摘要:低表面處理涂料對(duì)底材表面處理要求低,可節(jié)省大量的表面處理費(fèi)用。介紹了低表面處理涂料的作用原理、特點(diǎn)、種類和研究現(xiàn)狀,分析了低表面處理涂料的發(fā)展前景以及目前國(guó)內(nèi)存在的問(wèn)題,認(rèn)為經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)保的低表面處理涂料將是我國(guó)今后研究的熱點(diǎn)。

1 引言

修補(bǔ)銅膏為了防止鋼鐵腐蝕，人們?cè)诳茖W(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐中開(kāi)發(fā)了許多防腐蝕方法，在眾多的防腐蝕方法中，以涂料涂裝防腐技術(shù)最為經(jīng)濟(jì)方便，因此得到了廣泛應(yīng)用。在鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐涂裝前，為了保證涂層的防腐質(zhì)量，必須對(duì)鋼鐵進(jìn)行徹底的噴砂前處理。這對(duì)于整個(gè)工程施工來(lái)說(shuō)，提出了極高的要求：1）噴砂需要專用設(shè)備，耗費(fèi)大量磨料，使工程造價(jià)提高，通常占到整個(gè)工程的30~40%；2）對(duì)于復(fù)雜作業(yè)面的結(jié)構(gòu)死角不能進(jìn)行徹底的處理；3）會(huì)造成強(qiáng)烈的粉塵和噪聲污染；4）噴砂會(huì)造成鋼結(jié)構(gòu)的減薄，使其強(qiáng)度降低，尤其是在舊鋼結(jié)構(gòu)的防腐維修中，這一點(diǎn)需特別注意。

另一方面，近年國(guó)內(nèi)外有大量海上采油平臺(tái)、已建橋梁、電塔、體育館等鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)入了維修期，需要對(duì)舊有涂層進(jìn)行重新涂裝。而在這些已建鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行噴砂前處理的難度非常之大，其涉及環(huán)境保護(hù)，施工難度，工程維修造價(jià)等各個(gè)方面。因此，國(guó)內(nèi)外多采用手工除銹對(duì)這些舊鋼構(gòu)進(jìn)行表面處理。此外，在船舶制造與維修領(lǐng)域，隨著世界各國(guó)對(duì)工人勞動(dòng)保護(hù)的要求越來(lái)越高，高壓水除銹和濕噴砂工藝正逐步取代傳統(tǒng)的噴砂工藝，對(duì)艦船內(nèi)部特別是封閉環(huán)境的鋼材表面進(jìn)行前處理。

采用手工除銹、高壓水除銹及濕噴砂除銹工藝后的鋼材表面很難達(dá)到Sa2?級(jí)的要求，經(jīng)處理過(guò)的鋼鐵表面往往帶有銹蝕和水，甚至油。鑒于此原因，開(kāi)發(fā)對(duì)涂裝前鋼結(jié)構(gòu)表面處理要求等級(jí)較低的低表面處理涂料（Surface Tolerant Coatings），特別是高性能的厚漿型長(zhǎng)效防腐低表面處理涂料與水性低表面處理涂料，是目前涂料研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，也是未來(lái)涂料的發(fā)展趨勢(shì)。

2 低表面處理涂料技術(shù)的基本原理

鐵銹是一種疏松多孔的含水固體，其外層是浮銹，與底材附著不牢；內(nèi)層是牢銹，與底材緊密結(jié)合。從組成上看，是穩(wěn)定無(wú)害的鐵氧化物（Fe3O4，F(xiàn)e2O3，α-FeOOH）和活潑有害的鐵化物(γ-FeOOH，F(xiàn)e(OH)2，F(xiàn)eO，F(xiàn)e(OH)3)的混合物。因此，低表面處理涂料除了必須具有一般防銹涂料的性能之外，還必須具備兩個(gè)特殊的條件，一是低表面處理涂料對(duì)銹層必須具有足夠的滲透能力，即能充分浸潤(rùn)、滲透整個(gè)疏松多孔的銹層，使鐵銹粘結(jié)成為連續(xù)的封閉性涂層，以封閉整個(gè)銹層和鋼鐵表面；二是低表面處理涂料對(duì)銹層必須有足夠的反應(yīng)性，即能使銹層中活潑有害的鐵化物經(jīng)過(guò)鈍化、轉(zhuǎn)化，變成穩(wěn)定的無(wú)害的填料。只有具備這兩個(gè)條件，才能適應(yīng)銹層這樣的特殊表面。

