富锌底漆开发毕业论文.doc

富锌底漆开发摘要：通过正交实验考察了环氧富锌底漆配方中成膜物质环氧树脂E-51、颜填料锌粉、固化剂聚酰胺和溶剂（二甲苯和正丁醇二甲苯）的含量对底漆性能的影响，找到了环氧富锌底漆的最佳配方。关键词：环氧树脂；富锌；重防腐；底漆。Development of zinc-rich zinc-rich primerAbstract: The orthogonal experiments investigated epoxy resin E-51 of the film-forming substances in the formulation of epoxy zinc rich primer, pigments and fillers zinc powder, the content of curing agent T31 and solvents (xylene and n-butanol) primer performance influence, to find the best formulation of the epoxy zinc-rich primer.Key words: epoxy resin; zinc; heavy-duty; prime目 录1前言11.1金属腐蚀与防腐蚀问题21.2富锌底漆的发展前景41.3富锌漆的防蚀机理52富锌底漆概述62.1组成62.2主要物性62.3作用63原料简介73.1环氧树脂73.2锌74影响富锌底漆防腐性能的因素分析84.1成膜物对富锌底漆防腐性能的影响84.2锌粉对富锌底漆防腐性能的影响84.3防锈颜料对富锌底漆防腐性能的影响94.4膜厚度对富锌底漆防腐性能的影响95环氧富锌底漆的研制105.1实验原理105.2 试验材料105.3试验工艺流程图105.4材料准备10 5.4.1钢板除锈方法105.4.2原料测试115.5配方设计125.5.1基础配方1125.5.2基础配方2135.5.3实验过程135.6 黏度测试145.6.1主要技术指标145.6.2操作使用155.6.3注意事项165.6.4 结果表示175.7涂装176性能测试176.1测干燥时间和涂膜厚度176.2测试漆膜硬度186.2.1 实验仪器及材料186.2.2实验步骤186.2.3 结果表示196.3附着力测试196.3.1范围及说明196.3.2仪器和材料196.3.3测定方法206.3.4结果表示207.试验总结23参考文献25致 谢261前言1.1金属腐蚀与防腐蚀问题 富锌底漆在重防腐领域中的应用非常广泛，确保富锌底漆的防腐性能非常重要。根据使用环境条件选择富锌底漆类型，再配合性能优异的中间漆和耐候性优异的面漆，严格按照工艺要求进行施工，控制各个工序的施工质量，达到涂料表面处理要求和规定的漆膜厚度，才能发挥重防腐涂层长效防护的作用。随着我国经济的发展，海运事业也蓬勃发展，对重防腐涂料的研究也日益关注。 本课题就是用盐雾试验，附着力试验等涂料试验找到最合适的富锌涂料配方。为下一步能实际应用的涂料奠定基础。金属腐蚀与防腐蚀问题与现代科学技术发展和人民生活息息相关，几乎所有金属材料都是在一定环境中使用。金属材料在使用过程中受环境的作用。往往随时间的延长而逐渐受到损毁或性能下降，通常称之为“腐蚀”或“老化”。自然环境主要是指大气、海水、土壤等环境，它们对金属材料都有腐蚀作用。使用的金属材料90以上是钢铁。全世界现存的钢铁及金属设备每年腐蚀率约为10，全世界每年因腐蚀损失高约7000亿美元，一般看来，由于腐蚀所造成的经济损失约占国民经济总产值的24。由此可见，金属腐蚀问题十分普遍和严重。用作大型钢铁桥梁、钢轨、车辆、贮罐、厂房等的70钢铁都是在易生锈的大气中使用，据估计因大气腐蚀的金属约占总腐蚀损失量的一半以上。随着大型工程、核电站、石油与城市建设的发展，大量的油、气、水管、电缆及其它金属构件大量埋在地下。由于土壤造成的腐蚀损失也十分可观，而这些损失是往往在出现漏油、漏气、火灾、爆炸等事故时才被发现，现代海洋工程中80金属也是钢铁。而在海洋中钢铁的腐蚀速度约为大气中腐蚀速度的十倍。随着海洋开发，海上交通、港口建设的发展，如何加强海洋腐蚀与防护问题已成为世界各国面临的重大问题，我国海岸沿线已长达一万八千多公里，加强腐蚀与防护问题更是十分突出。据专家估计，近二、三十年如果将现在腐蚀与防腐蚀科学知识得以普及，至少可使腐蚀损失减少301。现代腐蚀科学正在迅速发展，新的防腐蚀技术不断涌现，加速了裴闻腐蚀利学知识的普及，进一步将防腐蚀科学应用于各个领域，不仅对我国现代化建设发展意义深远而且还可节约大量国家能源。保护资源，减少污染减少灾害隐患，是提高社会、经济和环境效益的有效途径。金属的腐蚀一般可分为化学腐蚀、生物化学腐蚀和电化学腐蚀三种。