楊振波 李運(yùn)德 師華
中國(guó)一航北京航空材料研究院，北京，100095
摘要：介紹了目前低表面處理涂料(Surface Tolerant Coatings，俗稱帶銹涂料)各種技術(shù)的主要特點(diǎn)和發(fā)展?fàn)顩r。提出厚漿型長(zhǎng)效防腐低表面處理涂料與水性低表面處理涂料將是該類涂料發(fā)展的重要方向。
關(guān)鍵詞：低表面處理涂料;帶銹涂料;防腐
中圖分類號(hào)：TQ630.71 文獻(xiàn)識(shí)別碼：A
1 引言
為了防止鋼鐵腐蝕，人們?cè)诳茖W(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐中開發(fā)了許多防腐蝕方法，在眾多的防腐蝕方法中，以涂料涂裝防腐技術(shù)最為經(jīng)濟(jì)方便，因此得到了廣泛應(yīng)用。在鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐涂裝前，為了保證涂層的防腐質(zhì)量，必須對(duì)鋼鐵進(jìn)行徹底的噴砂前處理，等級(jí)通常要達(dá)到Sa2½級(jí)。這對(duì)于整個(gè)工程施工來(lái)說(shuō)，提出了極高的要求：1)噴砂需要專用設(shè)備，耗費(fèi)大量磨料，使工程造價(jià)提高，通常占到整個(gè)工程的30~40%;2)對(duì)于復(fù)雜作業(yè)面的結(jié)構(gòu)死角不能進(jìn)行徹底的處理;3)會(huì)造成強(qiáng)烈的粉塵和噪聲污染;4)噴砂會(huì)造成鋼結(jié)構(gòu)的減薄，使其強(qiáng)度降低，尤其是在舊鋼結(jié)構(gòu)的防腐維修中，這一點(diǎn)需特別注意。
另一方面，近年國(guó)內(nèi)外有大量海上采油平臺(tái)、已建橋梁、電塔、體育館等鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)入了維修期，需要對(duì)舊有涂層進(jìn)行重新涂裝。而在這些已建鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行噴砂前處理的難度非常之大，其涉及環(huán)境保護(hù)，施工難度，工程維修造價(jià)等各個(gè)方面。因此，國(guó)內(nèi)外多采用手工除銹對(duì)這些舊鋼構(gòu)進(jìn)行表面處理。此外，在船舶制造與維修領(lǐng)域，隨著世界各國(guó)對(duì)工人勞動(dòng)保護(hù)的要求越來(lái)越高，高壓水除銹和濕噴砂工藝正逐步取代傳統(tǒng)的噴砂工藝，對(duì)艦船內(nèi)部特別是封閉環(huán)境的鋼材表面進(jìn)行前處理。
采用手工除銹、高壓水除銹及濕噴砂除銹工藝后的鋼材表面很難達(dá)到Sa2½級(jí)的要求，經(jīng)處理過(guò)的鋼鐵表面往往帶有銹蝕和水，甚至油。鑒于此原因，開發(fā)對(duì)涂裝前鋼結(jié)構(gòu)表面處理要求等級(jí)較低的低表面處理涂料(SurfaceTolerantCoatings)，特別是高性能的厚漿型長(zhǎng)效防腐低表面處理涂料與水性低表面處理涂料，是目前涂料研究開發(fā)的熱點(diǎn)，也是未來(lái)涂料的發(fā)展趨勢(shì)。
2 低表面處理涂料技術(shù)的基本原理
