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在2013年中，NACE國際公司進(jìn)行了一項(xiàng)研究,，該研究證明了由于腐蝕帶來的昂貴且巨大的挑戰(zhàn),，在美國每年總腐蝕成本上升至超過1萬億美元。腐蝕在美國經(jīng)濟(jì)的單項(xiàng)開支中是最大的,，據(jù)估計要超過國內(nèi)生產(chǎn)總值GDP的6.2%,。腐蝕給美國帶來了一個非常高的價格標(biāo)簽，僅次于衛(wèi)生保健1,。2001年由美國政府資助的一項(xiàng)研究估計,，僅軍事系統(tǒng)和基礎(chǔ)設(shè)施的腐蝕成本每年就約為200億美元2。大部分損失是由于公路和橋梁,、輸送管道,、儲罐,、汽車,、船舶、下水道系統(tǒng)等加工制造過程中使用的鋼鐵的腐蝕,。腐蝕的成本是金錢和生命,，它們會導(dǎo)致危險性故障，并增加各個應(yīng)用環(huán)節(jié)的費(fèi)用,，從公共事業(yè)到交通等等,。
有機(jī)涂層在防止基材腐蝕方面不可替代
有機(jī)涂層除了能提供改進(jìn)的外觀這一主要優(yōu)點(diǎn)外，它們在防止基材腐蝕方面也起著至關(guān)重要的作用,。涂料配方設(shè)計師采用三種基本的策略來對金屬表面提供腐蝕防護(hù)作用：1)涂層作為阻隔技術(shù),，能防止氧氣和水到達(dá)金屬表面;2)使用緩蝕劑和顏料來使金屬表面鈍化;3)用犧牲金屬的方法來進(jìn)行保護(hù),。
阻隔涂層能降低滲透性，從而避免氧氣和水到達(dá)涂膜表面,。往往通過使用片狀(云母)添加劑,，如片狀滑石、云母和云母氧化鐵及片狀金屬顏料,，如鋁顏料,，就能賦予阻隔性能。
富鋅底漆是能提供防腐蝕保護(hù)作用,，至少是提供部分陰極保護(hù)作用涂層的一個很好的例子,。摻入到涂膜中的金屬鋅作為陽極，并且比鐵基材優(yōu)先腐蝕,，因?yàn)殇\比鐵具有更低的氧化還原電位,，從而能對鐵表面提供陰極保護(hù)作用。
使用防腐蝕顏料是提高涂層耐腐蝕性能的最廣泛使用的方法之一,。防腐蝕顏料與涂膜吸收的水反應(yīng)而釋放抑制性離子,，它們遷移到金屬表面，并通過金屬基材上的無機(jī)層的沉積或吸附而使金屬表面鈍化,。一直以來都使用基于鋅,、鍶和鉻酸鉛的金屬鹽來抑制腐蝕，因?yàn)樗鼈兊年栯x子會在金屬表面形成不溶性沉積物從而增加一個保護(hù)層來抑制進(jìn)一步的腐蝕,。由于它們具有毒性,，已經(jīng)開發(fā)對環(huán)境安全無毒的防腐蝕顏料來替代鉻酸鹽。這些無毒的顏料通常是基于磷硅酸鹽,、磷酸鹽,、硼酸鹽和偏硼酸的金屬鹽。不像鉻酸鹽,，這些陽極部份的顏料功能是通過限制氧擴(kuò)散到金屬表面來實(shí)現(xiàn)的,，因此其陽極鈍化金屬表面的作用可能不是完全有效，從而導(dǎo)致其耐腐蝕性較差,。
監(jiān)管問題仍將是今后一段時間內(nèi)的驅(qū)動力,，特別是腐蝕抑制劑。最近值得注意的進(jìn)展包括,，歐盟(EU)將含有氧化鋅和磷酸鹽產(chǎn)品標(biāo)記特殊危險性標(biāo)簽,，以及職業(yè)健康與安全管理局(OSHA)降低六價鉻抑制劑允許暴露的限值。
在涂料中加入有機(jī)腐蝕抑制劑是提高涂膜耐腐蝕性能的另一種方法,。這些有機(jī)腐蝕抑制劑是基于各種化學(xué)化合物,，包括胺類、芳族,、雜環(huán),、羧酸,、含硫和氮的官能團(tuán)。這些腐蝕抑制劑的作用是通過在金屬基材上的陽極或陰極發(fā)生鈍化,，或者在金屬表面形成保護(hù)層而實(shí)現(xiàn),，這些腐蝕抑制劑能擾亂腐蝕性離子在基材上的流動。
已經(jīng)開發(fā)了一些新型腐蝕抑制劑,，它們能夠在各種水性和非水性高性能涂料中賦予優(yōu)良防銹性能,。這些新型的有機(jī)腐蝕抑制劑可作為主要的腐蝕抑制劑使用或與環(huán)境友好的防腐蝕顏料一起組合使用。它們能與各種工業(yè)應(yīng)用中使用的底漆和直接涂覆至金屬的涂料(DTM)中的各種樹脂兼容,。本文介紹了我們最近的一些嘗試,，使用這些新型腐蝕抑制劑來改善各種涂料的耐腐蝕性能。
討論
目前涂料市場的主導(dǎo)性趨勢是在高性能涂料體系中不使用底漆,，在DTM應(yīng)用中采用強(qiáng)化面漆來代替,。由于不使用底漆，這種方法可省去與底漆施工相關(guān)的成本,，從而降低了總成本,。不足之處是降低了耐腐蝕性以及由底漆提供的附著力。在DTM涂料中加入無毒的抗腐蝕顏料可提高涂層的耐腐蝕性,，但防腐蝕性能通常沒有使用底漆的體系好,。解決這一不足的方法是將一種有機(jī)腐蝕抑制劑添加到DTM涂料中，同時加入無毒的防腐蝕顏料,。
