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高性能涂料用新型缓蚀剂

2016-03-24 12:30:01
作者:本网整理
来源: PCI可名文化

有机涂层除了能提供改进的外观这一主要优点外,它们在防止基材腐蚀方面也起着至关重要的作用。涂料配方设计师采用三种基本的策略来对金属表面提供腐蚀防护作用:1)涂层作为阻隔技术,能防止氧气和水到达金属表面;2)使用缓蚀剂和颜料来使金属表面钝化;3)用牺牲金属的方法来进行保护。

   NACE国际公司进行了一项研究,该研究证明了由于腐蚀带来的昂贵且巨大的挑战,在美国每年总腐蚀成本上升至超过1万亿美元。腐蚀在美国经济的单项开支中是最大的,据估计要超过国内生产总值GDP的6.2%。腐蚀给美国带来了一个非常高的价格标签,仅次于卫生保健。2001年由美国政府资助的一项研究估计,仅军事系统和基础设施的腐蚀成本每年就约为200亿美元。大部分损失是由于公路和桥梁、输送管道、储罐、汽车、船舶、下水道系统等加工制造过程中使用的钢铁的腐蚀。腐蚀的成本是金钱和生命,它们会导致危险性故障,并增加各个应用环节的费用,从公共事业到交通等等。

有机涂层.jpg  

  有机涂层除了能提供改进的外观这一主要优点外,它们在防止基材腐蚀方面也起着至关重要的作用。涂料配方设计师采用三种基本的策略来对金属表面提供腐蚀防护作用:1)涂层作为阻隔技术,能防止氧气和水到达金属表面;2)使用缓蚀剂和颜料来使金属表面钝化;3)用牺牲金属的方法来进行保护。
  
  阻隔涂层能降低渗透性,从而避免氧气和水到达涂膜表面。往往通过使用片状(云母)添加剂,如片状滑石、云母和云母氧化铁及片状金属颜料,如铝颜料,就能赋予阻隔性能。
  
  富锌底漆是能提供防腐蚀保护作用,至少是提供部分阴极保护作用涂层的一个很好的例子。掺入到涂膜中的金属锌作为阳极,并且比铁基材优先腐蚀,因为锌比铁具有更低的氧化还原电位,从而能对铁表面提供阴极保护作用。
  
  使用防腐蚀颜料是提高涂层耐腐蚀性能的最广泛使用的方法之一。防腐蚀颜料与涂膜吸收的水反应而释放抑制性离子,它们迁移到金属表面,并通过金属基材上的无机层的沉积或吸附而使金属表面钝化。一直以来都使用基于锌、锶和铬酸铅的金属盐来抑制腐蚀,因为它们的阳离子会在金属表面形成不溶性沉积物从而增加一个保护层来抑制进一步的腐蚀。由于它们具有毒性,已经开发对环境安全无毒的防腐蚀颜料来替代铬酸盐。这些无毒的颜料通常是基于磷硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐和偏硼酸的金属盐。不像铬酸盐,这些阳极部份的颜料功能是通过限制氧扩散到金属表面来实现的,因此其阳极钝化金属表面的作用可能不是完全有效,从而导致其耐腐蚀性较差。
  
  监管问题仍将是今后一段时间内的驱动力,特别是腐蚀抑制剂。最近值得注意的进展包括,欧盟(EU)将含有氧化锌和磷酸盐产品标记特殊危险性标签,以及职业健康与安全管理局(OSHA)降低六价铬抑制剂允许暴露的限值。
  
  在涂料中加入有机腐蚀抑制剂是提高涂膜耐腐蚀性能的另一种方法。这些有机腐蚀抑制剂是基于各种化学化合物,包括胺类、芳族、杂环、羧酸、含硫和氮的官能团。这些腐蚀抑制剂的作用是通过在金属基材上的阳极或阴极发生钝化,或者在金属表面形成保护层而实现,这些腐蚀抑制剂能扰乱腐蚀性离子在基材上的流动。
  
  已经开发了一些新型腐蚀抑制剂,它们能够在各种水性和非水性高性能涂料中赋予优良防锈性能。这些新型的有机腐蚀抑制剂可作为主要的腐蚀抑制剂使用或与环境友好的防腐蚀颜料一起组合使用。它们能与各种工业应用中使用的底漆和直接涂覆至金属的涂料(DTM)中的各种树脂兼容。本文介绍了我们最近的一些尝试,使用这些新型腐蚀抑制剂来改善各种涂料的耐腐蚀性能。
  
  讨论
  
  目前涂料市场的主导性趋势是在高性能涂料体系中不使用底漆,在DTM应用中采用强化面漆来代替。由于不使用底漆,这种方法可省去与底漆施工相关的成本,从而降低了总成本。不足之处是降低了耐腐蚀性以及由底漆提供的附着力。在DTM涂料中加入无毒的抗腐蚀颜料可提高涂层的耐腐蚀性,但防腐蚀性能通常没有使用底漆的体系好。解决这一不足的方法是将一种有机腐蚀抑制剂添加到DTM涂料中,同时加入无毒的防腐蚀颜料。
  