化学腐蚀是金属表面与介质如气体或非电解质液体等发生化学作用而引起的腐蚀，比如金属锌在高温干燥的空气中直接被氧化的过程，化学腐蚀作用进行时没有电流产生；金属的生物化学腐蚀是由于各种微生物的生命活动所引起的，比如某些微生物以金属为培养基或者以其排泄物侵蚀金属，一定组成的土壤、污水和某些有机物质均能加速生物化学腐蚀；电化学腐蚀则是金属表面在介质如潮湿空气或电解质溶液等中因形成微电池而发生电化学作用引起的腐蚀。在这三种腐蚀当中，又以也化学腐蚀现象最为普遍，造成的危害也最为严重，下面的讨论主要就是针对这种腐蚀来说的。金属的腐蚀，本质上就是金属的氧化，其电极反应可表示为：M-ne-1= Mn+这是一个阳极过程，其电极电势越小，则该金属就越容易失去电子而被氧化即越容易被府蚀。据此，可以制定出防治金属腐蚀的如下五大对策。隔离法：既然微电池作用是造成金属腐蚀的主要凶素，而单单一个电极是构不成电池的，要构成电池就必须同时具备对立的阴阳两极。据此，防治金属腐蚀第一大对策就是要想办法将金属(阳极)和其介质(阴极)隔离开来，使之构不成电池。这可以通过涂油、涂漆(包括刷涂、浸涂、淋涂、辊涂、手工喷涂、自动喷涂、静电喷涂、电泳涂漆等)、烧结、磷化、氧化(或钝化，包括化学钝化和电化学钝化)、电镀等方法在金属表面覆盖一层金属或非金属(包括无机物和有机物)保护层来实现；在建没工程没备安装过程中，室外埋地镀锌钢管和钢管的埋地防腐通常采用的三油两布就是使用隔离法来实现保护的。就电镀镀层来说，又可分为阳极性镀层和阴极性镀层两种。前者是镀上去的金属比被保护的金属有较低的电极电势。比如把锌镀在铁上（锌为阳极，铁为阴极)一白铁皮即是；后者是镀上去的金属被保护的金属有较高的电极电势，比如把锡镀在铁上(锡为阴极。铁为阳极)一马口铁即是，当镀层完整时，这两种镀层的作用并无区别，都是将被保护金属与腐蚀介质分隔开来。然而，一旦镀层破坏，不一样的镀层就会产生不同的效果。阳极性镀层由于被保护的金属是阴极，即使损坏，受腐蚀的也是镀层本身，被保护的金属则仍不受腐蚀（锌因此而被称为“钢铁的卫士”)；阴极性镀层由于被保护的金属是阳极，一旦损坏，受腐蚀的将是被保护的金属，此时镀层的存在反而加速了被保护金属的腐蚀；在建筑工程中，镀锌钢管与法兰的焊接处应二次镀锌2，就是为了保护被破坏的金属管道。增大电极电势法：金属的腐蚀即金属的氧化，其电极电势越小则该金属就越容易失去电子而被氧化也即越容易被腐蚀，故所有能使其电极电势变正的因素均能减缓或防止腐蚀。因此，防治金属腐蚀的第二大对策就是要想办法去增大其电极也势：这可以利用极化（因极化总是使阳极电势变大)等方法来实现。比如，可以将破保护的金属接到外加电源的正极（负极则接铂、镍、铜、磁性氧化铁等作为惰性阴极)，使之进行阳极极化，电极电势正移，使金属“钝化”而得到保护，这也称为阳极保护法；在建筑工程中，埋地或地沟内的金属管道在进出建筑物处亦应与防雷电感应的接地装置相连3，不仅可实现防雷保护，而且通过外加正极电源，实现阳极保护而防腐，再比如，不锈钢中都含有一定的铬，铬有一种神奇的作J用，把它加入钢中即可提高钢的电极电势4，在钢中加入13的铬即可使其抗蚀性有一个显著的提高。后面将要介绍的阳极缓蚀剂，其作用之一也在于增大阳极极化，提高其电极电势。阴极保护法：金属的腐蚀是一阳极过程。因此防治金属腐蚀的第三大对策就是将金属置于阴极，即阴极保护法。阴极保护法具体又分为两种，其一是将被保护的金属（阴极)和电极电势较低的金属（作为牺牲性阳极而溶解掉)接在一起，这也称为牺牲阳极保护法。比如海上航行的船只，在船底四周镶上锌块，此时船体是阴极受到保护，锌块是阳极代替船体而受腐蚀(这里，锌再次给我们展示了“钢铁卫士”的风采，或者贬义来说就是替死鬼，替罪羊角色)。其二是将被保护的金属接在外加电源的负极上使之称为阴极，正极则接到一些废铁上作为牺牲性阳极或接到某些导体如石墨、高硅铸铁、铅银合金、镀铂钛等上面作为惰性阳极。在化工厂中一些装有酸性溶液的容器或管道以及地下的水管或输油管道常用这种方法防腐。改善腐蚀环境和介质(缓蚀剂)：此对策是在第一大对策隔离法无法实施或不能奏效时转而求其次的权宜之汁。金属的腐蚀与介质环境密切相关。加入介质，能明显抑制金属腐蚀的物质，称为缓蚀剂。缓蚀剂可以是无机盐类(如硅酸盐、正磷酸盐、亚硝酸盐、铬酸盐等)，也可以是有机物（一般是含、S、0和三键的化合物如胺类吡啶类、硫脲类、甲醛、丙炔醇等)。缓蚀剂的作用往往是由于吸附或与腐蚀产物生成沉淀而覆盖金属电极表面形成保护膜所致，它能减缓电极过程的速度，达到缓蚀剂的目的。缓蚀剂也可分为阳极缓蚀剂和阴极缓蚀剂。阳极缓蚀剂是直接阻止阳极金属表面的金属进入溶液，或在金属表面上形成保护膜，使阳极免于腐蚀，但如果加入缓蚀剂的量不足，阳极表面覆盖不完全，则反而会导致电流密度增大而腐蚀加怏，故有时也将阳极缓蚀剂称为危险性缓蚀剂。