周豪

（新疆鐵道勘察設(shè)計(jì)院有限公司，新疆 烏魯木齊 830000）

防腐涂層是目前較為有效的一種預(yù)防消防管道腐蝕的方法，在消防管道投入使用前，都會(huì)提前覆涂一層防腐涂料，增加消防管道的使用壽命。但傳統(tǒng)水性防腐涂料存在環(huán)境耐性差的問(wèn)題，使其應(yīng)用效果受到了很大的限制。針對(duì)以上問(wèn)題，部分學(xué)者進(jìn)行了很多研究，如李林濤以亞麻油酸與環(huán)氧樹脂為原材料，合成一種新型防腐涂料，并對(duì)其性能進(jìn)行分析。結(jié)果表明，該防腐涂料在一定環(huán)境下表現(xiàn)出較好的防腐性能[1]。祝寶英則開發(fā)出一種早期耐水、耐鹽霧性良好的水性環(huán)氧樹脂防腐涂料，結(jié)果表明，該防腐涂料表現(xiàn)出較好的耐水防腐性能[2]。張哲、王瑛貌則對(duì)防腐涂料單一影響因素進(jìn)行研究[3,4]。以上研究為水性防腐涂料的發(fā)展提供了一些數(shù)據(jù)參考，但這些水性防腐涂料在環(huán)境耐性方面還有提升的空間。為了進(jìn)一步提升水性防腐涂料的環(huán)境耐性，本試驗(yàn)嘗試以防水性能較好的瀝青乳液作為主材料，制備出一種環(huán)境耐性較佳的消防管道用防腐涂料。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與設(shè)備

乳化瀝青（RHLW1-2 宏馳防水材料）；NaOH（AR 盛強(qiáng)化工產(chǎn)品）；H2SO4（AR 朋松化工貿(mào)易）；丙烯酸乳液（S984，A0050，麒麟化工）；水性環(huán)氧乳液（6520，1010，吉田化工）；固化劑（8538，1061，大唐化工）；增稠劑（標(biāo)準(zhǔn)品 弘達(dá)化工）；亞硝酸鹽類防閃銹劑（CP 恩澤化工）；滑石粉（I 級(jí) 龍廣滑石）；Fe2O3（CP 榮奧化工新材料）；Zn3（PO4）2（AR 思坦顏料化工）；Ca3（PO4）2（AR 今朝化工）；微硅粉（標(biāo)準(zhǔn)品 超威納米科技）；成膜助劑（標(biāo)準(zhǔn)品 富舜新材料）；pH 調(diào)節(jié)劑（CP 啟航化工科技）。

YZ-4KW 型高速分散機(jī)（億尊環(huán)保科技）；YJD-200-BS 型耐鹽霧試驗(yàn)箱（英檢達(dá)儀器）；EVO 18 型掃描電子顯微鏡（普瑞賽司儀器）。

1.2 試驗(yàn)方法

水性瀝青防腐涂料的制備（1）對(duì)消防管道的需求進(jìn)行分析，然后對(duì)消防管道防腐涂料的配方進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體配方見表1。（2）在高速分散機(jī)內(nèi)依次放入填料進(jìn)行分散。分散轉(zhuǎn)速和時(shí)間分別為600r·min-1和10min。（3）放入體質(zhì)填料和防銹顏料，調(diào)節(jié)體系pH 值，高速分散，分散轉(zhuǎn)速和時(shí)間分別為3000r·min-1和30min。（4）將水性環(huán)氧乳液和水性瀝青放入，并將分散機(jī)轉(zhuǎn)速降低至800r·min-1，分散時(shí)間為25min。（5）同增稠劑條件黏度，在500r·min-1的轉(zhuǎn)速條件下分散5min，得到A 組分。（6）將A 組分與B 組分混合，然后在800r·min-1的轉(zhuǎn)速下分散6min，得到水性瀝青防腐涂料。

表1 防腐涂料配方Tab.1 Formula of anticorrosive coating

水性瀝青防腐涂料的具體制備流程見圖1。

圖1 水性瀝青防腐涂料的制備流程Fig.1 Preparation of waterborne asphalt anticorrosive coating

1.3 性能測(cè)試

1.3.1 鉛筆硬度測(cè)試 參照國(guó)標(biāo)GB/T 6379-2006對(duì)防腐涂料鉛筆硬度進(jìn)行測(cè)試[3]。

1.3.2 附著力測(cè)試 參照國(guó)標(biāo)GB/T 9286-1998 對(duì)防腐涂料附著力進(jìn)行測(cè)試[4,5]。

1.3.3 耐性測(cè)試

（1）漆膜耐性測(cè)試樣品處理 打磨鋼板并清洗，然后在表面均勻覆涂，置于常溫條件下進(jìn)行干燥處理，處理時(shí)間為7d，然后進(jìn)行封邊處理。

（2）耐中性鹽霧 參照國(guó)標(biāo)GB/T 1771-2007 測(cè)試防腐涂料的耐中性鹽霧性能[6]。將制備的鋼板樣品置于耐鹽霧試驗(yàn)箱內(nèi)，設(shè)置試驗(yàn)溫度和鹽水濃度分別為35℃和5%，定時(shí)觀察防腐涂料漆膜的起泡情況并記錄。

