材料保护涂层课件

1、 Chapter 5 涂层保护技术1.1 涂层的防腐特点及应用 涂料，习惯称为油漆，它可以采用不同的施工工艺涂覆在物体表面，利用自身的粘附性和固化能力形成与基体粘结牢固具有一定强度、连续的固态薄膜，即涂层，又称漆膜或涂膜。许多涂层对酸、碱、盐等腐蚀介质都显示惰性，将物件与腐蚀环境相隔离，从而起到了防腐蚀的作用。涂料防腐蚀的特点如下：a.在保护同时，还具有装饰作用及标志、防火等特殊功能。b.施工简便、应用范围广，易于现场维护维修、更新。c. 成本费用和施工费用低于其它防腐措施。d.可以和其它防腐措施配合使用，获得完善的防腐系统。 1.2 防腐涂料的基本知识 (1) 涂料的基本组成及各成分的作用：

2、基 本 组 成典 型 品 种主 要 作 用成膜物质合成高分子、天然树脂、植物油脂、无机硅酸盐、磷酸盐是涂料的基础，粘接其它组分，牢固附着于被涂物表面，形成连续固体涂膜，决定涂料及涂膜的基本特征颜料及固体填料钛白粉、滑石粉、铁红、铅黄、铝粉、云母具有着色、遮盖、装饰作用、并能改善涂膜性能（如：防锈、抗渗、耐热、导电、耐磨等），降低成本分散介质(溶剂)水，挥发性有机溶剂（如酯、酮类）使涂料分散成粘稠液体，调节涂料流动性，干燥性和施工性，本身不能成膜，在成膜过程中挥发掉助剂固化剂、增塑剂、催干剂、流平剂等本身不能单独成膜，但改善涂料制造、贮存施工、使用过程中的性能注：不含有固体颜料、填料的涂层呈透明

3、状，称为清漆。 A. 成膜物质分为两类： a.非转化型成膜物质，在涂料成膜过程中组成和结构不发生变化，具有热塑性，具有可溶性，如天然沥青、松香、过氯乙烯等； b.转化型成膜物质，在涂料成膜过程中组成和结构发生变化，一般具有可反应的官能团，在一定条件下聚合成与原结构不同的网状高聚物，品种有植物油脂、含有活性基团的低分子化合物、齐聚物及缩聚型合成树脂。B. 颜料在涂料中有重要的作用： 形成各种美丽的颜色；增加物理机械强度、附着力、耐久；增加漆膜的厚度，防止紫外线的透入、抗水及蒸汽的渗透。 根据所起的主要作用不同，可分为三类：(a)着色颜料；(b)防锈颜料；(c)体质颜料(填料）。 无机铅铬黄、锑黄

4、、镉黄、锶黄、铁黄等有机汉沙黄、联苯胺黄无机银朱、镉红、钼红、锑红、铁红等有机甲苯胺红、立索尔红、对位红等无机铁蓝、群青、钴蓝有机酞菁蓝、孔雀蓝无机氧化锌、锌钡白、钛白、锑白、铅白等有机无无机炭黑、松烟、石墨等有机苯胺黑、磺化苯胺黑无机铬绿、锌绿、钴绿、铁绿等有机孔雀石绿、维多利绿、亮绿无机群黄紫、钴紫、锰紫、亚铁氰化铜有机甲基紫、苄基紫铝粉、铜粉黄色颜料红色颜料蓝色颜料白色颜料黑色颜料绿色颜料紫色颜料金属颜料着色颜料(a)着色颜料 着色颜料在漆中起着色和遮盖物面的作用，其次是提高漆膜的耐久性、耐候性和耐磨性。着色颜料按色泽可分类如下：(b) 防锈颜料 防锈颜料具有特殊的防锈能力。在涂料中涂在

