1、引言
鋅粉是重要的電化學防鏽材料，由於(yu) 鋅具有良好的電化學活性，當同鐵放在一起受到腐蝕時，能自我犧牲陽極保護含鐵金屬材料。
另外，鋅可與(yu) 腐蝕介質作用生成許多腐蝕產(chan) 物[主要是堿式碳酸鋅等2ZnCO3·3Zn(OH)2] ，這些微堿性產(chan) 物填塞了塗層間隙或破損處，有效阻擋和屏蔽腐蝕因子的透過，並能在一定程度上實現自愈合。
正因如此，用大量鋅粉配製成的鋅基塗料（也稱富鋅塗料）成為(wei) 保護鋼鐵最普遍、最重要的底塗材料。
根據塗料成膜物質的不同，鋅基塗料分為(wei) 有機鋅基塗料和無機鋅基塗料兩(liang) 大類，無機鋅基塗料以無機聚合物（如矽酸鹽、磷酸鹽等）為(wei) 成膜物質，鋅粉與(yu) 之反應，在金屬表麵形成鋅鐵絡合物，最終形成堅實的防護塗層。
有機鋅基塗料則以合成樹脂（如環氧、聚酯、丙烯酸等）為(wei) 成膜物質，加入高含量鋅粉而成的液體(ti) 防腐塗料。
鋅基塗料自20世紀40年代以來，得到了廣泛的推廣應用並取得了良好的防蝕效果。
常規的鋅基塗料對含鋅量有明確的要求，無機類要求鋅占幹膜質量的74%以上，有機類要求鋅占幹膜質量的77%以上。
雖然國際鉛鋅組織（ILZRO）的研究報告表明鋅粉含量的多少與(yu) 塗層的防蝕性並無直接關(guan) 係，某些含鋅量高的防蝕性並不好，某些含鋅量低的防蝕性並不差，不能單純以鋅粉含量來評判鋅基塗料的優(you) 劣，但人們(men) 習(xi) 慣上還是以含鋅量的多少來選擇使用鋅基塗料。
由於(yu) 有機塗料使用鋅粉受臨(lin) 界體(ti) 積濃度（CPVC）的限製，難以含有大量的鋅粉而又要求塗層有良好的物理機械性能。
結果有機鋅基塗料的應用遠不及無機鋅基塗料來得廣泛，而20世紀中期發展迅猛的华体会体育hth首页更是無法單純利用鋅粉來開發新一代的重防腐华体会体育hth首页。
20世紀末，德國愛卡（Eckave-Werke）公司開發了一種全新的鋅粉產(chan) 品——鱗片狀鋅粉，取代了鋅基塗料中使用的普通鋅粉——球形鋅粉。
鱗片狀鋅粉具有優(you) 良的屏蔽性能、平行搭接性能、電接觸性能和易懸浮的特性，使得鱗片狀鋅基塗料在顯著降低幹膜含鋅量的情況下，塗層的防腐性能仍優(you) 於(yu) 普通球鋅的鋅基塗料。
以此理論為(wei) 基礎，對鋅基重防腐华体会体育hth首页進行了試驗研製並加以推廣應用。
2、鋅基重防腐华体会体育hth首页塗層的防蝕機理
2.1 電化學保護 鋅基重防腐粉末塗層的電化學保護機理與(yu) 鍍鋅、熱浸鋅、鋅基塗層、鋅鉻塗層（Dacro)）一樣，都是采用犧牲鋅來達到保護鋼鐵基體(ti) 的目的。
陰極區：Zn→Zn2++2e（電勢：-0.762V）(1) 陽極區：Fe2++2e→Fe（電勢：-0.440V）(2)
由式（1）、式（2）可見，鋅的標準電極電位（25℃）比鐵低，故鋅比鐵活潑，當腐蝕介質滲透過塗層達到鋼鐵基體(ti) 表麵時（或者當塗層破損露出鋼鐵基體(ti) ，而裸露處又被腐蝕介質覆蓋時）。
由於(yu) 水的存在鱗片狀鋅粉和鋼鐵基體(ti) 之間形成一個(ge) 以鋅片為(wei) 陽極、鋼鐵基體(ti) 為(wei) 陰極的電池，鋅逐漸腐蝕而鋼鐵基體(ti) 得到了保護。
由於(yu) 华体会体育hth首页限製了鱗片狀鋅粉的用量，鋅基重防腐华体会体育hth首页中填加了穩定的導電材料——磷鐵粉（Fe2P），使塗層內(nei) 形成導電通路，而且鱗片狀鋅粉之間平行搭接的接觸麵也具有良好的導通性，這些都保證了鋅片的陰極保護效率。
2.2 屏蔽保護 腐蝕性介質在含有鱗片狀鋅粉的塗層中擴散的公式為(wei) ：
式中：Q——單位麵積上腐蝕介質的總量；
X——腐蝕性介質在塗層中的滲透距離； t——腐蝕性介質在塗層中的滲透時間； D——該介質在塗層中的擴散係數，定值； C（X，t）——某時間、某距離上腐蝕介質的濃度。
