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磷鐵涂料技術報告

作者:馬素娟        時間:2014-07-25

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地球是人類共同的家園,?;さ厙蚴俏頤敲懇桓鋈說腦鶉?,這已經成為世界各國的共識。我們國家也越來越重視環境?;?,各項環保法律法規的頒布也表明了我們國家對于環境?;さ木魴?。而噴涂行業是與生產生活息息相關的一個行業,當前采取的加工方式對環境危害極大。首先,在噴涂前處理上無論是采取化學處理,還是物理處理方法對環境的影響都非常大:采取化學的酸洗法,所產生的酸霧以及廢酸的排放,會污染空氣和水,采取物理拋丸的方法產生的粉塵對大氣的污染也不容小覷。其次,當前的油漆voc排放高,對油漆工身體的損害也是很大的?;謖庋南質?,我們課題組選擇了磷鐵涂料(水基化油轉銹防腐底漆,以下簡稱磷鐵涂料)這項研究,以減輕噴涂行業對環境的污染,更好的?;の頤塹幕肪?。

金屬水性底漆作為水性漆的一種,是當前發展比較快,發展空間也比較大的一種新型涂料,它被廣泛應用在汽車,鋼結構等的表面處理上。當前市場上比較主流的金屬水性底漆包括兩種,一種就是單一的底漆,這種底漆雖然在刷涂過程中環保性更高,但由于刷涂前還要進行拋丸等處理,對環境?;せ故喬啡鋇?;另一種金屬水性底漆是帶銹底漆,它可以直接涂覆在銹層之上起到帶銹防銹的目的,這種底漆在環境?;ず屠投慷壬轄系ヒ凰緣灼峋陀乓煲恍?。雖然帶銹水性底漆有諸多優點,但是它存在一個致命的不足,它只是在銹蝕表面形成混合構體,對銹蝕進行屏蔽,阻斷與空氣接觸,并不能夠把銹蝕轉化,所以銹蝕還是存在工件表面的,這種疏松的結構可能繼續腐蝕工件,存在二次腐蝕的危險。

基于市場對于新型化油轉銹水性底漆的需要,天龍公司憑借自身20多年經營金屬前處理液的經驗,以及優秀的研發團隊,還有各大高??蒲謝溝募際踔С?,天龍公司勇于挑起科研重任,投入重金進行磷鐵涂料的研發。

磷鐵涂料的創新點主要體現在三個方面,首先,它是水性漆,、voc排放低,僅為普通油漆的三分之一;其次,它能夠化油,無需在噴涂前進行除油處理,減少工序;最后,它能夠轉化銹蝕,磷鐵涂料不僅能清除金屬表面的銹蝕,還能夠將這些銹蝕轉化為磷鐵鹽膜,從而起到防腐的功效,并且這層磷鐵鹽膜可以與圖層很好的結合在一起,相輔相成,是防銹效果提升兩倍以上。

對于磷鐵涂料的研究我們是采取這樣一個流程:第一階段12年10月到12年12月,這個階段主要是對防腐底漆的研發階段;第二階段13年1月到13年6月,和各階段主要是在原來防腐底漆的基礎上進行改良,使其同時具有化解油污的功能;第三階段是13年7月到14年5月,這個階段主要是對于將油污的轉化物與銹蝕同時轉化為一層磷鐵鹽膜研究,使其成為空氣腐蝕的最后一道防線,并使這種磷鐵鹽膜與防腐底漆有機結合,增強防腐性能。當前研究工作基本結束,研究成果比較突出,采用磷鐵涂料進行涂敷作業前只需將疏松的銹蝕進行簡單處理,就可進行涂覆作業,并且防腐性能突出。

在實驗和推廣磷鐵涂料的過程中,研發團隊遇到了很多問題和困難,首先是對于水性漆對于防腐功能與化油轉銹功能的相容性的問題,為了解決這一難題,研發團隊多次深入大學教研室與研究所,通過與老教授們的交流以及反復實驗最終使問題得以解決。其次就是推廣過程中遇到的難題,磷鐵涂料作為一種新生事物在市場推廣中遇冷是一種必然現象,主要是人們特別是工廠的技術人員對于這項新生事物的不了解造成的,這個難題最終通過與技術人員的溝通,通過技術人員的親自驗證,磷鐵涂料的強大功能最終折服了他們。

磷鐵涂料經過反復實驗和生產調試最終達到了以下指標:

