防锈漆的主要组分是漆基、颜料、填料及辅助材料。对它们的选择、使用以及彼此的配合是决定成功与否的关键。
1、漆基的选择
漆基的功能在于粘结颜料和填料,同时把底材和面漆结合成牢固的整体,阻挡腐蚀介质的侵蚀。
(1)透水、透气性
漆膜的透水透气性与成膜物质、颜填料及它们的配合有密切关系。由于成膜物质的结构特点及成膜时的弊病,各种漆膜都有一定的渗透性,应尽可能控制在最低程度。
漆膜透水是生锈的先兆。透水性除与漆膜的结构气孔有关之外,与漆膜的吸水性也有关。含有大量亲水基团的成膜物质,由于大量吸水后,水逐步集结也能通过漆膜本体。
电解质可微量透过漆膜,例如醇酸漆的氯化钠透过速度为40μg/cm2·a,酚醛漆为4μg/cm2·a。
在考虑漆膜的抗渗性时,不能单纯以清漆的透气、透水性为依据,与不同颜料配合后,透气、透水性变化很大。
漆膜透水后电阻值必然下降,故测定漆膜电阻变化对选择漆基有一定的帮助。
(2)耐化学介质性能
成膜物质对水、海水、酸、碱、盐等化学物质应有一定的稳定性,尤其耐碱性十分重要。防锈颜料多为碱性,如漆料耐碱性很差,则易被碱破坏,影响成膜性能,或生成大量金属皂,不仅消耗较多的颜料,也使漆膜机械性能有所下降。更为严重的是,当发生电化学腐蚀时,在氧参与下,阴极反应中有OH-离子生成,在OH-作用下,漆膜附着力降低,易被鼓起,生成内含碱性溶液的“碱性泡”。
(3)与防锈颜料的配合
漆料应能较好地润湿和分散颜料,并能容忍多量颜填料,以保证漆膜结构致密,施工时弊病少。从这方面考虑,油基漆比纯粹合成树脂漆好。酸价高的漆料不宜采用,它们与碱性颜料作用使涂料增稠甚至成胶,防锈性也较差。
(4)物理机械性能及其他
不同用用途的防锈漆,对物理机械性能有不同的要求,但几个共性的问题应予以注意。
●干燥性
涂料的干燥性应与用途适应。在户外大型金属结构上使用的防锈漆,要选用自干并快干的漆料,以免受气候条件的干扰;在工厂作业线上施工的涂料,如果要求自干,则应采用快干漆,以免占用大面积堆放场地,如果可以烘干,最好选用能低温快干的漆料,以利于节能。
●附着力
对底漆来讲,这是重要的指标。化学干燥和烘干的漆膜往往优于挥发干燥的漆膜。底漆与面漆应牢固结合,不能发生层间剥离,故在设计底漆时,应一并考虑面漆。
●硬度和韧性
有的涂层因装饰的要求,底漆要经打磨方能涂装面漆,故漆膜的硬度和强度应适应打磨;有些烘干底漆,在工件冷热处理时不能发生龟裂;在面漆老化变硬时不能随之脆裂或被揭起。
●耐油性
底漆干燥后涂装面漆时,不能被面漆溶剂溶胀或溶解,不能因不慎沾污机油等而破坏。
●漆料的表面张力
在经过表面处理的粗糙表面上或在残留锈迹的表面上涂装底漆,如果漆料的表面张力小,则对表面的润湿性好,使低凹处和孔隙都能涂上漆,而且不易产生针孔“鸡眼”、缩边等缺陷。
防锈漆用量很大,又是处于底层,在条件允许的情况下应尽可能采用资源多、价格低的漆料,常用的品种有酯胶、油基酚醛、醇酸、环氧酯、氯化橡胶等树脂。
2、防锈颜料的应用
防锈颜料是防锈作用的主要体现者,在设计防锈漆时,应注意以下几个方面:
(1)颜料的防锈性能
在实际应用时,应该与漆基品种、颜料体积浓度及辅助材料统盘考虑,才能得到较好结果。
(2)对漆膜透水、透气性的影响
铝粉、云母氧化铁、钙铁粉及玻璃片等片状颜料的屏蔽作用很好,但化学防锈性不足;化学防锈颜料因其形态和溶解性的关系,对漆膜的抗渗性增强作用不大。由于每种颜料在不同漆料中的稳定性、被润湿和分散情况不同,施工性能和漆膜的质量还有差别,因而对抗渗性的影响也不同。所以,在防锈漆的试验和设计时,不应过分依赖成膜物质或颜料某一方面的抗滲数据,而应该考虑和试验它们配合后的抗渗性。以氯化钠水溶液对各种漆膜的透过速度为例,当不含颜料时,透过速度大小的顺序是:亚麻油>醇酸>酚醛>聚乙烯醇缩丁醛,加入各种颜料后,其透过速度并不按此顺序变化。
(3)颜料及填料的配合
防锈漆中极少使用单一的颜料,通常要配合多种颜料和填料。不仅在经济上合理,而且对防沉淀、施工及调节pH有益。虽然依照防锈机理将防锈漆分类,但很难截然分开,在配方上往往互相交叉,以达到取长补短的效果。例如铁红与铬酸盐、改性偏硼酸钡与铝粉及铁红、锌铬黄与钛白、红丹与钙铁粉等经常配合使用。铁红、红土及铅白对漆膜的吸水性影响不大;锑白可降低吸水性;氧化锌能稳定pH,但吸水性增大;锌钡白和锐钛型钛白能促进漆膜粉化。滑石粉对防沉淀有效果,便于涂刷和打磨;高岭土等可提高漆膜的耐蚀性。
(4)颜料的用量
每种料都有自己最适宜的颜料用量,按此用量,漆膜对介质的吸附性小,而电绝缘性和保护性最好。用量在临界体积浓度以下时,防锈性能随颜料体积浓度的增加而提高;超过临界体积浓度时,则防锈性能大幅度下降。因此,在设计配方时,用量均在临界体积浓度以下。防锈漆的颜料体积浓度应在30%以上,以33~35%最好。含铅颜料稍高,红丹和硅铬酸铅在35~40%左右。
(5)其他
氧化锌、红丹、铝粉及锌粉等不宜与酸价高的漆料配合。与铅白配合的漆料,酸价在6~12 mgKOH/g可用,铝粉要求在5mgKOH/g以下。铝粉和锌粉以临用现配为好,否则在贮存时常发生增稠、变黑甚至发气的现象。
3、助剂的应用
以助剂改善和提高防锈漆的性能,愈来愈受到人们的注意,效果十分明显。在提高防锈性方面,目前使用铬酸与有机氮化合物的配价络合物,例如铬酸二苯胍、铬酸叔戊酯及铬酐等较多。石油磺酸钡盐可以有效地抑制氯化钠和过氧化氢的腐蚀。采用环氧氯丙烷和低分子量环氧树脂,可吸收过氯乙烯、氯化橡胶等含氯树脂在光和高温作用下分解出的氯化氢,而且能与树脂分解物的双键结合,增加其稳定性。硬脂酸的钙、锶、钡、铅盐有利于漆膜对热和光的抵抗力。各种防沉剂、增稠剂及防结皮剂已得到较广泛的应用。