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新型风电塔筒涂膜镀锌的制备及性能研究阀片

时间：2022年07月21日

新型风电塔筒涂膜镀锌的制备及性能研究

【中国牛涂网，NTW360.com新闻资讯】

新型风电塔筒涂膜镀锌的制备及性能研究

徐祥1，廖有为2，杨道武1

(1．长沙理工大学化学与生物工程学院，长沙410114;2．湖南湘江涂料集团有限公司，长沙410003)

摘要:通过对涂膜镀锌溶剂体系的筛选和锌粉含量的调整，并采用耐盐水性测定、中性盐雾试验和导电性测试等方法对自制的涂膜镀锌进行了耐腐蚀性研究。结果表明:当溶剂体系中醋酸丁酯与重芳烃质量比为3∶1时，涂料具有良好的机械性能、表面状态和干燥时间;当干膜中锌粉含量为96%时，涂层防腐性能最佳，且性价比高，适用于重防腐领域;导电性测试表明:涂膜镀锌与普通富锌涂料相比，具有更为优异的电化学性能，能够起到良好的阴极保护作用。

关键词:涂膜镀锌;溶剂体系;锌粉;腐蚀试验

中图分类号:TQ 630.7文献标识码:A文章编号:0253－4312(2012)08－0057－04

随着涂料工业的发展，很多高性能的防腐涂料被相继开发出来，使得防腐涂料的应用领域变得越来越广，性能也越来越优异，但一些特定重腐蚀领域的发展却相对缓慢okmart.com。例如海洋和沿海风机塔筒的涂装工艺就越来越不能满足现代防腐蚀要求。许多重防腐领域都存在投资高、维修难等问题，如果防腐处理不到位，设备会很快报废，这就对所应用的防腐涂层提出了很高的要求，其经济价值也不言而喻。本研究对新型重防腐涂料涂膜镀锌进行了深入探讨，希望能为相关领域提供一定参考。

传统的防腐方法主要是使用普通富锌涂料，但传统的富锌涂料的锌粉含量低，大多在70%以下，只有微弱的阴极保护作用，主要通过涂层提供被动屏障保护，普通富锌涂层上只要出现轻微划痕就会产生锈蚀，随后造成大面积锈蚀［1－2］。为了提高电导率，可在普通富锌涂料里添加大量的锌粉以加强阴极保护。但锌粉的体积浓度远远超过CPVC时，防腐性能反而下降。为解决上述问题，近年来发展了一种新材料:涂膜镀锌。如比利时ZINGAMETALL公司涂膜镀锌等［3－4］。涂膜镀锌具有阴极保护和屏障保护双重保护作用，干膜中金属锌含量可高达96%以上。它继承了传统电镀锌、热喷锌和富锌涂料的优点，并且克服了它们的不足，是一种新型、长效、环保、便捷的钢结构防腐技术，尤其在钢结构维修方面展现其突出的优势，从而拓展了“锌保护”应用的新领域，显示其强大的生命力［5］。

1·试验部分

1.1原材料

丙烯酸包覆树脂:50%固含量，日本进口;锌粉:1 000目，工业级，湖南优美科(富虹)锌业公司;醋酸丁酯、二甲苯(X－1)、重芳烃:工业级，长沙新鸿胜化工原料有限公司;锌加:比利时锌加公司;鳞片状无机富锌涂料:天津鸿瑞发化工有限公司;无机磷酸盐富锌涂料:武汉银河涂料化工有限公司。

