技術(shù)文稿 | ES150鋼構(gòu)閃銹抑制劑的研究

鋼鐵的閃蝕是水性底漆和直接用于金屬的涂料體系的重要問題，通過對腐蝕理論的研究及大量的實驗，開發(fā)出一款能有效解決鋼構(gòu)涂料閃蝕問題的閃銹抑制劑ES150。ES150含有的強極性基團吸附于鐵質(zhì)金屬表面，非極性鏈段組成疏水膜，把金屬表面和腐蝕介質(zhì)隔開，因此不僅能抑制閃蝕，而且可以增強漆膜耐水、耐鹽霧性能。

1、概述

涂料是隨高分子材料工業(yè)發(fā)展起來的現(xiàn)代工業(yè)門類，目前我國涂料行業(yè)發(fā)展迅速。涂料所保護的對象金屬材料，主要是鋼鐵、鋁、銅及其合金，其中鋼鐵的用量.大，因此針對其腐蝕所做的研究也.多。隨著環(huán)保意識的提升，水性涂料的研究也非?；钴S。由于水的存在，鋼鐵的閃蝕已經(jīng)成為水性底漆和直接用于金屬的涂料體系的重要問題。^[1]

鋼鐵閃蝕的主要形式是電化學(xué)腐蝕，電化學(xué)腐蝕的根本原因是材料表面及其內(nèi)部形成了微觀電池和宏觀電池。由于金屬及合金表面層物理化學(xué)性質(zhì)的微觀不均勻性，形成了無數(shù)微觀腐蝕電池。電極電位低的區(qū)域是陽極區(qū)，發(fā)生鐵的氧化反應(yīng)；電極電位較高的區(qū)域是陰極區(qū)，發(fā)生氧的還原反應(yīng)；陽極區(qū)產(chǎn)生電子，陰極區(qū)消耗電子，導(dǎo)致金屬的腐蝕^[2]。腐蝕是吉布斯自由能減小的過程，也就意味著腐蝕是個自發(fā)過程，而且由于閃蝕產(chǎn)生的鐵氧化物疏松，不能抑制進一步腐蝕，如果不進行保護處理，將會導(dǎo)致鐵質(zhì)基材蝕穿，喪失其原本應(yīng)具有的結(jié)構(gòu)承載力。
圖1-1 鋼鐵生銹電化學(xué)過程示意圖

閃蝕產(chǎn)生的三要素，水、電解質(zhì)、氧氣。水既能提供為電化學(xué)腐蝕創(chuàng)造條件，也能參與到鐵銹的生成。電解質(zhì)主要指水溶液中的各種陰陽離子，Ca²⁺，S0₄²-，Mg²⁺，Cl^-等，一般陽離子對腐蝕影響不大，多數(shù)陰離子會加速腐蝕，電解質(zhì)本身不參與到鐵銹的產(chǎn)生過程，但是提供了電子通道，會加速電化學(xué)腐蝕過程。金屬在水中發(fā)生氧去極化腐蝕，所以水中溶解氧是影響腐蝕的.主要因素。

我們通過對腐蝕理論的研究及大量的實驗，開發(fā)出一款能有效解決鋼構(gòu)涂料閃蝕問題的閃銹抑制劑ES150。ES150含有的強極性基團吸附于鐵質(zhì)金屬表面，非極性鏈段組成疏水膜，把金屬表面和腐蝕介質(zhì)隔開，因此不僅能抑制閃蝕，而且可以增強漆膜耐水、耐鹽霧性能。

圖1-2 ES150作用模型

2、試驗部分
2.1 閃銹抑制性能的測試

基材：馬口鐵、冷軋鋼、鑄鐵、焊板，200目至800目逐級打磨吹干。

測試配方：丙烯酸乳液85%、水5%、成膜助劑10%、ES150閃銹抑制劑適量

涂裝工藝：帶氣噴涂

干燥工藝：室溫自干

測試環(huán)境：室溫23℃~27℃，相對濕度60%

2.2 耐水性能測試

基材：馬口鐵，無水乙醇清洗后吹干。

測試配方：羥丙分散體48%、氨基樹脂12%、水20%、助溶劑10%、色漿10%、助劑0.5%、pH調(diào)節(jié)劑0.1%、ES150閃銹抑制劑2%

涂裝工藝：帶氣噴涂

干燥工藝：150℃烘干20分鐘

測試環(huán)境：水浴50℃，時間12h

2.3 耐鹽霧性能測試

基材：馬口鐵，無水乙醇清洗后吹干。

測試配方：水溶性羥丙樹脂20%、氨基樹脂5%、水40%，助溶劑15%、色漿20%、助劑0.9%、pH調(diào)節(jié)劑1.2%、ES150閃銹抑制劑2%

涂裝工藝：帶氣噴涂

干燥工藝：150℃烘干20分鐘

測試環(huán)境：35℃，相對濕度99.9%，鹽霧濃度5%NaCl，時間168h

3、實驗結(jié)果及討論
3.1 閃銹抑制性能測試結(jié)果

鐵質(zhì)基材含碳量越高，越容易發(fā)生閃蝕，而ES150對于不同含碳量的鐵質(zhì)基材，如馬口鐵、冷軋鋼、鑄鐵等，都有極好的閃銹抑制性能，見圖3-1、圖3-2，未加閃銹抑制劑的空白組表面布滿銹跡，加了閃銹抑制劑ES150的實驗組表面光潔如新。對于含雜質(zhì)較多，易發(fā)生閃蝕的焊縫，ES150也能有效的抑制閃銹，見圖3-2。

圖3-1 馬口鐵板（上）和冷軋鋼板（下）測試板面圖

圖3-2 鑄鐵（左）和焊板（右）測試板面圖

3.2 耐水、耐鹽霧性能測試結(jié)果

在制備水性涂料的過程中，不可避免地使用較多表面活性劑以獲得所需要的涂料性能。但這會使得所形成的涂膜具有水敏感性等問題。增大的水敏感性.終會導(dǎo)致涂膜附著力的喪失，從而引起金屬腐蝕。ES150由于可以在基材表面形成一層疏水膜，可以對基材起到屏蔽保護的作用，所以可以增強漆膜的耐水、耐鹽霧性能，見圖3-3、圖3-4。圖3-3中未加閃銹抑制劑的空白組漆膜起泡、泛白、有銹跡，加了閃銹抑制劑ES150的漆膜表面基本沒有變化。圖3-4中未加閃銹抑制劑的空白組漆膜銹蝕程度遠(yuǎn)高于加了閃銹抑制劑ES150的實驗組。

圖3-3 耐水測試板面圖

圖3-4 耐鹽霧測試板面圖

四、結(jié)束語
實驗結(jié)果表明，對于含碳量不同的鐵質(zhì)基材，如馬口鐵、冷軋鋼、鑄鐵等，ES150都能起到抑制閃銹的作用，且不對漆膜產(chǎn)生負(fù)面影響，而且可以增強漆膜耐水、耐鹽霧性能。因此，ES150特別適用于鋼構(gòu)防閃銹。