5、金属表面上可阻止金属的锈蚀，甚至漆膜擦破也不致生锈。它们也有遮盖力和着色力，防锈作用可分为物理性和化学性两种。防锈颜料物理性防锈颜料化学性防锈颜料非活性活性氧化铁红铝粉石墨粉氧化锌碱性碳酸铅碱性硫酸铅红丹锌铬黄钡钾铬黄碱性铅铬黄铅酸钙锌粉铅粉(c)体质颜料 又称填充颜料，是一种没有遮盖力和着色力的无色粉状物质。共性特点耐腐蚀。耐候性、耐磨性均良好，价格便宜。 体质颜料可增加漆膜的厚度，加强漆膜体质、坚硬、耐磨，所以称为体质颜料。体质颜料密度小，悬浮力好，在漆中可以防止密度大的颜料沉底。组织细腻，改善漆的平润性和老化程度。此外还可提高耐磨性、耐水性、耐温性及电性能等。体质颜料分类如下所示：体质颜

6、料碱土金属盐硅酸盐镁铝轻金属化合物重晶石粉（BaSO4）石粉（大白粉）白垩CaCO3石膏CaSO4滑石磁土石棉粉云母粉石英粉硅藻土碳酸镁、氧化镁氢氧化铝(d) 配色原理调色成色补色红与蓝紫色黄蓝与黄绿色红黄与红橙色蓝紫与绿橄榄色橙绿与橙柠檬紫红橙与紫赤褐绿橙与蓝灰色黄与紫灰色红与紫灰色C. 溶剂在成膜过程中要完全挥发掉，要求溶剂不仅对成膜物质有较好的溶解性和化学稳定性，还要挥发性大、毒性小。有机溶剂的挥发造成资源的浪费及环境污染。现已开发出不含有溶剂的固体粉末涂料，液态无溶剂涂料，低污染水溶性涂料。(a)石油烃类溶剂低沸点石油溶剂石油醚 特种沸点溶剂溶剂汽油-200#、松香水 煤焦溶剂苯、甲苯

7、、二甲苯、重质苯(b)醇类溶剂乙醇、（正/异）丙醇、（正/仲）丁醇(c)酮类溶剂丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、环乙酮(d)酯类溶剂醋酸乙酯、醋酸丁酯(e)混合溶剂稀释剂D. 助剂用量很少，但起显著作用。分为四个类型： (a)对涂料的生产过程发生作用，如消泡剂、润滑剂、分散剂、乳化剂等； (b)对涂料施工成膜过程发生作用，如促干剂、固化剂、流平剂等； (c)对涂料贮存过程发生作用，如防结皮剂、防沉淀剂； (d)对涂膜性能发生作用，如增塑剂、防霉剂、阻燃剂、防静电剂、紫外光吸收剂等。(2)防腐涂料的分类及命名防锈涂料：含防锈染料的底漆，防止钢铁受自然因素的锈蚀。防腐涂料：防止钢铁受化学介质腐蚀的各种

8、涂料。 防腐蚀涂料品种很多，从涂料形态可分为水溶性防腐涂料、溶剂型防腐涂料、无溶剂防腐涂料、粉末防腐涂料等。 命名采用以主要成膜物质为基础的分类方法，按统一的命名原则进行。 A. 涂料型号：由成膜物代号、基本名称代号和品种序号组成。成膜物代号序号代号成膜物序号代号成膜物序号代号成膜物123456YTFLCA油脂天然树脂酚醛树脂沥青醇酸树脂氨基树脂789101112QMGXBZ硝基树脂纤维脂及醚过氯乙烯树脂乙烯树脂丙烯酸树脂聚酯树脂131415161718HSWJE环氧树脂聚氨脂树脂元素有机聚合物橡胶类其它辅助材料基本名称代号类别代号基本名称类别代号基本名称基本品种000102030405060

