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1、Chapter 5 涂层保护技术,1.1 涂层的防腐特点及应用 涂料，习惯称为油漆，它可以采用不同的施工工艺涂覆在 物体表面，利用自身的粘附性和固化能力形成与基体粘结牢固 具有一定强度、连续的固态薄膜，即涂层，又称漆膜或涂膜。 许多涂层对酸、碱、盐等腐蚀介质都显示惰性，将物件与腐蚀 环境相隔离，从而起到了防腐蚀的作用。,涂料防腐蚀的特点如下： a.在保护同时，还具有装饰作用及标志、防火等特殊功能。 b.施工简便、应用范围广，易于现场维护维修、更新。 c. 成本费用和施工费用低于其它防腐措施。 d.可以和其它防腐措施配合使用，获得完善的防腐系统。,1.2 防腐涂料的基本知识 (1) 涂料的基本组
2、成及各成分的作用：,注：不含有固体颜料、填料的涂层呈透明状，称为清漆。,A. 成膜物质分为两类： a.非转化型成膜物质，在涂料成膜过程中组成和结构不发 生变化，具有热塑性，具有可溶性，如天然沥青、松香、过氯 乙烯等； b.转化型成膜物质，在涂料成膜过程中组成和结构发生变 化，一般具有可反应的官能团，在一定条件下聚合成与原结构 不同的网状高聚物，品种有植物油脂、含有活性基团的低分子 化合物、齐聚物及缩聚型合成树脂。 B. 颜料在涂料中有重要的作用： 形成各种美丽的颜色；增加物理机械强度、附着力、耐久； 增加漆膜的厚度，防止紫外线的透入、抗水及蒸汽的渗透。 根据所起的主要作用不同，可分为三类： (
3、a)着色颜料；(b)防锈颜料；(c)体质颜料(填料）。,(a)着色颜料 着色颜料在漆中起着色和遮盖物面的作用，其次是提高漆膜的 耐久性、耐候性和耐磨性。着色颜料按色泽可分类如下：,(b) 防锈颜料 防锈颜料具有特殊的防锈能力。在涂料中涂在金属表面上可阻止金属的锈蚀，甚至漆膜擦破也不致生锈。它们也有遮盖力和着色力，防锈作用可分为物理性和化学性两种。,(c)体质颜料 又称填充颜料，是一种没有遮盖力和着色力的无色粉状物质。共性特点耐腐蚀。耐候性、耐磨性均良好，价格便宜。,体质颜料可增加漆膜的厚度，加强漆膜体质、坚硬、耐磨，所以称为体质颜料。体质颜料密度小，悬浮力好，在漆中可以防止密度大的颜料沉底。组
4、织细腻，改善漆的平润性和老化程度。此外还可提高耐磨性、耐水性、耐温性及电性能等。体质颜料分类如下所示：,(d) 配色原理,C. 溶剂在成膜过程中要完全挥发掉，要求溶剂不仅对成膜物 质有较好的溶解性和化学稳定性，还要挥发性大、毒性小。有 机溶剂的挥发造成资源的浪费及环境污染。现已开发出不含有 溶剂的固体粉末涂料，液态无溶剂涂料，低污染水溶性涂料。,(a)石油烃类溶剂 低沸点石油溶剂石油醚 特种沸点溶剂溶剂汽油-200#、松香水 煤焦溶剂苯、甲苯、二甲苯、重质苯 (b)醇类溶剂乙醇、（正/异）丙醇、（正/仲）丁醇 (c)酮类溶剂丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、环乙酮 (d)酯类溶剂醋酸乙酯、醋酸丁酯
5、(e)混合溶剂稀释剂,D. 助剂用量很少，但起显著作用。分为四个类型： (a)对涂料的生产过程发生作用，如消泡剂、润滑剂、分散 剂、乳化剂等； (b)对涂料施工成膜过程发生作用，如促干剂、固化剂、流 平剂等； (c)对涂料贮存过程发生作用，如防结皮剂、防沉淀剂； (d)对涂膜性能发生作用，如增塑剂、防霉剂、阻燃剂、防 静电剂、紫外光吸收剂等。,(2)防腐涂料的分类及命名,防腐蚀涂料品种很多，从涂料形态可分为水溶性防腐涂料、 溶剂型防腐涂料、无溶剂防腐涂料、粉末防腐涂料等。 命名采用以主要成膜物质为基础的分类方法，按统一的命名 原则进行。 A. 涂料型号：由成膜物代号、基本名称代号和品种序号组成
