片狀鋅粉在富鋅涂料領(lǐng)域的應(yīng)用及其技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

楊振波，李運(yùn)德，楊忠林，郭萬(wàn)生，師華

（北京航材百慕新材料技術(shù)工程股份有限公司，北京 100095）

片狀鋅粉在富鋅涂料領(lǐng)域的應(yīng)用及其技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

楊振波*，李運(yùn)德，楊忠林，郭萬(wàn)生，師華

（北京航材百慕新材料技術(shù)工程股份有限公司，北京 100095）

介紹了國(guó)內(nèi)外鱗片基富鋅涂料的主要技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展?fàn)顩r：包括鱗片鋅基粉末涂料、鱗片基水性無(wú)機(jī)富鋅涂料、鱗片基醇溶無(wú)機(jī)富鋅涂料和球片結(jié)合基富鋅涂料。認(rèn)為片鋅基粉末涂料、片鋅基水性/醇溶無(wú)機(jī)涂料及球片結(jié)合基富鋅涂料等是這類涂料的發(fā)展方向。

富鋅涂料；片狀鋅粉；粉末涂料；防腐

1 前言

鋅材料是鋼鐵防腐不可缺少的重要資源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2005年我國(guó)鋅產(chǎn)量為250余萬(wàn)t，其中90%用于材料保護(hù)方面，如熱浸鋅、電鍍鋅、富鋅涂料和達(dá)克羅涂液(Dacrometal)等。鋅資源的消耗不可復(fù)得，如何減少鋅的用量，降低鋅層的腐蝕消耗，提高鋅資源的利用效率，節(jié)約鋅礦資源，是國(guó)內(nèi)外防腐科研工作者的重要研究方向。

片狀鋅粉的技術(shù)起源于生產(chǎn)達(dá)克羅涂料的主要原材料。達(dá)克羅涂料涂覆工藝(無(wú)鉻達(dá)克羅)屬于“綠色電鍍”，國(guó)外已用該技術(shù)替代污染、耗能嚴(yán)重的熱浸鋅、電鍍鋅工藝，廣泛用于汽車、家電、軍事等各個(gè)領(lǐng)域。而我國(guó)包括深圳中興通訊、中國(guó)重汽集團(tuán)、上海大眾等在內(nèi)的許多單位都建立了“達(dá)克羅”生產(chǎn)線。全國(guó)達(dá)克羅涂覆生產(chǎn)線由幾年前的幾十條，迅速增加到數(shù)百條，其發(fā)展速度驚人。達(dá)克羅技術(shù)的原理是：將預(yù)處理過(guò)的工件浸入以片狀鋅粉為主要防銹填料的涂液中，使涂液均勻附著，通過(guò)“燒結(jié)”后固化。片狀鋅粉形成的交替層以疊瓦片狀的搭接結(jié)構(gòu)覆蓋在工件表面，故既具有高屏蔽性，又保證了良好的導(dǎo)通性能，給基材提供了源源不斷的電化學(xué)陰極保護(hù)電流。鱗片狀鋅基達(dá)克羅涂層的防腐性能是相同厚度熱浸鋅、電鍍鋅涂層的 5倍以上，而鋅用量?jī)H為后兩者的1/2。

達(dá)克羅涂層畢竟是一種生產(chǎn)線燒結(jié)涂覆工藝，不能適應(yīng)普通涂料防腐涂裝的現(xiàn)場(chǎng)施工與常溫固化。但是，鱗片狀鋅基達(dá)克羅涂層以其高抗蝕性與鋅資源節(jié)約性給未來(lái)富鋅涂料的研究提供了新的思路。

2 傳統(tǒng)富鋅涂料與鱗片基富鋅涂料的對(duì)比

目前在鋼結(jié)構(gòu)重防腐領(lǐng)域，全世界都已普遍進(jìn)入以富鋅涂料為底漆的重防腐涂裝時(shí)代。僅中國(guó)每年用于造船、集裝箱、車間底漆等各個(gè)領(lǐng)域的富鋅涂料的鋅粉用量就超過(guò)20萬(wàn)t。但是，目前國(guó)內(nèi)外工程中實(shí)際應(yīng)用的富鋅涂料均屬球鋅富鋅涂料，即均以球狀鋅粉為主要防銹填料。