序號

項目

性能指標

1

漆膜顏色和外觀

漆膜平整光滑

2

固含(%

30

3

漆膜耐沖擊性(kg-cm-1)

50

4

漆膜附著力(級)

1

5

漆膜表干時間(min

5

磷鐵涂料的經濟效果主要體現在以下兩個方面:一是減少了工藝流程可以節省人工和物料投入;二是水性涂料不易燃,可以減少工廠對于消防設施方面的投入。

對于磷鐵涂料的研發主要分為三個階段進行:第一階段為12年10月到12年12月,這個階段的研究重點主要是相容性較強的水性漆的研究,這個階段是整個研發過程的基礎性環節,直接關系到整個研發過程的成敗。

第二階段,這個階段開始于13年1月,結束于13年6月,這個階段的研發重點主要是在原來水性底漆的基礎上加入添加劑,使水性底漆具有除油功能,并且不能影響原有的防腐性能,這個階段是整個研發階段的中間環節。經過這個階段以后我們的水性漆就具有了除油功能,不再是單一的防腐漆了。

第三個階段也是研發過程中最為核心的部分,它開始于13年7月到14年5月全部結束,歷時十個月。這個階段研發的重點就是使原有的涂料具有轉化銹蝕的功能。

轉化銹蝕的作用機理可分為三個方面:

(1) 轉化鐵銹的作用,可用化學反應式表示如下:

Fe2O3 +2H3PO4=2FePO4+3H2O

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

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

(2)磷化作用,以電化學反應過程表示如下:

陽極上:Fe→Fe2++2e-

Fe2++HPO2-4→FeHPO4

Fe3++PO3-4→FePO4

陰極上:2H++2e-→2H→H2

(3)緩蝕劑的吸附作用

磷鐵涂料中除了含有能夠轉化銹蝕的物質,并在化銹后在鋼鐵表面生成磷化膜外,還含有無機及有機復合緩蝕劑,當表面出現電化學腐蝕時,它可以吸附在陽極區域及阻止Fe→Fe2++2e-過程的進行。

這些緩蝕劑的吸附程度可通過微分電容來測試,計算方法如下:

q=θq-Θ=1+(1+Θ)qΘ

Θ=CΘ=0-Cd÷CΘ=0-CΘ=1

式中qΘ=0qΘ=1分別為完全覆蓋和未覆蓋表面上的電荷密度。

Cd界面微分電容

CΘ=0完全覆蓋時的微分電容

CΘ=1未完全覆蓋時的微分電容

磷鐵涂料同時具有成膜作用。作為帶銹涂料的成膜劑有二種,第一種是水溶性高分子有機物質,它在該涂料中可以與其它陽性物質長期共存,不會發生化學反應而出現結塊等現象,它涂刷在鋼鐵表面干固后形成深灰色膜;第二種是溶于有機溶劑中的高分子物質,它可以與其他有機化合物,也就是能化銹的水長期共存,它固化后外觀呈藍灰色或灰黑色。

磷鐵涂料抗腐蝕試驗結果:

(1)   鹽霧試驗結果

從以下照片可以看出,刷涂磷鐵涂料的樣品比之人工除銹覆蓋同樣配套漆的防腐效果更為優越。


注:   鹽水噴霧(3%NaCl溶液,40,RH100%168小時

左一,左二樣板為以磷鐵涂料為底漆,無腐蝕

左三,左四分別為單涂鐵紅防銹底漆兩層和一層,能看出明顯的腐蝕。

磷鐵涂料上再覆蓋一層一般的紅丹底漆后,其防腐性能超過手工除銹后,連續涂兩層國產的和英國進口的紅丹底漆。


注:   鹽水噴霧(3%NaCl溶液,40,RH100%72小時

從上述實驗結果可以看出,在一般油漆覆蓋下的鐵銹,時間久了仍然會往外冒出來;而經過帶銹涂料處理后的鐵銹,如再覆蓋同樣面漆,經過同樣時間后,卻不易往外冒出銹來。

磷鐵涂料所生成的磷化層電化學行為的測試結果:

如上所述,磷鐵涂料多種功能,它除了能轉化鐵銹外,還能在鋼鐵表面生成一層磷化?;つ?,究竟這層磷化膜的防腐效果如何,我們可以通過電化學的測試方法來做微觀的測試:

時間-電位變化曲線:

