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鋼鐵在現(xiàn)代建筑中的使用越來(lái)越多，由于其制造工藝簡(jiǎn)單、機(jī)械性能優(yōu)異等特點(diǎn)，非常適合現(xiàn)代高層、跨度較大的建筑。大量使用鋼鐵的同時(shí)，腐蝕問(wèn)題隨之而來(lái)，每年因腐蝕造成的損失約占全球生產(chǎn)總值的5%左右［1］。人們采取了很多方法來(lái)減緩鋼鐵的腐蝕、延長(zhǎng)其使用壽命［2-3］，例如選擇防腐材料、加入緩蝕劑、涂布防腐蝕涂料等。其中涂布防腐蝕涂料是最有效的方法，更重要的是其使用方便，并且價(jià)格便宜。防腐蝕涂料的品種繁多，較為常見的有富鋅涂料，其耐腐蝕性、耐熱性、耐用性都非常突出，通常作為防銹底漆使用。
鋼鐵在現(xiàn)代建筑中的使用越來(lái)越多，由于其制造工藝簡(jiǎn)單、機(jī)械性能優(yōu)異等特點(diǎn)，非常適合現(xiàn)代高層、跨度較大的建筑。大量使用鋼鐵的同時(shí)，腐蝕問(wèn)題隨之而來(lái)，每年因腐蝕造成的損失約占全球生產(chǎn)總值的5%左右［1］。人們采取了很多方法來(lái)減緩鋼鐵的腐蝕、延長(zhǎng)其使用壽命［2-3］，例如選擇防腐材料、加入緩蝕劑、涂布防腐蝕涂料等。其中涂布防腐蝕涂料是最有效的方法，更重要的是其使用方便，并且價(jià)格便宜。防腐蝕涂料的品種繁多，較為常見的有富鋅涂料，其耐腐蝕性、耐熱性、耐用性都非常突出，通常作為防銹底漆使用。
1·富鋅涂料的發(fā)展歷程
19世紀(jì)40年代，法國(guó)人開發(fā)出了熱浸鍍鋅工藝，但其存在污染大、能耗高等問(wèn)題。20世紀(jì)30年代，美國(guó)等國(guó)家的研究人員成功地開發(fā)了無(wú)機(jī)富鋅涂料，把鋅粉添加到水玻璃中制備而成，但其有一個(gè)致命的缺陷是需要高溫烘干固化［4-5］。20世紀(jì)50年代初，后固化型無(wú)機(jī)富鋅涂料在美國(guó)研制成功，在高模數(shù)的硅酸鈉中添加鋅粉配制而成，使用時(shí)需要在其表面噴淋酸性固化劑進(jìn)行固化。由于它不需要高溫烘干固化，使用比較方便，因此開始了廣泛使用。20世紀(jì)60年代，在我國(guó)的鐵路鐵軌建設(shè)中開始大量推廣使用這種后固化型無(wú)機(jī)富鋅涂料，效果明顯。20世紀(jì)70年代末，醇溶型自固化無(wú)機(jī)富鋅涂料［6］研制成功，它的基料是聚硅酸乙酯，漆膜由正硅酸乙酯在少量鹽酸的催化作用下水解縮聚而得到。這種富鋅涂料干燥迅速，噴涂之后自行固化，無(wú)需后期繁瑣的固化操作，非常容易施工。
20世紀(jì)40年代同時(shí)也產(chǎn)生了一種全新的與無(wú)機(jī)富鋅涂料成膜機(jī)理完全不同的有機(jī)富鋅涂料，研究人員將鋅粉添加到某些有機(jī)高分子材料中，其防銹效果非常顯著。有機(jī)富鋅涂料的成膜物質(zhì)為高分子聚合物，如聚苯乙烯、環(huán)氧樹脂等。聚酰胺固化環(huán)氧樹脂有機(jī)富鋅涂料是使用最廣泛的一種，它有相當(dāng)良好的防銹性和適應(yīng)性。環(huán)氧富鋅涂料對(duì)基材表面處理程度要求不是那么苛刻，涂膜附著力強(qiáng)、硬度高，一般作為底漆使用，與其他面漆的相容性也很好，是現(xiàn)在生產(chǎn)使用最多的一個(gè)涂料品種。
2·富鋅涂料的分類
富鋅涂料的成膜物質(zhì)多種多樣，據(jù)此可以將其分為無(wú)機(jī)型和有機(jī)型兩類（表1）。
表1 富鋅涂料的分類及其性能簡(jiǎn)述
2.1 無(wú)機(jī)富鋅涂料
