带锈涂料及其应用带锈涂料及其应用双城

2023-09-11 06:33

带锈涂料及其应用,带锈涂料及其应用

1 引言 阻止钢结构腐蚀的最常用手段就是在其表面涂装耐蚀涂层,切断其与腐蚀介质间的电联系。但从分子结构上看,即使最致密的耐蚀涂层也存在大量毫微米级的微观缺陷。耐蚀涂层在使用过程中,由于环境因素的作用,这种缺陷还会不断增加和扩展,这就是常说的老化过程当耐蚀涂层老化到一定程度,就完成了它的使用寿命。因材料和使用环境的不同,耐蚀涂层老化周期可从几个月到几十年,腐蚀工程师的责任就是根据具体情况进行合理设计。 耐蚀涂层的微观缺陷导致的可渗透性,使处于腐蚀环境中的钢结构上表面各点间存在电位差异的区域导通,从而发生电化学腐蚀。电位较正的阳极区的铁失去电子成为Fe离子,与介质中的负离子结合构成活性的铁锈等腐蚀产物,结构疏松的腐蚀产物非但不能阻止腐蚀的进行,在一定电位条件下,还会对腐蚀电池的电极反应产生去极化作用,加速腐蚀反应的不断进行。 对于与钢结构附着良好的耐蚀涂层系统来说,阳极区的Fe离子与阴极区的负离子须通过耐蚀涂层微观缺陷通道相互扩散完成交换,其扩散阻力很大,使钢结构表面的电极反应因存在很大的浓度极化而受到抑制。但对钢结构与耐蚀层间存在铁锈而附着较差的耐蚀涂层系统来说,阳极区的Fe离子与阴极区的负离子可通过铁锈层直接交换,腐蚀过程会快得多,且不受耐蚀涂层的制约。另一方面,疏松的腐蚀产物生成过程伴随的体积膨胀扩大,会对耐蚀涂层产生强烈的机械破坏作用,使之鼓泡破裂,致使在耐蚀涂层末老化前就因剥离而失去耐蚀作用。 为防止耐蚀涂层剥离的发生,常规耐蚀涂层涂装前要求对钢结构进行彻底的表面处理,通常要求达到近白级,即去除所有氧化皮和锈蚀,露出金属光泽。对于大型钢结构腐蚀防护施工来说,这存在诸多弊端:要达到如此要求,通常必须进行喷砂,将需要专用机具,耗费大量磨料,使工程造价大为提高,喷砂费用一般占整个耐腐蚀工程总和的50%以上,并会造成强烈的粉尘和噪声污染。受机具工效的制约,大型涂装作业面的表面处理工期较长,要求整个作业面同时达到较高等级是不现实的,最先处理的钢结构表面往往在涂装前已经返锈。此外喷砂操作对复杂作业面的结构死角很难进行彻底处理。喷砂会造成钢结构的减薄,使其强度降低,这一点对于旧的钢结构尤为突喷砂会使表面处理后的钢结构表面活化,使之更易于发生锈蚀。鉴于上述原因,国内外腐蚀工程师进行了卓有成效的探索。一个研究方向是改进表面处理工艺,开发了酸洗、火焰以及高压水喷射等新工艺;另一个研究方向就是设法改进耐腐蚀涂料,降低其对涂装前钢结构表面等级的要求,由此开发了带锈涂料。将其直接涂装在有残余锈蚀的钢结构表面上,就可能保持良好的附着,不会发生剥离,从而大大降低涂装前对钢结构表面处理的等级要求,简化腐蚀防护施工工艺。 带锈涂料最早出现于30年代的德国,随后西方各国以及日本均进行了广泛深入的研究,而我国则是从60年代末开始的,这些研究在70年代以得到了长足的进展,使产品的类型、组成和性能得到较大的完善和扩充,其作用机理和检测手段也得到系统的研究,使用范围不断扩大,目前已成菌地广泛用于舰船、车辆、冶金、建筑、管道、化工、桥梁及各类钢铁机械行业,大大改善了劳动条件,缩短了施工工期,降低了工程造价,收到显著的社会效益和经济效益。 