把涂有磷鐵涂料的樣品,與經過一般磷化處理的樣品浸在3%的氯化鈉溶液中,隨著時間的延長,在間隔時間內測定其電極電位變化情況。由于薄薄的磷化膜被鹽水的侵蝕而逐漸破壞,因而電極電位會逐漸向負的方向移動,直到?;つね耆黃蘋島?,由于氧化還原過程達到平衡,亦即正、負電流交換過程達到平衡,電極電位就不再增值,而變成一條水平線。因此,我們看誰變成水平線的時間最遲,誰的抗腐蝕能力就越好。從下述曲線表中,我們可以看出,一般磷化層(4號曲線)大約100秒左右即已變成水平線,而磷鐵涂料中的磷化層(1號曲線)到400秒左右才出現水平線,所以,后者的抗腐蝕能力應比前者更好。


通過我們大量的實驗證明磷鐵涂料是一種能夠清除金屬表面油污,轉化銹蝕的防腐底漆,它具有以下特性:

1.  它能夠清除金屬表面的油污,并不影響它本身的防腐性能;

2.  具有一定程度轉化鐵銹的能力,把鐵銹轉化成具有防腐性能的鋼鐵上的?;つぃɡ嗨屏諄?,鈍化膜的作用);

3.  在轉化鐵銹時,不一定百分之百把鐵銹完全徹底的轉化的干干凈凈,它可以允許殘留20%左右的鐵銹在鋼鐵表面上,但殘留在表面的這些鐵銹,必須是呈細小顆粒的粉狀結構,而非是起殼狀、樹皮狀等等。

4.  由于磷鐵涂料中必須含有一定濃度的水基緩蝕劑,所以,這些緩蝕劑分子可以吸附在殘留的鐵銹上或裸鋼上,對他們起防腐作用,以保證漆膜下的鐵銹不會作進一步的發展、擴大,從而對漆膜造成破壞。

5.  磷鐵涂料的樹脂具有良好的滲透能力,它能夠滲透到鐵銹與轉化物的各個細小孔隙中,以加強他們的附著力。

6.  磷鐵涂料所生成的?;つ?,與任何其他底、面漆都有良好的搭配作用,不會被強溶劑的涂料所溶解。

磷鐵涂料的適用范圍比較廣,適用于橋梁、儲罐、集裝箱、化工管道、金屬工具、機械部件等。

磷鐵涂料在施工中的要點如下:

1、簡單的預處理

涂刷前對于較重的油污要進行預處理,降低施工難度。涂刷前還必須把表面上起殼的氧化皮、舊漆皮、樹脂狀的鐵銹,以及凸起部分的鐵銹去除干凈,讓它有一個平整的表面。這樣,一方面可使固化后的漆膜盡可能平坦、光滑些,另一方面亦可以減少漆膜的孔隙,以提高其防腐效果。

2、      涂刷輕重有度

在油銹重的區域要多刷、重刷,油銹輕的區域應少刷、輕刷,沒有油銹的區域則只要輕輕帶過即可(只要在其上涂上一層薄薄的磷鐵涂料)。

3、      消除余酸

在涂刷磷鐵涂料時,不可能知道油銹有多少,要用多少磷鐵涂料去轉化它們,因此,在一般情況下都是寧多勿少,這樣每次涂刷完,表面肯定有不同程度的殘留物,最好的解決辦法就是通過涂刷與之配套的面漆來解決。

4、      補救泛白

當磷鐵涂料涂刷后,在未固化的情況下被雨水沖刷時,干后即會出現白粉,在這種情況下,必須立即在其上再覆蓋一層薄薄的磷鐵涂料(最好在晴朗的天氣中進行)。

磷鐵涂料在大量的實驗室實驗和工廠實踐中都表現出了優異的性能,但是我們也應該看到它還有很多的不足,主要表現在以下兩個方面:

第一是目前推廣中遇到的最大的困難就是,造價太高,其實刷涂磷鐵涂料的成本與企業現在進行生產的總體造價相當,但是由于磷鐵涂料的單價較高,讓很多力求改進的企業望而卻步,所以降低磷鐵涂料的單價將成為我們課題組以后努力的方向。

第二就是磷鐵涂料必須刷涂與之配套的面漆,這使得推廣具有一定的局限性。是磷鐵涂料與其他多種面漆具有很好的相容性也是我們課題組以后工作的重點。

歷時一年半的對于磷鐵涂料的研究已經結束了,我們取得了很好的效果,但是我們團隊不會止步于此,將會更加努力的進行研發工作,以更好的產品回報社會及廣大同仁的支持與厚愛。

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