無(wú)機(jī)富鋅涂料的成膜物質(zhì)為硅酸鹽、磷酸鹽等無(wú)機(jī)聚合物。這些成膜物質(zhì)與涂料中的鋅粉發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，在金屬基材的表面生成致密的保護(hù)膜。無(wú)機(jī)富鋅涂料可以分為水性和溶劑型兩類。
水性無(wú)機(jī)富鋅涂料主要由硅酸鈉、硅酸鉀等水性硅酸鹽樹脂以及鋅粉、助劑等組成［8］。根據(jù)其固化形式的不同，可以分為后固化與自固化兩類。后固化型無(wú)機(jī)富鋅涂料施工較為復(fù)雜，涂膜較脆，容易開裂，涂層干燥需要噴霧固化劑（如稀磷酸或氯化鎂溶液）。自固化型無(wú)機(jī)富鋅涂料無(wú)需加熱或者噴霧固化劑，它的成膜機(jī)理是：含有的硅酸鹽在與大氣中的CO2、水分接觸下發(fā)生水解反應(yīng)，隨后與鋅粉交聯(lián)聚合生成含鋅高聚物膜，在金屬表面形成保護(hù)層。由于水性自固化無(wú)機(jī)富鋅涂料固化速度快、漆膜硬度高、施工方便，因而在市場(chǎng)上很常見。
溶劑型無(wú)機(jī)富鋅涂料的成膜物質(zhì)一般為正硅酸乙酯等易溶于有機(jī)溶劑的物質(zhì)。刷涂涂料之后，隨著溶劑的揮發(fā)，其中的烷氧基由于吸收環(huán)境中的水分發(fā)生水解，隨后發(fā)生固化形成高分子硅氧烷聚合物。
這種聚合物呈網(wǎng)狀而且相當(dāng)致密，從而能夠形成很好的保護(hù)膜。
2.2 有機(jī)富鋅涂料
有機(jī)富鋅涂料的成膜物質(zhì)主要是有機(jī)類合成樹脂。有機(jī)富鋅涂料的主要成分有成膜樹脂、鋅粉、助溶劑［9］等，還可添加一些填料改善其性能。常見的如環(huán)氧樹脂富鋅涂料，它需要添加聚酰胺樹脂進(jìn)行固化；其它有機(jī)富鋅涂料，如氯化橡膠富鋅涂料和聚氨酯樹脂富鋅涂料等。不過(guò)由于氯化橡膠等富鋅涂料的耐久性、耐熱性不如環(huán)氧類富鋅涂料，所以在實(shí)際生產(chǎn)中，數(shù)環(huán)氧類富鋅涂料應(yīng)用最廣泛。由于環(huán)氧富鋅涂料對(duì)金屬的表面處理程度要求不高，適應(yīng)性較好，一般作為多道涂層系統(tǒng)中的防銹底漆與其它面漆配合使用。
3·富鋅涂料的防腐蝕機(jī)理
富鋅涂料的防腐蝕作用機(jī)理有3個(gè)：前期犧牲陽(yáng)極的陰極電化學(xué)保護(hù)作用；后期鋅粉腐蝕產(chǎn)物形成堵塞涂膜孔隙的物理屏蔽作用；涂膜的自修補(bǔ)和鈍化作用。
3.1 鋅粉的電化學(xué)保護(hù)作用
在腐蝕電池體系中，始終是電極電位更低的陽(yáng)極受到腐蝕。Zn的標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)（-0.762V）比Fe的標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)（-0.440V）更低，所以當(dāng)水分侵入涂膜時(shí)，在涂膜與鋼鐵之間會(huì)形成一個(gè)原電池體系。隨著電子得失的轉(zhuǎn)移，鋅在陽(yáng)極失電子被腐蝕，鋼鐵在陰極得電子而受到保護(hù)。
鋅粉在涂層中起到了十分關(guān)鍵的作用，必須在涂膜中保持一定的含量，這樣電化學(xué)保護(hù)作用才能持久。涂層、鋼鐵基材之間的腐蝕電池體系中，電子轉(zhuǎn)移要保持通暢不能受阻，否則保護(hù)作用會(huì)受影響。鋅粉含量需保持適量，不能過(guò)多也不能過(guò)少，一般占到干膜質(zhì)量的80%左右時(shí)效果最佳［10］。鋅粉含量過(guò)多，漆膜可能會(huì)起泡，此時(shí)涂層孔隙變大，保護(hù)作用會(huì)受到較大影響；如果涂膜中鋅粉含量過(guò)少，在成膜物質(zhì)的包覆之下鋅粉與鋼鐵表面不能有效接觸，電子轉(zhuǎn)移受阻，電化學(xué)作用失效，同時(shí)也有可能造成鋅粉脫落而不能發(fā)揮作用。
