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不同添加劑對鋅粉的析氫抑制及無鉻達克羅穩定性的影響,研究了不同性狀的鋅粉在pHU9的水性條件下的析氫行為,中國化工網,okmart.com
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不同添加劑對鋅粉的析氫抑制及無鉻達克羅穩定性的影響,研究了不同性狀的鋅粉在pHU9的水性條件下的析氫行為
2020年03月08日    閱讀量:     新聞來源:中國化工網 okmart.com  |  投稿

鋅粉具有犧牲陽極保護作用,作為必用原料廣泛應用于富鋅底漆等溶劑型防腐涂料[1].但其在水性的防腐涂料中表現出較高的析氫活性,容易發生析氫反應: Zn+2H2O=Zn(OH)2+H2而放出氫氣,從而造成涂料儲存中產生"胖聽"現象,使其應用受到限制.因此必須對其進行析氫的抑制/鈍化處理,降低活性.盡管六價鉻對鋅粉具有良好的鈍化作用[2, 3],但受到RoHS指令的禁止使用[4].


所以,鋅粉的無鉻鈍化/抑制噬待解決.近年來國內外的許多學者對鍍鋅板的無鉻鈍化進行了大量的研究[5~8],而針對鋅粉無鉻鈍化劑的研究不多.因此,本文對植酸、抗壞血酸對鋅粉析氫的抑制作用進行研究,進而對配制的無鉻達克羅水性涂料的穩定性進行考察,旨在獲得可用于水性防腐涂料的鋅粉析氫抑制劑.


1實驗方法

本實驗的腐蝕介質為pHU9的去離子水與乙二醇單丁醚(質量比9:1)的混合物[9].鋅粉共有三種,片狀鋅粉(德國愛卡公司,鋅片直徑約為15Lm,厚度約為0.1Lm),球狀鋅粉(沈陽化學試劑廠,粒徑約為25Lm)),鋅粒(天津博迪化工有限公司,粒徑約為5 mm).取鋅粉各5 g分散于100 ml腐蝕介質中,放入圖1所示的裝置中進行析氫測試,水浴溫度為50oc,加速析氫反應.


本實驗的無鉻達克羅水性涂料為單組分,其中(% ):40~80鋅粉, 10~30鋁粉, 5~20有機樹脂成膜物, 0.5~3析氫抑制劑.使用前將各組分攪拌混勻,涂敷方式為噴涂.采用加熱固化方式,先在70~80oc烘干30分鐘,然后在220~260oc進行固化1小時.基材為A3碳鋼,涂敷前打磨至600#砂紙

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2結果與討論

211不同鋅粉的析氫結果

圖2為不同性狀鋅粉在腐蝕介質中的析氫曲線.由圖2可以看出,三種鋅粉呈現不同的析氫曲線,片狀鋅粉接近拋物線;球狀鋅則在最初的幾個小時內有較多的析氫,在后期一直比較平緩,接近直線;


鋅粒則呈現出接近斜線的析氫曲線.在整個實驗周期內,片狀鋅粉的析氫量都要遠遠大于其他三種鋅粉,經過100小時左右析氫量已達到480 m.l而球狀鋅粉和鋅粒則未超過60 m.l因此鋅粉的析氫活性順序為:


片狀>球狀>鋅粒,片狀鋅粉的活性最高.圖3為不同性狀鋅粉在含10 g/L的植酸和抗壞血酸的腐蝕介質中的析氫曲線.從圖3可以看出,植酸對片狀鋅粉析氫的抑制最為明顯(由480 ml降至20 ml),而對普通鋅粉則存在加速析氫的作用:在前24小時以內析氫量呈線性增長,直至析氫量達到150 ml以后趨于平緩.


植酸對鋅粒的也有一定的抑制作用(35 ml降至22 ml).而抗壞血酸對不同性狀的鋅粉的析氫抑制作用則與植酸不同.抗壞血酸對片狀鋅粉的析氫抑制作用較植酸低(由480 ml降至250 ml),而對球狀鋅粉和鋅粒的析氫抑制不甚明顯,并且對于鋅粒在后期析氫量(50 ml)更是超過了未添加體系(35 ml).


這種不同添加劑對不同性狀鋅粉的析氫抑制作用的差異,應該與鋅粉的表面結構以及添加劑的抑制機理有關,有待進一步研究.


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212植酸的最佳濃度及無鉻達克羅性能

選擇植酸作為無鉻達克羅涂料的析氫抑制劑,需確定其最佳的抑制濃度.圖4為片狀鋅粉在含不同濃度植酸的腐蝕介質中的析氫曲線.從圖4可以看出,在含不同濃度植酸的腐蝕介質中,含量為20 g/L和40 g/L時析氫量隨著時間呈線性增加, 40 g/L比20 g/L斜率更大,析氫量可達200 m,l已失去抑制作用;


濃度為3、10和5 g/L時,在前期(1小時)都有一個快速析氫過程,然后析氫量趨于平穩,其中5 g/L的析氫量最小,抑制效果最好,抑制效率達到了93% (表1).

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植酸對鋅粉的抑制析氫作用推測是由于:在鋅粉表面與腐蝕形成的鋅離子絡合,在鋅粉表面形成一層致密的單分子保護膜,有效地阻止腐蝕介質滲入金屬表面,從而減緩了鋅粉析氫的活性溶解[10].


以植酸(5 g/L)為析氫抑制組分,配制無鉻達克羅涂料,結果表明植酸的加入有效的延長了涂料的穩定時間,儲存20 d后,有膨脹現象出現,加入一定比例的鋁粉從而保證耐蝕性.同時,植酸的加入不影響涂層的防護性能(表2),并且儲存20天后涂料的耐鹽霧性能沒有明顯的下降,因此具有可用性.然而,涂料中鋁粉也會發生析氫反應,降低了涂料的穩定時間,下一步的研究將著眼于鋁粉的析氫抑制.


結論

1.在pH=9水性環境中不同鋅顆粒的析氫活性順序為:片狀>球狀>鋅粒

2.植酸對片狀鋅粉的析氫抑制作用明顯,但加速了球狀鋅粉的析氫.

3.植酸的加入有效的延長了涂料的穩定時間(20天),同時不影響涂層的防護性能(鹽霧時間為210小時).


王典1,2,劉建國2,嚴川偉2,韓長智3,殷躍軍3

1.沈陽建筑大學材料科學與工程學院,沈陽110168;2.中國科學院金屬研究所金屬腐蝕與防護國家重點實驗室,沈陽110016;3.沈陽市航達科技有限責任公司,沈陽110043


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