2 作用机理及实用效果 国内外生产的带锈涂料大体上可分为转化型、稳定型和渗透型,此后又能出现所谓稳化型,其性能介于稳定型和转化型之间,其组成为两者的结合。 2.1 转化型带锈涂料 转化型带锈涂料是利用能与铁锈起化学反应的转化剂,将铁锈转化为结构稳定致密的铁合化物,这种化合物没有去极化作用,可紧密地附着在钢结构表面,又可与耐蚀涂层良好键合,而成为耐蚀涂层与钢结构表面间接偶联物,常用的转化剂有亚铁氰酸及丹宁酸等。 亚铁氰酸与铁锈生成亚铁氰酸铁的反应方程式如下: 4Fe(OH)3+3H4Fe(CN)6→Fe4[Fe(CN)6]3↓+12H2O 此反应在碱性或中性条件下速度很慢,在带锈涂料中加入磷酸可显著加快反应速度,此外磷酸还可直接与铁锈发生磷化反应,生成稳定致密的磷化铁。 Fe(OH)3+H3PO4→FePO4+3H2O 国内研制的H06-18就是亚铁氰化钾与磷酸组成的转化型带锈涂料,作为舰船、化工设备及重型机械行业钢结构表面除锈和耐蚀底层涂料,已得到推广使用,其在万吨轮水线处使用至维修周期末,未出现耐蚀涂层起泡和返锈现象。该涂料为双组分,由亚铁氰化钾和磷酸混合液为转化液,缩丁醛树脂、低分子量环氧树脂的醇溶液以及蓖麻油作为增韧剂的混合液为成膜液,它靠铁氰酸与二价铁反应生成难溶于水的滕氏蓝及三价铁被磷酸溶解后亚铁氰酸反应生成难溶于水的普鲁士蓝,同时还有一定的磷化作用,然后靠成膜液把已转化的铁锈层粘附在钢结构表面,朋而达到带锈涂装的目的。使用时大致按转化液70%,成膜液30%的比例混合均匀涂刷。不同型号和厚度的钢结构,锈蚀生成时的温度和时间均影响铁锈的成分与结构,从而直接影响到转化及成膜性能,应根据不同的表面状态调整转化液与成膜液的比例。对氧化皮多、锈蚀少的表面为防止破裂的氧化翘起,可提高成膜液的比例,而对于全部是锈蚀的表面则应提高转化液的比例,以保证锈蚀完成转化。 转化型带锈涂料可用于铁锈层较厚的表面,转化速度快,但本身呈酸性,PH值为2左右,对其后的配套面漆有一定的破坏作用,可使面层涂料变脆和龟裂,因而要求配套面层涂料耐酸,且应多道涂装。此外,它的使用效果与钢结构表面锈蚀状态有关,对无锈蚀钢结构表面有腐蚀作用,在锈蚀均匀的钢结构表面上涂装比例适宜的转化型带防锈涂料可收到极好的效果,但在锈蚀状况差异较大的钢结构表面就要差得多,锈蚀较厚处可能转化不彻底使用角有残锈,锈蚀较薄处或原有油漆的部位由于转化液太多则会腐蚀金属或油漆,生成一层较疏松的盐类,这些都会使得耐蚀涂层附着力大为降低。 2.2 稳定型带锈涂料 稳定型带锈涂料中含有多种稳定剂,它们能渗入疏松的锈蚀层间,与铁锈络合或螯合,使铁锈钝化失去活性或转为稳态的四氧化三铁,成为带锈涂料的填料。 典型的稳定型带锈涂料采用铬酸盐、磷酸盐及氮硷类化的作为稳定剂。铬酸盐和磷酸盐水解产生相应的铬酸银和磷酸根,形成杂多酸。该杂多酸可与活性的铁锈生成杂多酸类的络合物,从而对铁锈起稳定作用。