鹽霧試驗的腐蝕機理
鹽霧腐蝕的三要素是水、氧和離子。涂層是一種高聚物薄膜,能不同程度地阻緩上述三要素的通過而發揮防腐作用。一般情況下,只要水中鹽的濃度在 0.4mol/L 以上,鈉與氯離子就可以穿過涂膜擴散,因此在噴鹽霧的情況下,下述陰極反應是不能抑制的:202 + H20 + 2e-→ 20H-
在無防腐蝕劑的情況下,陽極發生如下反應:
Fe → Fe2+ +2e-
陽極和陰極反應的結果,導致下列反應產生:
Fe2+ +20H- → Fe (OH) 2
隨后氧化為氧化鐵生成了鐵銹,總反應式如下:
Fe(OH)2 + 02 → Fe203·H20
離子透過漆膜比水和氧要慢得多,漆膜所含的羥基離解后使其帶負電,因而會選擇性地吸收陽離子透入漆膜,經研究證實,一般漆膜會大量吸收陽離子 ( 如 Na +) 透入漆膜,而陰離子 ( 如 Cl-)則不易透入,離子透入漆膜的結果是使漆膜起泡、脫落。
如何提升耐鹽霧性能:
結合相關論文以及工程師們論壇討論的經驗,從以下幾個方面給一些建議:
1、制板
應盡量采用標準所要求的底材類型和表面處理方式,并在每次試驗制板時保持一致。以便將底材和制板對鹽霧試驗結果的影響降到低,從而專注于涂料或涂層體系的耐鹽霧性能的研究和改進。
制板過程對鹽霧試驗結果的影響至少包括以下幾個方面:
——底材類型、形狀和尺寸;
——表面處理方式、表面清潔度和粗糙度;
——涂料施工方式、涂裝道數和覆涂間隔;
——試板封邊方法;
——干膜厚度(測量方法和準確性);
——試板調節環境條件和時間
——劃線位置和劃線質量;
——等等。
由于不同標準、不同涂料、不同試驗目的,對制板的要求不同,因而并不能給出統一的有利于通過鹽霧試驗的制板方法。但我們必須要注意到制板對鹽霧試驗結果的影響。從而在允許范圍內盡量采用有利的制板方法,例如:
——對薄的涂層體系,在允許范圍內采用低的表面粗糙度對提高涂層對底材的覆蓋和屏蔽能力有利,從而有利于試驗結果;
——試板涂漆前表面若有銹、氧化皮、油脂、鹽及污染物,顯然不利;
——多道涂裝比單道涂裝更有利;
——對厚的復合涂層體系而言,合理的覆涂間隔很重要;
——在良好環境條件下,充足的試板調節時間,確保涂層性能達到密度后再投入試驗顯然有利。
——等等。
2、成膜物質
成膜物質對涂料的耐鹽霧性能影響巨大。那么,成膜物質的哪些特性影響鹽霧試驗結果呢?
——屏蔽和抗滲透性能;不同成膜物質在不使用顏填料(清漆)時,對水、氧、離子等的抗滲透能力本身就具有差異。
——與底材的附著力,自身的內聚力;
——耐堿性;因鋼鐵腐蝕產物呈堿性。
——耐水性/吸水率;
——硬度和韌性;
——所含雜質類型和含量;例如,環氧樹脂中氯、鈉離子含量對所制漆的耐鹽霧性能也有影響。
對交聯固化型涂料而言,涂料體系交聯密度提高后,可大大降低水和氧的透過速率,能有效減緩對底材的腐蝕。同時交聯密度提高后,涂膜的Tg得到了提高,漆膜浸水后由于吸水起增塑作用,其Tg約下降30℃左右,若涂層浸水后其Tg仍超過試驗環境溫度,則附著點并不因涂層松弛而移動,仍固定于原附著點,即濕附著力良好;建議試驗采取在體系參與反應的基團的數量高的樹脂體系,盡力提高涂料體系交聯密度,同時要注意體系的反應速度活性;
3、顏填料的選擇
涂料的防腐蝕機理分為屏蔽、陰極保護和緩蝕這三種。配方中若增加片狀物理防銹顏填料能增加漆膜的致密性,降低腐蝕性介質的滲透率,對腐蝕性介質起到更強的屏蔽作用。
緩蝕性防銹顏料,依靠化學反應改變表面的性質或反應生成物的特性來達到防銹目的?;瘜W緩蝕作用的防銹顏料能與金屬表面發生作用如鈍化、磷化,產生新的表面膜層、鈍化膜、磷化膜等。這些薄膜的電極電位較原金屬為正,使金屬表面部分或全部避免了成為陽極的可能性;對抑制銹蝕有利。但這類顏料大多具有一定的水溶性,從而有導致起泡的風險。
配方中的顏填料,如果水溶性物質(主要是可溶性鹽)含量過高,在鹽霧試驗過程中若逐漸溶失,會導致涂層致密度下降,增加起泡的風險。
4、顏基比
成膜致密性影響到鹽霧的滲透,隨著PVC的增大,涂膜起泡可能性逐漸降低,而銹蝕卻逐漸增大,且柔韌性、耐沖擊性均逐漸降低。這是因為在正常情況下,涂層中聚合物樹脂基料的數量足可以包覆涂層中的顏填料顆粒,此時涂層為一連續致密的膜,而當涂膜中的顏填料體積增大到某一定值而使樹脂基料不足以包覆這些顏填料顆粒時,涂膜的各項性能均會發生突變,建議根據顏填料的吸油量確定臨界體積顏料濃度 ( 即 CPVC)并設計配方;
5、附著力促進劑的選擇
一些偶聯劑能增加有機材料對無機底材的粘接能力,涂膜與底材的附著力增大后,能大大提高涂膜的抗起泡能力,因為起泡是涂膜局部喪失附著力從底材表面脫落而形成的。
一些偶聯劑能夠改善合成樹脂(成膜物質)與無機顏填料的界面性能,從而增強涂膜的屏蔽性和機械性能。
6、抗劃痕腐蝕助劑的選用
由于當鹽霧試驗要求樣板表面劃線時,漆膜表面被劃破后,會增加了基材的腐蝕速率。所以配方中加入一定量的抗劃痕腐蝕助劑,可有效地減緩了劃線處基材的腐蝕程度,此類助劑都是一種特殊極性物質,它能被吸附在基材表面形成一層單分子的保護膜,可阻止外界腐蝕因子對基材的侵蝕。