防腐涂层在不同腐蚀环境中的防腐性能

防腐涂层在不同腐蚀环境中的防腐性能
摘要：无机和有机防腐涂料已经大量用于混凝土及金属腐蚀的防护结构面，且
在防腐工程中表现优异。

然而无机改性重防腐涂料所处环境十分复杂，施工环境
也出现许多不确定因素，使涂料施工的难度大大提高，且对涂料的常规性能要求
也较高，如果常规性能较差，将直接影响涂料的防腐性能。

因此本章主要研究无
机改性聚脲涂层、聚氨酯涂层、环氧涂层的力学性能、硬度、表干时间、凝胶时间、固含量、潮湿度、吸水率及时附着力。

关键词：防腐涂层；腐蚀环境；防腐性能
1引言
防腐涂层在服役期间将经受各种腐蚀环境，水、氧和离子渗透、环境温、湿度的变化都
能影响涂层的防腐性能。

水的渗入会在涂层/混凝土和金属界面区形成独立的水相，水相将使阳极和阴极区域导通，从而在界面区形成腐蚀原电池；如果水中含有可溶性的杂质，渗透时
产生的渗透压能够加速水向界面区的传输，同时水的渗透也会导致涂层/混凝土和金属界面区可溶性盐的溶解，氧在涂层/混凝土和金属界面区发生还原反应生成的OH-及中间产物能破坏
涂层附着性，从而加速涂层的剥离鼓泡；可溶性离子及氧优先经过的路径则是水渗透的路径，加速金属的腐蚀反应过程。

环境温差等变化将在涂层内部产生较大的膨胀和收缩力，从而影
响涂层与混凝土和金属结构的粘结性。

2涂层在盐水中的耐腐蚀性能
2.1盐水浸泡加速腐蚀
无机改性聚脲涂层、聚氨酯涂层及环氧涂层光泽度随时间的延长而降低，且整体平稳。

环氧涂层和聚氨酯涂层的失光率都大于无机改性聚脲涂层，在氯离子和水分子的作用下，聚
氨酯涂层的表面结构发生了较小变化，即部分主键断裂和被水溶解的小分子，使其表面结构
发生水降解而出现光泽度下降的现象。

在混凝土和金属出现腐蚀后，腐蚀产物不断积累，产
生浓度差，为达到平衡，外界水分子、氯离子和氧气等腐蚀介质继续向内部传送。

而附着力
较低使金属阳离子向阴极的扩散阻力变小，腐蚀更容易发生。

材料本身的孔洞形成的离子通
道也为腐蚀产生电荷转移提供了条件。

涂层在浸泡初期，腐蚀介质还没有完全渗透到涂层内部，涂层电阻非常大。

随着腐蚀介质不断向涂层内部渗透，涂层电阻也逐渐减小。

而涂层在
浸泡初期时，涂层/金属体系在中高频率段的相位角接近90，同样随着腐蚀介质的进一步渗透，涂层电容逐渐增大，通过电容的电流也随之增加，则相位角逐渐下降。

综合以上分析结
果可以知道，无机改性聚脲涂层和环氧涂层抵抗5%盐水浸泡腐蚀能力明显好于聚氨酯涂层，而聚脲涂层略优于环氧涂层。

无机改性聚脲涂层在5%盐水中的防腐性能最好，环氧涂层次之，聚氨酯涂层相对差点。

2.2湿热环境加速腐蚀
聚氨酯涂层及环氧涂层的光泽度都出现的大幅度下降。

可以判断，湿热环境并不能使聚
聚氨酯涂层及环氧涂层，在结构上发生断裂等现象，而使光泽度大幅下降。

无机改性聚脲涂
层适合在潮湿基面上施工、说明无机改性聚脲这种涂层具有很好的耐湿热环境腐蚀的能力。

由于水分子渗透到涂层内部，破坏了涂层原有的网络分子结构，导致有机体的交联密度下降，增加了水溶性自由体小分子，同时使聚氨酯涂层及环氧涂层的致密度大幅下降；水还能使大
分子产生溶胀，溶胀使分子间距增加，破坏分子键作用力，使内部孔隙结构进一步增大。

各
项试验和文献表明无机改性聚脲涂层在湿热环境中的防腐性能最好，其他涂层次之。

2.3涂层在干湿及紫外环境中的耐腐蚀性能
干湿循环交替是常见的自然现象，且干湿循环是影响涂层劣化和涂层下金属腐蚀反应过
程的重要因素之一。

对干湿循环中有机涂层吸水过程的研究表明，干湿循环导致涂层膨胀-收
缩增加了吸水能力，加速水渗透到金属表面的过程，随之氧和腐蚀性离子的快速渗入，从而
导致涂层下金属快速腐蚀。