鐵銹是一種疏松多孔的含水固體，其外層是浮銹，與底材附著不牢;內(nèi)層是牢銹，與底材緊密結(jié)合。從組成上看，是穩(wěn)定無(wú)害的鐵氧化物(Fe3O4，F(xiàn)e2O3，α-FeOOH)和活潑有害的鐵化物(γ-FeOOH，F(xiàn)e(OH)2，F(xiàn)eO，F(xiàn)e(OH)3)的混合物。因此，低表面處理涂料除了必須具有一般防銹涂料的性能之外，還必須具備兩個(gè)特殊的條件，一是低表面處理涂料對(duì)銹層必須具有足夠的滲透能力，即能充分浸潤(rùn)、滲透整個(gè)疏松多孔的銹層，使鐵銹粘結(jié)成為連續(xù)的封閉性涂層，以封閉整個(gè)銹層和鋼鐵表面;二是低表面處理涂料對(duì)銹層必須有足夠的反應(yīng)性，即能使銹層中活潑有害的鐵化物經(jīng)過(guò)鈍化、轉(zhuǎn)化，變成穩(wěn)定的無(wú)害的填料。只有具備這兩個(gè)條件，才能適應(yīng)銹層這樣的特殊表面。
基于上述理由[1,2]，低表面處理涂料的基本原理是采用滲透性較好的樹脂為基料，借助于滲透劑、極性溶劑的配合，使涂料具有好的滲透性，從而浸潤(rùn)和滲透銹層，并將其封閉。另外，依靠涂料中樹脂的反應(yīng)基團(tuán)、活性顏料或鐵銹轉(zhuǎn)化劑與銹層中活潑有害的成分反應(yīng)，生成穩(wěn)定的抑制化合物，從而使整個(gè)銹層成為穩(wěn)定的保護(hù)膜。
3 低表面處理涂料技術(shù)的基本類型
傳統(tǒng)的高VOC溶劑型低表面處理涂料(俗稱“帶銹涂料”)的開發(fā)較早，早在上世紀(jì)七十年代，國(guó)內(nèi)外就開發(fā)出了一系列該類涂料。歸納起來(lái)大體可分為四類[3,4]：滲透型、穩(wěn)定型、轉(zhuǎn)化型，以及近年來(lái)新出現(xiàn)的功能型低表面處理涂料。
3.1 轉(zhuǎn)化型低表面處理涂料
也叫反應(yīng)型帶銹涂料。這類涂料中，不含成膜物質(zhì)則被稱為銹蝕轉(zhuǎn)化劑，由于沒有成膜物質(zhì)，所以還需要另外加上底漆;如含有成膜物質(zhì)則稱為銹蝕轉(zhuǎn)化底漆。銹蝕轉(zhuǎn)化劑不是涂料，只是和銹層惰性化后，使在其之上的底漆發(fā)揮出保護(hù)作用。
銹蝕轉(zhuǎn)化底漆，由于含有成膜物質(zhì)，既能使銹蝕轉(zhuǎn)化成惰性物質(zhì)，又能封閉銹蝕與外界隔絕，是一種使銹蝕層成為堅(jiān)實(shí)的惰性的并能良好的附著于鋼鐵表面的涂料。該類涂料的主要機(jī)理是依靠涂料中的銹蝕轉(zhuǎn)化劑把活潑的鐵銹轉(zhuǎn)化為無(wú)害或具有一定保護(hù)作用的絡(luò)合物或鰲合物而達(dá)到帶銹涂裝的目的。轉(zhuǎn)化型帶銹涂料一般都采用磷酸——丹寧酸，使銹層轉(zhuǎn)化成不溶性穩(wěn)定的磷酸鐵、丹寧酸鐵鹽，而起到保護(hù)作用，但酸的使用量難以掌握，如磷酸過(guò)量就會(huì)促進(jìn)腐蝕，其后患無(wú)窮。同時(shí)轉(zhuǎn)化型帶銹涂料含有較少的成膜物質(zhì)，使用時(shí)最好要與其它底漆配合，即在涂裝轉(zhuǎn)化型帶銹涂料之后，再涂以其它底漆，否則效果極差。因此，轉(zhuǎn)化型帶銹涂料的使用務(wù)必慎重。而國(guó)內(nèi)早期開發(fā)的低表面處理涂料大多屬于該類型涂料。轉(zhuǎn)化型低表面處理涂料通常不能單獨(dú)使用以保證長(zhǎng)效防腐，通常還需要涂上面漆。