9、70809清漆清漆厚漆调和漆瓷漆烘漆底漆腻子水溶漆、乳胶漆大漆船舶漆40424344防污漆甲板漆船壳漆船底漆防腐蚀漆505152535455耐酸漆耐碱漆防腐漆防锈漆耐油漆耐水漆基本名称代号类别代号基本名称类别代号基本名称美术漆10111214锤纹漆皱纹漆裂纹漆透明漆其它专用漆606162636465808182838485869899防火漆 耐热漆变色漆涂布漆可剥漆粉末涂料地板漆渔网漆锅炉漆烟囱漆黑板漆调色漆标志漆胶液其 它 轻工用漆202223铅笔漆木器漆罐头漆绝缘漆303132333435363738绝缘漆(浸渍)绝缘漆(覆盖)绝缘(磁、烘)漆绝缘漆(粘合)漆包线漆硅钢片漆电位器漆电阻漆、

10、电容器漆半导体漆(3) 涂料的干燥成膜 A.物理成膜：涂料中的成膜物质为非转化型的(即在于燥成膜过程中不发生化学反应)，它包括溶剂或分散介质的挥发成膜方式和聚合物粒子凝聚方式。B.命名原则：颜色或颜料名称+主要成膜物名称+基本名称。型号命名S52-31各色聚氨酯防腐漆H06-15云铁环氧底漆W61-32铝粉有机硅耐热漆 以挥发方式成膜的涂料种类有过氯乙烯漆、沥青漆、橡胶膝、热塑性烯烃树脂漆等。 B.化学成膜：由转化型成膜物质组成的涂料被施工为薄膜状态下，成膜物要发生一系列化学反应而转变为具有一定性能的高分子膜。其结构大多为大分子网状结构，所发生的反应完全遵循高分子合成反应机理，因此可分为链锁加

11、聚反应成膜(如不饱和聚酯漆、油性醇酸树脂漆、光固化涂料等)和逐步加聚成膜(如环氧、聚氨酯、酚醛涂料等)两种方式。 涂料干燥成膜三种工艺：常温固化成膜；加热固化成膜；特种固化成膜。 聚合物粒子凝聚成膜方式是依靠高聚物粒子在一定条件下接触、挤压、变形，最后由粒子状态的聚集转变为分子状态的聚集而形成连续涂膜这是分散型涂料(如水乳胶、塑性熔胶)、粉末涂料的主要成膜方式。 (4)涂层的防腐保护原理-三种作用 A.屏蔽作用：许多涂料对酸、碱、盐等腐蚀介质显示化学惰性，起到了屏蔽腐蚀介质的作用。涂层的抗渗性是涂层起屏蔽作用的关键，为提高抗渗性，可从以下几点考虑： a.成膜物质可选用聚集态结构紧密、透气性小的

12、高聚物，如大分子链上极性基团多、支链少、交联密度大、结晶度高的高聚物，抗渗性能好。 b.加入一定量的惰性无机粉末填料(如滑石粉、高岭土、云母等) 常可提高涂层的抗渗性，当加入的固体填料为鳞片状时 (如铝粉、玻璃鳞片等)，即使涂层很薄，抗渗性仍好。 c.涂层的微孔是在涂料干燥过膜过程中形成的，与干燥固化因素有关：对于有小分子产物生成的逐步缩聚反应成膜，由于小分子产物从膜中逸出，故易形成针孔；含大量溶剂的涂料，当溶剂挥发后就会产生许多真空；如果涂膜在干燥成膜后期还能保持充分的流平性，上述针孔就会封闭，为此，要调节溶剂组成，使成膜物的溶解度在溶剂挥发过程中不致急骤降低。 d.增加涂层厚度及涂覆次数。

13、在涂层厚度相同的情况下，涂覆次数越多，出现微孔的几率就越小，防腐蚀性能就越好，实际上难以做到一次涂成所要求的厚度，但涂覆次数多，施工经费增加，因此要综合考虑不同环境中涂层的有效厚度及最低界限厚度的涂覆次数。 B. 钝化缓蚀作用：借助涂料中的防锈颜料与金属表面反应，使其钝化或生成保护性的物质以提高涂层的保护作用；另外，许多油料在金属皂的催化作用下生成的降解产物也能起到有机缓蚀剂的作用。 C. 电化学保护作用：涂料中使用电位比铁低的金属为填料(如锌)，会起到牺牲阳极的阴极保护作用，并且锌的大气腐蚀产物碱式碳酸锌较稳定，又起到封闭、堵塞漆膜孔隙作用。环境需要膜厚m涂覆次数弱腐蚀环境752-3一般工业

