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总体概况

 在防腐领域中,涂料历史悠久,能美化环境,涂层装饰美观。但有机涂层对金属表面保护时间有限,为延长涂层使用寿命,在涂层中添加缓蚀剂,使原来抗腐蚀性能较差的涂层耐蚀性能提高。缓蚀涂料的防蚀能力有两方面:一是化学抑制,即涂料中的缓蚀剂能抑制金属腐蚀的阴极或阳极过程,减缓金属的腐蚀;二是机械排斥,即缓蚀涂层在基体金属表面成膜,阻挡水、氧等介质与金属表面接触,从而防止金属的腐蚀。缓蚀涂料中缓蚀剂的作用机理如下:


(1)钝化、氧化和沉积作用

在防锈底漆中添加红丹、铬红、铬酸锌、磷酸盐等钝化、氧化、沉积型缓蚀剂,可以使被涂装的金属表面产生钝化膜、氧化膜和沉积转化膜,可以提高涂层/金属体系的耐蚀能力。

(2)吸附作用

当在涂料中添加有机缓蚀剂时,作用机理主要是有机缓蚀剂的缓蚀官能团在金属表面的吸附作用。由于化学吸附的结果,降低了金属的活性,吸附膜阻止了侵蚀性物质对金属的腐蚀,弥补了涂层因孔隙所造成的缺陷引起的腐蚀。

人们系统地研究了醇酸缓蚀清漆、醇酸缓蚀磁漆、醇酸缓蚀底漆、酚醛缓蚀清漆等的交流阻抗电化学参数和循环伏安曲线,加入的涂料缓蚀剂有羧酸苯并三氮唑、羧酸己胺盐、羧酸丁胺盐、羧酸环己胺盐等。添加了缓蚀剂的涂料,它们的相容性好且稳定,缓蚀涂层的耐蚀性能有明显提高。

我国开展涂料缓蚀剂研究工作起步较晚,缓蚀剂涂料如红丹防锈底漆很早就使用,但红丹的缓蚀作用是在研究缓蚀涂料后才明确的。至于应用有机缓蚀剂增强涂料的耐蚀性能,国内是20世纪80年代开始研究的。1985年有人在醇酸清漆、醇酸底漆、醇酸磁漆中加入有机缓蚀剂及改性的无机缓蚀剂,经湿热试验等耐蚀性能评价,加入有机缓蚀剂的涂料的耐蚀性能明显提高,该涂料已在我国矿山机械、农业机械和化工机械中应用。1990年,研究人员采用铬酸盐、磷酸盐和其它缓蚀剂组成复合涂料缓蚀剂,底漆为环氧改性氯醋树脂,这种缓蚀涂料的耐蚀性能较氯磺化聚乙烯涂料、醇酸涂料好很多。
       国内在有机缓蚀剂在涂层应用方面也做了一定的研究,顾桂松[1]等研究了有机胺类缓蚀剂及杂环类缓蚀剂在铝粉沥青环氧船舶底漆中的应用,认为杂环化合物可以很好的提高涂层的阻挡性能,减少涂层的针孔、堵塞水、氧及离子通道,达到减缓涂层下金属腐蚀的目的。辛勇[2]等研究了油酸二环己二胺与葵酸三丁胺两种缓蚀剂在管道防护型涂料环氧煤焦沥青涂料中的协同缓蚀作用,指出当缓蚀剂中引入长链烷烃后,可以在涂层中形成更致密的疏水膜,从而有效的抑制腐蚀性介质的渗入。陈立庄等[3]研究了1,4-丁炔二醇缓蚀剂在环氧涂层中的缓蚀机理,结果表明:缓蚀剂的加入可以明显改变涂层的阻抗,当缓蚀剂加入量小于0.5wt.%时,涂层的阻抗随着缓蚀剂量的增多而增大。朱世红[4]研究了不饱和Schiff碱(图1)在涂层中对船体钢缓蚀的性能,发现此缓蚀剂不仅可使双组分环氧清漆涂层的阻抗提高一个数量级,而且还可以加强涂层的附着力,含有缓蚀剂的涂层浸泡60天后,该涂层与金属基体表面仍然有较好的结合性。
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图1 不饱和Schiff碱结构图
 
      国外对有机型缓蚀剂在涂层中的应用主要集中在水性涂料方面,并取得了一定进展。Braig[5]研究了吗啉类有机缓蚀剂在水性涂料中的应用,并提出了有机类缓蚀剂在涂层中可能存的缓蚀机理。Galliano[6]等研究了羧酸类有机化合物在水性环氧涂层中的应用,并提出不同缓蚀剂会直接影响到涂层电阻、电容以及水在涂层中的扩散系数。 Reinhard[7]等研究了巯基化合物在水性丙烯酸树脂涂料中的应用,指出巯基化合物可以有效的避免水与基材接触时点蚀的发生,并能降低涂层的孔隙率,起到很好的缓蚀作用。而Funke[8]认为有机缓蚀剂可以提高涂层与底材的附着力,从而提高涂层的耐蚀性能。Ferreira[9]等将8-羟基喹啉加入到溶胶凝胶膜层中,显著增加了膜层对AZ31镁合金的缓蚀性能。Hanga[10]等将苯并噻唑(图2)加入有机膜层中,增强了膜层对镁铝合金的保护性能。
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图2 苯并噻唑结构图