氧化鋅對醇溶性無機(jī)富鋅漆性能的影響

麻 慧， 陳 玲， 鄭雪嬌， 諶 巖

(燕山大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，河北秦皇島 066004)

氧化鋅對醇溶性無機(jī)富鋅漆性能的影響

麻 慧， 陳 玲， 鄭雪嬌， 諶 巖

(燕山大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，河北秦皇島 066004)

研究了醇溶性無機(jī)富鋅漆中球狀鋅粉被氧化鋅粉取代對涂層性能的影響。通過電位-時(shí)間曲線研究了涂層在3.5%NaCl溶液中電化學(xué)活性的變化情況，同時(shí)記錄了涂層的耐鹽水時(shí)間，耐鹽霧時(shí)間。結(jié)果顯示:隨氧化鋅的增加涂層的耐鹽水和耐鹽霧時(shí)間均都是先延長后縮短，在w(氧化鋅)為15%時(shí)達(dá)到最大值。涂層的陰極保護(hù)時(shí)間呈現(xiàn)同樣的規(guī)律。

富鋅漆層;氧化鋅;耐鹽霧時(shí)間;陰極保護(hù);屏蔽保護(hù)

引 言

孟買大學(xué)的學(xué)者研究了人為添加ZnO對片狀鋅粉環(huán)氧富鋅底漆的影響，并分析了氧化鋅的作用機(jī)理。發(fā)現(xiàn)添加適量的氧化鋅能提高涂層耐蝕性，氧化鋅占粉體總質(zhì)量15%時(shí)，涂層耐蝕性最強(qiáng)［1］。氧化鋅提高耐蝕性的作用機(jī)理為:一方面，具有p型半導(dǎo)體性質(zhì)的鋅和作為n型半導(dǎo)體的氧化鋅接觸后很可能形成一種p-n結(jié)，它允許電子流過，并可以很好地控制腐蝕電化學(xué)反應(yīng)，為基體提供更好的陰極保護(hù);另一方面，氧化鋅微粒能填充底漆的孔隙，提高屏蔽性能［1］。添加ZnO對非還原富鋅漆的影響尚未見報(bào)道，對球狀粉富鋅漆的影響也未見報(bào)道。

本文用氧化鋅粉體取代醇溶性無機(jī)富鋅涂料中的部分球狀鋅粉，研究取代量對涂層性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方法

醇溶性無機(jī)富鋅涂料中用5%、10%、15%、20%、25%和30%的氧化鋅取代球狀鋅粉，取代時(shí)遵循顏料粉總吸油量一定的原則。根據(jù)測定出的每10g球粉的吸油量為0.9mL，每10g氧化鋅的吸油量為4.2mL，而采取的具體用量見表1。

表1 不同配方中球狀鋅粉和氧化鋅的用量

選用材質(zhì)為Q235鋼，規(guī)格為150mm×70mm×1.5mm的試片，涂裝前用粗砂紙打磨，酒精棉脫脂。空氣噴涂使用PE2090型空氣壓縮機(jī)和PQ-2型噴漆槍。

檢測了涂層的外觀、硬度、附著力和厚度四項(xiàng)物理性能。涂層硬度用QHQ-A型便攜式鉛筆硬度計(jì)測定。附著力檢測根據(jù)國標(biāo)GB/T5270-2005進(jìn)行。厚度檢測采用HCC-24涂層測厚儀。

涂層耐蝕性研究采用三種方法測試，即:極化曲線法，電位-時(shí)間曲線、耐鹽水和耐鹽霧性。采用上海辰華儀器公司生產(chǎn)的CHI660A型電化學(xué)工作站進(jìn)行電化學(xué)測試。極化曲線測試采用三電極體系，涂層為研究電極(1cm2)，飽和甘汞電極為參比電極，鉑電極為輔助電極，3.5%NaCl溶液，掃描電位范圍為 -1.2～ -0.7V，掃描速度為 5mV/s。電位-時(shí)間測試時(shí)，將試片浸入室溫的3.5%NaCl溶液中，每隔4d更換一次溶液，每天讀取涂層開路電位，以涂層出現(xiàn)紅銹為測試終點(diǎn)，同時(shí)出紅銹時(shí)間即為涂層的耐鹽水腐蝕時(shí)間。耐鹽霧腐蝕測試根據(jù)GB/T 1771-2007用SST-090型鹽霧箱進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 涂層物理性能檢測

醇溶性無機(jī)富鋅涂料中氧化鋅取代球狀鋅粉，氧化鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)對涂層物理性能影響如表2所示:

表2 w(氧化鋅)對涂層物理性能影響

從表2可以看出，氧化鋅的加入，對涂層外觀、硬度和附著力幾乎沒有影響，厚度也都維持在90μm左右，符合鹽霧測試所需厚度標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 極化曲線測試

醇溶性無機(jī)富鋅涂料中氧化鋅取代球狀鋅粉，不同w(氧化鋅)對涂層進(jìn)行極化曲線測試，結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同w(氧化鋅)涂層的極化曲線

