水性无机富锌涂料的研究进展

    简彦红 陈炳耀 陈明毅

    摘 要：综述了以硅酸盐溶液为主要原材料的无机涂料分类、应用，以及对无机涂料达到的技术成果进行介绍，最后阐述了无机涂料的发展现状及对其今后发展的愿景。

    关键词：无机涂料；分类；应用

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.020

    1 前言

    水性无机涂料的成膜物质通常为无机硅酸盐[1]，目前的研究主要以硅酸钾、硅酸锂、硅酸钠及硅酸铵为成膜物质。硅酸盐在粘结强度、成膜能力等方面较为突出，况且其原料来源易得、成本低廉且对环境影响极低，此外无机硅酸盐的耐高温、耐老化性能也十分优异，因此无机硅酸盐涂料在耐污、耐水、耐碱、耐候及环保等性能优于大多数有机涂料[2]。水性无机富锌涂料是化学反应固化成膜，其涂膜性能依靠体系中各组分之间以及涂料与底材间相互作用来体现[3]。

    2 无机富锌涂料制备研究

    现如今，水性无机富锌涂料可根据碱金属水溶液的不同制备出性能各异的涂料[4]。在以硅酸盐为成膜物质的涂料中，硅酸钾与硅酸钠型涂料以后固化或多组分自固化为主。

    2.1 成膜物质

    硅酸盐无机富锌涂料的成膜物质一般为碱金属水溶液[5]，不同的成膜助剂所制备涂料的品种和性能不同。硅酸钾、硅酸锂、硅酸钠作为常用的成膜物质，随着碱金属离子所形成的水合离子半径增大，其反应性能也不断增强，漆膜成品越趋于稳定状态，这类碱金属离子通常离子半径较小、电荷密度高，因此以硅酸锂溶液为成膜物质的涂料中，可能实现涂料自固化情况[6]。但硅酸锂价格高昂，且经济效益较低，导致其发展受限。

    2.2 填料

    锌粉作为无机富锌涂料中的主要颜料，通常为颗粒状或片状结构[7]。在无机防腐涂料中，片状结构的锌粉是人们普遍使用的，这是由于片状锌粉不仅能够延缓腐蚀介质渗透基层，提高涂料耐腐蚀性能，还能够提供优异的遮盖力，满足人们对涂料基本性能的期望；除此之外，片状锌粉所制备的无机富锌涂料储存及施工性能优异，由于片状结构的锌粉密度较球状锌粉小很多，因此涂料中锌粉用量大幅减少，涂料密度降低，因而减少涂料储存时锌粉沉淀现象，并且大大提高了涂料的施工性能；屏蔽作用优异，片状结构的锌粉在涂层中平行、交叠排列，由此减少了涂层的孔隙率，减弱了水或离子在涂膜中的扩散，使涂层屏蔽性能增强，且提高了涂层韧性。若锌粉含量较少，锌粉表面完全被成膜物质包覆，无法与底材接触，当腐蚀介质入侵时就不能有效地保护底材；若锌粉含量较多，漆膜孔隙率增大，漆膜长时间接触腐蚀物质将被溶出，易使漆膜起泡，减少漆膜的使用寿命。

    3 无机富锌涂料的优势

    3.1 物理屏蔽作用

    无机富锌涂料存在两种类型的物理屏蔽：难溶盐生成与腐蚀产物。在传统无机富锌涂料中常用颗粒状锌粉，锌粉保持与基材电接触，当两锌粉颗粒之间接触后会进行电子传输由于涂料中锌粉的存在，根据牺牲阳极的阴极保护法形成的涂层能长时间保护基底。涂料所使用场所的不同对涂层腐蚀后的产物也存在一定差异，而腐蚀产物的产生会增加涂膜体积，填补涂层缺陷与空隙，其物理屏蔽大大减少了基底与腐蚀介质的接触[8]。

    3.2 电化学保护

    在无机富锌涂料中，无论是粒状锌粉还是片状锌粉，其作用主要是电化学保护，牺牲锌保护底材。以微观角度来看，金属锌的性质较为活泼，因此当有水分侵入漆膜则在底材接触面发生化学变化Zn→Zn2++2e；Fe2++2e→Fe，锌首先被腐蝕保护底材。

    4 无机富锌涂料展望

    4.1 发展概述

    锌对于钢材来说是是很好的保护材料，早在十九世纪，无机富锌涂料的就已经出现两种不同初始形态。在澳大利亚研究人员将锌粉加入水玻璃中配置成具有保护钢材作用的无机富锌涂料，英国研究人员则是在有机漆料中加入锌粉获得了有机富锌涂料。直至上世纪五十年代初，后固化型无机富锌涂料被成功研制，通过不断地研究，无机涂料向醇溶性自固化无机涂料方向发展。现如今，消费者日益追求健康环保理念，市面上出现了水性无机涂料，因其主要材料资源廉价易得、对环境影响较小的特性，显然符合人们的要求。然而目前无机涂料还存在一定的技术弊端，例如涂膜柔韧性、施工工艺等方面还不能为大多数消费者所接受，因此其应用领域并不宽泛，但科学是会不断创新从而推动技术发展的过程，无机涂料技术也会得以完善[9]。

    4.2 发展方向

    （1）基料方面：考虑多种硅酸盐复配、硅酸盐体系与合成树脂乳液的复配等，来改进无机涂料基料体系，因而取长补短，改善无机涂料的不足之处。例如：以硅酸钠为原料复配硅酸锂，制备成高性能的锂水玻璃；在硅酸盐基料中添加硅溶胶来增加基料体系的模数等。

    （2）成膜方面：无机涂料的漆膜固化过程中，氧化锌与硅酸盐的反应占据重要地位，若使用导电的氧化锌可大幅度提高涂层的导电性与耐腐蚀性；若使用磷铁粉或铁钛粉代替一部分锌粉，不仅可以大大降低产品的成本而且可提高涂层的防腐蚀性能。

    参考文献：

    [1]张雪芹，徐峰.无机建筑涂料[J].上海建材，2005（02）：15-17.

    [2]张雪芹，徐峰.无机建筑涂料的研究与发展[J].新型建筑材料，

    2004（07）：33-37.

    [3]张曾生，熊金平，左禹.无机富锌漆研究及进展[J].现代涂料与涂装，2007（02）：16-20.

    [4]魏勇，李瑞玲.富锌涂料的研究进展[J].涂料技术与文摘，2008

    （06）：6-8.

    [5]周春婧.硅酸盐水性无机富锌防腐涂料的制备及性能研究[D].沈阳工业大学，2014.

    [6]胡希华，苏京娇，耿大纯，崔秀云.新型无机硅酸钾建筑涂料[J].新型建筑材料，1998（10）：8-10.

    [7]蔡森.填料对水性无机富锌涂料综合性能的影响[J].涂料技术与文摘，2013，34（01）：5-8.

    [8]周文涛，李晓勤.无机富锌涂料性能及其应用[J].湖北化工，

    2002（05）：26-27.

    [9]周锡荣，唐绍裘，周武艺.新型无机涂料的制备及其应用[J].山东陶瓷，2004（01）：17-20.

    作者简介：简彦红（1993-），女，河南淮滨人，本科，助理工程师，从事水性建筑涂料方面的研发工作。