水的渗透能够在涂层内部产生内应力，从而导致涂层剥离，加速
混凝土和金属结构面的腐蚀。

这种内应力既可能是电极表面可溶性成分溶解产生收缩性内应力，也可以是溶胀产生膨胀性内应力，这些内应力会在干湿循环过程中释放出来，使涂层剥
离鼓泡变形而从基体混凝土和金属面剥离。

且干湿循环中，涂层的吸水扩散吸水大于失水扩
散系数，即渗水和失水不平衡，涂层在干湿循环中是一个吸水过程。

紫外线能使有机涂层发
生降解和，使得有机涂层内部孔隙结构增大，降低涂层的防腐性能。

环氧涂层在干湿循环下，即在热和水的交替作用下，环氧树脂出现大量降解，在水的冲洗下环氧树脂表面露出大量的
填料，由于填料没有光泽，所以使得环氧涂层出现明显失光。

聚氨酯涂层在干湿环境中，涂
层表面分子键出现部分断裂，形成许多水性物质和一些有色变的有机物，从而出现光泽度下降。

无机改性聚脲涂层具有很好的耐潮湿性，和一定的桥接功能。

因此无机改性聚脲涂层能
在湿热环境保持较高附着性，保持良好的防腐性能。

紫外光可以使涂层中的化学键断裂或变色和加速粉化，及在苯环间的季碳原子断裂，且
其中的亚甲基很容易被氧化成羰基，形成一些变色基团，是涂层出现光泽度完全失光的原因；且上述原因还是涂层产生粉化，使得且防腐性能大大降低。

且涂层在热、氧气和水的作用共
同作用下，涂层失光更加迅速且失效的速度也相对较单一的因素快。

在紫外光加速腐蚀与干
湿循环交替腐蚀环境中，紫外光加速老化与干湿循环交替作用下，会腐蚀工况的使用环境。

3 总结
目前重防腐涂料主要以环氧类和聚氨酯类为主。

其中环氧类涂料具有力学性能高、固化
收缩率小、附着力强、稳定性好、工艺性好、抗化学药品性优良等优点，然而也存在柔韧性差，漆膜丰满度差、耐热性差等缺点；聚氨酯类涂料具有附着力强、低温固化性能、高装饰
性能、优良的耐化学品和耐油性、优异的耐磨性、耐高温、性能多样性和可调性、低温性等
优点，但也存在施工工序复杂、漆膜容易产生弊病、对施工环境要求很高等缺点。

两种涂料
都有各自的优势，且在金属防腐领域都有着优良的表现，然而也出现了不少问题。

涂覆有机
防腐涂料是金属腐蚀防护的重要手段，然而随着人们对腐蚀防护的要求提高，要求防腐涂料
能在各种复杂环境中具有超长年限的防腐性能，因此需要涂料具有各种优异的综合性能才能
满足要求。

无机改性聚脲最大亮点就在于，能在潮湿基面施工，普通聚脲则相反；普通聚脲
主要用于防水方面较为合适，不适合在潮湿基面上施工，水分比不能大于4%；不透气也不透水；一般现场施工都不具备这个条件。

无机改性聚脲防腐材料特别适合在潮湿基面的环境下，发挥优良的性能与作用。

具体特性如下：
1．易于通过滚筒和镘子施工：不论是垂直表面还是水平表面均不需要特殊的涂敷设备
2.无缝膜：一体化——没有搭接、焊缝或接缝
3.良好的耐化学腐蚀性——包括高浓度的生物硫酸
4.防水且耐积水
5.与基材完全粘结：在存在合适的底漆的情况下适用于大多数的基材
6.耐潮湿性：能够在基材处于高残余湿度的情况下使用
7.水蒸气渗透性好：低起泡风险
8.对二氧化碳扩散具有良好的抗性：保护混凝土的钢筋以免被腐蚀
9.高撕裂、摩擦和冲击抗性：能够承载交通并应用于受机械力损伤的区域
10.坚韧但富有柔韧性且具有桥接性能
11.高度耐用性并减少因脆化引起的裂纹
12.热固性：高温时也不会软化
13.与各种基材均有良好的粘结性（混凝土、钢）
14.气候耐受性：经证实有雷电和耐冻/融性，可在室外使用，无需额外的表面涂层
15.不含溶剂
参考文献：
[1]李鑫茂.聚脲防护涂层耐候老化及耐介质腐蚀性能研究[D].青岛理工大学，2011.
[2]李鹏，卢敏等.填料对聚脲弹性体防滑耐磨性能的影响[J].玻璃钢/复合材料，2010，2：31-36.
[3]安萍萍.改性聚脲弹性体制备和性能研究[D].北京化工大学，2011.。