涂料及涂装技术

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1、涂料及涂装技术涂料， 即习惯上所称的油漆， 是一类化工材料。将它们涂覆于物体表面上。形成粘结牢固具有一定机械强度、 一层或多层复合的固态薄膜，习惯称它为涂膜、或涂层、或漆膜。涂膜的作用主要有两方面： ( 1 ) 保护功能。在物体表面涂覆的涂层能够阻止或延缓各种腐蚀环境因素对金属材料的腐蚀、 木材的腐朽、 混凝土的风化侵蚀等等。( 2 )装饰功能。在物体表面形成五光十色、 绚丽多彩的外观， 起到美化环境、 增强视觉效应的作用。除这两方面的功能外， 随着科技进步和社会发展。 一些能提供特殊功能的涂料愈来愈显示出它们的重要性。如电绝缘、电磁波屏蔽、 防静电和导电的电性能功能涂料 、 军事装备的伪装涂

2、料、 各类结构材料的阻燃涂料、 船舶和海洋结构的防污涂料等等。在各类防腐蚀技术和措施中，采用涂料防腐蚀是一种最为简单而且很有效的方法。 应用广泛。据 日本防腐蚀技术协会的一份调查报告统计， 采用表面涂装的费用约占全部防腐蚀费用的 62.5 。 人类使用涂料的历史可以追溯到史前。 我国自古沿用生漆保护埋在土壤中的棺木 ， 距今已有七千年之久。随着社会的进步和技术的发展， 作为涂料中基料的树脂也有了很大改进。工业革命时代采用亚麻油、 红丹漆等， 第一次世界大 战时期已大量应用硝酸纤维素漆， 第二次大战后则出现了许多新型的涂料， 如磷化底漆、 氯化橡胶漆、 氯乙烯 醋酸乙烯共聚体涂料。在 50年代发

3、展了环氧树脂和聚氨酯树脂， 富锌底漆和丙烯酸涂料， 对提高防腐蚀涂料的性能起了很大的作用。 60年代出现了阳极电沉积漆， 环氧涂料和聚氨酯涂料在船舶工业中的应用已趋成熟。7 0年代出现了阴极电泳漆， 其防腐蚀性大大超过阳极电泳漆的， 有机锡自抛光船舶防污漆开始应用， 表现出良好的经济效益和使用性能。80年代 阴极电泳 漆在大部分汽车厂已相继普及，重防腐涂料配套 涂料已广泛应用于海洋石油、石油化工、 滨海电厂 等。在工业日新月异迅速发展的同时， 人们开始更加关心自己的家园地球的环境保护， 重视涂料的溶剂对大气的污染， 各种重金属颜料对人类， 以至整个生物圈的毒性和影响， 积极研制和发展了粉末涂料

4、、 水性涂料和高固体分涂料。在新世纪来临之际 涂料界对“ 绿色涂料” 或环境友好 型涂料的呼声更是强烈， 不仅是涂料界在积极研究、努力开发， 而且全社会也都很关注。使用无污染的绿色涂料已是每个家庭装饰的首选目标。在工业界， 各类水性防腐蚀涂料正在不断推出， 如水性环氧和水性聚氨酯防锈涂料、 水性无机硅酸盐富锌底漆等等；汽车阴极电泳漆发展为厚膜型， 可达 35 -40 um， 提高了耐腐蚀性；新型的氟树脂涂料已开始成为研究开发的热点， 氟碳涂料产品也已开始进入市场。 1 涂料的防腐蚀机理 金属的腐蚀形式可分为下列几种类型。 ( 1 )电化学腐蚀。金属在水溶液中( 或以微区水溶液存在的形式) 形成

5、电池而引起的腐蚀， 是防腐蚀领域中最主要的研究对象。 ( 2 )化学腐蚀。如高温腐蚀， 无水溶液形成电池。 ( 3 )生物腐蚀。如埋地管道在土壤中由细菌引起的腐蚀。 电化学腐蚀的基本理论可以简述为在水溶液中，由于不同金属的电位差， 产生了腐蚀微电池。电位差的产生有许多因素，有金属局部内应力的差异、 焊缝成分的不同、 电介质溶液的浓度差、 温度差、 溶液氧浓度差等等， 它们都会因电位差而引起腐蚀。以钢铁在大气中腐蚀的机理而言， 在含离子的微区水溶液环境中， 由于氧浓差电池的作用， 钢铁表面的阳极区和阴极区有一电位差E， 它是腐蚀电池的驱动力。该电池的腐蚀 电流为 ： 为了减少腐蚀， 就必须降低腐