（3）耐水性測(cè)試 參照國(guó)標(biāo)GB/T 1733-1993 測(cè)試防腐涂料的耐水性[7]。

（4）耐酸堿性測(cè)試 參照國(guó)標(biāo)GB/T 9274-1998測(cè)試防腐涂料的耐酸堿性[8]。

1.3.4 微觀形貌分析 將干燥的涂料剪碎后，固定、噴金處理后用E 掃描電鏡對(duì)防腐涂料微觀形貌進(jìn)行分析。

1.3.5 顏填料體積濃度（PVC）測(cè)試 顏填料總體積與涂料中不揮發(fā)成分的體積比為顏填料體積濃度[9,10]。顏填料體積濃度表達(dá)式為：

2 結(jié)果與討論

2.1 成膜體系的選擇

丙烯酸乳液和環(huán)氧樹脂乳液都是目前較為常用成膜體系，為得到更適合的成膜體系，本試驗(yàn)分別選擇兩種丙烯酸乳液和兩種環(huán)氧樹脂進(jìn)行試驗(yàn)，性能測(cè)試結(jié)果見表2。

由表2 可見，4 種成膜體系對(duì)防腐涂料的硬度和耐水性影響不大，但從耐酸性和耐鹽霧性能分析可知，水性環(huán)氧樹脂更為適合。這是由于固化水性環(huán)氧樹脂后，分子結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合，具有較高內(nèi)部穩(wěn)定性[11]。因此，本試驗(yàn)以環(huán)氧乳液6520 和固化劑8538 為成膜體系。

表2 成膜體系對(duì)涂料性能的影響Tab.2 Effect of film forming system on coating properties

2.2 體質(zhì)填料的選擇

體質(zhì)填料的主要作用為增強(qiáng)漆膜硬度和厚度，防止涂料因?yàn)檫^(guò)于稀薄造成附著力和遮蓋力差的問(wèn)題。為尋找最適合的體質(zhì)涂料，本試驗(yàn)選擇了3 種目前涂料最常用的體質(zhì)填料進(jìn)行試驗(yàn)，其性能變化見表3。

表3 體質(zhì)填料對(duì)涂料性能的影響Tab.3 Effect of filler on coating performance

由表3 可見，CaCO3本身為弱堿性物質(zhì)，在酸性環(huán)境下，與酸性物質(zhì)發(fā)生一定的反應(yīng)，使得涂料整體耐酸性較差。硅粉為體質(zhì)填料時(shí)，涂膜性能一般。Mg3[Si4O10]（OH）2作為體質(zhì)填料時(shí)，涂料的綜合性能表現(xiàn)良好，這受滑石粉特殊的片層結(jié)構(gòu)影響，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，摻入涂料后，對(duì)漆膜的綜合性能產(chǎn)生積極的影響，因此，選擇滑石粉作為涂料的體質(zhì)填料[12]。

2.3 防銹顏料的優(yōu)化

2.3.1 防銹顏料種類的選擇 防銹顏料是防腐涂料中的重要組成部分，性能較優(yōu)的防銹顏料能夠增強(qiáng)漆膜的致密性，很大程度的減輕管道受空氣影響的腐蝕程度，延長(zhǎng)管道壽命。表4 為防銹劑種類對(duì)防銹顏料的影響。

表4 防銹顏料對(duì)涂料性能的影響Tab.4 Effect of antirust pigment on coating performance

由表4 可見，單獨(dú)加入Fe2O3和Zn3（PO4）2的防腐涂料分別在耐堿性和耐酸性方面表現(xiàn)較好，這是因?yàn)镕e2O3自身具備較好的耐堿性，均勻分散在防腐涂料內(nèi)部，賦予涂料較好的耐堿性。而Zn3（PO4）2自身是一種弱酸性材料，摻入涂料后，對(duì)涂料的耐酸性產(chǎn)生積極作用。但單摻Fe2O3和Zn3（PO4）2對(duì)涂料性能的影響較為單一，為得到性能完善的防腐涂料，本試驗(yàn)選擇復(fù)摻Fe2O3和Zn3（PO4）2為防銹顏料。

2.3.2 防銹顏料配比的優(yōu)化 在2.3.1 中已經(jīng)確定了復(fù)摻Fe2O3和Zn3（PO4）2作為防銹顏料，但是兩者配比還需要進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。表5 為防銹顏料配比的優(yōu)化結(jié)果。

表5 防銹顏料配比對(duì)涂料性能的影響Tab.5 Effect of antirust pigment ratio on coating properties

由表5 可見，mFe2O3∶mZn3(PO4)2=6∶4 時(shí)，涂料性能最佳，以該比例繼續(xù)試驗(yàn)。

2.4 填料用量的優(yōu)化

在2.2 和2.3 的分析中，已經(jīng)確定了體質(zhì)填料和防銹顏料的種類。在防腐涂料中，體質(zhì)填料主要對(duì)涂料漆膜機(jī)械性能產(chǎn)生影響，而防銹顏料主要提供基材腐蝕防護(hù)，在兩者的共同作用下，才能使防腐涂料表現(xiàn)出較好的綜合性能[13,14]。為尋找最適合的防銹顏料/體質(zhì)填料配比，本試驗(yàn)共設(shè)置5 組配比進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表6。

