几种新型富锌涂料的研究进展

于国玲，李晓黎，常建英，王学克，张继芳，薛森堂，李顺霞

（1.南阳农业职业学院，河南南阳 473000；2.南阳市水性环保涂料工程技术研究中心，河南南阳 473000；3.南阳卧龙漆业有限公司，河南南阳 473000）

0 引言

锌粉具有牺牲阳极作用，以其为主要防锈颜料的富锌涂料，对钢铁基材有阴极保护作用，是目前最重要的重防腐涂料品种之一，其作为底漆在钢铁基材防腐领域已得到了广泛应用。当前研究最多的主要有3 种：有机富锌底漆、水性无机富锌底漆和醇溶性无机富锌底漆［1-5］。下面着重介绍几种以锌粉为主要防锈颜料的新型富锌涂料的研究进展。

1 几种新型富锌涂料的研究进展

1.1 氧化石墨烯改性水性环氧富锌涂料

陈中华等［6］先制备了氧化程度不同的氧化石墨烯（GO），然后制得氧化石墨烯改性水性环氧富锌涂料。通过对涂膜的性能测试与表征，结果表明：石墨烯的氧化程度较低，含氧基团较少时，涂膜的耐腐蚀性能最佳；添加氧化石墨烯后钢材的腐蚀明显延缓；当m（GO）=0.36%，m（锌粉）=44%时，氧化石墨烯改性水性环氧富锌涂料的性能最佳。

1.2 石墨烯纳米片/环氧富锌（Gnps/ZRE）复合涂料

曹祥康［7］在环氧富锌（ZRE）涂料中添加石墨烯纳米片（Gnps）进行改性，制备出石墨烯纳米片/环氧富锌（Gnps/ZRE）复合涂层。探究了0.5%石墨烯纳米片对不同锌粉含量复合涂层防腐性能的影响，以及不同石墨烯添加量对40%锌粉含量复合涂层防腐性能的影响。结果表明：添加石墨烯纳米片后，ZRE 涂层的屏蔽效果与阴极保护作用显著提高；石墨烯纳米片可显著增强缺陷处的抗剥离性能；石墨烯纳米片的最佳加入量为0.5%～1.0%。

1.3 高柔韧性、高附着力水性无机富锌涂料

陈刚等［8］用丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯单体和乙烯基硅氧烷功能单体，采用半连续聚合法制备出一种硅丙乳液。以此为成膜物与硅酸钾溶液和锌粉反应，制得一种高柔韧性、高附着力的水性无机富锌涂料。对涂膜的性能测试与表征显示：硅丙乳液改性后的水性无机富锌涂层的耐腐蚀性显著提高，柔韧性为1 mm，附着力为0 级。

1.4 石墨烯硅酸盐富锌防腐蚀涂料

赵书华等［9］将纳米石墨烯加入硅酸盐富锌涂料中，制备出一种石墨烯硅酸盐富锌防腐涂料。研究了不同石墨烯添加量对涂层电化学性能和机械性能的影响。测试与表征结果显示，当m（石墨烯）=0.8%～2.0%时，随着石墨烯加量的增加，涂层的柔韧性、硬度和耐冲击性提高，而附着力和耐盐雾性则先升后降；当m（石墨烯）=1.0%时，自腐蚀电流最小，自腐蚀电位最高，涂层的防腐蚀性能最佳。

1.5 水性聚苯胺/氧化石墨烯改性低锌粉含量防腐涂料

郭明阳［10］先用聚苯胺对氧化石墨烯进行改性，得到分散性能很好的聚苯胺/氧化石墨烯（PAGO）。然后以水性环氧-丙烯酸酯乳液为基料，用聚苯胺/氧化石墨烯（PAGO）代替部分锌粉，添加硅烷偶联剂，制备出一种水性低锌粉含量防腐涂料。研究结果表明，PAGO 加入后，水性环氧-丙烯酸酯乳液的开路电位明显降低，涂层的抗冲击性、附着力和阻水屏障作用显著提高，腐蚀电流显著减小，防腐蚀效果有了较大提高。

1.6 还原-氧化石墨烯（r-GO）改性环氧富锌涂料

朱相苗等［11］先用Hummers 法控制还原时间，制备出还原程度不同的还原-氧化石墨烯（r-GO），然后将其加入环氧富锌涂料中，制备出r-GO 改性的环氧富锌涂料。研究了石墨烯还原程度对环氧富锌涂料防腐蚀性能的影响。结果表明：添加适量较低还原程度的还原-氧化石墨烯，可显著提高环氧富锌涂料的防腐性能；还原程度为58%的还原-氧化石墨烯改性涂层的防腐性能最好。

1.7 耐盐雾双组分水性环氧富锌涂料

张玉国等［12］在亲水性聚酰胺固化剂中加入锌粉，分散成锌浆，将其与环氧乳液混合，制备出一种双组分水性环氧富锌涂料。研究结果表明：硅烷偶联改性后，解决了盐雾测试后水性环氧富锌涂料的重涂附着力问题。气相二氧化硅、聚酰胺蜡与有机膨润土联用，解决了锌粉的沉降问题；锌粉牺牲阳极使涂层具有良好的重防腐性能。该产品在耐盐雾性要求较高的场合有很好的应用前景。

1.8 石墨烯浆料改性水性环氧富锌涂料

陈中华等［13］用石墨烯浆料取代部分锌粉制备出水性石墨烯/环氧富锌涂料。研究了锌粉和石墨烯含量对涂层物理化学性能的影响。结果表明：加入石墨烯后，涂层的耐腐蚀性显著提高；当用0.80%的石墨烯浆料代替40.00%的Zn 粉时，涂层的耐冲击性为50 cm，附着力为4.96 MPa，耐中性盐雾性达960 h。