阴极缓蚀剂主要也在于抑制阴极过程的进行，增大阴极极化。有时也可在阴极上形成保护膜。阴极腐蚀剂则不具备有“危险性”，其缓蚀剂的用量一般都很小。但防腐作用却很显著，且使用方便而经济，因此也是一种最常用的方法，工业上已广泛采用。研制开发新的耐腐蚀材料：上述四大对策都属于治标不治本的“头疼医头、脚痛医脚”法。解决金耩腐蚀柚题最根本的出路需大胆创新的第五大对策即研制开发新的耐腐蚀材料”如特种合金、新型陶瓷、复合材料等来取代易腐蚀的金属，比如实验室中常用铂作坩埚或惰性电极，防腐效果很好，但因其成本太高而不可能在工业上大规模使用。不锈钢则便宜得多因而也用得较为普遍的一种耐腐蚀合金。钛也是一种很好的耐腐蚀金属。计算表明把一个钛盘子放存海水中浸泡上千年，表面腐蚀掉的还不到002毫米，几乎看不到一丝锈蚀的痕迹。在不锈钢中加进钛可防止晶间腐蚀。由爆炸焊接新技朱制造出的一种钛钢复合材料，既不怕酸、碱、盐的腐浊，价格也较低，化工厂的反应罐、输液管道，用钛钢复合材料来替代不锈钢，使用寿命可大大延长5。科学家还研制成功4种貌似玻璃的透明金属，称为“金属玻璃”6。它除了具有很高的抗张强度(达250千克每平方毫米)，还对外界酸碱的侵蚀有极好的耐腐蚀性，但是价格比较昂贵，而且加工工艺比较复杂。1.2富锌底漆的发展前景Zn被广泛地应用于金属防腐蚀中。早在1840年，法国人就开发出热浸镀锌工艺，用以保护钢板。此项工艺技术经过不断改造，至今仍被广泛使用。但从节约能源和保护环境的角度来看。它有着一定的局限性。上个世纪40年代和50年代，澳大利亚和美国的工程技术人员先后研制成功富锌漆7。经过约70年的发展。富锌漆日趋成熟，并开发出了许多类型，成功地对轮船、海上采油平台、码头、闸门、贮罐、管道、桥梁等进行了良好的防护。近20年来，底漆采用富锌底漆、中间漆采用环氧云母氧化铁漆、面漆采用高性能耐候漆的涂装体系已成为国内外现代大型钢结构建造物防腐蚀涂装共同采取的措施。最早的富锌漆是由澳大利亚人victov Nightingale在上个世纪30年代发明的用水玻璃加入等量锌粉配制而成需要高温烘干固化限制了这种底漆的应用。50年代初，美国人采用较高模数的水玻璃加入锌粉制成后固化型无机富锌漆。由它得到的涂层无需烘干，而是漆膜上喷淋H3P04液或MgCl2溶液使漆膜固化。我国在60年代广泛推广这种涂料。例如用做铁路栓焊梁的栓接板处的防锈防滑涂料。这是由于除了其有优异的防蚀性能外，其摩擦系数还能保持在045以上。60年代，水溶性自固化无机富锌漆出现，基料为硅酸钾、硅酸锂等，以硅酸锂最为常用。差不多同时，醇溶型自固化无机富锌漆得到发展，其基料为正硅酸乙酯缩合物的醇溶液，是目前应用最广泛的无机富锌漆80年代以来，高模数水溶型自固化无机富锌漆得到广泛应用，其基料为硅酸锂、硅酸钾等，具有固化快、干膜硬、对基体沾污和顶涂层的忍耐性好等优点，且施工方便具有极低VOC(挥发性溶剂含量)是其在21世纪存在的良好保证。在上个世纪40年代，Mayne和Evans开发出了以聚苯乙烯为基料的有机富锌漆，此后又有很多高分子聚合物被用于配制有机富锌漆，目前其基料以环氧聚酰胺为代表。国内在水性富锌漆研制开发过程中，其基料已经过了三代产品即：钠水玻璃、钾水玻璃、锂水玻璃。以钠水玻璃、钾水玻璃为基料的富锌漆其防腐寿命为5年到10年，锂水玻璃为基料的富锌漆防腐寿命为20年到25年国内以钠水玻璃、钾水玻璃为基料的富锌漆目前市场售价为3万元吨左右。国内还没有以锂水玻璃为基料的富锌漆，国外同类产品的进口价格在人民币9万元以上我国对无机富锌涂料的应用多局限于硅酸盐乙酯和硅酸钠系列，由高摩尔比硅酸钾制成的富锌涂料还未有工业化应用。富锌漆的施工干膜厚度有两种，一种为75um用作防腐底漆，另一种约20um用作车间底漆。车间底漆的诞生始于上个世纪50年代初最初开发的品种是以聚乙烯醇缩丁醛为基料的磷化底漆。但该漆在室外保养期较短(一般为三个月)，热加工时损伤面积较大，耐较负的阴极保护电位的性能较差，不适合装有阴极保护系统的船体水下部位，故其应用受到一定的限制。为了弥补磷化底漆的不足。60年代初开发了环氧富锌底漆，其室外保养期有69个月。此外，该漆耐热性较好，热加工时损伤面较小。但环氧富锌漆由于锌粉含量多，进行电焊、切割等热加工时，释放较多的氧化锌烟尘，对人体健康带来影响，易导致“锌热病”，且对切割速度和质量有一定影响。环氧富锌漆的另一缺点是在其表面不能涂覆常规的油性漆和油基漆，尤其是船体水下部位，会导致漆基中油料的皂化，使涂层起泡、剥离或者产生H，引起爆炸。60年代中期，为克服环氧富锌底漆的弊端，开发了环氧铁红底漆70年代初出现的无机锌底漆不仅有优良的防锈性，而且干得快、机械性能好、耐热性能优异、热加工损伤面积小、耐溶剂性能强，但其焊接、切割时仍有一定量的氧化锌烟尘发生(比环氧富锌底漆则少很多)。