关于鳞片防腐涂料的性能及应用研究
2011-11-11 16:27:42
584
1引言
鳞片是指金属及某些无机化合物经物理或化学方法处理后，成为一定粒径和厚度的薄片。而鳞片防腐涂料是以各种金属或非金属鳞片骨料和各种高性能耐腐蚀树脂及相应助剂组成的厚浆型重防腐涂料。由于鳞片涂料是多层片状结构，可以形成平行叠加的错层厚膜，产生特殊的“迷宫”效应，不仅把涂层分割成许多小空间而降低涂层的收缩应力和膨胀系数，而且迫使介质迂回渗入，从而延缓了腐蚀介质扩散和侵入基体的途径和时间，因而具有极佳的抗渗透性、抗冲击性、耐磨性和耐腐蚀性，延长了涂层的使用寿命。近年来，鳞片涂料越来越受到国内外业内的关注，成为发展迅速、应用广泛的重防腐涂料。本文评述了几种主要鳞片防腐涂料的性能特点及开发应用情况。
2玻璃鳞片防腐涂料
在鳞片涂料中开发最早、应用最广的首推玻璃鳞片防腐涂料。玻璃鳞片是耐酸性好的化学玻璃（亦称为C玻璃或中碱玻璃），经1000℃以上的高温熔融、吹制、骤冷、破碎、筛选而成。美国欧文-康宁（Owens-Corning）公司采用了套筒牵引替代人工吹制和改进口膜拉制而成长条玻璃带（又称RiBBon）的生产工艺2。这种玻璃鳞片有较好的分散性和较大的径厚比，具有优良的化学惰性及无磁性等特点；加之上下交错的排列使涂层具有优异的抗介质渗透性和耐蚀性；涂层固化时收缩率小，提高了抗温度骤变性和抗冲击性；树脂的紧密黏结提高了坚韧度和耐磨性等。
玻璃鳞片的规格和用量对涂层性能有直接的影响，一般要求玻璃鳞片的厚度在3~5μm，大小在数十目至数百目之间。经验认为：①作胶泥、底漆时可选用30目左右的玻璃鳞片，采用涂抹法和辊涂法施工较好；作面漆时，选用200目的玻璃鳞片，采用喷涂法施工较为合适，较常用的有Graco高压无气喷涂机和Hotspray热喷涂机（双组分）。②玻璃鳞片的用量应有一个最佳范围。一般最高以30%为宜（相对于100%树脂）。在30%以下，随着鳞片用量的增加，可形成较好的搭接和重叠排列，涂层的致密性大大提高，故用量与耐蚀性成直线关系。但用量过高，鳞片不能被树脂完全包裹，造成无序堆砌，使金属内部形成空隙和气孔，影响涂层致密性，反而降低了耐蚀性。而且涂层的物理性能，如附着力、柔韧性和耐冲击性亦会急剧下降。③玻璃鳞片使用前应经偶联剂处理，以增加鳞片与树脂间的黏结力和在树脂中的平行排列以及在涂层体系中的漂浮稳定性，从而提高涂层的抗渗性。偶联剂可以选用硅烷偶联剂（如KH550、KH560）或钛酸酯偶联剂（如NDZ311、NDZ-201），不同的树脂应选择不同分子结构的偶联剂和相应的表面处理工艺（浸润法或掺混法）。
玻璃鳞片涂料中所用的树脂必须是高性能树脂，这样才能保证涂层的最佳性能，主要是热固性树脂，如乙烯基酯树脂（VE）、不饱和聚酯树脂（VP）、环氧树脂（EP）和聚氨酯树脂（PU）及氯磺化聚乙烯等。其中尤以综合性能优良的乙烯基酯树脂为主的玻璃鳞片涂料（VEGF）较佳，特别是酚醛环氧乙烯基酯树脂玻璃鳞片涂料，其耐溶剂、耐酸性和耐温性（大于150℃）更好。
在不饱和聚酯树脂中主要是双酚型VP和含氯VP等高耐蚀树脂和间苯型VP树脂。在环氧树脂体系中还包括环氧沥青、环氧聚硫橡胶和环氧呋喃等改性环氧树脂。
玻璃鳞片涂料以其独特的性能、方便的施工和较强的可修复性成为日益重要的重防腐涂料品种。自1957年美国欧文-康宁公司首次开发玻璃鳞片涂料以来，在美国、日本和西欧获得了普遍推广和发展。从20世纪80年代以后我国也开始了玻璃鳞片及涂料的开发研究和生产应用，已形成溶剂型、厚浆型、水性等系列玻璃鳞片涂料品牌并广泛地用于各种严重腐蚀环境下的防腐工程，如排烟脱硫装置、石油化工储罐、海上钻井平台、污水处理设施、船舶、桥梁及铁路货车等，获得了良好的技术效应和经济效益。