6、蚀电流I 。在 原始 E不变的条件下， 可采用电阻控制( 增加涂层厚度， 增加涂层屏蔽效果 ， 提高涂层电阻率)，阳极控制( 涂料中采用钝化型或缓蚀型颜料，在水溶液中有渗出对起到使阳极钝化的作用) ， 阴极控制( 富锌底漆中的锌腐蚀， 从而保护了金属基体铁) 。 也可采用几种控制兼用的方法。采用涂料防腐蚀， 从作用原理上可分成3方面： 阴极保护作用、 阳极钝化作用和涂层屏蔽作用。下面就各种控制作用作具体论述。 1 1 涂料的阳极( 钝化、 缓蚀) 作用 涂层中含有具有缓蚀、 钝化的化学型防锈颜料， 当有微量水存在时， 颜料就会从涂层中离解出具有缓蚀功能的离子， 通过各种机理使腐蚀电池的 1 个

7、电极或 2 个电极极化， 抑制腐蚀进行。 1 2 涂膜的阴极保护作用 如果涂层中含有对被保护金属来说能成为牺牲阳极的金属颜料，且金属颜料的含量很高，使涂层中金属微粒之间，金属微粒与被保护金属之间达到电接触的程度， 就能使基体金属免受腐蚀。 例如， 保护钢铁材料常用的富锌底漆的功能就是这样。 1 3 涂膜的屏蔽隔绝作用 涂层的屏蔽作用在于使基体和环境隔离以免被腐蚀。根据电化学腐蚀原理， 带涂层保护的金属会发生腐蚀， 是因为在涂层和金属的界面存在水、 氧、 离子等，且存在离子流通( 导电) 的途径。因此， 要防止金属发生腐蚀 ，就要求涂层具有屏蔽隔绝作用， 阻挡水、氧和离子从外界腐蚀环境渗透过涂层

8、而到达金属界面。所以涂层的屏蔽隔绝作用的优劣决定于涂层的抗渗透性。当然，任何涂层，不论是有机的，或无机的，都有一定程度的渗透性， 所以讲，涂层的屏蔽隔绝作用不可能是绝对的。 2 防腐蚀涂料体系的构成 以防腐蚀为主要功能的涂料称为防腐蚀涂料。通常情况下该类涂料是以多道涂层组成一个完整的防护体系来发挥防腐蚀功能的， 包括底漆、 中间层漆和面漆。也有一些涂料是以单一涂层( 如粉末涂料) 或与其它增强材料一起使用( 如环氧沥青与玻璃纤维织物组成的管道防腐蚀涂料) 。2 1 底漆 底漆是基础，在整个涂层体系中极为重要， 它应具有下列特点： ( 1 )对基体表面( 如钢、铝、混凝土等不同的金属材料和非金属

9、材料) 有很好的附着力，其树脂基体中往往含有羟基、 羧基等极性基团。 ( 2 )为了达到好的附着力， 底漆应对涂装的表面有良好的润湿性， 所以底漆的黏度不能太高， 黏度较低时涂料就易渗透和布满到被涂表面的细微的不平整的结构中， 从而产生较强的锚固作用。 ( 3 )底漆一般不能太厚， 如造船工业中使用的车间底漆， 膜厚在15 - 20 um，环氧富锌防锈底漆的厚度在 30 -50 um。通常漆膜太厚会引起收缩应力。 损及附着力。但是， 随着涂料技术的进步， 或因涂装环境的要求需减少涂装的道数， 也采用了厚膜型防锈底漆， 如 目前海上平台普遍采用的厚膜型无机硅酸锌底漆， 要求一道膜厚在65 75

10、um ( 4 )一些底漆中含有碱性颜料， 如红丹、 碱式铬酸铅等铅化合物和近期开发的一些不含铅的新型碱性颜料。当水、 氧和酸性物质通过涂层进行渗透时， 碱性颜料就与这些物质中和 使涂层和金属界面保持微碱性， 涂层便显示出防腐蚀功能。 ( 5 )一些底漆中含有具有阴极保护作用的颜料， 如以锌粉为主要颜料的富锌底漆。通过锌粉粒子间的互相接触和与钢基底的接触形成导电通路， 起到电化学阴极保护作用。 ( 6 ) 底漆的基料和颜料的屏蔽作用 ，减少水、氧、离子的渗透。 2 2 中间层漆 中间层漆在防腐蚀涂料体系中起到承上启下的作用，因为在防腐蚀涂料体系中，往往底漆和面漆不一定是同一类的树脂基体， 为了使

11、各涂层之间粘结良好，形成一个整体防护体系，要求中间层漆与底漆和面漆都附着好， 这就需要精心设计中间层漆。设计中间层漆的一般做法是： ( 1 )尽量选择与底漆和面漆相同或相近的基料，如在环氧富锌底漆上通常采用环氧云铁中间层漆进行配套。 ( 2 )选择屏蔽型的颜料， 如云母氧化铁、 铝粉、 滑石粉等， 使中问层漆具有较好的屏蔽阻挡作用。 ( 3 ) 在选择涂层厚度和层数时， 从整个防腐蚀涂料体系的使用寿命和施工条件来考虑， 尤其在重防蚀涂料体系中， 可选择触变型高固体份厚膜涂料， 采用高压元气喷涂涂装工艺， 一次达到厚膜。 ( 4 )要重视底漆、 中间层漆和面漆之间的相容性， 防止选择不当， 引起