1.3富锌漆的防蚀机理涂层对金属的防护作用主要有三种机理：其一是对腐蚀介质渗透到基体表面的屏蔽阻挡作用；其二是缓蚀剂的作用，比如红丹底漆，其中红丹与含油介质氧化而衍生出的低分子酸反应生成的铅皂具有较强的缓蚀作用；再比如铬酸盐底漆，其中的颜料和水接触即溶出铬酸根离子，其强烈的氧化作用使金属表面钝化，从而产生很好的防腐蚀作用。其三就是富锌漆的阴极保护作用。富锌漆中锌粉的含量可高达90mass。从而保证了锌粉锌粉之间及锌粉钢基材之间良好的导电性。当水分侵入到漆膜内，锌粉和钢基材之间即形成微电池。由子Zn的电化学电位比Fe负得多，所以锌粉优先被腐蚀，从而对钢铁起到阴极保护作用。在缺乏电解液的情况下(如干燥或偶尔润湿的大气环境)Zn的腐蚀很慢，没有阴极保护作用，钢铁是被边缘屏蔽作用保护。在环氧树脂的包裹中，锌粉锌粉之间及锌粉钢基材之间一般不是直接接触。这是由于接触面至少覆盖一层单分子膜8。这样一来，电流转移效率就依赖于导电性和接触面的厚度。只有当PVC(颜料体积浓度)cPVC(临界颜料体积浓度)=1或大于1时，锌粉才能紧密排列，接触面的厚度最小，从而导电性最好。但当PVCcPVC增大时，膜的物理性能下降。这将引起环氧锌膜的共聚破坏，进而导致顶涂层剥离。相比有机富锌涂层，无机富锌涂层在其浸泡初期，电容值较大，电位更负，这可能是由于有机粘合剂的导电性差引起的9。由于镁粉的反应活性太高和铝粉容易形成低电导的氧化膜，因此实际上只有锌粉才得到广泛的应用。Leclerq10发现若ZnAl合金做为无机或有机富锌涂层的颜料，当Al含量超过几个百分点时，涂层的阴极保护和屏蔽效应就明显下降。Zn在室温下对Fe来说是阳极，可是在较高温度时(7671044)，Zn对Fe来说就变成了阴极这种情况在隔热管道中常常会碰到，这种管道如果涂上富锌漆，加之有潮湿气存在的话，不但不能保护钢管，反而会使钢管发生很深的孔蚀加入硝酸盐、二价碳酸盐、安息酸钠以及提高氧含量都有利于极性反转在无氧环境中，极性反转不会发生富锌漆的一个重要特点是有“自修补”作用当富锌漆的漆膜在受到机械损伤后，其露出的钢铁表面将有防蚀电流通过。则zn的腐蚀产物就沉积在那里形成一层保护膜，而使钢铁得到保护。自愈合的宽度大约是6mm。富锌涂层的保护作用一般被认为包括前期阴极保护作用和后期由于锌粉腐蚀产生的致密产物堵塞涂层空隙而导致的屏蔽作用11，Lindquist认为是由于锌腐蚀产物对铁基体的缓蚀作用以及局部pH的升高，但Vomagnolt否认pH升高的作用，他认为后期氧被锌粉直接吸收掉。Morcillo认为Zn的阳极腐蚀是在Zn表面某些点上的局部腐蚀，而自腐蚀则是均匀的，腐蚀产物沉积在zn表面在无机富锌涂层中，腐蚀产物堵塞了孔并将整个涂层固为一体，而在有机富锌中，腐蚀产物通常只是填充了涂层表面的孔隙。无定型锌粉的长期保护作用优于良好结晶锌粉，这是由于前者的孔很容易被腐蚀产物堵住。若锌粉颗粒与钢铁有电接触，锌粉颗粒只是腐蚀过程的阳极反应地点，而阴极反应则发生在钢铁表面。这涉及到腐蚀产物(Zn0、Zn5(oH)8 C12等)在离锌粉颗粒一定距离的充满电解液(有利于阴极区和阳极区的离子导电)的毛细管形成。这种有利于建立毛细网络(高锌含量和“伪湿”粘合剂)的情况也有利于锌在阴极防护过程的阳极溶解。由于腐蚀产物在离锌粉颗粒一定距离的地点形成，锌的阳极极化小。从而阴极防护期较长。相比之下，若锌粉颗粒与钢铁没有电接触，锌粉颗粒就不只是腐蚀过程的阳极反应地点，阴极和阳极反应将在被电解液润湿的分立锌粉颗粒的同一表面上发生。腐蚀产物在紧靠锌粉颗粒的地方形成，这增加了锌的阳极极化、降低了锌的腐蚀速度。环氧富锌底漆是应用较广泛的一种重防腐涂料，由于配方中各种物质含量不同导致最终成品的性能有很大差异，所以环氧富锌底漆的配方一直都是研究的热点文章通过正交实验设计配制成各种配比的富锌底漆，测量相应的涂料性能、涂膜物理机械性能及耐腐蚀性能，找出最佳的涂料配方。2富锌底漆概述富锌底漆分为下列两种类型：无机富锌底漆，是以烷基硅酸盐为漆基的双组分或三组分涂料；有机环氧富锌底漆，是以环氧树脂为漆基的双组分或三组分涂料。本课题主要研究邮寄富锌底漆。2.1组成环氧富锌底漆是以锌粉为主要防锈颜料，环氧树脂为基料，聚酰胺树脂为固化剂，配以适当的助剂、体质颜料、混合有机溶剂等制成的分装配套产品。其中锌粉含量最高可达到85%。2.2主要物性漆膜坚韧、耐磨、附着力好，防锈能力很强;产品性能含量很高，具有良好的阴极保护作用，工业仿佛是效果好，耐盐雾和耐湿热性能优异，用作强腐蚀环境中的钢结构长效防腐底漆。