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磷铁涂料技术报告

作者:马素娟        时间:2014-07-25

地球是人类共同的家园,保护地球是我们每一个人的责任,这已经成为世界各国的共识。我们国家也越来越重视环境保护,各项环保法律法规的颁布也表明了我们国家对于环境保护的决心。而喷涂行业是与生产生活息息相关的一个行业,当前采取的加工方式对环境危害极大。首先,在喷涂前处理上无论是采取化学处理,还是物理处理方法对环境的影响都非常大:采取化学的酸洗法,所产生的酸雾以及废酸的排放,会污染空气和水,采取物理抛丸的方法产生的粉尘对大气的污染也不容小觑。其次,当前的油漆voc排放高,对油漆工身体的损害也是很大的。基于这样的现实,我们课题组选择了磷铁涂料(水基化油转锈防腐底漆,以下简称磷铁涂料)这项研究,以减轻喷涂行业对环境的污染,更好的保护我们的环境。

金属水性底漆作为水性漆的一种,是当前发展比较快,发展空间也比较大的一种新型涂料,它被广泛应用在汽车,钢结构等的表面处理上。当前市场上比较主流的金属水性底漆包括两种,一种就是单一的底漆,这种底漆虽然在刷涂过程中环保性更高,但由于刷涂前还要进行抛丸等处理,对环境保护还是欠缺的;另一种金属水性底漆是带锈底漆,它可以直接涂覆在锈层之上起到带锈防锈的目的,这种底漆在环境保护和劳动强度上较单一水性底漆就优异一些。虽然带锈水性底漆有诸多优点,但是它存在一个致命的不足,它只是在锈蚀表面形成混合构体,对锈蚀进行屏蔽,阻断与空气接触,并不能够把锈蚀转化,所以锈蚀还是存在工件表面的,这种疏松的结构可能继续腐蚀工件,存在二次腐蚀的危险。

基于市场对于新型化油转锈水性底漆的需要,天龙公司凭借自身20多年经营金属前处理液的经验,以及优秀的研发团队,还有各大高校科研机构的技术支持,天龙公司勇于挑起科研重任,投入重金进行磷铁涂料的研发。

磷铁涂料的创新点主要体现在三个方面,首先,它是水性漆,、voc排放低,仅为普通油漆的三分之一;其次,它能够化油,无需在喷涂前进行除油处理,减少工序;最后,它能够转化锈蚀,磷铁涂料不仅能清除金属表面的锈蚀,还能够将这些锈蚀转化为磷铁盐膜,从而起到防腐的功效,并且这层磷铁盐膜可以与图层很好的结合在一起,相辅相成,是防锈效果提升两倍以上。

对于磷铁涂料的研究我们是采取这样一个流程:第一阶段12年10月到12年12月,这个阶段主要是对防腐底漆的研发阶段;第二阶段13年1月到13年6月,和各阶段主要是在原来防腐底漆的基础上进行改良,使其同时具有化解油污的功能;第三阶段是13年7月到14年5月,这个阶段主要是对于将油污的转化物与锈蚀同时转化为一层磷铁盐膜研究,使其成为空气腐蚀的最后一道防线,并使这种磷铁盐膜与防腐底漆有机结合,增强防腐性能。当前研究工作基本结束,研究成果比较突出,采用磷铁涂料进行涂敷作业前只需将疏松的锈蚀进行简单处理,就可进行涂覆作业,并且防腐性能突出。

在实验和推广磷铁涂料的过程中,研发团队遇到了很多问题和困难,首先是对于水性漆对于防腐功能与化油转锈功能的相容性的问题,为了解决这一难题,研发团队多次深入大学教研室与研究所,通过与老教授们的交流以及反复实验最终使问题得以解决。其次就是推广过程中遇到的难题,磷铁涂料作为一种新生事物在市场推广中遇冷是一种必然现象,主要是人们特别是工厂的技术人员对于这项新生事物的不了解造成的,这个难题最终通过与技术人员的沟通,通过技术人员的亲自验证,磷铁涂料的强大功能最终折服了他们。

磷铁涂料经过反复实验和生产调试最终达到了以下指标:

序号

项目

性能指标

1

漆膜颜色和外观

漆膜平整光滑

2

固含(%

30

3

漆膜耐冲击性(kg-cm-1)