反应方程式如下: Zn32·2H2O+2CrO4→[Zn3(PO4)2(CrO4)2]4-+2H2O ↓Fe3+ [Zn3(PO4)2(CrO4)2]3Fe4 氮硷稳定剂与上述杂多酸类络合物进一步螯合,生成难溶的杂多酸盐。氮硷稳定剂也可与铁锈酸直接反应,生成稳定的化合物。反应方程式如下: FeOOH+NR1R2R3→FeOONHR1R2R3 式中Ri为烃基。 国内常用的C06-19为此类带锈涂料的一个代表,它以长油度季戊四醇酸酸树脂为基本成膜物,以铬酸锌、铬酸钙、铬酸二苯胍、磷酸锌、烷基磷酸二苯胍为稳定剂,氧化铁红和氧化锌为防锈剂,滑石粉、碳酸钙和重晶石粉和填料组成。该涂料为单组分常温干燥,附着力强,首道漆膜厚度主应不低于60um,钢结构表面锈层厚度应不大于80um。该涂料对锈层有较强的渗透性,能深入锈层并将之封闭。涂料中含有稳定剂能使活性的铁锈成为难溶的抑制络合物,从而使整个锈层成为耐蚀涂层中稳定的保护性填料。涂料中各种防锈剂的适当配比和填料的恰当配合使整个耐蚀涂层具有较好的防锈性、耐久性和强度性能,其效果优于喷涂一须涂装铝粉铁红或醇酸铁红等普通耐蚀底层涂料。但该涂料采用长油度醇酸树脂为基本成膜物,本身干燥较慢,氮硷类化合物又有阻干作用,该耐蚀涂层干燥时间较长,通常在24h后才能涂装下道涂料。据此,中外合资深圳比丽涂料有限公司又开发了环氧树脂为基本成膜物的双组分GH稳定型带锈涂料,使干性大为提高,表干后即可涂装下道漆。尤为可贵的是,其它带锈涂料的漆膜较薄,其上仍需涂装普通耐蚀底层涂料后再涂装面层耐蚀涂料,即带锈涂料的涂装仅取代了常规耐腐蚀工程的表面处理工序,而GH稳定型带锈涂料的漆膜较厚,其上可直接涂装面层涂料,即该涂料的涂装取代了常规耐腐蚀工程的表面处理和涂装普通耐蚀底层涂料两道工序。该涂料1989年鉴定后即投入批量生产,目前已用于大型原油罐、成品油罐、煤气柜30余座,并在化工设备、车辆底盘、热力管道上得到成功应用。运行结果表明,其使用寿命比喷涛处理达近白级钢结构涂装普通耐蚀底层涂料略好,是手工除锈处理后涂装普通耐蚀底层涂料的2~3倍。根据跟踪检查情况推测,其与玻璃鳞片耐蚀面层涂料配合,在油罐内的使用寿命可达15年以上。 稳定型带锈涂料通常只可用于铁锈层较薄的表面,但配伍性好,对配套面层涂料无特殊要求,几乎与各种面层涂料都能很好配合。此外,它的使用效果与钢结构表面锈蚀状态无关,在锈蚀状况差异较大的钢结构表面也可取得良好效果,对钢结构表面锈蚀处可保证良好附着,在无锈蚀处则效果更好。 表1 国内常用带锈涂料性能一览表 项 目 C06-18 C06-19 CH F06-15 H06-9 基本类型 转化型 稳定型 稳定型 稳定型 稳定型 外观 铁红半光 铁红色 铁红色 铁红半光 铁红色 粘度 50~150 40~100 80 50~80 70~120 细度 60 60 70 50 70 表干时间 60 60 70 50 70 实干时间 2 14 6 4 0.5 附着力 24 24 24 24 24 冲击强度 1 2 1 2 1 柔韧性 4.9 ≥3.9 4.9 4.9 用量 70~80 70 120 75 70

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