為了保證富鋅涂料的電化學(xué)保護(hù)性能，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 12944規(guī)定富鋅涂料不揮發(fā)分中鋅粉含量不低于80%。然而，如果涂層中鋅粉含量過(guò)高，涂層的力學(xué)性能下降，并且容易產(chǎn)生多孔結(jié)構(gòu)[1]。在多孔的富鋅底漆上涂覆其他高固體分涂料，便會(huì)使涂層生成氣泡的傾向增加。鋅是一種高密度金屬，在生產(chǎn)和配制涂料時(shí)，分散較為困難，貯存時(shí)易發(fā)生沉底現(xiàn)象，并且在施工應(yīng)用時(shí)需要不斷攪拌，才能保證形成的漆膜中鋅含量的一致性。另外，若為了增強(qiáng)涂層的防腐能力而加厚涂膜，則會(huì)使涂層在干燥過(guò)程中產(chǎn)生收縮，從而出現(xiàn)裂紋傾向。這在無(wú)機(jī)富鋅涂料中尤為明顯。而從鱗片狀鋅基達(dá)克羅涂層結(jié)構(gòu)及其耐蝕性分析可知，采用片狀鋅粉研制的富鋅涂料完全可以克服上述缺陷[2-3]。這是因?yàn)椋?/p>

(1) 鱗片基瓦狀面與面搭接結(jié)構(gòu)優(yōu)于球鋅基結(jié)構(gòu)的點(diǎn)與點(diǎn)接觸，它使電流導(dǎo)通性大大增強(qiáng)，并且可以在降低鱗片狀鋅粉含量的同時(shí)，獲得優(yōu)異的電化學(xué)保護(hù)性能。球狀鋅粉和片狀鋅粉的SEM照片見(jiàn)圖1，含球狀和鱗片狀鋅粉的醇溶型無(wú)機(jī)富鋅涂層的SEM照片見(jiàn)圖2。

圖1 球狀與片狀鋅粉的SEM形貌Figure 1 SEM morphologies of spherical and flaky zinc powders

圖2 球狀與鱗片狀醇溶無(wú)機(jī)富鋅涂層的SEM形貌Figure 2 SEM morphologies of spherical and flaky alcohol-soluble inorganic zinc-rich coatings

(2) 片狀層疊結(jié)構(gòu)使得腐蝕介質(zhì)的滲透路徑延長(zhǎng)，大大減少了水、離子在涂膜中的滲透，提高了整個(gè)涂層結(jié)構(gòu)的屏蔽性能。另外，片狀結(jié)構(gòu)對(duì)涂層還有補(bǔ)強(qiáng)作用，提高了涂層體系的力學(xué)性能。

(3) 鱗片基富鋅涂料中片狀鋅粉的低松裝密度以及低料漿密度使涂料具有更好的抗沉降性，從而大大減少了底涂層的施工中鋅含量的不均勻性。

綜上所述，新型鱗片基富鋅涂料在節(jié)約鋅資源、提高涂層耐蝕性以及施工工藝性能方面明顯優(yōu)于采用球鋅作填料的富鋅涂料，它為長(zhǎng)效型防腐涂層體系設(shè)計(jì)提供了更好的防腐底漆。

3 片狀鋅粉的技術(shù)參數(shù)

片狀鋅粉的粒度、松裝密度、徑厚比等參數(shù)對(duì)于鱗片基富鋅涂料的配方PVC(顏料體積濃度)設(shè)計(jì)乃至涂料的各項(xiàng)性能都具有決定性的意義。

從目前的國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，尚無(wú)任何國(guó)家有片狀鋅粉的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。而世界上具有領(lǐng)導(dǎo)地位的片狀鋅粉生產(chǎn)企業(yè)——德國(guó)ECKART，美國(guó)Novamet和Hyperseal公司，及澳大利亞Benda-Lutz公司，都是采用企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為產(chǎn)品生產(chǎn)的依據(jù)。

在我國(guó)，由北京礦冶研究總院負(fù)責(zé)起草的《片狀鋅粉》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)正在制訂中。該標(biāo)準(zhǔn)的起草稿參照了上述國(guó)外公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，特別是原始數(shù)據(jù)，其資料來(lái)源于國(guó)內(nèi)幾個(gè)達(dá)克羅涂液生產(chǎn)廠商及主要達(dá)克羅涂液用原材料鋅片生產(chǎn)廠商。鱗片狀鋅粉主要技術(shù)指標(biāo)詳見(jiàn)表1。

表1 國(guó)標(biāo)起草稿中片狀鋅粉的技術(shù)指標(biāo)Table 1 Technical indexes for flaky zinc powder in the draft of national standard

依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的片狀鋅粉更適用于配制生產(chǎn)線浸涂施工的達(dá)克羅涂液。但是用作防腐底漆的鱗片狀鋅粉在技術(shù)要求上有其特殊性，還需要進(jìn)行深入研究。

