[科普中国]-无机富锌涂料

无机富锌涂料，最早的富锌涂料是在19 世纪由澳大利亚人 Victor-Nightingale 发明的，用水玻璃加入锌粉配制成了最初的加热固化无机富锌涂料。

发展历史用锌粉制造耐腐蚀涂层的研究最初在两个不同的地方，以不同的思路展开。英国人是利用锌粉加入有机漆料提供有机富锌涂层，而澳大利亚人则是采用无机富锌材料。澳大利亚的工程师 Victor-charles-ninghtingall 经过很长时间的苦心钻研，于 1942 年在 悉尼市的供水系统沃罗挪拉管线（Woronora Pipeline）的一部分工程上应用硅酸盐富锌涂层。至此，富锌涂料开始大规模的使用。20 世纪 50 年代初，美国人改进研制成功了后固化型无机富锌涂料。20 世纪 70 年代末，国际上又发展了醇溶型自固化无机富锌涂料。特别是随着现代工业和社会的进步，涂料的生产越发强调 4E 原则，“Economy” 即（经济）、“Efficiency”（效率）、“Ecology”（生态）、“Energy”（能源）。人们越来越重视环保，因此水性涂料越来越受到重视，虽然水性富锌涂料在重防腐领域使用有许多弊端和技术难点，但水性涂料有逐步取代现有溶剂型涂料的趋势，同时随着时间的推移和技术的逐步改进，也必将取代溶剂型涂料。1

防腐蚀机理主要防腐作用有：屏蔽作用、电化学防护、涂膜自修复和钝化作用。

（1）屏蔽作用，富锌涂料的屏蔽作用重要靠难溶盐的生成和腐蚀产物。传统的富锌涂料采用球状锌粉，它们之间是以点接触的形式来传输电子，并和钢材基体也保持电接触。由于是点接触，所以涂层的导通性较差，为了提高涂层的电导率，必须添加大量的锌粉，此时的锌粉的体积浓度远远超过了 CPVC，粘结剂不足以填补涂层间的空隙，从而形成了多孔隙的涂层结构。现在很多锌粉从颗粒状变化为鳞片状时，更加强了物理屏蔽作用，因为鳞片状锌粉的加入增加渗透距离的同时，在涂层中形成了无数的微小区域，减少了涂层与金属基体之间的热膨胀系数之差，降低了涂层硬化时的收缩率、涂层内部的应力，抑制了涂层的龟裂、脱落，提高了涂层的粘结力和抗介质渗透能力，从而提高了涂层的防腐蚀性能。锌的腐蚀产物随腐蚀介质的不同而不同，有氧化锌、氢氧化锌、碱式碳酸锌、碱式氧化锌硫酸锌等，由于这些物质的形成使得体积膨胀，填满涂膜的空隙，从而防止铁表面与氧、水等有害介质的进一步接触，起着物理屏蔽作用。同时这些腐蚀产物可 以使涂膜紧密的结合起来，增大电阻，减缓电化学腐蚀的速率，锌粉的消耗速率就会大大降低，其耐久性就会提高。

（2）牺牲锌粉的保护作用富锌涂料含有大量的锌粉，锌粒子之间，锌粒子与钢铁表面之间紧密接触，锌电位比铁更负，所以在电解质溶液中锌原子容易失去电子变成阳极，铁则为阴极。在阳极区锌由于失去电子而被腐蚀掉，在阴极区钢铁表面不段得到电子，从而得到保护。

欲使涂膜导电发挥牺牲阳极的作用，要求整个涂层必须有良好的导通性，使整个涂层与钢铁基材体系形成电化学回路，富锌涂层才能起到电化学保护作用。

（3）涂膜的自修补作用，当涂膜上有部位被机械损伤后，露出基体金属，在较小面积内腐蚀电流能流向钢铁露出部分，则锌的产物就沉积在此处形成一层保护膜，延缓腐蚀继续发生。

（4）钝化作用：涂料对钢材有着良好的钝化作用，涂料成膜过程中随水分的蒸发，涂层的 PH 值发生变化，钢材基体的电极电位不是一直处于受电化学保护的状态，因此涂料对钢材基材有着良好的钝化作用。2

种类无机富锌涂料主要用于防腐的，最早是由钠水玻璃(泡水碱)加锌粉的原始配方,经过钾水玻璃,到现在使用新工艺制取的锂水玻璃,发展到今天,其成分和工艺早已复杂化、优良化。除填料锌粉外,颜料种类与成分也多彩多姿,成膜基料成分也更为复杂,另外助剂(固化剂)的增加也使其分为后固型和自固型。

无机富锌涂料有溶剂型和水性两类。溶剂型无机富锌涂料是以正硅酸乙酯为基料，因为正硅酸乙酯可以溶于有机溶剂，喷涂后，在溶剂挥发的同时正硅酸乙酯中的烷氧基吸收空气中水分并发生水解反应，交联固化成高分子硅氧烷聚合物。也就是硅酸乙酯水解缩聚，形成网状高聚物涂膜的过程。

水性无机富锌漆成膜初期,溶于水,但固化后,耐水性能优良,可长期浸泡水中。由于其无有机溶剂,无异味、不燃不爆,施工工艺简单,综合成本低,施工工具易清洗,不污染环境,防腐年限长久,同时,某些品种较低孔隙率,因而可作热喷锌表面封闭剂,大有取代传统的热喷锌(铝)之势。另外,良好的导电性,可带漆焊、割,也是有机类环氧富锌漆所不及,是新一代较具潜力的环保型涂料。

与工艺成熟的传统热喷锌相比,水性无机富锌的优点也比较突出。首先,热喷锌是单一锌层的牺牲阳极保护,其耐腐蚀速度仅取决于锌层的厚度及溶解速度;而无机富锌除了锌层的保护,其复杂化学变化生成的硅酸锂、硅酸锌、碱式碳酸盐等能更好覆盖金属表面。其次,热喷锌的孔隙率较高(一般为3%～5%),需另涂刷封闭剂;而水性无机富锌漆膜的孔隙率较低(一般为1%以下),因而可作热喷锌表面封闭剂。再则,热喷锌工艺复杂,需高温高压装置;而无机富锌则喷涂、刷涂均可灵活操作,总的比较而言,无机富锌反而综合成本较低。

无机富锌漆无机富锌漆是以无机聚合物(如硅酸盐、磷酸盐、重铬酸盐等)为成膜物质，锌粉与之反应，在金属表面形成锌铁络合物，形成坚实的防护涂膜。

防护机理(1) 电化学保护作用：由于无机富锌漆采用大量的高纯度、颗粒细的锌粉填料，可起到电化学保护作用。 锌比铁活泼，电位比铁更负，在电解质溶液中，锌原子容易失去电子。涂层即使局部都遭到破坏，钢铁表面也不遭受腐蚀，因为锌起到牺牲阳极的作用，阳极区失电子，阴极区得电子，从而使钢铁得到保护。

(2). 涂层的化学稳定性好：以硅酸乙醋或低聚物为成膜物质的无机富锌漆与钢铁表面附着力好，耐热耐腐蚀, 不易发生老化，有优良的耐侯性能。此外锌粉在涂层表面形成极难溶解的稳定物质锌盐及锌的络合物，可以防止氧、水及盐类对钢铁的腐蚀。3

产品应用无机富锌漆对钢铁具有电化学保护作用, 防锈性能优良, 耐海水、耐油、耐溶剂、盐类及大气腐蚀。并可长期在400℃ 环境中使用，因而广泛应用于造船行业、石油化工、海上设施热力管道、烟囱、桥梁等。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学