水性无机钢结构防腐涂料的研制与应用

水性无机钢结构防腐涂料的研制与应用

【摘要】年大约占国民生产总值2%-3%的财富因腐蚀而化为灰烬，油田的集输管道多为无缝钢管，腐蚀会大大缩短管线使用寿命。为了减缓腐蚀，延长管线使用寿命，涂层保护是经济易行、技术可靠的一种重要防腐蚀方法。有机无机杂化涂层材料兼具有机涂层材料和无机涂层材料的优点，具有优异的物化性能，热稳定性好，是目前涂层材料的发展方向之一。

【关键词】腐蚀水性防腐涂料原理特点

1 水性无机钢结构防腐涂料的性能1.1 附着力

水性无机钢结构防腐涂料由于硅酸盐与锌粉反应的同时，还与钢铁反应形成硅酸锌铁络合物，因而对钢铁表面形成很强的化学键，从而可抵有机物、氯化物、水、海水等的侵蚀。

1.2 耐蚀性能

该涂料的防锈蚀机理是通过锌与钢铁基材表面直接接触，当腐蚀介质渗入漆膜与钢铁界面就会形成一个由锌-钢铁组成的原电池，因锌的电化学活性（标准电极电位为-0.763v）较铁（-0.449v）活

泼，锌为阳极失去电子而牺牲，铁为阴极得到电子而得到保护，即所谓锌起到了阴极保护作用。另外牺牲的锌形成zn2+与空气中的水分和二氧化碳反应生成碱式碳酸锌[3zn（oh）2·3znco3]等产物，这些不溶于水、不导电的腐蚀产物填充在漆膜空隙中，如某点锌粉已消耗（或有漏点或缺损）则腐蚀产物就会沉积在此处基材上形成致密膜，阻挡、屏弊腐蚀因子透过，从而进一步延长防锈蚀的时间，这些反应的结果即所谓富锌漆具有自修复性能。

1.3 耐热性

工程中各类构件经涂装后，下一步组装时切割和焊接是主要的加工作业，因此底漆的可切割性和可焊接性，即其耐热性能十分重要，即在作业时漆膜的烧损面积应小，一般蔓延应在10～25mm内，水性无机防腐涂料在形成硬化膜时以聚硅氧烷（si—o—si）相结合，这种si—o键的结合能为 445.2kj/ mol，比形成有机高分子的c —c键结合能（346.9kj/mol）大得多，因而无具有更强的耐热性。

该涂料的主要性能如下：

（1）抗海水性：23.6海里/小时海水高速冲击112小时，涂膜表面不起泡、不脱落。

（2）耐热性：400℃下加热10小时，涂膜表面不起泡、不脱落。

（3）抗沸水性能：沸水煮24小时涂膜表面不起泡、不脱落。

（4）老化性：涂膜表面1000小时无可见变化。

（5）抗溶剂性：在甲苯、合成润滑油、航空煤油、航空汽油中浸泡45天，涂膜表面不起泡、不脱落。

（6）高低温冲击实验：—45℃/75℃循环分钟共500次涂膜表面无变化。

（7）耐湿热性： rh〉95%30天涂膜表面不起泡、不脱落、无腐蚀。

（8）附着力：一级〉3.8mpa。

2 水性无机钢结构防腐涂料的原理

在钢材防腐涂料中锌的含量以及锌粉颗粒度非常重要的，钢材防腐，主要依靠的是金属锌，锌在电化学腐蚀过程中对钢材起到了阴级保护的作用。钢材防腐涂料根据成膜物质的不同，一般分为有机

富锌涂料与无机富锌涂料两大类。有机富锌涂料在我国已得到广泛的应用，其成膜物质主要是合成树脂。而无机富锌涂料成膜物质多以硅酸盐、磷酸盐等无机聚合物为主。两者相比，无机富锌涂料在耐溶剂性、导电性、耐热性、耐候性、防腐蚀等方面比有机富锌涂料要好，尤其当作单一涂层时，有更好的和耐候性和耐久性。溶剂型防腐涂料防腐效果好，成膜时间短，但此类涂料中的有机溶剂，对环境会产生非常不好的影响，水性防腐涂料以水为主要溶剂，既降低成本又减少了环境污染，并能阻燃和易于运输储存，符合节能环保的要求，成为防腐涂料非常重要的发展方向。

水性无机钢结构防腐涂料属于一种碱金属硅酸盐无机富锌涂料，它是由特种改性无机硅酸盐为粘结剂，配以一定含量的锌粉和助剂得到的。无毒、无嗅、不燃不爆，在钢基体表面形成具有良好电化学保护及屏蔽双重保护功能的涂层。漆膜坚硬耐磨，具有优良的耐侯性和耐水性，耐各种油品长期浸泡，对各种邮寄溶剂有极强的抵抗能力，并具有优良，而且稳定的导静电性能和长时间的阴极保护作用，耐高温、耐热辐射。可焊性好，抗化学腐蚀，不含任何有机溶剂，室温快速自固化，施工非常方便，刷、喷、淋涂均可。涂层被破坏后，补涂即可，不存在新旧涂层结合差的问题。

3 水性无机钢结构防腐涂料的现场应用情况

水性无机钢结构防腐涂料目前已广泛应用于石油管道设备、大型钢结构桥梁、大型体育场、大型会展中心、钢结构厂房、机场、贮油罐等。

经现场应用与其它防腐涂料对比，具有优异的防腐性能和经济适用性，可广泛应用在油水管道、石化设备、桥梁钢结构上等，具有一定的的推广价值。与ht515、环氧粉末内喷涂防腐比较如下表1所示。

水性无机钢结构防腐涂料价格与ht515防腐涂料相差不大，但使用寿命是后者的2-1.5倍；价格比环氧粉末内防腐涂料便宜2倍，但使用寿命与后者相同。

4 结论

在一些发达的国家，水性防腐涂料（包括水分散性涂料和水溶性）的产量，已经达到了防腐涂料总产量的5%以上，每年全球水性防腐涂料需求量，在以10%以上的速度递增，伴随着人们节能环保的意识越来越强，水性涂料逐渐成为了涂料行业的发展主流，但是目前水性防腐涂料的防腐性能还达不到溶剂型防腐涂料的要求，大多用于防腐底漆或对防腐要求较低的金属保护，但通过对以上性能的改进，改型涂料将有更广阔的发展空间。

参考文献

[1] 徐国强.钢结构的防护用无机硅富锌涂料，材料开发与应用，2001：1003-1545

[2] 李向国.水工金属结构中水性无机富锌涂料的应用.城市建

设理论研究，2011

作者简介

郭明，工程师，生于1978年，2007年毕业于烟台大学机械设计与制造专业，现从事工程设计工作。