若腐蝕性介質在金屬基體(ti) 上的濃度C達到臨(lin) 界值C0時，金屬發生鏽蝕，此時式（3）隻有擴散時間t與(yu) 滲透距離X2個(ge) 變量。
達到滲透平衡臨(lin) 界值C0所需的擴散時間t近似正比於(yu) 擴散距離的平方（X2），即增加滲透距離X可以顯著延長腐蝕介質滲透所需的時間。
由於(yu) 加入鱗片狀鋅粉，塗層中鋅片形成平行搭接、交疊排列成如圖1 所示的體(ti) 係（圖2為(wei) 塗層結構的掃描電鏡圖像）。
減少了塗層的孔隙度，腐蝕介質也不能通過鱗片滲透，必須繞過鱗片，沿著鱗片徑滲入，所以滲透距離x顯著增加，腐蝕性介質到達金屬基體(ti) 的時間顯著延長。
 
腐蝕介質在滲透過程中，接觸鋅片後產(chan) 生各類腐蝕產(chan) 物，如ZnO、Zn(OH)2、Zn(OH)2CO3、Zn(OH)Cl3、ZnOCl、ZnSO4等。
造成鋅片腐蝕部位體(ti) 積膨脹，填塞了塗層中的孔隙，同時也增加了塗層的致密度，消耗部分腐蝕介質，從(cong) 而更有效地保護了鋼鐵基體(ti) 。
2.3 塗層自修複保護 當鋅基塗層受外力作用造成局部破損後，在一定範圍的麵積內(nei) ，保護電流能流向鋼鐵基體(ti) 裸露的部位，鋅的腐蝕產(chan) 物可積累在那裏形成一層保護膜。
但當破損範圍擴大或保護電流減弱時，這種修複保護作用將逐漸減小，破損處的鋼鐵基體(ti) 將發生腐蝕，必須進行局部修補。
3、試驗部分
3.1 基料選擇 根據塗層的使用特點和應用要求，采用中等相對分子質量的雙酚A型環氧樹脂、酚醛環氧樹脂與(yu) 酚類固化劑組成基料係統。
該係統中酚醛環氧樹脂分子結構中有多個(ge) 環氧基，固化產(chan) 物的交聯密度和芳環密度都比較高，與(yu) 雙酚A型環氧樹脂搭配使用，塗層的硬度、耐熱性、耐磨性、耐化學腐蝕性及對基材的附著力都比較好。
3.2 鱗片狀鋅粉的選擇 雖然目前國內(nei) 已有多家企業(ye) 生產(chan) 鱗片狀鋅粉，但經測試對比，國產(chan) 的鋅片從(cong) 顆粒形狀、粒徑、色澤以及包覆質量等指標上都與(yu) 國外廠家的產(chan) 品有較大距離。
雖然價(jia) 格明顯偏低（如國產(chan) 鱗片狀鋅粉3.2萬(wan) 元/t，而愛卡產(chan) 品6.8萬(wan) 元/t），還是選用了愛卡GTT片狀鋅粉產(chan) 品。
另外還添加了適量的片狀鋁粉或其他片狀金屬粉，對鱗片狀鋅粉產(chan) 生抑製淘析作用，進一步延長了鋅片的陰極保護作用。
3.3 助劑的選擇 為(wei) 提高塗層的機械性能，增加塗層內(nei) 的導電通路，實現重防腐效果，除使用常規的流平劑、增韌劑、固化促進劑外，還針對鋅基重防腐华体会体育hth首页的特性使用了脫氣劑、粉體(ti) 流動劑、增電劑，並在配方中加入穩定的導電顏料——磷鐵粉(Fe2P)，在塗層內(nei) 形成導電通路，提高鋅片的陰極保護效率。
3.4 製造方法 目前鋅基重防腐华体会体育hth首页主要有2種製造方法，一種是在傳(chuan) 統华体会体育hth首页生產(chan) 工藝的基礎上改進的擠出製造工藝，一種是采用幹混技術（也稱邦定技術）的幹混製造工藝。這2種方法製造出的华体会体育hth首页產(chan) 品的掃描電鏡照片見圖3。
改進的擠出工藝與(yu) 正常粉末生產(chan) 流程相似，但加強了原材料預混強度、延長了物料的熔融捏合時間。
該工藝容易控製粉體(ti) 粒度，粉體(ti) 施工性能好，塗層具有良好的附著力及優(you) 良的機械性能。
不足之處是鋅片表麵有一定的氧化，鋅片表麵基料黏附較多，搭接稍差，需要添加導電助劑。