6、。,成膜物代号,基本名称代号,基本名称代号,(3) 涂料的干燥成膜 A.物理成膜：涂料中的成膜物质为非转化型的(即在于燥成 膜过程中不发生化学反应)，它包括溶剂或分散介质的挥发成 膜方式和聚合物粒子凝聚方式。,B.命名原则：颜色或颜料名称+主要成膜物名称+基本名称。 型号 命名 S52-31 各色聚氨酯防腐漆 H06-15 云铁环氧底漆 W61-32 铝粉有机硅耐热漆,以挥发方式成膜的涂料种类有过氯乙烯漆、沥青漆、橡胶膝、热塑性烯烃树脂漆等。,B.化学成膜：由转化型成膜物质组成的涂料被施工为薄膜状 态下，成膜物要发生一系列化学反应而转变为具有一定性能的 高分子膜。其结构大多为大分子网状结构，所
7、发生的反应完全 遵循高分子合成反应机理，因此可分为链锁加聚反应成膜(如不 饱和聚酯漆、油性醇酸树脂漆、光固化涂料等)和逐步加聚成膜 (如环氧、聚氨酯、酚醛涂料等)两种方式。,涂料干燥成膜三种工艺：常温固化成膜；加热固化成膜； 特种固化成膜。,聚合物粒子凝聚成膜方式是依靠高聚物粒子在一定条件下 接触、挤压、变形，最后由粒子状态的聚集转变为分子状态的 聚集而形成连续涂膜这是分散型涂料(如水乳胶、塑性熔胶)、 粉末涂料的主要成膜方式。,(4)涂层的防腐保护原理-三种作用 A.屏蔽作用：许多涂料对酸、碱、盐等腐蚀介质显示化学 惰性，起到了屏蔽腐蚀介质的作用。涂层的抗渗性是涂层起屏 蔽作用的关键，为提高
8、抗渗性，可从以下几点考虑： a.成膜物质可选用聚集态结构紧密、透气性小的高聚物，如 大分子链上极性基团多、支链少、交联密度大、结晶度高的高 聚物，抗渗性能好。 b.加入一定量的惰性无机粉末填料(如滑石粉、高岭土、云母 等) 常可提高涂层的抗渗性，当加入的固体填料为鳞片状时 (如 铝粉、玻璃鳞片等)，即使涂层很薄，抗渗性仍好。,c.涂层的微孔是在涂料干燥过膜过程中形成的，与干燥固化 因素有关：对于有小分子产物生成的逐步缩聚反应成膜，由于 小分子产物从膜中逸出，故易形成针孔；含大量溶剂的涂料， 当溶剂挥发后就会产生许多真空；如果涂膜在干燥成膜后期还 能保持充分的流平性，上述针孔就会封闭，为此，要调
9、节溶剂 组成，使成膜物的溶解度在溶剂挥发过程中不致急骤降低。 d.增加涂层厚度及涂覆次数。在涂层厚度相同的情况下，涂 覆次数越多，出现微孔的几率就越小，防腐蚀性能就越好，实 际上难以做到一次涂成所要求的厚度，但涂覆次数多，施工经 费增加，因此要综合考虑不同环境中涂层的有效厚度及最低界 限厚度的涂覆次数。,B. 钝化缓蚀作用：借助涂料中的防锈颜料与金属表面反应， 使其钝化或生成保护性的物质以提高涂层的保护作用；另外， 许多油料在金属皂的催化作用下生成的降解产物也能起到有机 缓蚀剂的作用。 C. 电化学保护作用：涂料中使用电位比铁低的金属为填料 (如锌)，会起到牺牲阳极的阴极保护作用，并且锌的大气
10、腐蚀 产物碱式碳酸锌较稳定，又起到封闭、堵塞漆膜孔隙作用。,A.底漆：直接与金属接触，是整个涂层系统的重要基础。 a. 阻止锈蚀的生成和发展，含有防锈颜料、抗渗填料。 b. 与金属表面有良好的附着力和润湿力，因此成膜物分子 往往含有极性基团，漆膜的收缩力要尽量小。 c.底漆中含较多固体填料的另一作用是使漆膜表面粗糙， 增加与中间层或面漆的结合力。 B.中间层：与底、面漆结合良好，起承上启下作用，这主要 是靠两层界面间的物质相互扩散、高分子链相互缠结以及极性 基团间的吸引力。在涂层体系中底漆或面漆有时不宜太厚，所,(5)防腐涂层结构 在实际应用中，大多在金属表面涂覆几种涂层，以组成一 个整体系统
11、共同发挥功效。这一涂层体系包括底漆、中间层、 面漆，每层按需要分别涂刷一至数次。,1.3 常用有机类防腐蚀涂料 酚醛树脂防腐蚀涂料 乙烯类树脂防腐涂料 环氧树脂防腐蚀徐料 呋喃树脂防腐涂料 聚氨脂防腐涂料 有机硅树脂防腐涂料 其它树脂防腐蚀涂料 丙烯酸树脂防腐涂科 橡胶类防腐涂料,以中间层的另一作用是增加涂层厚度以提高屏蔽作用。汽车漆 的中间层作用是提供平整表面，保持美观，其较好的弹性能缓 冲小石冲击车辆而涂层不裂。 C.面漆：与环境相接触，要具有耐环境化学腐蚀性、装饰美 观性、抗紫外线、耐候性等。往往面漆的成膜物含量较高，含 有紫外线吸收剂，或铝粉、云母氧化铁等阻隔阳光的颜料。,(1)无机涂
