重防腐涂料的防护机制研究

[摘要]：综述了重防腐涂料的独特性质及应用环境，在腐蚀电化学理论的基础上，探讨了重防腐涂料的防护机制，主要包括屏蔽作用、缓蚀和钝化作用以及阴极保护作用，其中屏蔽作用阻挡机制，其他作用则属于电化学作用机制，实际使用的重防腐涂料则是多种机制的协同防护作用。

[关键词]：重防腐涂料；屏蔽作用；阴极保护。

[ 前言]：

能在相对苛刻的腐蚀环境下应用，并达到比常规防腐涂料更长保护期的涂料称为重防腐涂料。在化工大气和海洋环境里重防腐涂料一般可使用10年或15年以上；在酸、碱、盐和溶剂介质里，并在一定温度的腐蚀条件下，一般应能使用5年以上[1，2]。涂层厚膜化是重防腐涂料的主要特征，可以为涂料的长效使用寿命提供可靠的保证，另外，随着高性能原材料及配套涂层的研发，重防腐的综合性能必将大幅提升。

1 、重防腐涂料的特征

1.1涂层厚膜化

涂层厚度对涂层使用寿命非常重要，实验已经证明[3]对于所谓单侧浸泡渗透扩散过程，液体介质渗透到涂层/金属基体界面的时间T为：T = L2/6D，其中L为涂层厚度，D为扩散系数，该式表明介质渗透到达涂层/金属基体界面的时间与涂层的厚度平方成正比，即涂层的寿命与涂层厚度的平方成正比关系。常用防腐涂料的涂层干膜厚度一般为100?m或150?m以上，而重防腐涂料的干膜厚度要在200?m或300?m以上，有时可达500?m～1000?m，超重防腐涂料的厚度甚至可达2000?m。较厚的涂膜可为涂料的长效使用寿命提供可靠的保证。

1.2高性能原材料

为实现长效使用寿命，需采用高性能的合成树脂作为成膜树脂，包括环氧树脂、聚氨酯树脂、有机氟树脂等；以及开发新型的颜料、填料，如云母氧化铁和玻璃鳞片在环氧涂料中的大规模应用。高性能树脂的采用以及各种颜填料的添加，使涂层具有良好的抗渗性、优良的耐蚀性、良好的物理机械性能以及易施工性。

1.3配套涂层

结构工程重防腐涂装一般分为底漆、中间漆和面漆。底漆的主要功能是防锈，增强与金属表面附着力，主要种类有有机富锌涂料和无机富锌涂料。中间漆的主要功能是增加漆膜厚度，以增强漆层体质，并具有良好的耐水性、耐候性和耐化学溶剂性，并且与底漆有良好的相容性。而面漆除了装饰性功能之外，还有耐候、抗老化等功能要求。目前应用较多的中间漆及面漆主要有环氧涂料、聚氨酯涂料、氯化橡胶涂料、氟碳树脂、聚硅氧烷涂料等。在选择涂料时，力求“底-中-面”三涂层配套正确，即要讲究其配套性。

2、 重防腐涂料的防护机制

深海用的重防腐涂料还需特别强调优异的耐水性能，能够阻挡水对涂层的渗透作用。并且由于深海环境下钢结构的防护一般都同时进行着阴极保护，因此重防腐涂料的选择需考虑与阴极保护的配套性，所选涂料都具有较好的耐电性和耐碱性。

2.1屏蔽作用

涂层的存在阻止了腐蚀介质与材料的接触，可以阻止或抑制水、氧和离子透过漆膜，从而防止形成腐蚀电池。通过在涂层中添加阻挡型颜填料，如玻璃鳞片、云母粉、不锈钢鳞片等，切断了涂层中的针孔通道，起到了屏蔽水、溶解氧和离子等腐蚀介质向基体金属表面扩散的作用；同时，这些平行交叠起来的片状填料在涂层中起到了迷宫效应，延长了腐蚀介质的扩散途径，从而延缓了涂层下金属的腐蚀过程。

由于涂层的介电常数很小，电绝缘性良好的涂层可以抑制阳极金属离子的溶出和阴极的放电现象。因此，有机涂层能够显著阻挡阳极或阴极与溶液间的离子运动，产生了在腐蚀电池回路的溶液区域介入电阻的效果。

2.2缓蚀和钝化作用

涂层中的碱性颜填料能与漆膜含有的植物油酸以及有机漆膜氧化降解产生的低分子羧酸生成皂类化合物，如钙皂、钡皂、锶皂及锌皂等，它们可以降低漆膜的吸水性和透水性，具有缓蚀作用。

在防锈底漆中经常采用活性较大的防锈颜填料，如铬系、铅系和磷酸盐系，它们对底材具有一定的钝化作用。当水透过漆膜时，少量被溶解的颜料利用其强氧化性将金属表面氧化生成钝化膜，这种不通过电流而使金属阳极钝化的现象称为金属的“自钝化”。

2.3阴极保护功能

在涂料中加入大量的作为阳极的金属粉，如锌粉。当电解质溶液渗透到涂层/金属界面时，这些金属颜料将作为阳极而被腐蚀，从而使基体金属得到保护。富锌底漆就是这类涂料的代表。

在以上防护机制中，屏蔽作用为物理作用，其他皆为化学作用。而在实际所应用的涂料中，单纯的物理或化学作用比较少见，多数情况下是两者结合所产生的综合作用。

3、结论

3.1 重防腐涂料具有厚膜化的特点，结合高性能原材料和配套涂层的应用，可以实现苛刻环境下优异的防护性能；

3.2 重防腐涂料的防护机制包括屏蔽作用、缓蚀和钝化以及阴极保护等作用，实际服役的重防腐涂料主要多种机制的协同作用；

3.3随着环保要求的日益严格，开发具有高性能、长寿命、低毒特征的水性重防腐涂料、无溶剂重防腐涂料是今后的研发方向。

[参考文献]：

（1） 李国莱， 张慰盛， 管从胜.重防腐涂料[M].北京： 化学工业出版社， 1999

（2） 李荣俊.重防腐涂料与涂装[M].北京： 化学工业出版社， 2013

（3） G.K.v.d. Wel， O.C.G. Adan. Moisture in organic coatings - a review[J]. Progress in Organic Coatings， 1999（37）： 1-14

作者简介：刘鸿博（1982-），男，汉族，辽宁沈阳人，本科，机电中心副主任/工程师，研究方向：塑料管道应用技术研究，机械及金属材料產品应用研究。