2.3作用富锌底漆作为长效防腐底漆是目前钢结构重防腐工程中常用的底漆品种，相比其他底漆具有防腐性能强，耐热性好，导电性优良，不影响焊接施工等优点。总所周知，富锌底漆的防腐剂历史基于金属锌对钢铁的阴极保护作用，在腐蚀前期过程中，由于在涂膜侵蚀时锌的电位比钢铁的电位低，因此涂膜中的锌为阳极，现受到腐蚀，基材钢铁为阴极，受到保护发生电化学反应。根据HG/T36682000，富锌底漆的性能应符合下表2.1的条件表 2.1 富锌底漆性能项目指标1型2型在容器中状态液料，搅拌混合后无硬块，呈均匀状态；粉料，应呈微小均匀粉末状态施工性对施涂无障碍干燥时间 （h）,表干 实干 124涂膜外观涂膜外观正常适用期，h 5耐冲击性，cm 2550耐盐雾性 168h能耐盐雾72h耐盐雾不挥发分，% 70不挥发分金属锌含量% 8070环氧树脂定性-含有环氧树脂耐候性天然曝晒6个月，不起泡、不生锈、不开裂、不剥落3原料简介3.1环氧树脂环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。环氧树脂的种类很多，一般他不具有腐蚀性环氧树脂及环氧树脂胶粘剂本身无毒，但由于在制备过程中添加了溶剂及其它有毒物，因此不少环氧树脂“有毒”，近年国内环氧树脂业正通过水性改性、避免添加等途径，保持环氧树脂“无毒”本色。目前绝大多数环氧树脂涂料为溶剂型涂料,含有大量的可挥发有机化合物(VOC),有毒、易燃,因而对环境和人体造成危害。环氧树脂一般和添加物同时使用，以获得应用价值。添加物可按不同用途加以选择，常用添加物有以下几类：（1）固化剂；（2）改性剂；（3）填料；（4）稀释剂；（5）其它。3.2锌锌粉深灰色的粉末状的金属锌可作颜料遮盖力极强。具有很好的防锈及耐大气侵蚀的作用。常用以制造防锈漆强还原剂等。锌片鳞片状锌粉的制备原料是纯度为99.97%的电解锌。将熔融的锌喷入空气冷却使之转变为固体锌粒，球磨成鳞片状。锌片的平均粒径为1025m。为了使锌片在应用时易分散，可将它制成锌片浆，它约含有15%的标准型200#溶剂汽油。鳞片锌粉和普通锌粉性能见表 3.1。表3.1鳞片状锌粉和普通锌粉性能12类型球状鳞片状颜色灰深灰，黑平均粒径（um）27（超细）310（标准）1025密度（kg/L）7.17.1粉密度（kg/L）2.22.2吸油量（%）581823从理论上讲，鳞片状的锌粉可以克服上述缺点：一是因为鳞片状锌粉底漆所需的最小涂层厚度可小于球状锌粉底漆的厚度；二是它可以保证足够大的电接触面积，使可接受的PVC、cPVC的范围更宽，这样既可以提供足够的阴极保护，又能保持更高的共聚粘结力13；三是有更好的抗沉降性，使底漆中锌含量的不均匀性大大减少；同时，由于鳞片锌在涂膜中平行交叠排列，锌片在涂膜中不仅起到牺牲阳极的作用，而且还起到屏蔽作用，大大减少了水、离子在涂膜中的渗透，从而增强涂层的防腐蚀作用14。与普通富锌底漆相比，它在锌粉含量和涂层厚度上可减少许多，是普通无机和有机富锌底漆的更新换代产品。本研究以澳地利BANDALUTZ锌片浆Z1051为主，再辅以其他防蚀颜料，配制成环氧富锌型底漆。4影响富锌底漆防腐性能的因素分析4.1成膜物对富锌底漆防腐性能的影响富锌底漆根据成膜物的不同，一般分为有机富锌底漆和无机富锌底漆两大类。有机富锌底漆采用合成树脂作为成膜物，如环氧树脂、环氧酯、聚氨酯、氯化橡胶等，以环氧富锌底漆为主；无机富锌底漆分为水性无机富锌底漆和醇溶性无机富锌底漆，采用无机聚合物如硅酸盐、重铬酸盐等为成膜物，锌粉与之反应，在金属表面形成锌铁络合物，具有坚实的防锈涂膜。在此筛选了国内外典型的富锌涂料，对其防腐性能进行了测试，并加以比较。4.2锌粉对富锌底漆防腐性能的影响通过试验筛选原料，发现金属锌的品质对富锌底漆的防腐性能影响也很大。金属锌含量高、其它有害杂质元素(特别是铅、铁)含量低、具有一定的反应活性的锌粉，对富锌底漆的防腐性能很重要。高品质的锌粉呈规则球状颗粒，表面氧化少，分散性好，粒度均匀，有利于产品防腐性能的稳定。4.3防锈颜料对富锌底漆防腐性能的影响磷铁粉是一种无毒无臭深灰色粉末，具有良好的导电性、导热性，在常温下具有一定的耐腐蚀性能，耐磨性好，附着力强，在富锌底漆中可以部分取代锌粉，有利于焊接切割时减少锌雾，改善工作环境，因其价格低廉，可以降低成本。磷铁粉对环氧富锌底漆防腐性能的影响按照TB/T27721997铁路钢桥防锈底漆供货技术条件中的环氧富锌底漆，耐盐雾性能检测方法要求：漆膜厚度为（805）um，划痕处24h无红锈。