表6 防銹顏料/體質(zhì)填料對(duì)涂料性能的影響Tab.6 Effect of antirust pigment/ filler on coating properties

由表6 可見，涂料防腐性能在m防銹顏料∶m體質(zhì)填料=6∶4 時(shí)表現(xiàn)最優(yōu)。而比例較大時(shí)，分子在涂料內(nèi)聚集，這樣反而對(duì)涂料漆膜的致密性產(chǎn)生影響，使管道易受腐蝕介質(zhì)的影響，因此，可以確定防銹顏料/體質(zhì)填料的最優(yōu)質(zhì)量比為6∶4。

2.5 顏填料體積濃度（PVC）的優(yōu)化

表7 為顏填料體積濃度的優(yōu)化結(jié)果。

表7 顏填料體積濃度的影響Tab.7 Influence of volume concentration of pigments and fillers

由表7 可見，隨顏填料體積濃度的增加，漆膜綜合性能表現(xiàn)出先上升后下降的變化趨勢(shì)。防腐涂料的綜合性能在PVC=30%時(shí)最佳。主要原因在于，體系內(nèi)顏填料體積濃度較小時(shí)，涂料內(nèi)部顏填料無(wú)法均勻分布，發(fā)揮作用較小。增加顏填料體積濃度，在涂料內(nèi)部形成較為連續(xù)均勻保護(hù)膜，阻隔腐蝕介質(zhì)，涂料的防腐性能增強(qiáng)。而體系內(nèi)顏填料分子過(guò)多時(shí)，會(huì)在內(nèi)部出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，顏填料間存在較大縫隙，降低了漆膜的致密性，使得漆膜的耐腐蝕性能有所下降。綜合考慮，選擇防腐涂料中顏填料體積濃度為30%。

2.6 漆膜厚度對(duì)防腐性能的影響

在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，防腐涂料漆膜厚度直接影響著防腐涂料的綜合性能[15]。為了研究漆膜厚度對(duì)綜合性能的影響，本試驗(yàn)以耐中性鹽霧為指標(biāo)，改變防腐涂料的噴涂厚度，其影響結(jié)果見圖2。

圖2 漆膜厚度的影響Fig.2 Effect of paint film thickness

由圖2 可見，漆膜厚度為180μm 的耐中性鹽霧最佳，因此，選擇漆膜厚度為180μm。

2.7 微觀形貌表征

在2.1～2.6 的分析中，已經(jīng)確定了制備防腐涂料的最佳條件。為進(jìn)一步分析最優(yōu)狀態(tài)下防腐涂料的防腐機(jī)理，分別將經(jīng)過(guò)打磨的空白鋼板和噴涂有防腐涂料的鋼板置于中性鹽霧的條件下養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間，用電子顯微鏡觀察鋼板的腐蝕情況，結(jié)果見圖3。

圖3 涂料鋼板的微觀形貌Fig.3 Microstructure of coated steel plate

由圖3 可見，空白鋼板表面出現(xiàn)明顯的銹蝕痕跡，說(shuō)明腐蝕介質(zhì)已經(jīng)對(duì)鋼板產(chǎn)生影響。而噴涂防腐涂料的鋼板表面無(wú)銹蝕痕跡出現(xiàn)，金屬狀態(tài)良好。

2.8 實(shí)際應(yīng)用

將涂料均勻覆涂在鋼管中，與未處理的鋼管放置在模擬使用環(huán)境中養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間，觀察管道在實(shí)際使用環(huán)境中的腐蝕情況，結(jié)果見圖4。

圖4 涂料鋼管和空白鋼管對(duì)比Fig.4 Comparison between coated steel pipe and blank steel pipe

由圖4 可見，覆涂有防腐涂料的管道防腐蝕性能表現(xiàn)良好，沒有明顯的銹蝕現(xiàn)象。而空白管道則銹蝕嚴(yán)重。這就說(shuō)明防腐涂料具備良好的防腐性能，能夠有效的預(yù)防腐蝕介質(zhì)腐蝕消防管道。

3 結(jié)論

綜上，本試驗(yàn)制備的消防管道用防腐涂料表現(xiàn)出良好的防腐性能，可在實(shí)際中發(fā)揮較好的防腐作用。具體結(jié)論如下：

（1）成膜體系為環(huán)氧乳液6520＋固化劑8538。

（2）選擇滑石粉為體質(zhì)填料。

（3）選擇復(fù)摻6 質(zhì)量份的Fe2O3和4 質(zhì)量份Zn3（PO4）2為防銹顏料，涂料耐堿性和耐酸性表現(xiàn)最好。

（4）m防銹顏料∶m體質(zhì)填料=6∶4 時(shí)，涂料性能最佳。

（5）選擇適合的顏填料體積濃度為30%。

（6）涂膜厚度為180μm 時(shí)，涂料防腐性能表現(xiàn)最好。