水工金属结构水性无机富锌涂料研究进展
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力不够高、 电化学 性 能不 够强 、 固化 时间达 不 到要 求等 问题 ， 无 法满 足水 工 环境 高标 准 的使 用要 求 ， 因此 需要
（ ３ ）涂膜 的 自修 复 和 钝 化作 用 。 当涂 膜 损 伤 后 ，
锌 的产物 就在 此处 沉积 ， 形成 一层 保护膜 ， 阻挡 电流通
究 专项 资金 项 目“ 新 型 抗 冲 磨 抗 冲 撞 材 料 开发 与 应 用研 究 ” （ ２ ０ １ １ Ｅ Ｇ １ ３ ６ ２ ２ ４ ） ； 国 家 自然 科 学基 金 项 目（ ５ １ ０ ０ １ ０ １ ８ ）
自从 ２ ０世 纪 ３ ０年 代 澳 大 利 亚 人 Ｖ ｉ ｃ ｔ ｏ ｒ Ｎ ｉ ｇ ｈ ｔ ｉ ｎ — ｇ ａ ｌ ｅ发 明 富锌 涂 料 以来 ， 国 内外学 者 对 其 进 行 了 大量 的研 究 ， 并在 此 基础 上研 制 出 了多种 富锌 涂 料 ， 其 中水 性 无 机 富锌 涂 料 具 有 优 良的 耐 腐 蚀 、 耐老化 等性能。 与有 机 富锌涂 料 相 比， 水 性 无 机 富 锌涂 料 的最 大优 点 是 Ｖ Ｏ Ｃ零排 放 ， 在水 工 金 属结构 防腐 中具有 广 阔 的发 展 前 景 。然 而 ， 传统 的水 性 无 机 富 锌 涂 料存 在 耐水 性
心。 湖北 宜 昌 ４ ４ ３ ０ ０ ２ ； ３ ． 美 国 田纳 西 大 学诺 克 斯 维 尔 分 校 ， 美 国 田 纳 西 州 诺 克 维 尔斯 市 Ｔ Ｎ ３ ７ ９ ９ ６ ）
摘要 ： 针 对 传 统 水 性 无机 富 锌 涂 料 耐 水 性 差和 脆 性 高 等 ｆ ＂ － Ｉ 题， 可 通 过 对 该 涂 料 进 行 改 性 提 高 其 力 学 及 电化 学 性 能 。 为此 ， 结 合 水性 无机 富 锌 涂 料 的应 用情 况 和 防 腐 机 理 ， 在 总 结前 人 研 究成 果 的基 础 上 ， 分 别 从 成 膜 物 质 的 改性 、 填 料 的 改 性 以 及 助 剂 的 改性 三 个 方 面 入 手 ， 探 讨 改 善 水性 无 机 富锌 涂 料 性 能 的 途 径 。提 出 了 水性 无 机 富锌 涂 料 在 水 工 金 属 结 构 防 腐 中 尚 未解 决 的 问题 以及 未 来 研 究 方 向 。
第４ ４卷 第 ２ ０期 ２ ０ １ ３年 １ ０月
文章 编 号 ： １ ０ ０ １—４ １ ７ ９（ ２ ０ １ ３） ２ ０—０ ０ ６１—０ ５
人 民 长 江
Ｙａ ｎ ｇ ｔ ｚ ｅ Ｒｉ ｖ ｅ ｒ
Ｖ０ １ ． ４４． ＮＯ ． ２ ０ ０ｃ ｔ ．． ２ Ｏ１ ３
锌 的 电位 比铁 更负 ， 所 以在 电解 质 溶 液 中锌 原 子 容 易
失去 电子 变成 阳极 ， 铁则 为 阴极 。在 阳极 区 ， 锌失 去 电 子 而被腐 蚀 ， 在 阴极 区钢铁表 面不 断得 到 电子 ， 从 而得
到保 护 。
低、 脆性高、 基 材 表 面处 理 要 求 高 等 缺 陷 … ， 以及 附着
的重 要任 务 。
１ 水 性 无 机 富 锌 涂 料 的 防 腐 原 理
（ １ ）屏蔽 作用 。富锌涂 料 中的锌粉 和材 料经 腐蚀
后 生成 的氧化 锌 、 氢氧 化锌 、 碱式碳 酸锌 、 碱 式氧化 锌 、 硫 酸锌 等含 锌 化 合 物 在 涂层 中 形 成 了无 数 的 微 小 区 域， 减少 了涂 层与 金属基 体之 间 的热膨胀 系数 差 ， 降低 了涂 层 硬化 时 的收缩 率 和涂 层 内部 的 应力 ， 抑 制 了涂
水 工 金 属 结 构 水 性 无 机 富锌 涂 料 研 究进 展
刘 磊 ， 陈 亮 ， 汪 在 芹 ， 李 珍 ， 王 山 峰。
