data-full-width-responsive="true"> 水溶性带锈涂料制备及性能研究艾青， 衣守志， 焦斌， 李军伟， 董璞( 天津科技大学材料科学与化学工程学院，天津300457)引言钢铁材料腐蚀不仅影响其用途，外观效果也会大大降低。覆盖防护层可抑制钢材继续生锈，在涂覆防护层之前要先进行彻底的除锈处理。传统的除锈工艺均存在不足，如劳动强度大、化学污染严重及成本高等缺点，故带锈涂料作为新型除锈工艺成为研究的热点。带锈涂料可以作为金属底漆，使用时只需将生锈表面的浮锈清除，就可直接涂刷在带锈的金属表面，锈转化剂与铁锈发生化学反应，生成一种能够保护金属的黑色膜层，从而把有害物质转变为有益物质。传统带锈涂料类型主要为转化型，利用磷酸和丹宁酸为主要原料。但磷酸作为传统的铁锈转化促进剂，与丹宁酸都能渗透到锈层内发生反应生成丹宁酸铁和磷酸铁膜，但随着反应时间的延长，磁铁锈浓度不断增大，表明锈转化剂并未完全渗透到锈层内部，渗透作用不佳。本研究选用丹宁酸作为转化剂，焦性没食子酸作为转化促进剂，丹宁酸与铁离子反应生成丹宁酸铁螯合物，形成一层致密的氧化膜，不仅抑制了金属的进一步腐蚀，而且将铁锈由有害物质转化为有益物质。此外，苯丙乳液与成膜助剂配合使用，可增加涂料的粘度和附着力等性能，乙二醇作为冻融稳定剂，可提高涂料的贮存时间。此外，配制中并依次加入增稠剂、消泡剂和防腐剂等，制得水溶性带锈涂料，不含甲醛、二甲苯等有害物质，具有耐腐蚀性、耐水性及环保等特点。1 实验部分1． 1 制备方法1) 带锈涂料制备方法。取11 g 蒸馏水和1． 0 g成膜助剂混合均匀，加入一定量的丹宁酸、焦性没食子酸至完全溶解，再加入2． 2 g 冻融稳定剂，稍加热，使其完全溶解，得到组分A。将组分A 逐滴加入至65 g 苯丙乳液中至完全溶解，再边搅拌边加入3． 5 g 增稠剂，0． 4 g 消泡剂，0． 4 g 防腐剂，搅拌30 min 后得到水溶性带锈涂料。2) 锈转化处理。将自制带锈涂料涂刷在备用的带锈Q235 钢板上，在室温下干燥30 min 成膜，防护膜由蓝色变为黑色，最后形成一层致密的黑色保护膜。如与面漆配套使用，其耐腐蚀性能更佳。1． 2 测试与表征1) 中性盐雾试验。参照GB 10125-1997 进行中性盐雾腐蚀试验。实验仪器为YW-1804 气流式盐雾腐蚀试验箱，腐蚀溶液为5% 的NaCl 溶液，pH = 7． 0 盐雾箱内 为( 35 2) ℃，试样与盐雾架垂直方向成30 以连续喷雾4、8、16、24和48 h 后观察试样表面的腐蚀程度。2) 极化曲线。采用LK3200 A 型电化学工作站测试电化学性能，以饱和甘汞电极( SCE) 为参比电极，铂片为辅助电极，试样为工作电极，测试溶液为5%NaCl 溶液，温度为室温，测试前样品作为电极浸入溶液中稳定30 min。进行蜡封，留出1 cm 1 cm的工作面积，扫描速度0． 005 V/s。3) 附着力测试。根据GB9286-1998 漆膜划格法进行附着力测试试验。4) 粘度测试。利用旋转粘度计测试涂料粘度，确定粘度对漆膜附着力的影响。5) 微观形貌分析。