幾種新型富鋅涂料的研究進(jìn)展

于國玲，李曉黎，常建英，王學(xué)克，張繼芳，薛森堂，李順霞

（1.南陽農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院，河南南陽 473000；2.南陽市水性環(huán)保涂料工程技術(shù)研究中心，河南南陽 473000；3.南陽臥龍漆業(yè)有限公司，河南南陽 473000）

0 引言

鋅粉具有犧牲陽極作用，以其為主要防銹顏料的富鋅涂料，對(duì)鋼鐵基材有陰極保護(hù)作用，是目前最重要的重防腐涂料品種之一，其作為底漆在鋼鐵基材防腐領(lǐng)域已得到了廣泛應(yīng)用。當(dāng)前研究最多的主要有3 種：有機(jī)富鋅底漆、水性無機(jī)富鋅底漆和醇溶性無機(jī)富鋅底漆［1-5］。下面著重介紹幾種以鋅粉為主要防銹顏料的新型富鋅涂料的研究進(jìn)展。

1 幾種新型富鋅涂料的研究進(jìn)展

1.1 氧化石墨烯改性水性環(huán)氧富鋅涂料

陳中華等［6］先制備了氧化程度不同的氧化石墨烯（GO），然后制得氧化石墨烯改性水性環(huán)氧富鋅涂料。通過對(duì)涂膜的性能測(cè)試與表征，結(jié)果表明：石墨烯的氧化程度較低，含氧基團(tuán)較少時(shí)，涂膜的耐腐蝕性能最佳；添加氧化石墨烯后鋼材的腐蝕明顯延緩；當(dāng)m（GO）=0.36%，m（鋅粉）=44%時(shí)，氧化石墨烯改性水性環(huán)氧富鋅涂料的性能最佳。

1.2 石墨烯納米片/環(huán)氧富鋅（Gnps/ZRE）復(fù)合涂料

曹祥康［7］在環(huán)氧富鋅（ZRE）涂料中添加石墨烯納米片（Gnps）進(jìn)行改性，制備出石墨烯納米片/環(huán)氧富鋅（Gnps/ZRE）復(fù)合涂層。探究了0.5%石墨烯納米片對(duì)不同鋅粉含量復(fù)合涂層防腐性能的影響，以及不同石墨烯添加量對(duì)40%鋅粉含量復(fù)合涂層防腐性能的影響。結(jié)果表明：添加石墨烯納米片后，ZRE 涂層的屏蔽效果與陰極保護(hù)作用顯著提高；石墨烯納米片可顯著增強(qiáng)缺陷處的抗剝離性能；石墨烯納米片的最佳加入量為0.5%～1.0%。

1.3 高柔韌性、高附著力水性無機(jī)富鋅涂料

陳剛等［8］用丙烯酸酯、環(huán)氧丙烯酸酯單體和乙烯基硅氧烷功能單體，采用半連續(xù)聚合法制備出一種硅丙乳液。以此為成膜物與硅酸鉀溶液和鋅粉反應(yīng)，制得一種高柔韌性、高附著力的水性無機(jī)富鋅涂料。對(duì)涂膜的性能測(cè)試與表征顯示：硅丙乳液改性后的水性無機(jī)富鋅涂層的耐腐蝕性顯著提高，柔韌性為1 mm，附著力為0 級(jí)。

1.4 石墨烯硅酸鹽富鋅防腐蝕涂料

趙書華等［9］將納米石墨烯加入硅酸鹽富鋅涂料中，制備出一種石墨烯硅酸鹽富鋅防腐涂料。研究了不同石墨烯添加量對(duì)涂層電化學(xué)性能和機(jī)械性能的影響。測(cè)試與表征結(jié)果顯示，當(dāng)m（石墨烯）=0.8%～2.0%時(shí)，隨著石墨烯加量的增加，涂層的柔韌性、硬度和耐沖擊性提高，而附著力和耐鹽霧性則先升后降；當(dāng)m（石墨烯）=1.0%時(shí)，自腐蝕電流最小，自腐蝕電位最高，涂層的防腐蝕性能最佳。

1.5 水性聚苯胺/氧化石墨烯改性低鋅粉含量防腐涂料

郭明陽［10］先用聚苯胺對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行改性，得到分散性能很好的聚苯胺/氧化石墨烯（PAGO）。然后以水性環(huán)氧-丙烯酸酯乳液為基料，用聚苯胺/氧化石墨烯（PAGO）代替部分鋅粉，添加硅烷偶聯(lián)劑，制備出一種水性低鋅粉含量防腐涂料。研究結(jié)果表明，PAGO 加入后，水性環(huán)氧-丙烯酸酯乳液的開路電位明顯降低，涂層的抗沖擊性、附著力和阻水屏障作用顯著提高，腐蝕電流顯著減小，防腐蝕效果有了較大提高。