3.2 物理屏蔽作用
生成腐蝕產(chǎn)物，堵塞涂層孔隙、彌補(bǔ)缺陷，這是富鋅涂料物理屏蔽作用的主要原理。鋅的腐蝕較為復(fù)雜，可分為吸氧和析氫腐蝕，腐蝕產(chǎn)物隨環(huán)境中介質(zhì)的不同而不同。涂層電阻較大，鋼鐵表面與腐蝕介質(zhì)的接觸將會(huì)被有效地阻斷。在無(wú)機(jī)富鋅涂層和有機(jī)富鋅涂層中，腐蝕產(chǎn)物起到的作用略有差別，除了能夠堵塞涂層孔隙之外，腐蝕產(chǎn)物還能將無(wú)機(jī)富鋅涂層進(jìn)一步連為一體。
3.3 涂膜的自修補(bǔ)作用
漆膜因外力受損傷后，金屬基材露出，裸露處會(huì)有腐蝕電流通過(guò)，因而鋅的腐蝕產(chǎn)物就會(huì)在那里生成，長(zhǎng)時(shí)間之后會(huì)形成保護(hù)膜層，這就是涂膜的自修補(bǔ)作用。涂膜自愈合的寬度大約是6mm［11-12］。
4·無(wú)機(jī)富鋅涂料與有機(jī)富鋅涂料的性能差別
無(wú)機(jī)富鋅涂料與有機(jī)富鋅涂料相比，在有些性能方面占有一定優(yōu)勢(shì)，如耐腐蝕性和施工安全性更佳；但不足之處是基材的前期表面處理要求嚴(yán)格，漆膜固化容易受空氣溫度、濕度等環(huán)境因素的影響。其漆膜硬度略差、容易開裂，與其它面漆配合使用的相容性較差［13］。
有機(jī)富鋅涂料由于涂膜中含有機(jī)物質(zhì)，在電焊施工時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生微細(xì)鋅煙霧、有機(jī)氣體等有害物質(zhì)，不利于環(huán)保。但其優(yōu)點(diǎn)也很多：施工操作簡(jiǎn)便，對(duì)基材的前期處理程度要求比無(wú)機(jī)富鋅涂料低得多；涂膜附著力強(qiáng)、硬度高，不易開裂受損；與其它面漆配合使用相容性好。
5·富鋅涂料的研究展望
環(huán)保問(wèn)題日益受到人們的重視，所以環(huán)保型涂料將是未來(lái)涂料發(fā)展方向之一。開發(fā)低污染甚至無(wú)污染的高效復(fù)合型多功能涂料，將是富鋅涂料的總體發(fā)展趨勢(shì)�？梢钥紤]如何在保持富鋅涂料優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，克服彌補(bǔ)其調(diào)制困難、施工不便、干膜機(jī)械性能差、硬度不足等弊端，以及降低鋅粉含量、減少污染等缺陷與不足之處。富鋅涂料未來(lái)的研究方向可以從以下幾點(diǎn)著手：
（1）對(duì)富鋅涂料用樹脂進(jìn)行改性、互穿網(wǎng)絡(luò)化等處理，降低鋅粉的含量，使涂層既能夠保持良好的防腐蝕性，又具有較好的表面效果，使富鋅涂料具有“底面合一”的功能。
（2）富鋅涂料在噴涂前期對(duì)基材的表面處理程度要求十分嚴(yán)苛，非常不方便�？稍谄渲屑尤牖P劑、穩(wěn)銹劑等活性顏料，把活性的銹蝕惰性化，使其呈較穩(wěn)定的狀態(tài)，這樣就可以對(duì)銹蝕較輕的基材直接進(jìn)行涂裝，無(wú)需事先除去表面銹蝕，噴涂操作將大大簡(jiǎn)化。
（3）當(dāng)前主要是把富鋅涂料作為單一涂層來(lái)研究，而實(shí)際生產(chǎn)中富鋅涂料大多都只是作為多道涂層體系中的底漆來(lái)使用，所以富鋅涂料作為多體系復(fù)雜涂層中底漆的防銹功能以及與其它面漆配合使用的相容性問(wèn)題等都值得好好探究。