12、料成膜机理 无机涂料是以水溶性硅酸盐、磷酸盐、二氧化硅溶胶、正 硅酸乙酯等无机材料为成膜物质的涂料。这些物质在涂膜干燥 过程中发生水解等一系列反应，最终形成坚固的网状二氧化硅 结构或网状缩合磷酸盐结构将各种填料粘结成一紧密的、坚硬 的整体，具有优异的耐蚀、耐热性能；无机涂料的成膜物质不 同，其成膜机理也有所差异。 A.水溶性硅酸盐最常见的是水破璃，又称泡花碱，通式为： Na2OnSiO2，n为水玻璃模数，代表了SiO2与Na2O摩尔数比值， 涂料用水玻璃模数以34为宜。,1.4 无机防腐蚀涂料简介,水玻璃溶液中由于水解作用含有一定浓度硅酸凝胶，具有 粘结性能，将填料粘结起来，硅酸凝胶将发生去水
13、反应转为网 状SiO2： Na2OnSiO2 + (2n+1)H2O NaOH + nSi(OH)4 nSi(OH)4 SiO2 + 2H2O,金属卤化物(如MgC12)、氟硅酸钠、磷酸都能中和水玻璃水 解生成的NaOH，促进硅酸凝胶的生成。但所生成的一些可溶性 盐(NaX、Na2PO4)结晶于涂层表面，固化后须用水冲洗除去： MX2 + Na2OnSiO2 + 2(n-1)H2O MSiO3 + (n-1)Si(OH)4 + 2NaX 2Na2OnSiO2 + Na2SiOF6 + 2(n+1)H2O6NaF + (2n+1)Si(OH)4,硅酸同时还可与铁发生反应，生成硅酸铁，使涂膜与金属
14、 表面的附着力增大。还可与金属氧化物(如氧化锌、氧化铅等) 反应，生成不溶性的复盐，增加涂层的抗渗性。,B.正硅酸乙酯实际上是一种半无机的粘合剂，可溶解于有机 溶剂中。涂刷后溶剂挥发、正硅酸乙酯逐步水解转变为聚硅氧 烷，然后吸收空气中的水分最终形成聚二氧化硅的结构：,C.水溶性磷酸盐涂料一般需高温烘烤才能固化，在加热过程 中酸性磷酸盐的H+被金属离子置换生成不溶于水的缩合物。固 化剂为金属氧化物、金属复合氧化物、氢氧化物、硅氟化物、 硼酸盐等。,(2) 无机涂料的防腐应用 无机防腐涂膜具有优异的耐酸、耐油、耐化学药品、耐候 性能，特别是耐热性、耐燃性是有机涂层无法比拟的。因此作 为耐热防腐涂料
15、广泛应用于化工设备、烟囱、高温蒸气管道、 热交换器、高温炉、石油裂解设备、飞机发动机部位及排气管 等，并在航空、宇航事业中越来越受重视。 无机涂料的缺点是涂膜较脆、对底材的处理要求严格。近 年来，通过引入有机树脂与其混合成发生化学反应方式来提高 涂层对底材的附着力、抗龟裂性、耐水性和抗渗性。如硅酸钠 与低分子量的尿素树脂反应制得水性耐热树脂，再与耐热填料 配制成能耐1800的耐热防腐徐料；由水玻璃、聚酯树脂和无 机颜料配制成的能耐1200 的高温防腐涂料。,1.5 具有特殊性能的防腐蚀涂料,(1)富锌涂料：含大量活性颜料 -锌粉的涂料。由于锌粉对 钢铁的阴极保护及腐蚀产物碱式碳酸锌(4ZnOC
16、O24H2O)稳定 封闭、堵塞漆膜孔隙，使涂层具有极好的屏蔽作用，因此尽管 涂层较薄，但仍能对金属起到较好的保护作用，使用寿命长。 富锌涂料一般用作底漆，其干膜锌粉含量一般在8595 之间才能很好地起到电化学保护作用。根据成膜物质的不同可 分为无机富锌涂料和有机富锌涂料。 有机富锌涂料常用环氧、聚氨酯、乙烯类树脂及氯化橡胶 为成膜物质。成膜物及配套面漆不用不耐碱的基料(如醇酸树 脂阴极保护产物为碱性)。 无机富锌涂料是锌粉与水玻璃、正硅酸乙酯等无机基料组 成，硅酸凝胶能与锌粉和铁发生反应，产物具有保护性能。,(2)带锈涂料：即带锈底漆，是指能直接涂覆在未充分表 面处理、有残余锈蚀的钢铁表面，而具有一定防锈功能的涂 料。在一般金属防腐涂装中，表面处理费用占涂装总费用的 4550，特别对于桥梁、海上采油设施、重型机械等大 型整体钢铁构件，进行现场表面处理非常困难。 铁锈情况如下，面层主要是Fe3O4，结构疏松的浮锈，较 稳定； 中层以
