楊振波 李運(yùn)德 師華
中國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：TQ630.71 文獻(xiàn)識別碼：A
1 引言
為了防止鋼鐵腐蝕，人們在科學(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，必須對鋼鐵進(jìn)行徹底的噴砂前處理，等級通常要達(dá)到Sa2½級。這對于整個工程施工來說，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，通常占到整個工程的30~40%;2)對于復(fù)雜作業(yè)面的結(jié)構(gòu)死角不能進(jìn)行徹底的處理;3)會造成強(qiáng)烈的粉塵和噪聲污染;4)噴砂會造成鋼結(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，近年國內(nèi)外有大量海上采油平臺、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)等各個方面。因此，國內(nèi)外多采用手工除銹對這些舊鋼構(gòu)進(jìn)行表面處理。此外，在船舶制造與維修領(lǐng)域，隨著世界各國對工人勞動保護(hù)的要求越來越高，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級的要求，經(jīng)處理過的鋼鐵表面往往帶有銹蝕和水，甚至油。鑒于此原因，開發(fā)對涂裝前鋼結(jié)構(gòu)表面處理要求等級較低的低表面處理涂料(SurfaceTolerantCoatings)，特別是高性能的厚漿型長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)，也是未來涂料的發(fā)展趨勢。
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，還必須具備兩個特殊的條件，一是低表面處理涂料對銹層必須具有足夠的滲透能力，即能充分浸潤、滲透整個疏松多孔的銹層，使鐵銹粘結(jié)成為連續(xù)的封閉性涂層，以封閉整個銹層和鋼鐵表面;二是低表面處理涂料對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)過鈍化、轉(zhuǎn)化，變成穩(wěn)定的無害的填料。只有具備這兩個條件，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，國內(nèi)外就開發(fā)出了一系列該類涂料。歸納起來大體可分為四類[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，如磷酸過量就會促進(jìn)腐蝕，其后患無窮。同時轉(zhuǎn)化型帶銹涂料含有較少的成膜物質(zhì)，使用時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)使用以保證長效防腐，通常還需要涂上面漆。