检测结果如下表4.1表 4.1 磷铁粉对环氧富锌底漆防腐性能的影响配方123456干膜中锌含量/%767060453025磷铁粉用量/%0051015202525303035活性防锈颜料/%000005510耐盐雾性1800h无起泡,无锈蚀1600h无起泡,无锈蚀1400h无起泡,无锈蚀1000h无起泡,无锈蚀600h无起泡,无锈蚀300h无起泡,无锈蚀耐盐水性（3%NaCl溶液）360d360d120d30d10d10d4.4膜厚度对富锌底漆防腐性能的影响考查了不同涂膜厚度对环氧富锌底漆耐盐雾性能的影响，检测结果见表3表4.2 漆膜厚度对环氧富锌底漆干膜中锌含量（%）涂膜厚度（um）耐烟雾性能762535168h起泡60901000h无起泡，无锈蚀452538120h起泡6090600h起泡，无锈蚀30259596h起泡6090300h无起泡，无锈蚀25253596h起泡6090200h无起泡，无锈蚀由表可见，漆膜厚度对环氧富锌底漆耐盐雾性能影响很大，在实际应用中，应严格按照涂装配套体系要求的涂层厚度进行施工，以保证整个涂层的防腐使用年限15。5环氧富锌底漆的研制5.1实验原理锌粉漆在使用环境中潮气条件下生成腐蚀沉积物，其反应如下：Zn+2H2OZn(OH)2+H2Zn(OH)2=ZnO+H2O5ZnO+2CO22ZnCO33Zn(OH)2+H2O5ZnO+2CO2+3H2O=2ZnCO33Zn(OH)2含有大量锌粉的底漆通过上述两种机理最终使钢铁基材得到保护5.2 试验材料环氧富锌底漆材料：成膜物质E-51；颜料、填料为锌粉；助剂，固化剂(聚酰胺)；溶剂为二甲苯、正丁醇。被涂基体材料：长宽厚(100253)的铁片。5.3试验工艺流程图环氧树脂、锌预混合研磨调漆涂装溶剂溶剂图5.1 试验工艺流程图5.4材料准备5.4.1钢板除锈方法1、小型风动或电动除锈16主要以电或压缩空气为动力，装配适当的除锈装置，进行往复运动或旋转运动，以适应各种场合的除锈要求。如角向磨光机、钢丝刷、风动针束除锈器、风动敲锈锤、齿型旋转除锈器等，属于半机械化设备，工具轻巧、机动性大，能较彻底去除锈、旧涂层等，能对涂层进行打毛处理，效率比手工除锈大大提高，可达12m2/h，但不能除去氧化皮，表面粗糙度较小，不能达到优质的表面处理质量，工效较喷射处理低。可在任何部位使用，特别在修船过程中得到广泛应用。 2、喷丸（砂）除锈主要以颗粒喷射冲蚀作用构成的以达到表面清洁和适宜的粗糙度，设备包括敞开式喷丸（砂）除锈机、密闭式喷丸（砂室）、真空喷丸（砂）机。敞开式喷丸（砂）机应用较为广泛，能较为彻底地清除金属表面所有的杂质，如氧化皮、锈蚀和旧漆膜，除锈效率高45m2/h，机械程度高，除锈质量好。但对由于磨料一般不能回收，对其他作业有影响，清理现场麻烦。所以环境污染较重，近来逐渐被限制使用。 3、高压水磨料除锈利用高压水射流的冲击作用（加上磨料的磨削作用）和水撬作用破坏锈蚀和涂层对钢板的附着力。其特点是无粉尘污染，不损伤钢板，大大提高除锈效率，可达15m2/h以上，除锈质量好。但除锈后的钢板易返锈，须涂装专门的带湿除锈涂料，对一般性能涂料的涂装有较大影响。 4、抛丸除锈抛丸除锈是利用高速旋转的叶轮将磨料抛向钢铁表面来达到除锈目的，是一种对船体钢料进行除锈的较为先进的机械处理方法，不仅生产效率高，而且费用低、自动化程度高，可实现流水线操作，环境污染少，但仅在室内操作。 5、化学除锈 主要是利用酸与金属氧化物发生化学反应，从而除掉金属表面的锈蚀产物的一种除锈方法，即通常所说的酸洗除锈，常用于小型工件和形状复杂的工件。本次试验采用5%的盐酸除锈，除锈流程为：先用5%盐酸浸泡生锈的钢板20分钟，待铁锈除掉后，用大量清水冲洗，然后用5%的氨水浸泡10分钟，再用大量清水冲洗，然后烘干。5.4.2原料测试红外测试：聚酰胺（PA）、膨润土。1、仪器介绍型号名称：Nicolet 6700 高级傅里叶变换红外光谱仪 美国适用范围：本方法适用于液体、固体、气体、金属材料表面镀膜等样品。它可以检测样品的分子结构特征，还可对混合物中各组份进行定量分析，本仪器的测量范围为4000400 cm-1。方法原理：红外光谱是根据物质吸收辐射能量后引起分子振动的能级跃迁，记录跃迁过程而获得该分子的红外吸收光谱。2试样制备方法固体样品压片法：取12mg的样品在玛瑙研钵中研磨成细粉末与干燥的溴化钾（A. R.级）粉末（约100mg，粒度200目）混合均匀，装入模具内，在压片机上压制成片测试。3、实验结果将得到的数据用Origin软件进行绘图，得到如下光谱图：图 5.2 聚酰胺红外光谱图图 5.3 膨润土红外光谱图5.5配方设计5.5.1基础配方1表5.1 基础配方1环氧树脂E-51膨润土锌粉助剂固化剂6.000.809.005.00分别让锌含量达到60%、70%、80%,得到三个配方双组分:第一组、第二组、第三组。5.5.2基础配方2表 5.2 基础配方2环氧脂619膨润土锌粉溶剂添加剂13.000.8018.100.16根据锌粉含量与涂料防腐性能关系、涂料黏度以及是否能够顺利进行刷涂来初步判断配方是否可行。