4 鱗片基富鋅涂料的研究現(xiàn)狀

鱗片基環(huán)氧富鋅涂料是國(guó)內(nèi)外鱗片基富鋅涂料最常見(jiàn)的產(chǎn)品及研究對(duì)象，包括純片鋅基以及片鋅與其他填料復(fù)配的形式。

中船七二五所的金曉鴻等人[1]采用環(huán)氧–聚酰胺固化體系，以Benda-Lutz公司生產(chǎn)的片鋅漿(片徑25 μm左右)為主要填料，輔以片狀云鐵等其他防銹填料進(jìn)行配方研究，結(jié)果表明：鱗片狀鋅基富鋅底漆的片鋅用量可減少到球狀鋅基富鋅底漆球鋅粉用量的1/3，而不影響其防腐蝕性能；鱗片狀鋅與其他片狀防銹顏料混用有較好的性能，可大大減少“鋅白”的生成；鱗片狀鋅基富鋅底漆表面較為平整，與后續(xù)涂層配合更好，可減少發(fā)生氣泡的傾向。

昆明理工大學(xué)的于曉輝等人[4]以昆明理工恒達(dá)表面技術(shù)公司生產(chǎn)的HDZ系列片狀鋅粉為顏填料，分別采用了環(huán)氧、丙烯酸、氨基 3種樹(shù)脂體系進(jìn)行了配方研究與涂層性能評(píng)測(cè)。結(jié)果顯示，上述 3種體系的鱗片基有機(jī)富鋅涂層經(jīng)1 200 h的鹽霧試驗(yàn)后，依然無(wú)生銹、起泡或剝落現(xiàn)象，其指標(biāo)遠(yuǎn)高于HG/T 3668–2008《富鋅底漆》對(duì)環(huán)氧類富鋅涂料耐600 h鹽霧腐蝕性能的要求，而且其配方內(nèi)片狀鋅粉用量?jī)H為球狀鋅粉的1/3 ～ 1/2。

蘭州理工大學(xué)的尹建軍等人[5]采用自制 400目的片狀鋅粉與磷鐵粉、非浮型鋁粉進(jìn)行復(fù)配，以E20環(huán)氧樹(shù)脂–聚酰胺為固化體系進(jìn)行了不同鋅基組成的鱗片基環(huán)氧富鋅涂料的配方研究。其中，球狀鋅粉復(fù)配1/4非浮型片狀鋁粉后制得的50 μm厚的涂層，經(jīng)鹽霧試驗(yàn)504 h后無(wú)銹蝕、無(wú)起泡，而40 μm厚的純片鋅基涂層，鹽霧試驗(yàn)504 h后有少量銹蝕與起泡。

東南大學(xué)的韓鳳俊等人[6]在 E44環(huán)氧樹(shù)脂與胺類固化劑體系，采用滲透率法測(cè)定了鱗片基涂層的臨界顏料體積，通過(guò)對(duì)硬度、耐磨性、附著力、抗沖擊性、柔韌性以及耐鹽霧性能的測(cè)試，表征了涂層的各項(xiàng)力學(xué)性能和腐蝕性能，闡述了鱗片狀鋅粉填料與涂層腐蝕性能優(yōu)劣之間的關(guān)系。結(jié)果表明，以鱗片狀鋅粉為填料的環(huán)氧樹(shù)脂防腐蝕涂料的顏料體積濃度(PVC)在30% ～ 35%之間時(shí)，制得的涂層綜合性能較好，防腐蝕性能最佳，其耐鹽霧壽命超過(guò)1 200 h。

浙江工業(yè)大學(xué)的謝德明等人[7]在國(guó)內(nèi)首先采用了電化學(xué)阻抗譜(EIS)研究鋅粒狀態(tài)在3.5% NaCl溶液中的電化學(xué)行為，其研究結(jié)果表明：鱗片有機(jī)富鋅涂層的導(dǎo)電性比球形有機(jī)富鋅涂層高，鱗片鋅消耗速度較快以至于鱗片富 Zn涂層在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)減弱了陰極保護(hù)作用，隨后形成了較致密的屏蔽阻擋層。