1.9 双电层水性无机富锌涂料

李婷婷［14］首先在50 ℃时滴加硅溶胶到硅酸钠中，并添加3%的KH560，得到模数为4 的硅酸钠；然后通过超声剥离法，用蒙脱土制备出平均厚度为1 nm的具有单层片状结构的双电层纳米蒙脱土。用制得的高模数硅酸钠、双电层纳米蒙脱土、绢云母和锌粉制备出一种双电层水性无机富锌涂料。当m（双电层纳米蒙脱土）∶m（绢云母）∶m（锌粉）=0.3∶1∶10时，比纯富锌涂层的自腐蚀电流下降87.41%，自腐蚀电位提高19.35%，耐中性盐雾性达550 h。

1.10 SnCl2/EtOH溶液法还原氧化石墨烯环氧富锌涂料

滕帅［15］首先采用了两种不同的方法制备出还原氧化石墨烯Zn/rGO 和Sn/rGO，然后分别以此为填料制备出还原氧化石墨烯环氧富锌涂料。研究了不同还原方法制得的还原氧化石墨烯对环氧富锌涂料涂膜性能的影响。结果表明：湿法还原，即用SnCl2/EtOH 溶液法时，还原剂Sn2+和氧化石墨烯接触更均匀，可实现高效原位还原。Sn/rGO 能显著提升环氧富锌涂层的耐腐蚀性能。当m（Sn/rGO）=1%时，最高自腐蚀电位为-448 mV，自腐蚀电流密度为0.0248 μA/cm2。

1.11 有机-无机杂化水性富锌涂料

谢炎坤等［16］以四甲基氢氧化铵为硅丙乳液的水解催化剂，适度水解后和硅溶胶与K2SiO3溶液的反应物混合，以此为基料，添加适量锌粉制备出一种有机-无机杂化水性富锌涂料。当m（基料）∶m（锌粉）=1∶2.6；K2SiO3溶液的固含量为25.0%；K2SiO3的模数为3.3；硅丙乳液的添加量为K2SiO3固含量的5%～10%时，杂化涂膜的附着力为1 级，硬度为5H，耐水性达168 h，综合性能优异。

1.12 水性富锌铝涂料

杜雯雯［17］以KH-560 为粘结剂，加入鳞片状金属锌铝粉、聚乙二醇-200，高速分散1.5 h 后加入钝化剂钼酸钠溶液，选用羟乙基纤维素为增稠剂、OP-10 为润湿分散剂，制备出一种绿色环保水性富锌铝涂料。研究结果表明，当m（铝粉） ∶m（锌粉）=1∶7，m（聚乙二醇-200）=6%，m（锌铝粉）=20%，m（硅烷水解液）=70%，m（OP-10）=1.2%，m（钼酸钠溶液）=1.8%，m（羟乙基纤维素）=0.5%时，涂层硬度为7H，耐冲击性为50 cm，附着力为1 级，柔韧性为1 mm，耐中性盐雾性达260 h。可广泛应用于海洋工程、石油化工、船舶桥梁等领域。

1.13 低锌含量石墨烯长效防腐涂料

关迎东等［18］以石墨烯代替部分Zn 粉，制备出低锌含量石墨烯长效防腐涂料。当m（N-甲基吡咯烷酮）∶m（正丁醇）∶m（环己酮）∶m（二甲苯）=25∶4∶8∶8，m（石墨烯）=0.5%，m（锌粉）=48.0%时，所得涂膜的耐中性盐雾性达2500 h，无需中间漆，直接涂装面漆，更经济环保。

1.14 自固化醇溶性无机富锌底漆

李斌等［19］用正硅酸乙酯和异丙醇在盐酸水溶液催化作用下水解，控制水解温度和盐酸水溶液的加入量，以该水解产物为成膜物，以聚乙烯醇缩丁醛为粘接剂与锌粉浆混合，配制出一种自固化醇溶性无机富锌底漆。研究结果表明，正硅酸乙酯的最佳水解温度为40 ℃；聚乙烯醇缩丁醛改性后涂膜的附着力，柔韧性和抗冲击性能都有了较大提高；用有机膨润土作为流变助剂，可有效防止锌粉的沉降，得到贮存稳定性良好的醇溶性无机富锌涂料，涂层耐中性盐雾性达2000 h 以上。

1.15 冷镀锌喷漆

刘志科等［20］用苯乙烯-丙烯酸树脂作为成膜物，选用丙酮、环己烷、乙二醇单丁醚与醋酸正丁酯混合溶剂，添加高纯度的锌粉，用有机膨润土作为防沉剂，以二甲醚（DME）为抛射剂，制备出一种冷镀锌喷漆。当m（丙酮）∶m（醋酸正丁酯）∶m（环己烷）∶m（乙二醇单丁醚）=1∶2∶3∶4；m（苯乙烯-丙烯酸树脂）=4%；m（锌粉）=78%时，干膜含锌量为96.5%，附着力为0 级，耐冲击性性达50 cm，耐中性盐雾性达720 h 以上。符合欧盟“RoHS”指令要求。

2 结语

富锌涂料作为底漆在钢结构防腐领域已得到了广泛应用，但高含量的Zn 粉有很多弊端，切割和焊接时会产生锌烟对操作人员的身体健康有较大影响，另外环氧富锌涂料密度较大（3.0 g/cm2），在飞行器等领域应用受限［21-23］。提高现有富锌涂料的性能，用石墨烯、锌铝粉、导电云母和聚苯胺等导电材料取代部分锌粉制备低锌粉含量的富锌涂料；导电填料的改性；改性富锌涂料用树脂；开发环境友好型、多功能复合型富锌涂料，与面漆的配套性等是今后的研究方向［24-27］。