金属或合金表面的缓蚀涂层。可与水性涂料、非水性涂料、乳胶涂料混合使用，避免和强酸、强碱一起使用。组成：碱式磷钼酸锌钙复合物，均匀分散于涂料之中。

技术指标：外观白色粉末

粒度 1.9µm

密度（25°C） 3.0g/cm³

吸油量16mL/100g

水溶解度<0.1%

pH 8

3）缓蚀颜料Heucophos ZPO：无毒，用于钢、镀锌钢板、铝、铜涂层，适用于乙烯/丙烯酸、醇酸/聚酯、环氧树脂等涂料。组成：改性碱式磷酸锌，均匀分散于涂料之中。

技术指标：外观淡黄色粉末

粒度 3.75µm

密度（25°C） 3.7g/cm³

水溶解度0.1%

pH 7.5

4）缓蚀剂Lubrizol2064：适用于钢铁、镀锌钢板、铝、铜作底材的涂层，属乳胶漆类涂料缓蚀剂，同时可赋予涂料触变剂，同时可赋予涂料触变性，增加涂层的抗腐蚀性，降低闪锈，增强体系的黏度稳定性。组成：触变性硫酸钙，均匀分散于乳胶漆中，占乳胶固体分总质量的20%~30%。

技术指标：外观白色浆状液体

黏度50Pa•s

密度（15.6°C） 1.14g/cm³

闪点（PMCC）185°C

有效成分100%