14、地区1253-5强腐蚀环境2505-6耐化学性能醇酸漆胺基漆丙烯酸漆沥青漆酚醛漆聚酯漆聚氨酯漆乙烯漆环氧酚醛漆环氧胺基漆过氯乙烯漆硝基漆环氧酯漆室外优良优良优良较差良好优良优良优良优良优良优良良好优良盐雾良好良好优良优良优良优良优良优良优良优良优良良好良好酒精较差中等最差最差优良中等优良较差优良优良优良中等较差汽油中等优良中等最差优良优良优良优良优良优良优良中等优良烃类中等优良较差最差优良优良优良中等优良优良良好较差中等酯酮最差较差最差最差较差最差较差最差优良良好最差最差较差盐水较差中等优良优良优良中等优良优良优良良好优良中等中等 A.底漆：直接与金属接触，是整个涂层系统的重要基础。 a. 阻

15、止锈蚀的生成和发展，含有防锈颜料、抗渗填料。 b. 与金属表面有良好的附着力和润湿力，因此成膜物分子往往含有极性基团，漆膜的收缩力要尽量小。 c.底漆中含较多固体填料的另一作用是使漆膜表面粗糙，增加与中间层或面漆的结合力。 B.中间层：与底、面漆结合良好，起承上启下作用，这主要是靠两层界面间的物质相互扩散、高分子链相互缠结以及极性基团间的吸引力。在涂层体系中底漆或面漆有时不宜太厚，所(5)防腐涂层结构 在实际应用中，大多在金属表面涂覆几种涂层，以组成一个整体系统共同发挥功效。这一涂层体系包括底漆、中间层、面漆，每层按需要分别涂刷一至数次。1.3 常用有机类防腐蚀涂料 酚醛树脂防腐蚀涂料 乙烯类

16、树脂防腐涂料 环氧树脂防腐蚀徐料 呋喃树脂防腐涂料 聚氨脂防腐涂料 有机硅树脂防腐涂料 其它树脂防腐蚀涂料 丙烯酸树脂防腐涂科 橡胶类防腐涂料以中间层的另一作用是增加涂层厚度以提高屏蔽作用。汽车漆的中间层作用是提供平整表面，保持美观，其较好的弹性能缓冲小石冲击车辆而涂层不裂。 C.面漆：与环境相接触，要具有耐环境化学腐蚀性、装饰美观性、抗紫外线、耐候性等。往往面漆的成膜物含量较高，含有紫外线吸收剂，或铝粉、云母氧化铁等阻隔阳光的颜料。(1)无机涂料成膜机理 无机涂料是以水溶性硅酸盐、磷酸盐、二氧化硅溶胶、正硅酸乙酯等无机材料为成膜物质的涂料。这些物质在涂膜干燥过程中发生水解等一系列反应，最终形

17、成坚固的网状二氧化硅结构或网状缩合磷酸盐结构将各种填料粘结成一紧密的、坚硬的整体，具有优异的耐蚀、耐热性能；无机涂料的成膜物质不同，其成膜机理也有所差异。 A.水溶性硅酸盐最常见的是水破璃，又称泡花碱，通式为：Na2OnSiO2，n为水玻璃模数，代表了SiO2与Na2O摩尔数比值，涂料用水玻璃模数以34为宜。1.4 无机防腐蚀涂料简介 水玻璃溶液中由于水解作用含有一定浓度硅酸凝胶，具有粘结性能，将填料粘结起来，硅酸凝胶将发生去水反应转为网状SiO2： Na2OnSiO2 + (2n+1)H2O NaOH + nSi(OH)4 nSi(OH)4 SiO2 + 2H2O 金属卤化物(如MgC12)