1.2涂膜镀锌的制备

向调漆罐中加入混合溶剂和丙烯酸包覆树脂，在搅拌的情况下加入锌粉，高速搅拌20～30 min，过滤即可。

1.3参考配方

涂膜镀锌底漆参考配方如表1所示。

1.4分析测试方法

1.4.1涂层常规性能测试

涂料性能测试标准如表2所示。

1.4.2导电性能

按GB/T 16906—1997石油罐导静电涂料电阻率测定法，测量涂层表面电阻。

2·结果与讨论

2.1溶剂的选择

涂料中溶剂的主要作用是将成膜物质变成液态的涂料，它对涂料的制备、贮存、施工和成膜以及涂料的外观和内在性能都产生重要影响，所以对涂料溶剂的组成和用量的选择很重要。为了探讨涂膜镀锌最合适的溶剂体系，分别选用单溶剂体系和混合溶剂体系进行试验，并调整混合溶剂体系的配比来考查其对涂膜施工及机械性能的影响。

2.1.1溶剂体系对表干时间和溶解力的影响

选用重芳烃与醋酸丁酯不同质量比的混合溶剂体系进行试验，结果如表3所示。所有试板颜色均与锌加对比。

由表3可以发现，混合溶剂体系溶解力明显强于单一溶剂体系。当溶剂体系不同时，其溶解力也随之变化。树脂的溶解属于高分子聚合物的溶解，其溶解速度的快慢主要取决于溶剂分子和高分子聚合物分子间亲和力所决定的溶剂向高分子聚合物分子间隙中扩散的难易，这表明，对一种树脂的溶解表现，并不只与所用溶剂有关。根据溶解度参数相近原则，如果溶剂的溶解度参数与溶质相近，通常当两者差值小于1.3～1.8时，则此树脂能溶于溶剂。当溶剂为混合体系时，混合溶剂的溶解力与其中溶解力参数更接近于树脂的组分的百分含量成正比［6］。由于重芳烃的溶解度参数为8.9，醋酸丁酯的溶解度参数为8.4，对于溶解度参数为8.7的试验用树脂而言，重芳烃有更好的溶解性，采用重芳烃和醋酸丁酯的混合溶剂体系时，随着混合溶剂中重芳烃比例的增大，混合溶剂的溶解力也不断加强。

另外，随着溶剂体系的改变，涂膜的颜色变化较为明显，这是由于溶剂组成不同，其在成膜物质中的挥发速率也不一样，而溶剂的挥发速率直接影响着涂层表面锌粉的氧化情况，氧化程度的不同决定了涂膜的表观颜色。同时实验证明使用醋酸丁酯和重芳烃溶剂体系使涂料的表干时间更趋于稳定。

2.1.2溶剂体系对涂膜基本性能的影响

本实验将试样分成2组，其中A组采用涂刷后100℃烘烤35 min测试，B组采用常温下干燥成膜10 d后测试，测试结果见表4。

从表4中可以看出，溶剂体系对涂膜的附着力和耐冲击性基本无影响。但溶剂体系的配比对涂膜的柔韧性有影响。同时，通过常温干燥和烘烤快速干燥后的涂膜机械性能基本保持一致，这样使得该涂料能在特殊的条件下施工，增加了涂料的施工性能。2号和5号样品在2种不同干燥条件下物理机械性能保持良好且稳定，与同样条件下锌加涂料性能相似。从表3可以看出，5号样品表干速度过快，不利于实际施工。所以，综合溶解力性能、涂膜表面状态、表干时间以及机械性能等因素，最终选用m(重芳烃)∶m(醋酸丁酯)=3∶1的混合溶剂体系。

2.2锌粉含量对涂膜镀锌成膜性能的影响

在富锌涂料中，一般都是以锌粉作为唯一的颜料，研究表明，只有涂膜中的锌粉含量达到90%以上时才能保障锌粉粒子和钢结构之间的电流传导［7］。由于锌的电极电位比铁的电极电位低，正是利用了锌的牺牲阳极作用来对钢铁材料进行保护。当锌粉被腐蚀后，生成的产物可填充涂膜的孔隙，封闭涂膜的损伤部位。因此，作为涂膜中主要的防腐和传导物质，锌粉含量的多少直接影响着涂膜镀锌成膜的防腐性能。锌粉粒径越小，锌颗粒间的接触面就越大，从而使锌粒的排列更紧密、空隙更小、镀层致密、孔隙率低，即使涂膜镀锌镀层中存在一定的结构间隙，也可被更细小的锌粉颗粒填充，进一步加大镀层的致密度。经过筛选，试验选用1 000目锌粉进行试验，并考察了锌粉添加量对涂膜镀锌底漆防腐蚀性能的影响，实验结果见表5。