1.6 還原-氧化石墨烯（r-GO）改性環(huán)氧富鋅涂料

朱相苗等［11］先用Hummers 法控制還原時(shí)間，制備出還原程度不同的還原-氧化石墨烯（r-GO），然后將其加入環(huán)氧富鋅涂料中，制備出r-GO 改性的環(huán)氧富鋅涂料。研究了石墨烯還原程度對(duì)環(huán)氧富鋅涂料防腐蝕性能的影響。結(jié)果表明：添加適量較低還原程度的還原-氧化石墨烯，可顯著提高環(huán)氧富鋅涂料的防腐性能；還原程度為58%的還原-氧化石墨烯改性涂層的防腐性能最好。

1.7 耐鹽霧雙組分水性環(huán)氧富鋅涂料

張玉國等［12］在親水性聚酰胺固化劑中加入鋅粉，分散成鋅漿，將其與環(huán)氧乳液混合，制備出一種雙組分水性環(huán)氧富鋅涂料。研究結(jié)果表明：硅烷偶聯(lián)改性后，解決了鹽霧測(cè)試后水性環(huán)氧富鋅涂料的重涂附著力問題。氣相二氧化硅、聚酰胺蠟與有機(jī)膨潤土聯(lián)用，解決了鋅粉的沉降問題；鋅粉犧牲陽極使涂層具有良好的重防腐性能。該產(chǎn)品在耐鹽霧性要求較高的場(chǎng)合有很好的應(yīng)用前景。

1.8 石墨烯漿料改性水性環(huán)氧富鋅涂料

陳中華等［13］用石墨烯漿料取代部分鋅粉制備出水性石墨烯/環(huán)氧富鋅涂料。研究了鋅粉和石墨烯含量對(duì)涂層物理化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：加入石墨烯后，涂層的耐腐蝕性顯著提高；當(dāng)用0.80%的石墨烯漿料代替40.00%的Zn 粉時(shí)，涂層的耐沖擊性為50 cm，附著力為4.96 MPa，耐中性鹽霧性達(dá)960 h。

1.9 雙電層水性無機(jī)富鋅涂料

李婷婷［14］首先在50 ℃時(shí)滴加硅溶膠到硅酸鈉中，并添加3%的KH560，得到模數(shù)為4 的硅酸鈉；然后通過超聲剝離法，用蒙脫土制備出平均厚度為1 nm的具有單層片狀結(jié)構(gòu)的雙電層納米蒙脫土。用制得的高模數(shù)硅酸鈉、雙電層納米蒙脫土、絹云母和鋅粉制備出一種雙電層水性無機(jī)富鋅涂料。當(dāng)m（雙電層納米蒙脫土）∶m（絹云母）∶m（鋅粉）=0.3∶1∶10時(shí)，比純富鋅涂層的自腐蝕電流下降87.41%，自腐蝕電位提高19.35%，耐中性鹽霧性達(dá)550 h。

1.10 SnCl2/EtOH溶液法還原氧化石墨烯環(huán)氧富鋅涂料

滕帥［15］首先采用了兩種不同的方法制備出還原氧化石墨烯Zn/rGO 和Sn/rGO，然后分別以此為填料制備出還原氧化石墨烯環(huán)氧富鋅涂料。研究了不同還原方法制得的還原氧化石墨烯對(duì)環(huán)氧富鋅涂料涂膜性能的影響。結(jié)果表明：濕法還原，即用SnCl2/EtOH 溶液法時(shí)，還原劑Sn2+和氧化石墨烯接觸更均勻，可實(shí)現(xiàn)高效原位還原。Sn/rGO 能顯著提升環(huán)氧富鋅涂層的耐腐蝕性能。當(dāng)m（Sn/rGO）=1%時(shí)，最高自腐蝕電位為-448 mV，自腐蝕電流密度為0.0248 μA/cm2。

1.11 有機(jī)-無機(jī)雜化水性富鋅涂料

謝炎坤等［16］以四甲基氫氧化銨為硅丙乳液的水解催化劑，適度水解后和硅溶膠與K2SiO3溶液的反應(yīng)物混合，以此為基料，添加適量鋅粉制備出一種有機(jī)-無機(jī)雜化水性富鋅涂料。當(dāng)m（基料）∶m（鋅粉）=1∶2.6；K2SiO3溶液的固含量為25.0%；K2SiO3的模數(shù)為3.3；硅丙乳液的添加量為K2SiO3固含量的5%～10%時(shí)，雜化涂膜的附著力為1 級(jí)，硬度為5H，耐水性達(dá)168 h，綜合性能優(yōu)異。

