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李志宝1，席发臣1，雍兴跃2，王学龙1， 刘彦孜1 （1.中昊北方涂料研究设计院有限公司，兰州730020；2.北京化工大学，北京100029） 摘要：本文研究了一种单组份乳液型铁锈转化涂料（锈蚀终结剂）及其配套涂层的电化学极化行为，测试了涂层在模拟工业大气环境和模拟海洋大气环境下的极化曲线。通过测试表明，锈蚀终结剂在模拟工业大气环境下有较好的防腐性能。 1引言 钢铁腐蚀每年给社会带来了巨大的经济损失。据统计，每年因为腐蚀而造成的钢铁报废占当年钢铁总产量的20-40%，在我国每年因为腐蚀而造成的直接经济损失占到GDP的4%[1 ]，这一数据在发达国家约占3%。为了防止钢铁腐蚀生锈，人类发明了多种方法来阻止或减缓钢铁的腐蚀。在众多的防腐方法中涂装防腐涂料是最为经济的，也是最简单易行的方法[2]。为了获得优良的防腐性能，防腐涂装一般对表面处理的最低要求是手工除锈达到St2级[3]，因为铁锈为疏松多孔的结构，其与基材或是涂料的结合都不是很牢固，在其上涂刷防腐涂料很容易造成涂层脱落，涂装前必须把钢材上的铁锈清除干净。 钢铁的除锈处理是涂装工艺的重要环节，在整个涂装费用中所占比重最高，通常为45%左右。根据日本腐蚀损失调查委员会在上世纪80年代末的统计，在防腐涂装施工中，表面处理的费用要占到整个防腐费用的63%[4]。如果能减少或省去除锈的表面处理，可以大幅降低涂装成本。锈蚀终结剂就是一种带锈涂装的水性铁锈转化涂料。本文研究了锈蚀终结剂单道涂层和配套涂层的电化学极化曲线，对锈蚀终结剂的实际应用给出了指导意见。 2试验部分 2.1原材料及仪器 原材料：磷酸酯改性丙烯酸乳液，氯醋乳液、植物单宁酸、乙酰丙酮、二丙二醇丁醚，pH调节剂、三聚磷酸铝、磷酸锌、滑石粉、去离子水、分散剂、消泡剂、润湿流平剂，均为工业品。 仪器：电子天平、多功能搅拌器、恒温恒湿箱、涂层测厚仪、电化学工作站。 2.2制漆工艺 按照参考文献[5]《锈蚀终结剂的研制》制备涂料。 2.3测试样板制备工艺 用砂纸打磨去除带锈碳钢板上的浮锈，涂刷锈蚀终结剂两道，漆膜厚度控制在60微米。刷涂时兑水10%，第一道表干4小时之后涂刷第二道。配套的面漆在锈蚀终结剂干燥24小时之后进行施工。配套面漆为脂肪族聚氨酯面漆。 2.4测试方法 为了评价锈蚀终结剂的性能，按照参考文献[6]《锈蚀终结剂涂层的转化过程及其电化学行为》的方法，以5%NaCl溶液作为模拟海洋大气环境的实验条件，以5%NaCl 0.25%Na2S2O3溶液作为模拟工业大气环境的实验条件。漆膜在标准条件下养护7天后进行测试。 电化学实验采用的实验装置如图1所示。被测试的涂层样板固定在实验装置的底部，实验装置中装入实验测试所需溶液。在测试时，连接电化学工作站既可进行实验。 图1 电化学测试装置 利用电化学工作站，采用动电位扫描方法进行极化曲线测试。其中，参比电极为饱和氯化甘汞电极、辅助电极为铂电极。电位扫描速度为60mV/分钟。当涂层试板浸泡时间达到12小时和72小时后，进行极化曲线测量。 3结果与讨论 3.1锈蚀终结剂的电化学极化行为 为了探讨锈蚀终结剂在不同模拟介质中的极化行为，测定了涂膜样板的极化曲线，结果见图2。 