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新型亲环境防腐涂料系统的开发及应用

2022-11-04 159

摘要：本文系统阐述了新型亲环境防腐涂料系统的开发及应用，以及不同金属底材在不同环境下涂料的解决方案。


前言

如今市场上常见的高防腐粉末涂料为富锌粉末、面粉组成的涂料系统，富锌粉末的防腐机理主要是屏障保护与阴极保护。

然而含锌产品被标识成“环境有害”，环保法律允许使用锌的时间非常短。

且富锌粉末比重大，增加了施工的难度，且容易耗损通风与电极设备，喷涂面积相对较小，提高了粉末回收的难度。

本文中阐述的新型亲环境防腐涂料系统使用亲环境粉末，不含锌，无需贴标签，无VOC排放，可提高基材在自然环境中的耐用性。

具有优异的耐化学品、耐湿热、耐盐雾等性能，可喷涂在多种基材上包括含有锐利边角底材，透气底材（镀锌钢，美特金等）。

该底漆具有较小的比重，使用方便，可回收使用，提高单位喷涂面积（可减少粉末消耗）,可减少喷涂设备磨损（文丘里管、电极等）。与铁类金属具有极佳的附着力，与面粉具有很好的层间结合力。
 
1、实验部分

1.1 原材料

环氧树脂；环氧固化剂；锌粉；防腐助剂；丙烯酸酯流平剂；硅灰石；铁红；钦白粉；安息香等。

1.2 试验设备

平行双螺杆挤出机；磨机；盐雾仪；湿热仪。

1.3 试验工艺
    
(1)热熔结环氧粉末涂料制作工艺流程：试验流程：称量→混合→挤出→磨粉→过筛→喷涂→固化→检测；(2)挤出温度：30-90-80℃

1.4 性能检测

盐雾、湿热性能检测参照ISO 12944进行。

2、结果与讨论

2.1 环境识别

ISO 12944标准将环境分为内部环境、外部环境两大类，每大类中根据污染程度不同分成Cl-C5环境，如表1所示。
 
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在同一个环境下，涂料耐久性要求不同，防腐性能要求也不同。将涂料的耐久性分成三级：低（L):2~5年，中（M):5~15年，高（H):15年以上。

环境与涂料耐久性形成二维图，如图1所示，ISO 12944标准对二维图进行分类，同种颜色区域具有相似的防腐性能要求。
 
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2.2 防腐性能评估
 
涂层的防腐性能一般通过湿热（ISO 6272）、中性盐雾（ISO 7253）来评估。ISO 12944中规定了不同环境、不同耐久性涂料需要承受的检测时间，如表2所示。
 
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2.3 防腐机理

当金属与环境中介质接触发生化学或电化学反应而使金属损坏，粉末涂料涂膜通过阻隔金属与环境的直接接触而起到保护作用。

粉末涂料对钢铁的保护作用主要有屏障保护、阴极保护和钝化保护。底粉和面粉组合行程双层、加强双层涂层系统，进一步提高涂层的防腐的防腐性能。
 
屏障保护，涂层将金属与环境分离，从而使金属免受腐蚀。在保护涂层没有缺陷期间具有很好的保护作用。

盐雾对金属的腐蚀是以电化学方式进行的，主要是导电的盐溶液渗入钢铁内部发生电化学反应，形成“低电位金属-电解质溶液-高电位杂质”的微电池系统。

发生电子转移，作为阳极的金属出现溶解，形成腐蚀物。盐雾腐蚀破坏过程中起主要作用的是氯离子Cl-，其半径很小，具有很强的穿透能力，容易穿透氧化层与保护涂层进入金属内部，破坏金属的钝态。

同时，氯离子具有一定水合能，容易吸附在金属表层的孔隙、裂缝等位置，取代保护金属氧化层的氧，使金属受到破坏。

阴极保护，富锌粉末中含有大量的锌粉，锌的标准电位（-0.76V）比铁（-0.44V）低，涂膜受到侵蚀时，锌粉作为阳极先被氧化，基材钢铁作为阴极受到保护。阴极保护如图2所示。
 
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钝化保护，抑制腐蚀的活性颜料使得金属底材钝化，形成钝化层，减缓金属与水、氧混合物的反应，抑制由于潮湿造成酸性离子的产生。

双层系统保护，在富锌粉末涂层上面再喷涂一层粉末涂料，组成双层涂层系统。面层粉末涂料可以根据耐候性、防腐要求选择纯环氧型、环氧/聚酯型或纯聚酯型。

加强双层系统保护（三层系统），在富锌粉末涂层上喷涂一层屏障保护的底粉，然后再喷涂一层面层粉末涂料，组成三层系统。富锌底粉提供阴极保护，中间层提供屏障保护，面层提供防腐及耐候性能。
 
2.4 Alesta ZeroZinc亲环境防腐涂料

Alesta ZeroZinc亲环境防腐粉末主要通过提高涂层的屏障保护作用，或者添加活性防腐颜料提高钝化作用来提高涂层的防腐性能。通过防腐测试，可取代富锌粉末。1440h盐雾测试结果如图3所示：
 
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测试结果表明：
 
(l）富锌配方的样板红色的腐蚀物明显，涂层的锌粉无明显的腐蚀物产生，其所起到的阴极保护作用不明显。
    
(2)Alesta ZeroZinc亲环境防腐涂料的腐蚀物较富锌配方明显减少，划叉破坏处的腐蚀痕迹扩散范围明显减小。其形成了高交联密度的保护涂膜，减小了涂膜的分子间隙，阻止了氯离子的浸入，阻止了盐溶液的侵蚀，有效的减缓了腐蚀。
    
Alesta ZeroZinc亲环境防腐涂料与市场上同级别的产品进行性能测试对比，根据ISO 12944标准进行测试，喷砂、磷化钝化前处理结果分别如表3、4所示。

从对比结果看，Alesta ZeroZinc。亲环境防腐粉末耐盐雾性能明显优于市场上同级别竞争对手的产品，对底材有明显较强的保护防腐作用。

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根据适用的底材不同，Alesta ZeroZinc。防腐涂料由三种产品组成，如表5所示。

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2.5 Alesta防腐方案

根据不同金属底材、前处理，Alesta都有相应的方案。

2.5.1 钢铁底材 
Alesta ZeroZinc Steel Prime。适用于钢铁底材，具有很好的防腐性能。根据表6中的环境腐蚀分类，以及表7选择合适的钢铁底材的前处理和涂料方案。
 
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2.5.2 镀锌钢
适用于镀锌钢的涂料要求具有很好的脱气性能，Alesta ZeroZinc不仅具有优异的防腐性能，还具有优异的脱气性能，适用于镀锌钢底材。根据表8中的环境腐蚀分类，以及表9选择合适的镀锌钢的前处理和涂料方案。
 
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2.5.3 锐利边角
适用于锐利边角的涂料要求具有很好的边角覆盖，Alesta ZeroZinc Edge Prime不仅具有优异的防腐性能，还具有优异的边角覆盖，适用于锐利边角底材。根据表10中的环境腐蚀分类，以及表11选择适用于锐利边角的前处理和涂料方案。
 
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3、结论

本论文阐述了ISO 12944中规定的环境及其分类，使用年限划分，以及不同环境、使用年限下涂层的防腐要求。

论文还就不同防腐机理进行阐述，Alesta ZeroZinc采用屏障保护、钝化保护途径提高防腐，可以有效替代富锌防腐，以及Alesta无锌防腐在各种底材的应用。


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