3云母氧化铁鳞片防腐涂料
云母氧化铁的化学成分是α-Fe2O3，由于其片状结构类似云母，故称为云母氧化铁，按其来源有天然和合成之分，外观有灰色和红褐色2种，天然云铁国外以奥地利产品较佳，国内产地主要有安徽繁昌和江苏茅山等。其结晶体呈片状或平板状的六角形，具有较大的径厚比，直径从几十μm到100μm以上，厚度一般为
几μm到几十μm。云铁鳞片具有良好的化学惰性，均匀交叉地分布于涂膜中，形成封闭性很好的致密涂层，有效地阻隔腐蚀介质的渗透，防止紫外线对涂膜的降解，具有良好的防渗性和耐候性。涂膜固化时收缩率低，使机械强度增加；表面有较好的粗糙度，利于增加底漆和面漆的层间附着力。尤其是耐高温（云铁鳞片1000℃不变色），价格低，应用广泛。
云母氧化铁鳞片可与多种防腐树脂（如酚醛、醇酸、氯化橡胶、环氧、聚氨酯等）配合制备性价比不同的鳞片防腐涂料，适应不同的防腐市场需求。根据其结构特点能阻隔水、氧等腐蚀介质的渗透，云铁鳞片主要用作各种腐蚀环境中钢结构涂层的底漆和中间漆，如公路和铁路桥梁、通讯和输电铁搭、建筑和海洋钢结构、石油储罐和管道等，均有良好的效果。用于富锌底漆或喷锌喷铝涂层之上的环氧封闭漆和中间漆，既对整个涂膜起到良好的封闭屏蔽作用，有效地提高涂层的抗渗性和防腐性，又增加了涂层的厚度，降低涂层的造价。因其具有耐紫外线辐射的功能亦可用于防腐面漆，如法国的埃菲尔铁塔和国内的武汉、南京长江大桥的涂装等，显示了长效的防护作用。而对一种氯化橡胶云铁面漆的10年海洋大气暴露试样的表面进行SEM分析表明，由于鳞片状云铁呈平行分布，该涂层具有良好的耐大气老化性。作为一种惰性屏蔽型鳞片涂料，云铁鳞片还可与许多活性防锈颜料配合使用，产生协调效应，制备出多种功能性防腐涂料，如耐高温辐射防腐涂料、海洋水工防腐涂料等。
4云母鳞片防腐涂料
云母鳞片是由云母直接加工制得的，是一种含水铝硅酸盐的化合物，因含有不同的金属离子，所以有不同的色泽：白云母和金云母以及白云母微晶集合体的亚种———绢云母之别。
云母的结构属于单斜晶系，常呈六方片状，其集合体呈鳞片状，平均粒径15μm。云母鳞片根据加工工艺的不同有湿法和干法之分。经过特殊剥离加工的云母薄片称为高纵横比的云母，最高纵横比超过100。其表面光滑，底轴面完整，具有弹性，而且折射率高（反射指数1.58），分解温度高（大于850℃）、耐热性好，耐化学品性和耐候性均佳。还有一种合成云母，它是以F-取代天然云母中的OH-，具有比天然云母更加优异的耐高温、耐化学品腐蚀性。
同玻璃鳞片一样，云母鳞片可与环氧树脂、乙烯基酯树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂等配制成云母鳞片防腐涂料，具有突出的耐候性和耐腐蚀性。同一配方的对比试验表明，云母鳞片防腐涂料与玻璃鳞片防腐涂料的理化性能相当，但防腐性能更好。通过扫描电子显微镜分析可知，云母鳞片与树脂和乳胶中的分子链相结合缠连，处于多层重叠平铺状态，与漆膜表面呈平行排列，形成一种致密的抗化学腐蚀和阳光辐射的保护层，阻止大气和潮气浸透，从而提高了漆膜的抗渗性和耐候性。由于云母鳞片具有弹性，鳞片间能够滑动，从而防止了漆膜应力集中而龟裂，提高了漆膜的力学性能、防腐性和耐久性。云母鳞片用于防腐底漆时，常与铁红、铝粉等颜料拼用，有互补增强之效。此外，还可以部分取代钛白作为防腐面漆，用于各类防腐领域，例如：钢结构防护漆和建筑涂料等。湿法云母鳞片还可用于制造云母钛珠光颜料和导电云母材料，用作汽车闪光涂料和储罐、地坪等抗静电涂料。
5石墨鳞片涂料