（ １ ． 长 江 科 学 院 材 料 与 结 构研 究 所 ， 湖北 武 汉 ４ ３ ０ ０ １ ０ ； ２ ． 三 峡 地 区地 质 灾 害 与 生 态 环 境 湖 北 省 协 同创 新 中
关 键 词 ： 金 属 结 构 ；防腐 ；涂 料 ；改 性 ；水利 工 程 文 献 标 志 码 ：Ａ
中 图法 分 类 号 ：Ｔ Ｖ３ ４
水 工金 属结 构 是 水 工 建 筑 物 的重 要 组 成 部 分 ， 水 利 工 程 的特 殊性 决 定 了金 属结 构 经 常 浸 没 在 水 中 ， 或 处于 干 湿交 替 的环境 中 ， 长期 受 到各 种水 质 、 水生 物等 的侵 蚀 和高 速水 流 冲 刷 ， 以及 空 气 中二 氧 化 硫 和 酸雨 的侵 蚀 等 。此外 ， 泥沙 和 其 它 漂 浮 物 的 冲 击磨 损 也会 使 钢 材发 生严 重 腐蚀 ， 从 而 降低结 构 的 承载 能力 ， 严重 威 胁 到 金属 结构 的安 全 性 。 总 之 ， 如 何 有 效 地解 决 水 工金 属 结构 的腐 蚀 问题 ， 是 水 利 水 电工 程 建设 中 面 临
过， 延缓 腐蚀 继续 发生 。涂料 涂覆 于钢材 表 面 ， 进行 改性 ， 以解 决上 述缺 陷 问题 。
收稿 １ ５ １ 期： ２ ０ １ ３—０ ８—３１
些 电化 学作 用发 生 ， 对 底材起 到 良好钝 化作 用 。
基金项 目： 国 际科 技 合 作 项 目“ 水 工 新 型 防 护 涂 层 材 料 制 备 与 应 用 的 合 作 研 究” （ ２ ０ １ ０ Ｄ Ｆ Ｂ ７ ０ ４ ７ ０ ） ； 科 技 部 科 研 院 所 技 术 开 发 研
层 的龟 裂 、 脱落 ， 提高 了涂层 的粘 结力 和抗介 质渗 透能
力， 从 而提高 了涂层 的防腐蚀 性 能 。 （ ２ ）牺牲 阳极 的 电化学保 护 作用 。富锌 涂料 中含 有 大量 的锌粉 ， 锌 粒子 之 间 、 锌粒 子与钢 铁表 面之 间 紧 密接 触 ， 与 电解质 溶 液 一起 形 成 一 个 个小 电池 。 由 于
（ ３ ）涂膜 的 自修 复 和 钝 化作 用 。 当涂 膜 损 伤 后 ，
锌 的产物 就在 此处 沉积 ， 形成 一层 保护膜 ， 阻挡 电流通
究 专项 资金 项 目“ 新 型 抗 冲 磨 抗 冲 撞 材 料 开发 与 应 用研 究 ” （ ２ ０ １ １ Ｅ Ｇ １ ３ ６ ２ ２ ４ ） ； 国 家 自然 科 学基 金 项 目（ ５ １ ０ ０ １ ０ １ ８ ）
自从 ２ ０世 纪 ３ ０年 代 澳 大 利 亚 人 Ｖ ｉ ｃ ｔ ｏ ｒ Ｎ ｉ ｇ ｈ ｔ ｉ ｎ — ｇ ａ ｌ ｅ发 明 富锌 涂 料 以来 ， 国 内外学 者 对 其 进 行 了 大量 的研 究 ， 并在 此 基础 上研 制 出 了多种 富锌 涂 料 ， 其 中水 性 无 机 富锌 涂 料 具 有 优 良的 耐 腐 蚀 、 耐老化 等性能。 与有 机 富锌涂 料 相 比， 水 性 无 机 富 锌涂 料 的最 大优 点 是 Ｖ Ｏ Ｃ零排 放 ， 在水 工 金 属结构 防腐 中具有 广 阔 的发 展 前 景 。然 而 ， 传统 的水 性 无 机 富 锌 涂 料存 在 耐水 性
心。 湖北 宜 昌 ４ ４ ３ ０ ０ ２ ； ３ ． 美 国 田纳 西 大 学诺 克 斯 维 尔 分 校 ， 美 国 田 纳 西 州 诺 克 维 尔斯 市 Ｔ Ｎ ３ ７ ９ ９ ６ ）
摘要 ： 针 对 传 统 水 性 无机 富 锌 涂 料 耐 水 性 差和 脆 性 高 等 ｆ ＂ － Ｉ 题， 可 通 过 对 该 涂 料 进 行 改 性 提 高 其 力 学 及 电化 学 性 能 。 为此 ， 结 合 水性 无机 富 锌 涂 料 的应 用情 况 和 防 腐 机 理 ， 在 总 结前 人 研 究成 果 的基 础 上 ， 分 别 从 成 膜 物 质 的 改性 、 填 料 的 改 性 以 及 助 剂 的 改性 三 个 方 面 入 手 ， 探 讨 改 善 水性 无 机 富锌 涂 料 性 能 的 途 径 。提 出 了 水性 无 机 富锌 涂 料 在 水 工 金 属 结 构 防 腐 中 尚 未解 决 的 问题 以及 未 来 研 究 方 向 。
