水性無機(jī)富鋅涂料的研究進(jìn)展

簡彥紅 陳炳耀 陳明毅

摘 要：綜述了以硅酸鹽溶液為主要原材料的無機(jī)涂料分類、應(yīng)用，以及對無機(jī)涂料達(dá)到的技術(shù)成果進(jìn)行介紹，最后闡述了無機(jī)涂料的發(fā)展現(xiàn)狀及對其今后發(fā)展的愿景。

關(guān)鍵詞：無機(jī)涂料；分類；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.020

1 前言

水性無機(jī)涂料的成膜物質(zhì)通常為無機(jī)硅酸鹽[1]，目前的研究主要以硅酸鉀、硅酸鋰、硅酸鈉及硅酸銨為成膜物質(zhì)。硅酸鹽在粘結(jié)強(qiáng)度、成膜能力等方面較為突出，況且其原料來源易得、成本低廉且對環(huán)境影響極低，此外無機(jī)硅酸鹽的耐高溫、耐老化性能也十分優(yōu)異，因此無機(jī)硅酸鹽涂料在耐污、耐水、耐堿、耐候及環(huán)保等性能優(yōu)于大多數(shù)有機(jī)涂料[2]。水性無機(jī)富鋅涂料是化學(xué)反應(yīng)固化成膜，其涂膜性能依靠體系中各組分之間以及涂料與底材間相互作用來體現(xiàn)[3]。

2 無機(jī)富鋅涂料制備研究

現(xiàn)如今，水性無機(jī)富鋅涂料可根據(jù)堿金屬水溶液的不同制備出性能各異的涂料[4]。在以硅酸鹽為成膜物質(zhì)的涂料中，硅酸鉀與硅酸鈉型涂料以后固化或多組分自固化為主。

2.1 成膜物質(zhì)

硅酸鹽無機(jī)富鋅涂料的成膜物質(zhì)一般為堿金屬水溶液[5]，不同的成膜助劑所制備涂料的品種和性能不同。硅酸鉀、硅酸鋰、硅酸鈉作為常用的成膜物質(zhì)，隨著堿金屬離子所形成的水合離子半徑增大，其反應(yīng)性能也不斷增強(qiáng)，漆膜成品越趨于穩(wěn)定狀態(tài)，這類堿金屬離子通常離子半徑較小、電荷密度高，因此以硅酸鋰溶液為成膜物質(zhì)的涂料中，可能實(shí)現(xiàn)涂料自固化情況[6]。但硅酸鋰價(jià)格高昂，且經(jīng)濟(jì)效益較低，導(dǎo)致其發(fā)展受限。

2.2 填料

鋅粉作為無機(jī)富鋅涂料中的主要顏料，通常為顆粒狀或片狀結(jié)構(gòu)[7]。在無機(jī)防腐涂料中，片狀結(jié)構(gòu)的鋅粉是人們普遍使用的，這是由于片狀鋅粉不僅能夠延緩腐蝕介質(zhì)滲透基層，提高涂料耐腐蝕性能，還能夠提供優(yōu)異的遮蓋力，滿足人們對涂料基本性能的期望；除此之外，片狀鋅粉所制備的無機(jī)富鋅涂料儲存及施工性能優(yōu)異，由于片狀結(jié)構(gòu)的鋅粉密度較球狀鋅粉小很多，因此涂料中鋅粉用量大幅減少，涂料密度降低，因而減少涂料儲存時(shí)鋅粉沉淀現(xiàn)象，并且大大提高了涂料的施工性能；屏蔽作用優(yōu)異，片狀結(jié)構(gòu)的鋅粉在涂層中平行、交疊排列，由此減少了涂層的孔隙率，減弱了水或離子在涂膜中的擴(kuò)散，使涂層屏蔽性能增強(qiáng)，且提高了涂層韌性。若鋅粉含量較少，鋅粉表面完全被成膜物質(zhì)包覆，無法與底材接觸，當(dāng)腐蝕介質(zhì)入侵時(shí)就不能有效地保護(hù)底材；若鋅粉含量較多，漆膜孔隙率增大，漆膜長時(shí)間接觸腐蝕物質(zhì)將被溶出，易使漆膜起泡，減少漆膜的使用壽命。