阿根廷的Vilche等人[8]在《Corrosion Science》上發(fā)表的文章采用了掃描電鏡(SEM)與電化學(xué)阻抗譜(EIS)技術(shù)對(duì)不同鋅粒狀態(tài)的富鋅涂層(ZRP)進(jìn)行了全面表征，并通過(guò)各類電化學(xué)方法從理論上分析了富鋅涂層的耐腐蝕性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：(1)片鋅基富鋅涂層的CPVC (臨界顏料體積濃度)低于球鋅基富鋅涂層，片鋅基富鋅涂層的PVC設(shè)計(jì)最佳值為50%，而球鋅基富鋅涂層的PVC設(shè)計(jì)最佳值在60%以上；(2)與球鋅基富鋅涂層相比，片鋅基富鋅涂層有好的電化學(xué)接觸和更均勻的保護(hù)電流，從而提供更佳的電化學(xué)保護(hù)，良好配方的片鋅基富鋅涂料，其涂層耐鹽霧壽命至少為2 500 h。

捷克的Kalendová等人[9]在《Progress in Organic Coatings》上發(fā)表的文章認(rèn)為：(1)片狀鋅基結(jié)構(gòu)與球鋅基結(jié)構(gòu)的硬度與光澤度明顯不同，含0 ～ 30%(體積分?jǐn)?shù))片鋅的涂層硬度較高；(2)無(wú)論是片鋅還是球鋅，越小鋅粉顆粒的涂層結(jié)構(gòu)，其耐蝕性能越好；(3)鋅粒狀態(tài)及其粒徑對(duì)富鋅涂層的耐蝕性有極大的影響。片狀鋅基結(jié)構(gòu)優(yōu)于球狀鋅基結(jié)構(gòu)，片狀鋅基結(jié)構(gòu)的高屏蔽性降低了鋅粉的消耗速率，從而保證了在低干膜鋅含量下鋅電化學(xué)保護(hù)作用的持久性；(4)純片狀鋅粉的最佳PVC值為20%。

從以上學(xué)者的研究結(jié)果來(lái)看，片狀鋅粉的質(zhì)量對(duì)片鋅基富鋅底漆的防腐性能有重要的影響，這可能是尹建軍等人采用自制片鋅粉所研制的片鋅基底漆的性能不如普通球鋅基底漆的原因。但縱觀國(guó)內(nèi)外資料，鱗片基富鋅涂層的各項(xiàng)性能優(yōu)于球鋅基富鋅涂層已經(jīng)形成了共識(shí)。但由于各研究者采用的樹(shù)脂材料不一致，配方設(shè)計(jì)各有優(yōu)劣，特別是片狀鋅粉試驗(yàn)原材料的質(zhì)量參差不齊，因此片狀鋅粉的優(yōu)化設(shè)計(jì)PVC值出現(xiàn)了較大差異，繼而給鱗片基富鋅涂料配方干膜含鋅量的設(shè)計(jì)造成了困難，從而導(dǎo)致鱗片型富鋅涂料標(biāo)準(zhǔn)化及產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)展緩慢。

5 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

隨著環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，社會(huì)上迫切需要低公害或無(wú)公害的富鋅涂料。雖然鱗片基環(huán)氧富鋅涂料的技術(shù)已經(jīng)成熟，并且相對(duì)于球鋅環(huán)氧富鋅涂料而言，其耐蝕性能以及對(duì)鋅資源的節(jié)約性具有一定優(yōu)勢(shì)，但能否開(kāi)發(fā)環(huán)保性能更佳的富鋅涂料已經(jīng)被提到日程上來(lái)。因此，鱗片基水性/醇溶無(wú)機(jī)富鋅涂料與鱗片鋅基粉末涂料成為未來(lái)鱗片基富鋅涂料的發(fā)展趨勢(shì)。

5. 1 鱗片鋅基粉末涂料

近年來(lái)，粉末涂料的環(huán)境友好性和節(jié)能減排優(yōu)勢(shì)日益突顯，行業(yè)面臨難得的發(fā)展機(jī)遇?！锻苛闲袠I(yè)“十一五”發(fā)展規(guī)劃》和《涂料行業(yè)科技中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》均明確提出要大力發(fā)展環(huán)保型粉末涂料。未來(lái)10年，我國(guó)將大幅削減傳統(tǒng)溶劑涂料在工業(yè)涂料中的比例，使其所占份額由目前的50%銳減至5%。用10 ～ 15年時(shí)間，對(duì)傳統(tǒng)涂料產(chǎn)業(yè)實(shí)行新技術(shù)嫁接與改造，最終將傳統(tǒng)溶劑涂料市場(chǎng)份額縮減至1%以下。這些規(guī)劃為環(huán)保型粉末涂料的發(fā)展提供了難得的機(jī)遇。今后包括水性涂料和粉末涂料在內(nèi)的環(huán)保型涂料將逐步取代傳統(tǒng)溶劑型涂料，成為市場(chǎng)的主導(dǎo)產(chǎn)品。