从表5可看出，涂膜的耐盐水和耐盐雾性随着锌粉含量的增加而改善。当锌粉含量达到一定值时，涂膜与试板间的附着力明显降低。这是因为随着锌粉含量的增加，涂膜中的树脂量相对减少，当达到某一临界点时，涂膜中的基料不足以包覆所有的锌粉颗粒，涂膜的连续性遭到破坏，导致涂膜的附着力和屏蔽作用减弱，腐蚀介质直接渗透到锌粉表面，造成锌粉腐蚀，致使涂层鼓泡［8］。由此腐蚀介质很容易透过涂层到达钢结构表面造成腐蚀，导致涂层脱落。试验结果表明，当锌粉含量达98%时，涂层强度和附着力都急剧下降。通过对防腐性能和成本的综合考虑，将锌粉含量定为96%。

2.3导电性能研究

传统的钢材镀锌保护方法很多，其中热镀锌属于早期的保护手段，但其明显缺点是受到工件尺寸的限制，而且施工设备也很复杂，使得其在很多大型施工领域无法进行。电镀锌能够得到均匀而致密的涂膜，起到很好的屏蔽和保护作用，但由于电镀产生的膜层厚度很薄，很容易受到机械强度破坏而影响涂膜的防腐性能，所以在应用方面也受到一定限制。富锌类涂料通过良好的导通性和电化学性能对钢材起到了很好的保护作用。本研究对A(涂膜镀锌)、B(锌加)、C(鳞片状无机富锌涂料)、D(无机磷酸盐富锌涂料)4种富锌类涂料的层表面电阻率进行了测量，结果如表6所示。

根据表6可知，试样A和试样B都具有较好的导电性，而且二者导电性较为接近。这是因为其涂膜中锌粉含量都很高，锌粒之间接触充分，在整个涂层中形成了很好的通路，能够对钢材实行很好的阴极保护。试样C涂层导电性能次之，虽然其锌粉含量不高，但锌粉的鳞片状保证了它们在基料中的排列更为连续和紧密，同样保持了涂层的整体导通性［10］。试样D导电性较差，表面对破损后对底材的阴极保护能力有限。

3·结语

(1)使用m(重芳烃)∶m(醋酸丁酯)为3∶1的混合溶剂体系，能很好地解决涂膜镀锌的干燥和表面状态问题，在保持涂膜良好机械性能的同时提高了施工性能。

(2)试验表明，当干膜中锌粉含量为96%时，具有较佳的防腐性能和经济性，适用于ISO 12944－2—1998规定的C5－M恶劣腐蚀环境，可用于风电领域。

(3)涂膜镀锌涂料与普通的富锌涂料相比，具有更加优异的电化学防腐性能，应用前景广阔。

参考文献

［1］李炎．富锌涂料的研究及进展动态［J］．上海涂料，2009，47(1):36－47．

［2］李中涂．富锌涂料特点及应用领域［J］．河北化工，2010，33(10):39－40．

［3］陈振财．第五届全国腐蚀大会论文集［C］．北京:中国腐蚀与防护学会，2009:14－17．

［4］钱宗河，莫兆祥．锌加涂料在水工钢闸门防腐中的应用［J］．给水排水，2011，37(3):82－85．

［5］廖有为，徐祥，杨道武，等．2011防腐蚀涂料年会暨第28次全国涂料工业信息年会论文集［C］．常州:全国涂料工业信息中心，2011:27－30．

［6］涂料工艺编委会．涂料工艺［M］．3版．北京:化学工业出版社，1997．

［7］MARCHEBOIS H，KEDDAM M，SAVALLA C，et al．Zinc－richpowder coatings