对于锌粉浆组分，应打开容器，用调刀或搅棒搅拌，允许容器底部有沉淀，若经搅拌易于混合均匀，则评为搅拌混合后无硬块，呈均匀状态；对于液料，应打开容器，用调刀或搅棒搅拌，无硬块，呈均匀状态。在研究过程中用锌片替代锌粉，得知用同等质量的锌片比用锌粉得到同等黏度的富锌底漆消耗的溶剂多。分别让锌含量达到60%、70%、80%,再得到3个单组份配方：第四组、第五组、第六组，共6个配方。5.5.3实验过程室温下，将二甲苯和正丁醇按适当比例混合，经搅拌配制成稀释剂；按比例将稀释剂与E-51环氧树脂混合，搅拌配制成一定黏度的环氧树脂溶液；将稀释剂与固化剂按适当比例混合，经搅拌配制成一定黏度的固化剂溶剂；将环氧树脂E-51、锌粉（片）和固化剂黏稠液按一定比例混合，经搅拌、熟化（在基料的配制中，树脂用溶剂兑稀或溶解，制成树脂液，在放置一段时间后，黏度逐渐下降最终才趋于稳定，这时，树脂液的透明度也有所改善，这种树脂液，最适于进一步加工，这个过程，称为熟化。）等工序制得环氧富锌涂料，采用刷涂法经常规处理后的钢板表面（单位面积刷涂量基本固定），固化7天后进行防腐性能检测。工艺流程图如下：E-51环氧树脂稀释剂不能固化剂稀释剂环氧黏稠液固化黏稠液锌混合搅拌熟化施涂硬化测试金属基体表面处理助剂图 5.4 环氧富锌底漆的制备工艺图5.6 黏度测试用国产NDJ-1型旋转黏度计测试黏度。NDJ-1型旋转粘度计是用于测量液体粘度的新型仪器。广泛适用于测定油脂、油漆、塑料、食品、药物、胶粘剂等各种流体的粘度。5.6.1主要技术指标(1) 测定范围：10100000mPas(2) 转子规格：1、2、3、4号四种转子(3) 转速：6转/分、12转/分、30转/分、60转/分(4) 测量误差：5%(5) 电源：220V 50Hz(6) 外形尺寸：300300450(mm)(7) 净重：1.5kg（不包括支架）5.6.2操作使用(1) 将被测液体置于直径不小于70mm的烧杯或直筒形容器中，准确地控制被测液体温度。(2) 将保护架装在仪器上（向右旋入装上；向左旋出卸下）。(3) 将选配好的转子旋入连接螺杆（向左旋入装上；向右旋出卸下）。(4) 旋转升降旋钮使仪器缓缓下降，转子逐渐浸入被测液体中，直到转子液面标志和液面相平为止（调正仪器水平）。开启电机开关，转动变速旋钮，使所需转速数向上，对准速度指示点，使转子在液体中旋转（一般2030秒），待指针趋于稳定（或按规定时间进行读数），按下指针控制杆（注意：不得用力过猛；转速慢时可不利用控制杆，直接读数）使计数固定下来，再关闭电机，使指针停在读数窗内，读取读数。当电机关停后如指针不处于读数窗内时，可继续按住指针控制杆，反复开启和关闭电机，经几次练习即能训练掌握，使指针停于读数窗内，即可读取读数。(5) 当指针所指的数值过高或过低时，可变换转子和转速，务必使读数约在3090格之间最佳。(6) 量程、系数及转子、转速的选择：a) 先大约估计被测液体的粘度范围，然后根据量程表选择适当的转子和转速；如测定约3000mPas左右的液体时可选用下列组合：2号转子6转/分或3号转子30转/分b) 当估计不出被测液体的大致粘度时，应假定为较高的粘度，试用由小到大的转子和由慢到快的转速。原则是高粘度的液体选用小转子（转子号高），慢速度；低粘度的液体选用大转子（转子号低），快转速。c) 系数：测定时指针在刻度盘上指示的读数必须乘上系数表上的特定系数才为测得的粘度（mPas）。即：=K 式中=粘度 K=系数 =指针所指读数（偏转量）d) 频率误差的修正：当使用电源频率不准时，可按下列公式修正：实际粘度=指示粘度名义频率/实际频率e）量程表 表 5.3 量 转 程 速转子603012611002005001000250010002500500032000400010000200004100002000050000100000f）系数表表 5.4 系 转速 数转子60301261125102510255032040100200410020050010005.6.3注意事项（1）本仪器适用于常温环境下使用。（2）仪器必须在指定频率和电压允许范围内测定，否则会影响测量精度。（3）尽可能利用支架固定仪器测定。如手持操作则应保持仪器稳定和水平。（4）装卸转子时应小心操作，装拆时应将连接螺杆微微抬起进行操作，不要用力过大，不要使转子横向受力，以免转子弯曲。（5）装上转子后不得将仪器侧放或倒放。（6）一定要在电机运转时变换转速。（7）连接螺杆和转子连接端面及螺纹处应保持清洁，否则将影响转子的正确连接及转动时的稳定性。（8）仪器升降时应用手托住仪器，防止仪器自重坠落。（9）每次使用完毕应及时取下转子进行清洗（不得在仪器上进行转子清洗），清洗后要妥善安放转子。（10）装上转子后不得在无液体的情况下“旋转”以免损坏轴尖。