粉末涂料品種眾多，包含環(huán)氧粉末、聚酯粉末、丙烯酸粉末和氟樹(shù)脂粉末等多種產(chǎn)品，產(chǎn)品類型既有防銹性能好的底涂層，也有外觀裝飾性強(qiáng)的面涂層。品種基本可與溶劑型工業(yè)防腐涂料相當(dāng)。但是，粉末涂料幾十年應(yīng)用及研究領(lǐng)域里一直缺少像富鋅涂料那樣具有優(yōu)良的電化學(xué)陰極保護(hù)作用的高性能粉末底涂層，造成了粉末涂料在石油管道、輸水管道等領(lǐng)域應(yīng)用的同時(shí)，管道外不得不外加陰極保護(hù)系統(tǒng)的局面。這樣不僅提高了工程造價(jià)，還造成了資源的極大浪費(fèi)。

無(wú)法研制以鋅粉為主要防銹填料的粉末涂料之根本原因，一是粉末涂料里不允許采用球狀鋅粉配方設(shè)計(jì)這么高的PVC值，若降低PVC值，則電化學(xué)保護(hù)作用得不到體現(xiàn)；二是球狀鋅粉的密度過(guò)高，采用靜電噴涂施工工藝的粉末涂料無(wú)法對(duì)高密度的帶樹(shù)脂鋅粉進(jìn)行靜電噴涂施工。

但是，隨著片狀鋅粉技術(shù)的出現(xiàn)，這一問(wèn)題得到了根本性的解決。阿克蘇·諾貝爾公司采用德國(guó)ECKART的鱗片狀鋅粉研制生產(chǎn)了 PZ660/770重鋅環(huán)氧防腐底涂粉末涂料，該產(chǎn)品作為底涂層與該公司生產(chǎn)的Interpon 600純聚酯耐候粉末涂料等面涂層相配合，已在瑞典、德國(guó)等歐洲國(guó)家的高速公路護(hù)欄上廣泛應(yīng)用，取代了原有的熱浸鋅公路護(hù)欄?！癙Z660/770”重鋅底涂粉末涂料在瑞典沃爾沃實(shí)驗(yàn)基地的檢測(cè)中，耐鹽霧性能超過(guò)3 000 h，室外曝曬性能也非常好。

江蘇正菱涂裝公司以ECKART的Zinc flake GTT片鋅粉開(kāi)發(fā)了類似產(chǎn)品，這些產(chǎn)品已在我國(guó)一些工程中試用，效果良好。

我國(guó)的電力鐵塔、公路護(hù)欄、鍍鋅管、板材、網(wǎng)架等構(gòu)件的防腐涂層大都采用熱浸鋅工藝，但熱浸鋅工藝的高耗能、高耗資源已經(jīng)引起了國(guó)家相關(guān)部門的關(guān)注。像北京等大城市已不允許在城市周圍建立熱浸鋅廠。隨著《片狀鋅粉》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的頒布以及我國(guó)片狀鋅粉產(chǎn)品質(zhì)量的提高與成本的降低，可以替代熱浸鋅工藝的鱗片鋅基粉末涂料將有不可限量的市場(chǎng)。

5. 2 鱗片基水性無(wú)機(jī)富鋅涂料

國(guó)內(nèi)外片狀鋅粉的制備技術(shù)主要采用高能球磨法，其原理是將一定粒度的球狀鋅粉在氬氣保護(hù)(干式)或溶劑保護(hù)(濕式)條件下，利用球磨球?qū)η驙钿\粉的高頻次沖擊碰撞來(lái)形成片狀鋅粉，其過(guò)程如圖3所示。

圖3 球狀鋅粉研磨過(guò)程的形貌變化Figure 3 Morphology variation of spherical zinc powder in grinding process

片狀鋅粉的制備過(guò)程中，通常還要加入適量的助磨劑，它的作用有兩點(diǎn)：一是防止片狀鋅粉研磨過(guò)程中的“冷焊”，二是可適當(dāng)降低片狀鋅粉的表面活性。這是由于所形成的片狀鋅粉的表面積相比于球狀鋅粉顯著增大(基本上可增大上百倍)，其表面活性大大提高，極易發(fā)生氧化使鋅粉失效。而助磨劑是一種表面活性劑，在球磨過(guò)程中，加入少量的助磨劑，能吸附在物料顆粒的表面，通過(guò)物理或化學(xué)作用產(chǎn)生力學(xué)作用，從而減少顆粒的表面張力。因此，在片狀鋅粉的研磨過(guò)程中必須加入研磨助劑，既有利于粉末的粉碎，又能起到防止金屬粉末冷焊的作用。在球磨結(jié)束后，還會(huì)有一部分助磨劑吸附并包覆在片狀鋅粉表面，降低了片狀鋅粉的表面活性。