3 無機(jī)富鋅涂料的優(yōu)勢

3.1 物理屏蔽作用

無機(jī)富鋅涂料存在兩種類型的物理屏蔽：難溶鹽生成與腐蝕產(chǎn)物。在傳統(tǒng)無機(jī)富鋅涂料中常用顆粒狀鋅粉，鋅粉保持與基材電接觸，當(dāng)兩鋅粉顆粒之間接觸后會進(jìn)行電子傳輸由于涂料中鋅粉的存在，根據(jù)犧牲陽極的陰極保護(hù)法形成的涂層能長時(shí)間保護(hù)基底。涂料所使用場所的不同對涂層腐蝕后的產(chǎn)物也存在一定差異，而腐蝕產(chǎn)物的產(chǎn)生會增加涂膜體積，填補(bǔ)涂層缺陷與空隙，其物理屏蔽大大減少了基底與腐蝕介質(zhì)的接觸[8]。

3.2 電化學(xué)保護(hù)

在無機(jī)富鋅涂料中，無論是粒狀鋅粉還是片狀鋅粉，其作用主要是電化學(xué)保護(hù)，犧牲鋅保護(hù)底材。以微觀角度來看，金屬鋅的性質(zhì)較為活潑，因此當(dāng)有水分侵入漆膜則在底材接觸面發(fā)生化學(xué)變化Zn→Zn2++2e；Fe2++2e→Fe，鋅首先被腐蝕保護(hù)底材。

4 無機(jī)富鋅涂料展望

4.1 發(fā)展概述

鋅對于鋼材來說是是很好的保護(hù)材料，早在十九世紀(jì)，無機(jī)富鋅涂料的就已經(jīng)出現(xiàn)兩種不同初始形態(tài)。在澳大利亞研究人員將鋅粉加入水玻璃中配置成具有保護(hù)鋼材作用的無機(jī)富鋅涂料，英國研究人員則是在有機(jī)漆料中加入鋅粉獲得了有機(jī)富鋅涂料。直至上世紀(jì)五十年代初，后固化型無機(jī)富鋅涂料被成功研制，通過不斷地研究，無機(jī)涂料向醇溶性自固化無機(jī)涂料方向發(fā)展?，F(xiàn)如今，消費(fèi)者日益追求健康環(huán)保理念，市面上出現(xiàn)了水性無機(jī)涂料，因其主要材料資源廉價(jià)易得、對環(huán)境影響較小的特性，顯然符合人們的要求。然而目前無機(jī)涂料還存在一定的技術(shù)弊端，例如涂膜柔韌性、施工工藝等方面還不能為大多數(shù)消費(fèi)者所接受，因此其應(yīng)用領(lǐng)域并不寬泛，但科學(xué)是會不斷創(chuàng)新從而推動技術(shù)發(fā)展的過程，無機(jī)涂料技術(shù)也會得以完善[9]。

4.2 發(fā)展方向

（1）基料方面：考慮多種硅酸鹽復(fù)配、硅酸鹽體系與合成樹脂乳液的復(fù)配等，來改進(jìn)無機(jī)涂料基料體系，因而取長補(bǔ)短，改善無機(jī)涂料的不足之處。例如：以硅酸鈉為原料復(fù)配硅酸鋰，制備成高性能的鋰水玻璃；在硅酸鹽基料中添加硅溶膠來增加基料體系的模數(shù)等。

（2）成膜方面：無機(jī)涂料的漆膜固化過程中，氧化鋅與硅酸鹽的反應(yīng)占據(jù)重要地位，若使用導(dǎo)電的氧化鋅可大幅度提高涂層的導(dǎo)電性與耐腐蝕性；若使用磷鐵粉或鐵鈦粉代替一部分鋅粉，不僅可以大大降低產(chǎn)品的成本而且可提高涂層的防腐蝕性能。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：簡彥紅（1993-），女，河南淮濱人，本科，助理工程師，從事水性建筑涂料方面的研發(fā)工作。