采用JSM-6490 LV 型扫描电镜对未涂及涂覆带锈涂料的金属表面进行形貌比较。6) 傅里叶红外光谱仪测试。为测定漆膜主要成分为丹宁酸铁，利用KBr 压片方法测试样品的红外光谱仪。7) 与面漆的配套性能测试。带锈涂料仅作为一种金属底漆，可以直接涂覆于铁锈表面，但为了增加防锈效果，可在此基础上涂刷等质量和面积的面漆。将Q235 样品做不同处理。将样品放置于5%NaCl、pH 为6． 5 ～ 7． 2 的中性盐雾箱中48 h 后，进行极化曲线测试。2 结果与讨论2． 1 带锈涂料作用机理选用丹宁酸作为转化剂，与铁锈反应生成丹宁酸铁螯合物，其反应过程如图1 所示。其中，丹宁酸中苯环相连的三个羟基与Fe3 + 发生螯合作用，两个邻位酚羟基以O － 的形式与Fe3 + 形成一种稳定的五元网状结构，即黑色丹宁酸铁络合物。丹宁酸铁络合物具有很好的附着力，可与钢铁基体表面紧密结合，起到了良好的防腐防锈作用，隔绝了腐蚀介质中Cl －、O2、H2O 等因素的影响。第三个酚羟基虽没有与之络合，但可使相邻两个酚羟基离解，从而进一步增加了络合物的稳定性。
2． 2 正交试验根据作用机理可知，转化剂和转化促进剂是本研究的关键，故采用正交试验确定配方配比。表1 为五因素四水平L16( 45 ) 正交表，16 组不同配比的正交试验，如表2 所示。
实验值采用腐蚀速度来表征，根据质量法计算腐蚀速率，腐蚀速率计算公式为:
式中: v 为金属的腐蚀速率，g /( m2 m0为腐蚀前试样初始质量，g; m1为腐蚀后带有腐蚀产物的试样质量，g; S 为暴露在腐蚀环境中的表面积，m2 ; t 为腐蚀时间，h。通过比较，可知正交试验中第9 组的腐蚀速率最低为0． 076 4 g /( hcm2 ) ，即耐腐蚀性最强。最终确定带锈涂料最佳配方为: 11% 蒸馏水、1． 0% 成膜剂、5． 5% 转化剂，2． 5% 转化促进剂，70% 苯丙乳液。2． 3 中性盐雾试验中性盐雾试验结果如图2 所示。初始状态时，漆膜黑色薄膜表面均匀平整，证明已和铁锈完全转化; 在连续喷雾4h 后，漆膜表面无明显变化，而未涂覆漆膜的空白样品表面已出现点锈现象，随着喷雾时间的增加，腐蚀面积逐渐增大，喷雾48 h 后，空白钢板表面已出现大面积红锈斑，铁锈含量逐渐增加至表面脱落，证明单纯的未涂覆带锈涂料的钢板耐盐雾腐蚀性能极差。与空白钢板相比，涂覆带锈涂料的样品在连续喷雾48 h 内，表面仍为均匀平整，无鼓泡无锈斑，证明丹宁酸铁螯合物在一定程度上隔绝了氯离子、H2O、O2与Fe3 + 接触，进而起到了物理隔离和化学防腐的效果。但如图2 ( f) 所示，在经过48 h 喷雾后，漆膜出现轻微鼓泡和泛白情况，并出现点状锈斑，这是由于含有的氯离子穿透金属表面的氧化层和防护层与内部金属发生电化学反应引起的，加速电化学腐蚀。此外，由于表面形成的涂层厚度不均而造成的破坏，在盐雾水滴腐蚀作用下涂层吸附较薄处首先被溶解破坏，故出现点蚀现象。
试验结果表明，涂覆带锈涂料的钢板耐盐雾时间可达48h，但注意在施工过程中要尽量保持基板的水平，保证漆膜表面均匀平整，以提高带锈涂层的防腐效果。