目前，國(guó)內(nèi)外包括ECKART等公司生產(chǎn)的片狀鋅粉無(wú)論是干粉產(chǎn)品或膏狀粉末，其表面均有助磨劑(如硬酯酸等)。該類助磨劑對(duì)于研制達(dá)克羅涂液與鱗片基有機(jī)環(huán)氧類富鋅涂料的性能影響不大。但是，一旦采用帶有該類助磨劑的片狀鋅粉研制以堿性的鈉、鋰、鉀硅酸鹽水玻璃為樹(shù)脂黏結(jié)劑的水性無(wú)機(jī)富鋅涂料，就會(huì)出現(xiàn)堿性黏結(jié)劑與高活性片狀鋅粉及助磨劑之間的復(fù)雜反應(yīng)，最終導(dǎo)致配制的涂料料漿在30 min內(nèi)膠凝失效。這也是研制鱗片基水性無(wú)機(jī)富鋅涂料的技術(shù)難點(diǎn)與關(guān)鍵。

北京航空材料研究院與北京航材百慕新材料公司在國(guó)防科工委重大軍轉(zhuǎn)民項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)支持下，對(duì)該技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了攻關(guān)，首先采用特殊表面活性劑對(duì)帶有助磨劑的片狀鋅粉進(jìn)行表面處理并清洗，繼而在水性硅酸鹽類無(wú)機(jī)黏結(jié)劑中采用緩蝕劑技術(shù)，通過(guò)采用吸附型緩蝕劑來(lái)實(shí)現(xiàn)片鋅的緩蝕并提高其在水性體系中的穩(wěn)定性。這類緩蝕劑能吸附在金屬表面，改變金屬表面性質(zhì)，從而抑止腐蝕。它們一般是混合型有機(jī)化合物緩蝕劑，如胺類、硫醇、硫脲、吡啶衍生物、苯胺衍生物、環(huán)狀亞胺等。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用雜環(huán)胺類緩蝕劑能解決該技術(shù)難題。所研制的FZ-1鱗片型水性無(wú)機(jī)富鋅涂料獲得了“北京市自主創(chuàng)新產(chǎn)品”證書(shū)，其耐鹽霧壽命在第三方國(guó)家建筑材料測(cè)試中心的檢測(cè)結(jié)果達(dá)到了10 000 h。該技術(shù)已成功應(yīng)用于我國(guó)某型號(hào)潛艇內(nèi)壁鋼構(gòu)件防腐項(xiàng)目中。

5. 3 鱗片基醇溶無(wú)機(jī)富鋅涂料

雖然鱗片基水性無(wú)機(jī)富鋅涂料的耐蝕性與環(huán)保性優(yōu)良，但鑒于水性涂料對(duì)基材的前處理要求較高，低溫下與高濕度下不能施工等方面的限制，開(kāi)發(fā)環(huán)保性較佳且性能更為全面的醇溶無(wú)機(jī)富鋅涂料更符合工程領(lǐng)域?qū)Ω讳\底漆的要求。

醇溶性無(wú)機(jī)富鋅涂料是由硅酸烷基酯作為成膜物，加溶劑、鋅粉、增稠劑、助劑等組成的雙組分涂料。它與鋼鐵附著力強(qiáng)，有良好的防銹能力，耐溫可達(dá)400 °C，具有耐日光曝曬、防風(fēng)化、耐磨蝕，耐候性好，耐水、耐鹽水、耐鹽霧、耐汽油煤油，快干，導(dǎo)電及可焊接等性能，它的優(yōu)良的導(dǎo)電性，可對(duì)鋼鐵基材起電化學(xué)陰極保護(hù)作用。醇溶性無(wú)機(jī)富鋅涂料的固化過(guò)程為：含鋅粉主料、硅酸烷基酯—涂裝—(醇類溶劑揮發(fā))干燥─(從空氣中吸收水分)水解—縮聚—涂膜固化。其固化機(jī)理如下：

楊振波、楊忠林[10]等采用自制片狀鋅粉與正硅酸乙酯水解液對(duì)片鋅基無(wú)機(jī)富鋅涂料進(jìn)行了配方研究，同時(shí)平行實(shí)驗(yàn)對(duì)比了鱗片型醇溶無(wú)機(jī)富鋅涂料與球鋅醇溶無(wú)機(jī)富鋅涂料的涂層屏蔽性、導(dǎo)電性和耐鹽霧性能，采用SEM表征了涂層結(jié)構(gòu)，并對(duì)其防腐蝕機(jī)理進(jìn)行討論分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，片鋅基醇溶無(wú)機(jī)富鋅涂料的涂層電阻率較球鋅基下降了 2個(gè)數(shù)量級(jí)，且涂層的屏蔽性與耐腐蝕性能顯著提高。

