周豪

（新疆鐵道勘察設(shè)計院有限公司，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)境耐性差的問題，使其應(yīng)用效果受到了很大的限制。針對以上問題，部分學(xué)者進行了很多研究，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，并對其性能進行分析。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、王瑛貌則對防腐涂料單一影響因素進行研究[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。為了進一步提升水性防腐涂料的環(huán)境耐性，本試驗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 實驗部分

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（標準品 弘達化工）；亞硝酸鹽類防閃銹劑（CP 恩澤化工）；滑石粉（I 級 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（標準品 超威納米科技）；成膜助劑（標準品 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（億尊環(huán)?？萍迹?；YJD-200-BS 型耐鹽霧試驗箱（英檢達儀器）；EVO 18 型掃描電子顯微鏡（普瑞賽司儀器）。

1.2 試驗方法

水性瀝青防腐涂料的制備（1）對消防管道的需求進行分析，然后對消防管道防腐涂料的配方進行設(shè)計，具體配方見表1。（2）在高速分散機內(nèi)依次放入填料進行分散。分散轉(zhuǎn)速和時間分別為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，并將分散機轉(zhuǎn)速降低至800r·min-1，分散時間為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 性能測試

1.3.1 鉛筆硬度測試 參照國標GB/T 6379-2006對防腐涂料鉛筆硬度進行測試[3]。

1.3.2 附著力測試 參照國標GB/T 9286-1998 對防腐涂料附著力進行測試[4,5]。

1.3.3 耐性測試

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

（2）耐中性鹽霧 參照國標GB/T 1771-2007 測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箱內(nèi)，設(shè)置試驗溫度和鹽水濃度分別為35℃和5%，定時觀察防腐涂料漆膜的起泡情況并記錄。

（3）耐水性測試 參照國標GB/T 1733-1993 測試防腐涂料的耐水性[7]。

（4）耐酸堿性測試 參照國標GB/T 9274-1998測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 掃描電鏡對防腐涂料微觀形貌進行分析。

1.3.5 顏填料體積濃度（PVC）測試 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，本試驗分別選擇兩種丙烯酸乳液和兩種環(huán)氧樹脂進行試驗，性能測試結(jié)果見表2。

由表2 可見，4 種成膜體系對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，本試驗以環(huán)氧乳液6520 和固化劑8538 為成膜體系。

表2 成膜體系對涂料性能的影響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漆膜硬度和厚度，防止涂料因為過于稀薄造成附著力和遮蓋力差的問題。為尋找最適合的體質(zhì)涂料，本試驗選擇了3 種目前涂料最常用的體質(zhì)填料進行試驗，其性能變化見表3。

表3 體質(zhì)填料對涂料性能的影響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，涂膜性能一般。Mg3[Si4O10]（OH）2作為體質(zhì)填料時，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，延長管道壽命。表4 為防銹劑種類對防銹顏料的影響。

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

由表4 可見，單獨加入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，這是因為Fe2O3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，對涂料的耐酸性產(chǎn)生積極作用。但單摻Fe2O3和Zn3（PO4）2對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行進一步優(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，涂料性能最佳，以該比例繼續(xù)試驗。

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)填料主要對涂料漆膜機械性能產(chǎn)生影響，而防銹顏料主要提供基材腐蝕防護，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，本試驗共設(shè)置5 組配比進行試驗，結(jié)果見表6。

表6 防銹顏料/體質(zhì)填料對涂料性能的影響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 時表現(xiàn)最優(yōu)。而比例較大時，分子在涂料內(nèi)聚集，這樣反而對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。防腐涂料的綜合性能在PVC=30%時最佳。主要原因在于，體系內(nèi)顏填料體積濃度較小時，涂料內(nèi)部顏填料無法均勻分布，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)均勻保護膜，阻隔腐蝕介質(zhì)，涂料的防腐性能增強。而體系內(nèi)顏填料分子過多時，會在內(nèi)部出現(xiàn)團聚現(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 漆膜厚度對防腐性能的影響

在實際應(yīng)用的過程中，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綜合性能的影響，本試驗以耐中性鹽霧為指標，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。為進一步分析最優(yōu)狀態(tài)下防腐涂料的防腐機理，分別將經(jīng)過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)護一段時間，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，說明腐蝕介質(zhì)已經(jīng)對鋼板產(chǎn)生影響。而噴涂防腐涂料的鋼板表面無銹蝕痕跡出現(xiàn)，金屬狀態(tài)良好。

2.8 實際應(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)護一段時間，觀察管道在實際使用環(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重。這就說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，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，涂料防腐性能表現(xiàn)最好。