幹混生產(chan) 是將粉末基料及助劑按常規粉末生產(chan) 工藝加工成粉末後，在幹混設備中將基料與(yu) 鱗片狀鋅粉及相關(guan) 助劑混合加熱，控製在一定溫度讓基料粒子與(yu) 鋅片黏結後，冷卻至常溫即可。
該方法克服了擠出工藝中鋅片表麵的氧化現象，鋅片表麵黏附少量基料，鋅片搭接效果較好。存在的問題是工藝複雜，粉末必須再進行粉體(ti) 處理；鋅片表麵未得到有效抑製，極易氧化，迅速失去陰極保護作用；其塗層的附著力也較差。
4、試驗結果
4.1 鋅基重防腐华体会体育hth首页的性能 2種方法製造的鋅基重防腐华体会体育hth首页的性能比較見表1。
4.2 鋅基重防腐华体会体育hth首页塗層耐鹽霧試驗結果 用不同方法生產(chan) 的鋅基重防腐华体会体育hth首页製成不同厚度的試板，進行塗層劃痕中性鹽霧試驗，結果見表2。
由鹽霧試驗的結果可以看到，塗層厚度與(yu) 塗層的防腐蝕能力密切相關(guan) ，鋅基塗層必須達到一一定的厚度才能具有超強的抗蝕能力。2種方法生產(chan) 的產(chan) 品都具有優(you) 異的防腐效果。
5、產(chan) 品在高速公路護欄上的應用
國內(nei) 鋅基重防腐华体会体育hth首页除在戶內(nei) 金屬防腐塗裝上應用外，在戶外惡劣腐蝕環境下應用最早的是在貴州高速公路護欄上。
貴州地處雲(yun) 貴高原的東(dong) 斜坡，山地和丘陵麵積占全省總麵積的92.5%，貴州屬亞(ya) 熱帶濕潤季風氣候區，氣候溫暖濕潤，年降水量1100~1300mm。
由於(yu) 貴州省的企業(ye) （有300多萬(wan) 煤爐）和家庭（飲食、烘烤食物）直接使用燃煤，廢氣未經處理直接排放到空氣中，長期存在著酸雨汙染，雨水的pH平均在4~5。
部分汙染嚴(yan) 重的地區雨水的pH可達到3，全省酸雨率為(wei) 80%左右，較適合檢測該塗層的耐腐蝕能力。2004年開始在安徽、河南等部分路段進行應用試驗。
試驗用高速公路護欄的塗裝工藝為(wei) ： ①拋丸：采用0.2mm的鋼丸噴，並對護欄基材的棱角進行打磨處理； ②底塗：工件上線，靜電噴塗鋅基重防腐华体会体育hth首页，厚度55~65μm，200℃，10min固化； ③麵塗：噴塗純聚酯华体会体育hth首页，厚度不小於(yu) 76μm，220℃，10min固化； ④包裝：工件冷卻下線後，按加工要求進行包裝、轉運，安裝在試驗段上。
5.1 應用試驗結果 從(cong) 2001年3月開始，在貴州省多條路段上進行了應用試驗，並與(yu) 熱鍍鋅噴塑護欄產(chan) 品（鍍鋅層含鋅量為(wei) 270g/m2，噴塑層厚度不小於(yu) 76μm）進行了耐腐蝕對比，試驗結果見表3。
5.2 存在問題 已進行了5a的雙塗層護欄應用試驗表明，鋅基重防腐华体会体育hth首页與(yu) 純聚酯华体会体育hth首页形成的雙塗層防護體(ti) 係，具有突出的抗腐蝕能力，完全滿足國家和交通行業(ye) 相關(guan) 標準規範的要求。
目前存在的主要問題是，塗層受外力破壞露出鋼鐵基材後，裸露的金屬表麵會(hui) 很快鏽蝕，雖然在鋅片的陰極保護作用下鏽蝕漫延速率很慢，但產(chan) 品外觀裝飾效果已受到嚴(yan) 重影響。
5.3 改進措施 由於(yu) 護欄產(chan) 品在運輸、裝卸、安裝過程中極易受到意外的撞擊而造成塗層的破損，除通過改進包裝、加強運輸、安裝過程中的管理外，還對護欄產(chan) 品易受撞擊損傷(shang) 的棱邊進行了熱噴鋅處理，取得了良好的應用效果。
6、結語
利用鱗片狀鋅粉研製的鋅基重防腐华体会体育hth首页塗層具有突出的耐腐蝕能力，經過5a多的實際應用，防腐效果優(you) 異，該產(chan) 品的雙塗工藝在一定範圍內(nei) 完全可以取代熱鍍鋅，避免了鍍鋅工藝產(chan) 生的嚴(yan) 重的環境汙染問題，具有長遠的應用前景。
來源：粉末登場 |