5. 4 球片結(jié)合基富鋅涂料

對(duì)于富鋅涂料，只有達(dá)到一定的鋅粉含量，才能充分發(fā)揮其電化學(xué)保護(hù)性能。為此，SSPC和ISO 12994均規(guī)定鋅粉含量要達(dá)到一定值。但并非鋅粉含量越高越好。國(guó)際鋅鉛組織(ILZRO)的研究報(bào)告表明，鋅粉含量的多少與涂層的防蝕性并沒(méi)有絕對(duì)的關(guān)系：某些鋅含量高的涂層，其防蝕性并不好；某些含鋅量低的涂層，其防蝕性并不差[10]。特別是以片狀鋅粉為基的涂料，其在低干膜含鋅量下的抗蝕性則優(yōu)于球鋅基涂料。所以不能單純以鋅粉含量來(lái)評(píng)判鋅基涂料的優(yōu)劣。

新修訂的HG/T 3668–2009《富鋅底漆》，將富鋅涂料分為80%以上、80% ～ 70%和70% ～ 60%三種含鋅量的產(chǎn)品(“第 1節(jié) 范圍”特別指出該標(biāo)準(zhǔn)只適用于球狀鋅粉，不適用于鱗片狀鋅粉)。但是在我國(guó)，人們還是習(xí)慣以含鋅量的多少來(lái)選擇富鋅涂料，特別是很多設(shè)計(jì)院對(duì)富鋅涂料的了解還局限于球鋅富鋅涂料上，這對(duì)于干膜鋅含量設(shè)計(jì)值低的鱗片基富鋅涂料的推廣造成了障礙。

此外，同片狀鋁粉顏料不同，片狀鋅粉還未大規(guī)模推廣應(yīng)用，其生產(chǎn)成本居高不下，市場(chǎng)售價(jià)為球狀鋅粉的3 ～ 6倍。根據(jù)目前的市場(chǎng)狀況，采用球狀鋅粉與片狀鋅粉的復(fù)配來(lái)研制片鋅基環(huán)氧或片鋅基無(wú)機(jī)富鋅涂料，具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

(1) 球片基富鋅涂料具有 “包心菜”的涂層結(jié)構(gòu)，其涂層的導(dǎo)電性與屏蔽性相對(duì)于純球鋅富鋅涂層有本質(zhì)的提高，其耐鹽霧性能達(dá)到3 000 h以上。球片基富鋅涂層的SEM照片見(jiàn)圖4。

圖4 球片結(jié)合基富鋅涂料的SEM形貌Figure 4 SEM morphology of spherical and flaky combination based zinc-rich coating

(2) 球片結(jié)合基涂料的配方PVC調(diào)整值余地大，涂層的干膜鋅含量符合設(shè)計(jì)院對(duì)富鋅涂料的高干膜鋅含量的設(shè)計(jì)要求，降低了涂料的市場(chǎng)推廣難度。

(3) 球鋅基富鋅涂料易發(fā)生密實(shí)沉淀，片狀鋅粉的加入對(duì)于球鋅等沉淀物起到了潤(rùn)滑作用，使易于沉淀的料漿處于松散狀態(tài)，極易攪動(dòng)。

(4) 添加少量鱗片狀鋅粉的配方設(shè)計(jì)其涂料成本增加不大，但各項(xiàng)性能顯著提高。

5 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)的富鋅涂料均采用球狀鋅粉作為顏填料，其防腐壽命有限，鋅資源浪費(fèi)大，施工缺陷多。而達(dá)克羅工藝的主要原材料——片狀鋅粉，已被逐漸應(yīng)用于富鋅涂料領(lǐng)域。鱗片基富鋅涂料以其高耐蝕性、鋅資源節(jié)約性獲得了認(rèn)可，該技術(shù)將向以下幾方面發(fā)展：

(1) 從原材料上，對(duì)于達(dá)克羅工藝用片狀鋅粉的制備工藝進(jìn)行深入改進(jìn)，開(kāi)發(fā)出更適合用于富鋅涂料的片狀鋅粉品種。

(2) 從作用機(jī)理上，加強(qiáng)對(duì)鱗片基富鋅涂料的CPVC、PVC值與片狀鋅粉的徑厚比、片徑、松裝密度等參數(shù)的關(guān)聯(lián)性研究，夯實(shí)基礎(chǔ)配方的理論設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

