热浸锌、热喷锌、电镀锌、富锌涂料等锌防护层技术广泛用于钢结构的防护,在施工、应用过程中,锌防护层难免产生破损、缺陷,腐蚀失效首先在防护层的破损、缺陷处进行,特别是在沿海、重工业污染区等苛刻环境中,锌防护层失效大大加快,必须及时修补,否则影响设备安全服役.

采用改性锌酸盐等对锌防护层进行表面钝化处理,仅可在一定程度上提高锌防护层的耐蚀性,且对于输电塔等大型钢结构,严格的表面处理难以实施.低表面处理的锌防护层修复涂层首先要能够对锌防护层阴极防护功能进行修补,其次要能与低表面能的电镀锌、热镀锌表面相容良好且附着性较好,对锌防护层破损锈蚀铁基的低处理表面附着良好并有效防护.

富锌涂料具备阴极防护性,可考虑作为锌防护层修复体系;对于如何提高富锌涂料的性能国内外学者做了大量的研究,SCHAEFER等添加纳米锌粉优化球状锌粉间导电性,ARIANPOUYA等添加纳米粘土提高抗渗透性,GERGELY等以聚吡咯包覆氧化铝和碳纳米管、AKBARINEZHAD等将纳米粘土与纳米锌、聚苯胺复合,ARIANPOUYA等将纳米粘土和纳米锌复合增加导电性及降低孔隙率;

王宇池等对片状、球状锌粉的复合添加进行了探讨,但未对二者在涂层中的耦合作用与防护机理进行深入研究;谢德明等以电化学阻抗谱(EIS)技术研究了球状、鳞片状两种锌粉涂层的失效差异性.这些研究均取得一定效果,但均需在严格处理(St2.5及以上)表面进行涂装,低表面处理锌防护层修复涂料报道不多.高翔和陈云等利用双组分环氧树脂为成膜物,匹配鳞片状锌粉、有机转锈剂等制备的低表面带锈富锌涂层,在中性盐雾800h时发生点蚀,其耐蚀性远不能满足工程需要.因而,开展与锌防护层具有较好相容性、防护性能较高的低表面处理锌防护层修复涂料的研制工作十分必要.

一、电镀锌构件

李晓刚等人前期以含强极性基团的双组份三元共聚树脂为成膜物,匹配复合锌粉、防锈颜料,添加有机-无机杂化改性剂,制备在锌防护层、Q235(St3)及Q235(St2)基材上防护性能优异的锌防护层修复涂料.

在此,李晓刚等人研究涂料组分(复合锌粉、有机-无机杂化改性剂)对涂层防护性能的影响,并与同类进口产品对比分析,为高性能锌防护层修复涂料的应用奠定了基础.

锌防护层修复涂层具有如此高的耐蚀性,分析认为有以下3点原因:

1)采用的树脂是以氯乙烯、羟基乙烯醇、醋酸乙烯酯为单体的三元共聚树脂,含大量强极性基团-Cl,可以和基材良好附着;树脂中羟基和异氰酸酯类固化剂发生交联反应(如式(5))使漆膜致密性好.同时,生成的NH-CO键使树脂与填料及基材强力粘合;

2)添加的有机-无机杂化改性剂可在涂层-基材界面形成化学键,大大提高了涂层附着力,并可与异氰酸酯类固化反应,在涂层内部形成有机-无机杂化链段,引入高键能的Si-O键,大幅提高耐老化性;

3)多形态锌粉可在固化成膜过程中形成片状层与球状层的双层分布,涂层的屏蔽性及阴极防护性得到增强.

二、结论

1)锌防护层修复涂层中复合锌粉含量由70%增加到80%(质量分数)时,涂层附着力逐步增加;多形态复合锌粉可在涂层中形成片状层、球状层的双层分布,涂层屏蔽性增强,且电流传输作用得到优化,阴极防护性增强,涂层耐中性盐雾性显著提高,Q235(St2)基材出现锈蚀的时间由800h提高到2000h以上.

2)锌防护层修复涂料中有机-无机杂化改性剂可在涂层-基材界面处形成的化学键,在电镀锌、Q235(St2)、热浸锌表面涂层附着力分别可提高0.5倍、2.2倍、2.1倍;有机-无机杂化改性剂在涂层内部与异氰酸固化剂反应,形成有机-无机杂化链段,增强涂层致密性,提高涂层耐蚀性,在锌防护层、Q235(St3)上涂层的耐中性盐雾性3000h后,引入高键能的Si-O键使涂层的耐老化性明显提高,紫外加速老化2000h后仍未出现粉化、锈蚀,其防护性能远高于同类进口产品的,可用于大气环境中锌防护层的修复及复杂钢铁构件的长期防护.

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