2-1 模拟工业环境 2-2 模拟海洋环境 图2锈蚀终结剂在不同模拟环境中的极化行为 由图2-1可以看出，在模拟工业环境中，随着浸泡时间延长，一方面，电极自腐蚀电位变正，电极的阴极过程为氧去极化控制，没有改变。但是，对于阳极过程，随着浸泡时间延长，阳极极化阻力增大，说明耐腐蚀性增强。 从图2-2可以看出, 在模拟海洋环境中，随着浸泡时间延长，其自腐蚀电位降低。虽然电极的阳极过程、阴极过程没有变化，但是随着浸泡时间的延长，腐蚀电流增大，耐腐蚀性减弱。 由上述分析可以看出，在模拟工业环境下，锈蚀终结剂能起到更好的抗锈蚀作用，这表示锈蚀终结剂在还原性环境中有更好的抗腐蚀作用。 3.2配套涂层的耐蚀性研究 通常情况下，锈蚀终结剂不会单独使用，一般会与防腐面漆配套，构成涂层防护体系。所以也研究了锈蚀终结剂配套涂层体系的耐蚀性能。 3.2.1自腐蚀电位变化 首先测定了涂层体系的自腐蚀电位变化，结果见图3所示。 图3配套涂层体系的自腐蚀电位变化 由图3可以看出，在模拟工业环境中，随着浸泡时间增加，涂层体系的自腐蚀电位总体呈逐渐下降趋势的过程。而在模拟海洋环境下，随着浸泡时间增加，开始时涂层体系的自腐蚀电位急速上升，之后下降。当浸泡时间达到48小时以后，涂层体系的自腐蚀电位又开始缓慢上升。比较而言，在海洋介质中，其腐蚀电位比工业介质中的负，说明涂层体系在海洋介质中的耐腐蚀性较差。 3.2.2电化学极化行为 为了探讨涂层体系在不同环境介质中的电化学极化行为，测定了配套涂层体系在介质中的极化曲线，结果如图4所示。 由图4-1可以看出，在模拟工业环境中，随着浸泡时间增加，涂层体系的电化学极化行为基本保持不变。比较而言，当浸泡3天后，涂层体系的阴极极化的电流密度稍微小于浸泡1天的腐蚀电流密度。说明在极短的浸泡时间内，耐腐蚀性变化不大。 从图4-2看出，在模拟海洋环境中，虽然涂层体系的电化学极化行为没有改变，但是当浸泡3天后，涂层体系的阴极极化电流密度增大。说明随着浸泡时间的延长，涂层体系的耐腐蚀性减弱。 4-1 模拟工业环境介质中极化曲线 4-2 模拟海洋环境介质中极化曲线 图4 配套涂层体系在模拟介质中的极化曲线 上述结果表明，锈蚀终结剂配套涂层体系在工业介质中，随着浸泡时间增加，耐蚀性变化不明显。相反，在海洋介质中，随着浸泡时间增加，耐蚀性明显减小。 综合研究表明，锈蚀终结剂涂层及其配套涂层体系在工业环境介质中比在海洋环境介质中具有较好的耐蚀性。 4 结论 通过测试单独锈转化涂层和配套涂层的极化曲线和自腐蚀电位，表明无论是单独锈蚀终结剂涂层还是配套涂层，在模拟工业环境下，其能起到更好的抗锈蚀作用。 [1]胡文阁,彭冰.带锈涂料的应用及发展前景[J]. 涂料工业,2001(8):34-37. [2]姚煌.共聚改性丙烯酸酯乳液及其水性防腐蚀涂料的研究: 广东工业大学, 2012.(1). [3]王峰,刘智韬.水性铁锈转化底漆的性能优势[J].石油化工腐蚀与防护,2010,27(3): 49-51. [4]林巧銮.八十年代国外带锈涂料及其发展动向[J]. 39-43. [5]席发臣,李志宝,韩敏,王国炜.锈蚀终结剂的研制[J].现代涂料与涂装, 2014,17（3）: 31-33. [6]席发臣,邹冠驰,宋轶黎,李志宝,雍兴跃.锈蚀终结剂涂层的转化过程及其电化学行为[J].现代涂料与涂装,2014,17（4）:8-9.  |
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