  在过去,底漆体系中使用的有机腐蚀抑制剂是基于磷酸盐、磺酸盐和羧酸盐。这些化学品效果不错,但经常发现在DTM涂料中使用时存在缺陷。具有改进的耐腐蚀性的DTM涂料研发需使用更强的有机腐蚀抑制剂,它们与无毒的防腐蚀颜料一起起到协同作用。
  
  为了解决这一问题,研发了一些新的液体腐蚀抑制剂,它们是基于复杂的有机酸的金属盐。这些抑制剂单独使用和与无毒的防腐蚀颜料一起使用时都能提供改进的耐腐蚀性和湿附着力。当应用于丙烯酸或聚酯多元醇与脂肪族异氰酸酯交联的溶剂型双组份聚氨酯体系中时,我们发现这些产品尤其有效。
  
  双组份聚氨酯DTM涂料
  
  为了证明这些新型腐蚀抑制剂的功效,将它们用于各种DTM涂料中并与更常规的有机腐蚀抑制剂进行比较。在第一个配方中,用丙烯酸多元醇制备白色双组份聚氨酯涂料,并用脂族HDI三聚体与多元醇进行交联。该体系配制的颜料与基料之比为1:1。体系中含有5%(质量比)的锶、锌、磷硅酸盐防腐蚀颜料。涂料分别用2%(质量比)的常规金属磺酸盐腐蚀抑制剂和2%(质量比)的一种新型金属络合物抑制剂NACORR?XR-424进行改性。将两个样品与一个仅含有防腐蚀颜料但不含有机腐蚀抑制剂的对照板进行比较。在用磷酸盐处理的1000邦德板铁板上施涂,制备干膜厚度为1.5-1.7密耳厚的涂层,然后在室温下固化7天。然后将板放在盐雾箱内,按照ASTM试验方法B117曝露500小时。将曝露后的板从柜中取出后立即使用金属刮刀按ASTM D1654中7.2条描述的方法进行划痕。如图1中可以看到的,与传统的有机抑制剂和仅使用防腐颜料的对照品相比,新型腐蚀抑制剂提供更好的湿附着力和防锈保护性能。
  
  在第二种配方中,一种加了较多颜料的白色双组份聚酯多元醇配方,配制成1.5:1的颜料与基料比,同时加入5%(质量比)的防锈颜料。在这种情况下,防腐蚀颜料是硅酸钙类型的颜料。再次将配方与HDI三聚体进行交联,分别用2%(质量比)的常规金属磺酸盐腐蚀抑制剂和2%(质量比)的一种新型金属络合物抑制剂NACORR 1389MS进行改性。将两个样品与一个仅含有防腐蚀颜料但不含有机腐蚀抑制剂的对照板进行比较。在邦德板上涂装干膜厚度为1.4-1.6密耳厚的涂层,然后在室温下固化7天。然后将板放在盐雾箱内,按照ASTM试验方法B117曝露500小时。将曝露后的板用金属刮刀进行划痕。同样可以看到,与使用传统有机抑制剂的对照品相比,使用新型腐蚀抑制剂能够改善防腐蚀性能。
  
  水性热固性体系
  
  尽管这些新型腐蚀抑制剂是为不使用底漆的DTM涂料研发的,它们也可以用于底漆体系。用可稀释型聚酯与六羟甲基三聚氰胺六甲醚交联来配制水性热固性铁红底漆。该配方将氧化铁红作为主要防锈颜料,磷硅酸锌锶用作第二种防腐蚀颜料,其用量为总配方质量的2.5%。颜料与基料比为1:1。配方用2%常规的有机抑制剂和2%新型金属络合物抑制剂NACORR XR-419进行处理。再次将两个样品与仅使用防腐蚀颜料的对照板进行比较。将涂料施涂到1000邦德板上,得到干膜厚度约为1.0-1.2密耳厚的涂层样板。然后将样板在150℃(300°F)的烘箱中固化15min。然后将样板放入盐雾箱内曝露500小时。将曝露后的样板从中取出并进行检查。如图3中可以看到,与对照配方相比,新型腐蚀抑制剂的性能优于标准的抑制剂。
  
  结论
  
  在直接涂覆至金属涂料(DTM)中,这种新一代液体有机腐蚀抑制剂可以用来增强无毒防腐蚀颜料的性能。它们与这些颜料可以产生协同作用来提高耐腐蚀性,允许配方设计师可以不用底漆,以满足条件不太苛刻的金属防腐蚀的应用需求。
 
 
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责任编辑:班英飞

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标签: 涂料, 缓蚀剂

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