(3) 從樹(shù)脂基料上，從單一的有機(jī)類片鋅基富鋅涂料朝著片鋅基粉末涂料、片鋅基水性/醇溶無(wú)機(jī)富鋅涂料、球片結(jié)合基富鋅涂料的多功能涂料的方向發(fā)展，以提高片鋅基涂料的市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域。

(4) 從環(huán)保角度上，朝著節(jié)約能源和改善施工環(huán)境的方向發(fā)展。

(5) 從施工角度上，由于任何新興涂裝材料性能的發(fā)揮與其施工工藝性能有著很大的相關(guān)性，故對(duì)于鱗片狀鋅粉底漆這方面的具體要求包括基面處理的粗糙度、施工方式和施工工藝參數(shù)等，歸根結(jié)底要最大限度地保持片鋅的平行搭接結(jié)構(gòu)。

總之，鱗片基富鋅涂料具有很高的實(shí)用價(jià)值，將有著廣闊的市場(chǎng)前景。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)生活的需要，該類涂料將在工業(yè)建設(shè)各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

[1] 金曉鴻, 鄭添水. 鱗片狀鋅基環(huán)氧富鋅底漆的研究[J]. 材料保護(hù), 1999, 32 (4): 25-26.

[2] 楊振波, 楊忠林, 郭萬(wàn)生, 等. 鱗片狀富鋅涂層耐蝕機(jī)理的研究[J]. 中國(guó)涂料, 2006, 21 (1): 19-21.

[3] 蔡曉蘭, 李艷云. 新型鋅基涂料的研究[J]. 涂料工業(yè), 2008, 38 (11): 62-64.

[4] 于曉輝, 朱曉云, 郭忠誠(chéng), 等. 鱗片狀鋅基環(huán)氧富鋅重防腐涂料的研制[J]. 表面技術(shù), 2005, 34 (1): 53-55.

[5] 尹建軍, 石振華, 馬想生, 等. 幾種涂料的防腐蝕性能研究(II)——環(huán)氧富鋅底漆鋅基組成的研究[J]. 涂料工業(yè), 2008, 38 (8): 5-9.

[6] 韓鳳俊, 周鈺明, 汪小舟. 鱗片狀鋅粉防腐蝕涂料的研制[J]. 腐蝕與防護(hù), 2006, 27 (3): 109-112, 117.

[7] 謝德明, 童少平, 馮海, 等. 鋅粒形態(tài)對(duì)富Zn涂層在3.5% NaCl溶液中電化學(xué)行為的影響[J]. 金屬學(xué)報(bào), 2005, 41 (7): 769-774.

[8] VILCHE J R, BUCHARSKY E C, GIúDICE C A. Application of EIS and SEM to evaluate the influence of pigment shape and content in ZRP formulations on the corrosion prevention of naval steel [J]. Corrosion Science, 2002, 44 (6): 1287-1309.

[9] MARCHEBOIS H, JOIRET S, SAVALL C, et al. Characterization of zinc-rich powder coatings by EIS and Raman spectroscopy [J]. Surface and Coatings Technology, 2002, 157 (2/3): 151-161.

[10] 楊振波, 楊忠林, 郭萬(wàn)生, 等. 鱗片型醇溶性無(wú)機(jī)富鋅涂料的研制及其防腐蝕性的研究[J]. 上海涂料, 2010, 48 (1): 1-4.

Application of flaky zinc powder to zinc-rich coating field and its technology development tendency //

YANG Zhen-bo*, LI Yun-de, YANG Zhong-lin, GUO Wan-sheng, SHI Hua

The main technical characteristics and development trends of flaky zinc-based zinc-rich coating were introduced, including flaky zinc-based powder coating, zinc-based waterborne inorganic zinc-rich coating, flaky zinc-based alcohol-soluble inorganic zinc-rich coating and the zinc-rich coating based on spherical and flaky combination. It is considered that the flaky zinc-based power coating, flaky zinc-based waterborne/alcohol-soluble inorganic zinc-rich coating and the zinc-rich coating based on spherical and flaky combination are the development orientation in the future.

zinc-rich coating; flaky zinc powder; powder coating; corrosion protection

BIAM New Materials Technology Engineering Company Limited, Beijing 100095, China

TQ630.71

A

1004 – 227X (2011) 02 – 0062 – 06

2010–09–21

楊振波（1978–），男，四川廣元人，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榉栏苛霞巴垦b。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) yangzhenbo@sina.com。

[ 編輯：韋鳳仙 ]