50

4

漆膜附着力(级)

1

5

漆膜表干时间(min

5

磷铁涂料的经济效果主要体现在以下两个方面:一是减少了工艺流程可以节省人工和物料投入;二是水性涂料不易燃,可以减少工厂对于消防设施方面的投入。

对于磷铁涂料的研发主要分为三个阶段进行:第一阶段为12年10月到12年12月,这个阶段的研究重点主要是相容性较强的水性漆的研究,这个阶段是整个研发过程的基础性环节,直接关系到整个研发过程的成败。

第二阶段,这个阶段开始于13年1月,结束于13年6月,这个阶段的研发重点主要是在原来水性底漆的基础上加入添加剂,使水性底漆具有除油功能,并且不能影响原有的防腐性能,这个阶段是整个研发阶段的中间环节。经过这个阶段以后我们的水性漆就具有了除油功能,不再是单一的防腐漆了。

第三个阶段也是研发过程中最为核心的部分,它开始于13年7月到14年5月全部结束,历时十个月。这个阶段研发的重点就是使原有的涂料具有转化锈蚀的功能。

转化锈蚀的作用机理可分为三个方面:

(1) 转化铁锈的作用,可用化学反应式表示如下:

Fe2O3 +2H3PO4=2FePO4+3H2O

3FeO+2H3PO4=Fe3(PO4)2+3H2O

3Fe+2H3PO4=Fe3(PO4)2+3H2

(2)磷化作用,以电化学反应过程表示如下:

阳极上:Fe→Fe2++2e-

Fe2++HPO2-4→FeHPO4

Fe3++PO3-4→FePO4

阴极上:2H++2e-→2H→H2

(3)缓蚀剂的吸附作用

磷铁涂料中除了含有能够转化锈蚀的物质,并在化锈后在钢铁表面生成磷化膜外,还含有无机及有机复合缓蚀剂,当表面出现电化学腐蚀时,它可以吸附在阳极区域及阻止Fe→Fe2++2e-过程的进行。

这些缓蚀剂的吸附程度可通过微分电容来测试,计算方法如下:

q=θq­Θ=1+(1+Θ)qΘ

Θ=CΘ=0-Cd÷CΘ=0-CΘ=1

式中qΘ=0qΘ=1分别为完全覆盖和未覆盖表面上的电荷密度。

Cd界面微分电容

CΘ=0完全覆盖时的微分电容

CΘ=1未完全覆盖时的微分电容

磷铁涂料同时具有成膜作用。作为带锈涂料的成膜剂有二种,第一种是水溶性高分子有机物质,它在该涂料中可以与其它阳性物质长期共存,不会发生化学反应而出现结块等现象,它涂刷在钢铁表面干固后形成深灰色膜;第二种是溶于有机溶剂中的高分子物质,它可以与其他有机化合物,也就是能化锈的水长期共存,它固化后外观呈蓝灰色或灰黑色。

磷铁涂料抗腐蚀试验结果:

(1)   盐雾试验结果

从以下照片可以看出,刷涂磷铁涂料的样品比之人工除锈覆盖同样配套漆的防腐效果更为优越。


注:   盐水喷雾(3%NaCl溶液,40,RH100%168小时

左一,左二样板为以磷铁涂料为底漆,无腐蚀

左三,左四分别为单涂铁红防锈底漆两层和一层,能看出明显的腐蚀。

磷铁涂料上再覆盖一层一般的红丹底漆后,其防腐性能超过手工除锈后,连续涂两层国产的和英国进口的红丹底漆。


注:   盐水喷雾(3%NaCl溶液,40,RH100%72小时

从上述实验结果可以看出,在一般油漆覆盖下的铁锈,时间久了仍然会往外冒出来;而经过带锈涂料处理后的铁锈,如再覆盖同样面漆,经过同样时间后,却不易往外冒出锈来。

磷铁涂料所生成的磷化层电化学行为的测试结果:

如上所述,磷铁涂料多种功能,它除了能转化铁锈外,还能在钢铁表面生成一层磷化保护膜,究竟这层磷化膜的防腐效果如何,我们可以通过电化学的测试方法来做微观的测试:

时间-电位变化曲线:

把涂有磷铁涂料的样品,与经过一般磷化处理的样品浸在3%的氯化钠溶液中,随着时间的延长,在间隔时间内测定其电极电位变化情况。由于薄薄的磷化膜被盐水的侵蚀而逐渐破坏,因而电极电位会逐渐向负的方向移动,直到保护膜完全被破坏后,由于氧化还原过程达到平衡,亦即正、负电流交换过程达到平衡,电极电位就不再增值,而变成一条水平线。因此,我们看谁变成水平线的时间最迟,谁的抗腐蚀能力就越好。从下述曲线表中,我们可以看出,一般磷化层(4号曲线)大约100秒左右即已变成水平线,而磷铁涂料中的磷化层(1号曲线)到400秒左右才出现水平线,所以,后者的抗腐蚀能力应比前者更好。


通过我们大量的实验证明磷铁涂料是一种能够清除金属表面油污,转化锈蚀的防腐底漆,它具有以下特性:

1.  它能够清除金属表面的油污,并不影响它本身的防腐性能;

2.  具有一定程度转化铁锈的能力,把铁锈转化成具有防腐性能的钢铁上的保护膜(类似磷化膜,钝化膜的作用);

3.  在转化铁锈时,不一定百分之百把铁锈完全彻底的转化的干干净净,它可以允许残留20%左右的铁锈在钢铁表面上,但残留在表面的这些铁锈,必须是呈细小颗粒的粉状结构,而非是起壳状、树皮状等等。

4.  由于磷铁涂料中必须含有一定浓度的水基缓蚀剂,所以,这些缓蚀剂分子可以吸附在残留的铁锈上或裸钢上,对他们起防腐作用,以保证漆膜下的铁锈不会作进一步的发展、扩大,从而对漆膜造成破坏。

5.  磷铁涂料的树脂具有良好的渗透能力,它能够渗透到铁锈与转化物的各个细小孔隙中,以加强他们的附着力。

6.  磷铁涂料所生成的保护膜,与任何其他底、面漆都有良好的搭配作用,不会被强溶剂的涂料所溶解。

磷铁涂料的适用范围比较广,适用于桥梁、储罐、集装箱、化工管道、金属工具、机械部件等。

磷铁涂料在施工中的要点如下:

1、简单的预处理

涂刷前对于较重的油污要进行预处理,降低施工难度。涂刷前还必须把表面上起壳的氧化皮、旧漆皮、树脂状的铁锈,以及凸起部分的铁锈去除干净,让它有一个平整的表面。这样,一方面可使固化后的漆膜尽可能平坦、光滑些,另一方面亦可以减少漆膜的孔隙,以提高其防腐效果。

2、      涂刷轻重有度

在油锈重的区域要多刷、重刷,油锈轻的区域应少刷、轻刷,没有油锈的区域则只要轻轻带过即可(只要在其上涂上一层薄薄的磷铁涂料)。

3、      消除余酸

在涂刷磷铁涂料时,不可能知道油锈有多少,要用多少磷铁涂料去转化它们,因此,在一般情况下都是宁多勿少,这样每次涂刷完,表面肯定有不同程度的残留物,最好的解决办法就是通过涂刷与之配套的面漆来解决。

4、      补救泛白

当磷铁涂料涂刷后,在未固化的情况下被雨水冲刷时,干后即会出现白粉,在这种情况下,必须立即在其上再覆盖一层薄薄的磷铁涂料(最好在晴朗的天气中进行)。

磷铁涂料在大量的实验室实验和工厂实践中都表现出了优异的性能,但是我们也应该看到它还有很多的不足,主要表现在以下两个方面:

第一是目前推广中遇到的最大的困难就是,造价太高,其实刷涂磷铁涂料的成本与企业现在进行生产的总体造价相当,但是由于磷铁涂料的单价较高,让很多力求改进的企业望而却步,所以降低磷铁涂料的单价将成为我们课题组以后努力的方向。

第二就是磷铁涂料必须刷涂与之配套的面漆,这使得推广具有一定的局限性。是磷铁涂料与其他多种面漆具有很好的相容性也是我们课题组以后工作的重点。

历时一年半的对于磷铁涂料的研究已经结束了,我们取得了很好的效果,但是我们团队不会止步于此,将会更加努力的进行研发工作,以更好的产品回报社会及广大同仁的支持与厚爱。

本文地址:http://www./news/show/22.aspx
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