18、、氟硅酸钠、磷酸都能中和水玻璃水解生成的NaOH，促进硅酸凝胶的生成。但所生成的一些可溶性盐(NaX、Na2PO4)结晶于涂层表面，固化后须用水冲洗除去： MX2 + Na2OnSiO2 + 2(n-1)H2O MSiO3 + (n-1)Si(OH)4 + 2NaX 2Na2OnSiO2 + Na2SiOF6 + 2(n+1)H2O6NaF + (2n+1)Si(OH)4 硅酸同时还可与铁发生反应，生成硅酸铁，使涂膜与金属表面的附着力增大。还可与金属氧化物(如氧化锌、氧化铅等)反应，生成不溶性的复盐，增加涂层的抗渗性。 B.正硅酸乙酯实际上是一种半无机的粘合剂，可溶解于有机溶剂中。涂刷后溶剂挥

19、发、正硅酸乙酯逐步水解转变为聚硅氧烷，然后吸收空气中的水分最终形成聚二氧化硅的结构： (n+2)(RO)4Si + (n+1)H2O RO-Si-O-Si-O-n- Si-OR + 2(n+1)ROHH+OROROROROROR RO-Si-O-Si-O-n- Si-OR OROROOROR C.水溶性磷酸盐涂料一般需高温烘烤才能固化，在加热过程中酸性磷酸盐的H+被金属离子置换生成不溶于水的缩合物。固化剂为金属氧化物、金属复合氧化物、氢氧化物、硅氟化物、硼酸盐等。(2) 无机涂料的防腐应用 无机防腐涂膜具有优异的耐酸、耐油、耐化学药品、耐候性能，特别是耐热性、耐燃性是有机涂层无法比拟的。因此作

20、为耐热防腐涂料广泛应用于化工设备、烟囱、高温蒸气管道、热交换器、高温炉、石油裂解设备、飞机发动机部位及排气管等，并在航空、宇航事业中越来越受重视。 无机涂料的缺点是涂膜较脆、对底材的处理要求严格。近年来，通过引入有机树脂与其混合成发生化学反应方式来提高涂层对底材的附着力、抗龟裂性、耐水性和抗渗性。如硅酸钠与低分子量的尿素树脂反应制得水性耐热树脂，再与耐热填料配制成能耐1800的耐热防腐徐料；由水玻璃、聚酯树脂和无机颜料配制成的能耐1200 的高温防腐涂料。1.5 具有特殊性能的防腐蚀涂料 (1)富锌涂料：含大量活性颜料 -锌粉的涂料。由于锌粉对钢铁的阴极保护及腐蚀产物碱式碳酸锌(4ZnOCO2

21、4H2O)稳定封闭、堵塞漆膜孔隙，使涂层具有极好的屏蔽作用，因此尽管涂层较薄，但仍能对金属起到较好的保护作用，使用寿命长。 富锌涂料一般用作底漆，其干膜锌粉含量一般在8595之间才能很好地起到电化学保护作用。根据成膜物质的不同可分为无机富锌涂料和有机富锌涂料。 有机富锌涂料常用环氧、聚氨酯、乙烯类树脂及氯化橡胶为成膜物质。成膜物及配套面漆不用不耐碱的基料(如醇酸树脂阴极保护产物为碱性)。 无机富锌涂料是锌粉与水玻璃、正硅酸乙酯等无机基料组成，硅酸凝胶能与锌粉和铁发生反应，产物具有保护性能。 (2)带锈涂料：即带锈底漆，是指能直接涂覆在未充分表面处理、有残余锈蚀的钢铁表面，而具有一定防锈功能的涂

22、料。在一般金属防腐涂装中，表面处理费用占涂装总费用的4550，特别对于桥梁、海上采油设施、重型机械等大型整体钢铁构件，进行现场表面处理非常困难。 铁锈情况如下，面层主要是Fe3O4，结构疏松的浮锈，较稳定； 中层以Fe2O3nH2O的粒状锈为多，不稳定；底层紧贴钢铁表面，主要为FeOH2O，是新生态的正在成长的活性锈。 带锈涂料是直接涂在除去上层浮锈的底锈上的底漆，原理是根据锈层组成、结构、性质，稳定活泼铁锈。 带锈涂料必须具备两个特殊的件能：一是对锈层有足够的渗透能力。能充分浸润、渗透整个疏松多孔的锈层，将锈层粘结成连续的封闭性涂层；二是对锈层有足够的反应性，能将锈层中活泼、有害的铁化合物经