基于上述理由，低表面處理涂料的基本原理是采用滲透性較好的樹(shù)脂為基料，借助于滲透劑、極性溶劑的配合，使涂料具有好的滲透性，從而浸潤(rùn)和滲透銹層，并將其封閉。另外，依靠涂料中樹(shù)脂的反應(yīng)基團(tuán)、活性顏料或鐵銹轉(zhuǎn)化劑與銹層中活潑有害的成分反應(yīng)，生成穩(wěn)定的抑制化合物，從而使整個(gè)銹層成為穩(wěn)定的保護(hù)膜。

3 低表面處理涂料技術(shù)的基本類型

傳統(tǒng)的高VOC溶劑型低表面處理涂料（俗稱“帶銹涂料”）的開(kāi)發(fā)較早，早在上世紀(jì)七十年代，國(guó)內(nèi)外就開(kāi)發(fā)出了一系列該類涂料。歸納起來(lái)大體可分為四類：滲透型、穩(wěn)定型、轉(zhuǎn)化型，以及近年來(lái)新出現(xiàn)的功能型低表面處理涂料。

3.1 轉(zhuǎn)化型低表面處理涂料

也叫反應(yīng)型帶銹涂料。這類涂料中，不含成膜物質(zhì)則被稱為銹蝕轉(zhuǎn)化劑，由于沒(méi)有成膜物質(zhì)，所以還需要另外加上底漆；如含有成膜物質(zhì)則稱為銹蝕轉(zhuǎn)化底漆。銹蝕轉(zhuǎn)化劑不是涂料，只是和銹層惰性化后，使在其之上的底漆發(fā)揮出保護(hù)作用。

銹蝕轉(zhuǎn)化底漆，由于含有成膜物質(zhì)，既能使銹蝕轉(zhuǎn)化成惰性物質(zhì)，又能封閉銹蝕與外界隔絕，是一種使銹蝕層成為堅(jiān)實(shí)的惰性的并能良好的附著于鋼鐵表面的涂料。該類涂料的主要機(jī)理是依靠涂料中的銹蝕轉(zhuǎn)化劑把活潑的鐵銹轉(zhuǎn)化為無(wú)害或具有一定保護(hù)作用的絡(luò)合物或鰲合物而達(dá)到帶銹涂裝的目的。轉(zhuǎn)化型帶銹涂料一般都采用磷酸——丹寧酸，使銹層轉(zhuǎn)化成不溶性穩(wěn)定的磷酸鐵、丹寧酸鐵鹽，而起到保護(hù)作用，但酸的使用量難以掌握，如磷酸過(guò)量就會(huì)促進(jìn)腐蝕，其后患無(wú)窮。同時(shí)轉(zhuǎn)化型帶銹涂料含有較少的成膜物質(zhì)，使用時(shí)最好要與其它底漆配合，即在涂裝轉(zhuǎn)化型帶銹涂料之后，再涂以其它底漆，否則效果極差。因此，轉(zhuǎn)化型帶銹涂料的使用務(wù)必慎重。而國(guó)內(nèi)早期開(kāi)發(fā)的低表面處理涂料大多屬于該類型涂料。轉(zhuǎn)化型低表面處理涂料通常不能單獨(dú)使用以保證長(zhǎng)效防腐，通常還需要涂上面漆。