在過去,，底漆體系中使用的有機(jī)腐蝕抑制劑是基于磷酸鹽、磺酸鹽和羧酸鹽,。這些化學(xué)品效果不錯,，但經(jīng)常發(fā)現(xiàn)在DTM涂料中使用時存在缺陷。具有改進(jìn)的耐腐蝕性的DTM涂料研發(fā)需使用更強(qiáng)的有機(jī)腐蝕抑制劑,，它們與無毒的防腐蝕顏料一起起到協(xié)同作用,。
為了解決這一問題，研發(fā)了一些新的液體腐蝕抑制劑,，它們是基于復(fù)雜的有機(jī)酸的金屬鹽,。這些抑制劑單獨(dú)使用和與無毒的防腐蝕顏料一起使用時都能提供改進(jìn)的耐腐蝕性和濕附著力。當(dāng)應(yīng)用于丙烯酸或聚酯多元醇與脂肪族異氰酸酯交聯(lián)的溶劑型雙組份聚氨酯體系中時,，我們發(fā)現(xiàn)這些產(chǎn)品尤其有效,。
雙組份聚氨酯DTM涂料
為了證明這些新型腐蝕抑制劑的功效,，將它們用于各種DTM涂料中并與更常規(guī)的有機(jī)腐蝕抑制劑進(jìn)行比較,。在第一個配方中，用丙烯酸多元醇制備白色雙組份聚氨酯涂料,，并用脂族HDI三聚體與多元醇進(jìn)行交聯(lián),。該體系配制的顏料與基料之比為1:1,。體系中含有5%(質(zhì)量比)的鍶、鋅,、磷硅酸鹽防腐蝕顏料,。涂料分別用2%(質(zhì)量比)的常規(guī)金屬磺酸鹽腐蝕抑制劑和2%(質(zhì)量比)的一種新型金屬絡(luò)合物抑制劑NACORR®XR-424進(jìn)行改性。將兩個樣品與一個僅含有防腐蝕顏料但不含有機(jī)腐蝕抑制劑的對照板進(jìn)行比較,。在用磷酸鹽處理的1000邦德板鐵板上施涂,，制備干膜厚度為1.5-1.7密耳厚的涂層，然后在室溫下固化7天,。然后將板放在鹽霧箱內(nèi),，按照ASTM試驗(yàn)方法B117曝露500小時。將曝露后的板從柜中取出后立即使用金屬刮刀按ASTM D1654中7.2條描述的方法進(jìn)行劃痕,。如圖1中可以看到的,，與傳統(tǒng)的有機(jī)抑制劑和僅使用防腐顏料的對照品相比，新型腐蝕抑制劑提供更好的濕附著力和防銹保護(hù)性能,。
在第二種配方中,，一種加了較多顏料的白色雙組份聚酯多元醇配方，配制成1.5:1的顏料與基料比,，同時加入5%(質(zhì)量比)的防銹顏料,。在這種情況下，防腐蝕顏料是硅酸鈣類型的顏料,。再次將配方與HDI三聚體進(jìn)行交聯(lián),，分別用2%(質(zhì)量比)的常規(guī)金屬磺酸鹽腐蝕抑制劑和2%(質(zhì)量比)的一種新型金屬絡(luò)合物抑制劑NACORR 1389MS進(jìn)行改性。將兩個樣品與一個僅含有防腐蝕顏料但不含有機(jī)腐蝕抑制劑的對照板進(jìn)行比較,。在邦德板上涂裝干膜厚度為1.4-1.6密耳厚的涂層,，然后在室溫下固化7天。然后將板放在鹽霧箱內(nèi),，按照ASTM試驗(yàn)方法B117曝露500小時,。將曝露后的板用金屬刮刀進(jìn)行劃痕。同樣可以看到,，與使用傳統(tǒng)有機(jī)抑制劑的對照品相比,，使用新型腐蝕抑制劑能夠改善防腐蝕性能。
水性熱固性體系
盡管這些新型腐蝕抑制劑是為不使用底漆的DTM涂料研發(fā)的,，它們也可以用于底漆體系,。用可稀釋型聚酯與六羥甲基三聚氰胺六甲醚交聯(lián)來配制水性熱固性鐵紅底漆。該配方將氧化鐵紅作為主要防銹顏料,，磷硅酸鋅鍶用作第二種防腐蝕顏料,，其用量為總配方質(zhì)量的2.5%。顏料與基料比為1:1,。配方用2%常規(guī)的有機(jī)抑制劑和2%新型金屬絡(luò)合物抑制劑NACORR XR-419進(jìn)行處理,。再次將兩個樣品與僅使用防腐蝕顏料的對照板進(jìn)行比較,。將涂料施涂到1000邦德板上，得到干膜厚度約為1.0-1.2密耳厚的涂層樣板,。然后將樣板在150℃(300°F)的烘箱中固化15min,。然后將樣板放入鹽霧箱內(nèi)曝露500小時。將曝露后的樣板從中取出并進(jìn)行檢查,。如圖3中可以看到,，與對照配方相比，新型腐蝕抑制劑的性能優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)的抑制劑,。
結(jié)論
在直接涂覆至金屬涂料(DTM)中,，這種新一代液體有機(jī)腐蝕抑制劑可以用來增強(qiáng)無毒防腐蝕顏料的性能。它們與這些顏料可以產(chǎn)生協(xié)同作用來提高耐腐蝕性,，允許配方設(shè)計師可以不用底漆,，以滿足條件不太苛刻的金屬防腐蝕的應(yīng)用需求。