23、过钝化或转化，变成稳定无毒的填料。带锈涂料根据作用原理分为渗透型、转化型、稳定型三大类。 A.渗透型防锈涂料：主要是利用粘度较低的液态基料对疏松铁锈的浸润、渗透作用，把铁锈分隔并包封起来，使之失去活性阻止了锈蚀的进一步发展，同时借助防锈颜料起防锈作用。适用的粘度较低的油性树脂基料为：环氧树脂、醇酸树脂、熟制亚麻仁油、长油醇酸等。但渗透能力最好的为鱼油、渔油醇酸。配合的防锈颜料多为红丹、铁酸盐、氧化锌等。为增加渗透能力，常加表面活性剂，如脂肪胺、聚氧乙撑烷基酚醚等。但单靠上述的渗透性是不够的，又发展了既具有良好渗透性又能稳定活泼锈蚀的反应性树脂和螯合树脂的带锈涂料。主要适用于在锈蚀较久、化学污染

24、较少的钢铁表面施工，尤其是对钢铁结构的一些铆接或螺栓部位。常用于海洋石油化工装置、桥梁、船舶，防锈效果良好。 B.稳定型带锈涂料：利用活性防锈颜料及稳定剂与活泼铁锈形成难溶的杂多酸配合物，使金属钝化达列稳定目的。其成膜物质多为醇酸树脂，并常配有少量表面活性剂以增加渗透能力。 稳锈剂是磷酸锌、铬酸锌、铬酸钡、铬酸锶、四盐基锌铬黄等活性颜料，一般认为颜料水解形成以六价铬为主体的阴离子配合物，与铁锈形成难溶的“杂多酸”配合物，使金属表面钝化。 为了改进稳锈剂的稳锈作用，在涂料中常加入适量的有机氮碱，如铬酸胍、铬酸二苯胍等，它能形成更大的不溶性杂多酸配合物。颜料在水解过程中产生的锌离子对金属铁也有阳极

25、阻蚀剂的作用。加入定量的氧化锌对活泼的铁锈也起一定的稳锈作用。因为氧化锌水解生成氢氧化锌，能与铁锈作用生成稳定的类似于Fe3O4的结构。 C. 转化型带锈涂料(也称为反应型带锈底漆)：涂料中含有锈的转化剂(亚铁氰化钾、磷酸、丹宁酸、铬酸等)，可在短期内把铁锈转化为无害、难溶的或具保护作用的配合物或螯合物。-FeOOH-FeOOH+HOHOZn O=Fe-OO=Fe-OZn + H2O 下面以磷酸和亚铁氰化钾所组成的转化液(转化液H005)为例说明转化机理。转化液原料中85H3PO4占88，亚铁氰化钾占12，原料搅拌生成乳白色的亚铁氰酸，用塑料或玻璃瓶包装。 H005转化液中的亚铁氰酸与铁锈作用：2Fe2O3 + 3H4Fe(CN)6 Fe4Fe(CN)63 + 6H2O 另外，转化液中多余的磷酸与铁起反应：2Fe + 2H3PO4 2FePO4 + 3H2 亚铁氰酸与铁锈作用生成亚铁氰化铁蓝色沉淀(普鲁士蓝)，从而使铁锈转化为有用的颜料，起着对钢铁的防腐作用；另外多余的磷酸与铁锈反应生成磷酸铁，同时对金属铁起磷化作用。 转化型带锈涂料适较用于锈蚀较均匀且不残留轧制氧化皮或片状厚锈的钢铁表面，并且需涂防锈底漆、面漆才能起到保护作用。 (3)粉末涂料(塑料防腐涂覆层)：由树脂、颜料及固体填料、助剂组成的不含挥发性