1.12 水性富鋅鋁涂料

杜雯雯［17］以KH-560 為粘結(jié)劑，加入鱗片狀金屬鋅鋁粉、聚乙二醇-200，高速分散1.5 h 后加入鈍化劑鉬酸鈉溶液，選用羥乙基纖維素為增稠劑、OP-10 為潤濕分散劑，制備出一種綠色環(huán)保水性富鋅鋁涂料。研究結(jié)果表明，當(dāng)m（鋁粉） ∶m（鋅粉）=1∶7，m（聚乙二醇-200）=6%，m（鋅鋁粉）=20%，m（硅烷水解液）=70%，m（OP-10）=1.2%，m（鉬酸鈉溶液）=1.8%，m（羥乙基纖維素）=0.5%時(shí)，涂層硬度為7H，耐沖擊性為50 cm，附著力為1 級(jí)，柔韌性為1 mm，耐中性鹽霧性達(dá)260 h。可廣泛應(yīng)用于海洋工程、石油化工、船舶橋梁等領(lǐng)域。

1.13 低鋅含量石墨烯長效防腐涂料

關(guān)迎東等［18］以石墨烯代替部分Zn 粉，制備出低鋅含量石墨烯長效防腐涂料。當(dāng)m（N-甲基吡咯烷酮）∶m（正丁醇）∶m（環(huán)己酮）∶m（二甲苯）=25∶4∶8∶8，m（石墨烯）=0.5%，m（鋅粉）=48.0%時(shí)，所得涂膜的耐中性鹽霧性達(dá)2500 h，無需中間漆，直接涂裝面漆，更經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

1.14 自固化醇溶性無機(jī)富鋅底漆

李斌等［19］用正硅酸乙酯和異丙醇在鹽酸水溶液催化作用下水解，控制水解溫度和鹽酸水溶液的加入量，以該水解產(chǎn)物為成膜物，以聚乙烯醇縮丁醛為粘接劑與鋅粉漿混合，配制出一種自固化醇溶性無機(jī)富鋅底漆。研究結(jié)果表明，正硅酸乙酯的最佳水解溫度為40 ℃；聚乙烯醇縮丁醛改性后涂膜的附著力，柔韌性和抗沖擊性能都有了較大提高；用有機(jī)膨潤土作為流變助劑，可有效防止鋅粉的沉降，得到貯存穩(wěn)定性良好的醇溶性無機(jī)富鋅涂料，涂層耐中性鹽霧性達(dá)2000 h 以上。

1.15 冷鍍鋅噴漆

劉志科等［20］用苯乙烯-丙烯酸樹脂作為成膜物，選用丙酮、環(huán)己烷、乙二醇單丁醚與醋酸正丁酯混合溶劑，添加高純度的鋅粉，用有機(jī)膨潤土作為防沉劑，以二甲醚（DME）為拋射劑，制備出一種冷鍍鋅噴漆。當(dāng)m（丙酮）∶m（醋酸正丁酯）∶m（環(huán)己烷）∶m（乙二醇單丁醚）=1∶2∶3∶4；m（苯乙烯-丙烯酸樹脂）=4%；m（鋅粉）=78%時(shí)，干膜含鋅量為96.5%，附著力為0 級(jí)，耐沖擊性性達(dá)50 cm，耐中性鹽霧性達(dá)720 h 以上。符合歐盟“RoHS”指令要求。

2 結(jié)語

富鋅涂料作為底漆在鋼結(jié)構(gòu)防腐領(lǐng)域已得到了廣泛應(yīng)用，但高含量的Zn 粉有很多弊端，切割和焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生鋅煙對(duì)操作人員的身體健康有較大影響，另外環(huán)氧富鋅涂料密度較大（3.0 g/cm2），在飛行器等領(lǐng)域應(yīng)用受限［21-23］。提高現(xiàn)有富鋅涂料的性能，用石墨烯、鋅鋁粉、導(dǎo)電云母和聚苯胺等導(dǎo)電材料取代部分鋅粉制備低鋅粉含量的富鋅涂料；導(dǎo)電填料的改性；改性富鋅涂料用樹脂；開發(fā)環(huán)境友好型、多功能復(fù)合型富鋅涂料，與面漆的配套性等是今后的研究方向［24-27］。