第４ ４卷 第 ２ ０期 ２ ０ １ ３年 １ ０月
文章 编 号 ： １ ０ ０ １—４ １ ７ ９（ ２ ０ １ ３） ２ ０—０ ０ ６１—０ ５
人 民 长 江
Ｙａ ｎ ｇ ｔ ｚ ｅ Ｒｉ ｖ ｅ ｒ
Ｖ０ １ ． ４４． ＮＯ ． ２ ０ ０ｃ ｔ ．． ２ Ｏ１ ３
锌 的 电位 比铁 更负 ， 所 以在 电解 质 溶 液 中锌 原 子 容 易
失去 电子 变成 阳极 ， 铁则 为 阴极 。在 阳极 区 ， 锌失 去 电 子 而被腐 蚀 ， 在 阴极 区钢铁表 面不 断得 到 电子 ， 从 而得
到保 护 。
低、 脆性高、 基 材 表 面处 理 要 求 高 等 缺 陷 … ， 以及 附着
的重 要任 务 。
１ 水 性 无 机 富 锌 涂 料 的 防 腐 原 理
（ １ ）屏蔽 作用 。富锌涂 料 中的锌粉 和材 料经 腐蚀
后 生成 的氧化 锌 、 氢氧 化锌 、 碱式碳 酸锌 、 碱 式氧化 锌 、 硫 酸锌 等含 锌 化 合 物 在 涂层 中 形 成 了无 数 的 微 小 区 域， 减少 了涂 层与 金属基 体之 间 的热膨胀 系数 差 ， 降低 了涂 层 硬化 时 的收缩 率 和涂 层 内部 的 应力 ， 抑 制 了涂
水 工 金 属 结 构 水 性 无 机 富锌 涂 料 研 究进 展
刘 磊 ， 陈 亮 ， 汪 在 芹 ， 李 珍 ， 王 山 峰。
（ １ ． 长 江 科 学 院 材 料 与 结 构研 究 所 ， 湖北 武 汉 ４ ３ ０ ０ １ ０ ； ２ ． 三 峡 地 区地 质 灾 害 与 生 态 环 境 湖 北 省 协 同创 新 中
关 键 词 ： 金 属 结 构 ；防腐 ；涂 料 ；改 性 ；水利 工 程 文 献 标 志 码 ：Ａ
中 图法 分 类 号 ：Ｔ Ｖ３ ４
水 工金 属结 构 是 水 工 建 筑 物 的重 要 组 成 部 分 ， 水 利 工 程 的特 殊性 决 定 了金 属结 构 经 常 浸 没 在 水 中 ， 或 处于 干 湿交 替 的环境 中 ， 长期 受 到各 种水 质 、 水生 物等 的侵 蚀 和高 速水 流 冲 刷 ， 以及 空 气 中二 氧 化 硫 和 酸雨 的侵 蚀 等 。此外 ， 泥沙 和 其 它 漂 浮 物 的 冲 击磨 损 也会 使 钢 材发 生严 重 腐蚀 ， 从 而 降低结 构 的 承载 能力 ， 严重 威 胁 到 金属 结构 的安 全 性 。 总 之 ， 如 何 有 效 地解 决 水 工金 属 结构 的腐 蚀 问题 ， 是 水 利 水 电工 程 建设 中 面 临
过， 延缓 腐蚀 继续 发生 。涂料 涂覆 于钢材 表 面 ， 进行 改性 ， 以解 决上 述缺 陷 问题 。
收稿 １ ５ １ 期： ２ ０ １ ３—０ ８—３１
些 电化 学作 用发 生 ， 对 底材起 到 良好钝 化作 用 。
基金项 目： 国 际科 技 合 作 项 目“ 水 工 新 型 防 护 涂 层 材 料 制 备 与 应 用 的 合 作 研 究” （ ２ ０ １ ０ Ｄ Ｆ Ｂ ７ ０ ４ ７ ０ ） ； 科 技 部 科 研 院 所 技 术 开 发 研
层 的龟 裂 、 脱落 ， 提高 了涂层 的粘 结力 和抗介 质渗 透能
力， 从 而提高 了涂层 的防腐蚀 性 能 。 （ ２ ）牺牲 阳极 的 电化学保 护 作用 。富锌 涂料 中含 有 大量 的锌粉 ， 锌 粒子 之 间 、 锌粒 子与钢 铁表 面之 间 紧 密接 触 ， 与 电解质 溶 液 一起 形 成 一 个 个小 电池 。 由 于