3.2 穩(wěn)定型低表面處理涂料

穩(wěn)定型低表面處理涂料的基本原理主要是依靠涂料中樹(shù)脂的反應(yīng)基團(tuán)、活性顏料與銹層中活潑有害的成分的反應(yīng)，生成穩(wěn)定的抑制化合物，從而使整個(gè)銹層成為涂料中穩(wěn)定型的具有保護(hù)性的填料成分。典型的穩(wěn)定型帶銹涂料采用鉻酸鹽、磷酸鹽等活性混合顏料，它們水解而產(chǎn)生相應(yīng)得鉻酸根和磷酸根，形成雜多酸。該雜多酸與銹層內(nèi)活潑的鐵銹酸FeOOH生成雜多酸類的絡(luò)合物，從而對(duì)鐵銹起穩(wěn)定作用。使用最多的活性顏料包括：鉻酸鋅、鉻酸鋇、鉻酸鈣、氧化鋅、磷酸鋅、三聚磷酸鋁、有機(jī)氮堿鉻酸鹽，有的配方還添加亞硝酸鈉，也有資料認(rèn)為加入鉻酸鍶是必要的。鉻酸鹽顏料水解生成陰離子，有機(jī)氮堿鉻酸鹽水解后可生成氮堿離子基團(tuán)。兩者均由吸收活性鐵酸銹的作用。氧化鋅調(diào)整pH值，鋇、鈣離子與環(huán)境中的二氧化硫生成的酸根結(jié)合為難溶的鹽，這些綜合作用使鐵銹趨于穩(wěn)定。

3.3 滲透型低表面處理涂料

滲透型低表面處理涂料的基本原理是采用滲透性強(qiáng)的樹(shù)脂作為漆基，借助于滲透劑、極性溶劑的配合，使涂料具有良好的滲透性，從而可以浸潤(rùn)和滲透鋼鐵表面銹層并把銹層封閉。它可有效地將銹蝕和外界腐蝕因子隔絕，增強(qiáng)銹蝕層與鋼板、銹蝕層與涂層、涂層與鋼板間的附著力。

3.4 功能型低表面處理涂料

修補(bǔ)錫銅線近年來(lái)，開(kāi)發(fā)的新型低表面處理涂料結(jié)合了轉(zhuǎn)化型、穩(wěn)定型、滲透型的特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)樹(shù)脂結(jié)構(gòu)有了進(jìn)一步的改進(jìn)，基料中含有能與銹層中殘存的水反應(yīng)的樹(shù)脂，有效地除去并利用腐蝕因素。如采用用酮亞胺作潛固化劑，更能使涂料滲透，增加進(jìn)入銹蝕層的深度，同時(shí)酮亞胺能與存在于銹層中的水分迅速起反應(yīng)，分解成為環(huán)氧樹(shù)脂真溶劑的酮和作為固化劑的一級(jí)胺。一級(jí)胺再與環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行充分的反應(yīng)，使環(huán)氧樹(shù)脂很好的滲透到銹層中，形成對(duì)外部腐蝕介質(zhì)有很強(qiáng)覆蓋能力的高交聯(lián)涂膜，并把銹層固定，而且在環(huán)氧樹(shù)脂的固化反應(yīng)中生成的酮類與有機(jī)溶劑和銹層中的水分一起揮發(fā)掉，不產(chǎn)生氣泡，從而發(fā)揮了優(yōu)異的防蝕性能。

某些功能型低表面處理涂料具有帶油涂裝的功能。由于油分子基本上是烷烴類有機(jī)物，化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，常溫下很難發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而清除，因此只能采用“相似相溶”原理對(duì)其進(jìn)行處理，即采用與油能起絡(luò)合乳化作用的基料和添加劑、固化劑將其從鋼板上剝離下來(lái)，作為增塑劑混在涂層中。而與油分子具有較好混容性的易揮發(fā)溶劑在揮發(fā)過(guò)程中也可帶走一部分油分子。常用的材料有OP系列表面活性劑，磺酸鹽和硫酸鹽類表面活性劑、ZH-1、CD32溶油性環(huán)氧固化劑、腰果殼油改性環(huán)氧固化劑等。