（11）不得随意拆动调整仪器零件，不要自行加注润滑油。（12）仪器搬动和运输时应用橡皮筋将指针控制杆圈住，并套上黄色保护帽托起连接螺杆，拧紧帽上螺钉。（13）悬浊液、乳浊液、高聚物及其他高粘度液体中很多都是“非牛顿液体”，其表观粘度随其变速度和时间变化而变化，故在不同的转子、转速和时间下测定，其结果不一致是属于正常情况，并非仪器不准（一般非牛顿液体的测定应规定转子、转速和时间）。（14）做到下列各点能测得较精确的数值：a) 精确地控制被测液体的温度；b) 将转子以足够长的时间浸于被测液体同时进行恒温，使其能和被测液体温度一致；c) 保证液体的均匀性；d) 测定时尽可能将转子置于容器中心；e) 防止转子浸入液体时有气泡附粘于转子下面；f) 变换转子或转速使刻度圆盘上的读数偏高些；g) 使用保护架进行测定；h) 保证转子的清洁；i) 电源频率不准时按修正公式修正；j) 严格按照使用规则进行操作。5.6.4 结果表示表 5.5 黏度结果第一组第二组第三组第四组第五组第六组黏度（mPa.s）350046005500450075009900参照标准 美国 ASTM D 2196用旋转黏度计（Brookfield）测定非牛顿材料的不流变性。5.7涂装准备干燥无锈的钢板，测量厚度，进行刷涂。刷涂应均匀，刷涂完成后，应悬挂起来，并贴上标签并计时。6性能测试6.1测干燥时间和涂膜厚度表干时间：指在规定的干燥条件下，液体层表层成膜的时间。实干时间：指在规定的干燥条件下，液体层全部形成固体涂膜的时间。表 6.1 漆膜干燥时间表第一组第二组第三组第四组第五组第六组表干时间(min)424546555755实干时间（min）101110231025110611241230表 6.2 涂膜厚度表涂装前厚度（mm）涂装后厚度（mm）漆膜厚度（mm）1#2#3#1#2#3#1#2#3#第一组2.692.702.682.862.832.870.170.130.19第二组2.722.692.702.922.892.880.200.200.18第三组2.712.702.712.902.842.870.190.140.16第四组2.692.682.692.862.882.900.170.200.21第五组2.702.672.722.852.842.870.150.170.15第六组2.722.692.712.912.892.860.190.200.15参照标准 国家标准GB/T 1728漆膜、腻子膜干燥时间测定方法6.2测试漆膜硬度实验采用较为简易的铅笔硬度测试方法。6.2.1 实验仪器及材料：实验用铅笔是一组中华牌高级绘图铅笔：9H、8H、7H、6H、5H、4H、3H、2H、H、F、HB、B、2B、3B、4B、5B、6B，其中9H最硬，6B最软；长城牌高级绘图橡皮；400#水砂纸；削笔刀；铅笔硬度测试仪。6.2.2实验步骤：将样板放置在水平台面上，涂膜向上固定，手持铅笔约成45。以铅笔芯不折断为度，在涂膜上推压，向试验者以均匀的、约1cm/s的速度推压约1cm,在涂膜面上刮划。如图6.1所示图 6.1 铅笔法测硬度简图每划一道，要对铅笔芯的尖端进行重新研磨，对同一硬度标号的铅笔要重复刮划五道。涂膜刮破的情况：在五道刮划试验中，如有二道或二道以上认为未刮划到样板的底材或底层涂膜时，则换前一位硬度标号的铅笔进行试验，直至找出涂膜被刮破二道或二道以上的铅笔，记下在这个铅笔硬度标号的后一位的硬度标号。涂膜擦伤的情况：在如有二道或二道以上认为未被擦伤时，则换前一位硬度标号的铅笔进行试验，直至找出涂膜被擦伤二道或二道以上的铅笔，记下在这个铅笔硬度标号的后一位的硬度标号。6.2.3 结果表示表 6.3 硬度结果表示硬度1#2#3#第一组5H5H5H第二组5H5H5H第三组5H5H5H第四组4H5H5H第五组5H5H5H第六组5H5H5H参照标准 GB/T 6739漆膜硬度铅笔测定法。6.3附着力测试本实验采用画圈法测附着力。6.3.1范围及说明漆膜对底材黏合的牢固即附着力。本方法是将样板固定在一个前后可以移动的平台上，在平台移动式，做圆周运动的唱针划透漆膜，并能划出重叠的圆滚线，按圆滚线划痕范围内的漆膜完整程度来评级，以级表示。6.3.2仪器和材料（1）附着力测定仪，如下图，空载压力为200g,还可以加载100g、200g、500g的砝码。（2）四倍放大镜。（3）刷涂 宽2535mm.6.3.3测定方法图 6.2 附着力测定示意图用4倍放大镜或目视观察划痕的上侧，依次标出1、2、3、4、5、6、7七个部位，相应分为7个等级。如图9所示。按顺序检查各部位漆膜的完整程度，如某一部位的格子有70以上完好，则定为该部位是完好的，否则应认为坏损。以漆膜完好的最低等级表示漆膜的附着力，结果以至少两块样板的级别一致