由圖1可以看出，當(dāng)w(氧化鋅)升至30%時(shí)，腐蝕電位正移60mV左右，氧化鋅的添加對腐蝕的陰極過程沒有影響，陽極極化曲線的極化度隨w(氧化鋅)的升高而變大，也就是說，隨著氧化鋅的增多，陽極溶解速度變慢。這就導(dǎo)致初期腐蝕速率隨w(氧化鋅)的升高而降低。

2.3 電位-時(shí)間測試

不同w(氧化鋅)涂層的電位-時(shí)間曲線如圖2所示。取-0.86V為閥電位［2］。所謂閥電位為陰極保護(hù)所需最正的電極電位，當(dāng)涂層的開路電位負(fù)于閥電位時(shí)，涂層對基體具有陰極保護(hù)作用;當(dāng)涂層的開路電位正于閥電位時(shí)，涂層對基體具有屏蔽保護(hù)作用。

圖2 不同涂層的電位-時(shí)間曲線

由圖2可以得到醇溶性無機(jī)富鋅涂料中氧化鋅取代球狀鋅粉不同w(氧化鋅)涂層的耐鹽水腐蝕時(shí)間、涂層的陰極保護(hù)時(shí)間和屏蔽保護(hù)時(shí)間。涂層的陰極保護(hù)時(shí)間和屏蔽保護(hù)時(shí)間曲線如圖3所示。不同w(氧化鋅)涂層的耐鹽水腐蝕時(shí)間如圖4所示。

圖3 涂層的陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)時(shí)間隨w(氧化鋅)的變化曲線

圖4 涂層耐鹽水時(shí)間隨w(氧化鋅)的變化曲線

由圖3可以看出，不同w(氧化鋅)的涂層均有陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)作用。w(氧化鋅)高達(dá)30%時(shí)，涂層的陰極保護(hù)作用和屏蔽保護(hù)作用均比未取代時(shí)變差。w(氧化鋅)在5% ～25%均能延長涂層的陰極保護(hù)時(shí)間，以15%時(shí)延長最多。屏蔽保護(hù)時(shí)間只有w(氧化鋅)為15%時(shí)被延長了1d。由此可見，少量氧化鋅的存在能提高球狀鋅粉無機(jī)富鋅漆的耐鹽水腐蝕性，這主要是延長了陰極保護(hù)時(shí)間而實(shí)現(xiàn)的。w(氧化鋅)為15%時(shí)效果最好，這可能由于此時(shí)粉體堆積密度較高，這種緊湊性增強(qiáng)了p-n結(jié)的建立，從而提高了導(dǎo)電性，有利于陰極保護(hù)，同時(shí)粉體堆積緊密也有利于屏蔽保護(hù)作用。

2.4 鹽霧測試

涂層的耐鹽霧時(shí)間隨醇溶性無機(jī)富鋅涂料中氧化鋅取代球狀鋅粉w(氧化鋅)的變化曲線如圖5所示。從圖5可以看出，涂層耐鹽霧腐蝕時(shí)間的變化規(guī)律與耐鹽水腐蝕的基本一致。

圖5 涂層耐鹽霧時(shí)間隨w(氧化鋅)的變化曲線

3 結(jié)論

1)氧化鋅取代部分球狀鋅粉對醇溶性無機(jī)富鋅涂層的物理性能幾乎沒有影響，隨著w(氧化鋅)提高，初期腐蝕的腐蝕電位變正，腐蝕電流密度降低。

2)涂層的耐鹽水和耐鹽霧時(shí)間隨w(氧化鋅)增加都是先延長后縮短，在15%達(dá)到最大值。涂層的陰極保護(hù)變化呈現(xiàn)同樣的趨勢。

［1］Jagtap R N，Ptatil P P，Hassan S Z.Effect of zinc oxide in combating corrosion in zinc-rich primer［J］.Progress in Organic Coatings，2008，(63):389-394.

［2］Meroufel A，Deslouis C，Touzain S.Electrochemical and anticorrosion performances of zinc-rich and polyaniline powder coating［J］.Electrochimica Acta，2008，53(5):2331-2338.

Effect of ZnO on Properties of Alcohol-soluble Inorganic Zinc-rich Coating

MA Hui，CHEN Ling，ZHENG Xue-jiao，CHEN Yan
(College of Environmental and Chemical Engineering，Yanshan University，Qinhuangdao 066004，China)

Effect of replacing spherical shaped zinc with ZnO in alcohol-soluble inorganic zinc-rich coating on performance of the coating was studied.Electrochemical activity of the coating in 3.5%NaCl solution was studied by chronopotentiogram，times of resisting salt solution soaking and salt solution spraying tests were also recorded.Experimental results showed that times of resisting salt solution soaking and salt solutin spraying tests prolonged firstly and then shortened along with the increasing of ZnO content in the coating，and reached the maximum when ZnO content was 15%(w/w)，also duration time of cathodic protection followed the same rule.

zinc-rich coating;ZnO;time of resisting salt spray test;cathodic protection;shielding protection

TQ635.3

B

1001-3849(2011)11-0030-03

2011-06-18

河北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(E2010001174)