徐文军（宁波康曼丝涂料有限公司）
摘要：金属腐蚀造成的经济损失量巨大，严重影响国民经济的发展。涂料防腐已成为现代防腐技术中最有效、最简便的方法之一，随着国家环保法律体系的确立和社会环保意识的增强水性防腐涂料的应用极具发展前景，受到广泛重视。本文简要介绍水性防腐涂料的防护机理，及两种主要水性涂料的组成、应用现状和性能，并展望了未来水性防腐涂料的发展趋势。
关键词：水性涂料；防腐；防护机理。
1.引言
腐蚀是造成能源损失和材料浪费的主要原因，腐蚀损失包括直接损失和间接损失两大类，世界各国每年因腐蚀造成的直接经济损失约占其国民生产总值(GDP)的2％～4％,其破坏力之大令人震惊；每年我国钢产量的15%就被严重腐蚀，导致近千亿元人民币的经济损失。金属锈蚀防护效果明显，最普遍的方法即将防锈蚀的涂层涂覆在金属表面。
相比于发达国家，我国涂装行业中有机溶剂涂料仍占较大的比例。目前，有机挥发性物质(VOC)产生的污染已成为排在汽车之后的城市主要污染源。 随着资源和能源的日趋紧张，低污染的水性防腐涂料已成为涂料行业的主要发展方向。水性涂料以水为分散介质，具有清洁环保、高性能和多功能等特点。发展水性涂料不仅可以极大的缓解对石油资源的消耗，而且可以大幅度的降低VOC的排放量，这在环境日益恶化和石油资源日趋紧张的今天具有非常重要的经济和社会意义。
2.水性防腐涂料概述及作用机理
水性防腐涂料是以水作为溶剂或分散介质的具有防腐蚀作用的涂料，它具有无毒、无味、价格低廉、资源丰富等特点，可以大大减少涂料中有机溶剂挥发对大气造成的污染，并且以水作为溶剂，可极大的提高涂料在储存、运输和施工过程中的安全性。
水性防腐涂料的作用机理：
(1)涂料通过在金属表面形成致密的隔离层来阻止或抑制氧气、水、电解质离子与基体的接触，产生屏蔽作用。这种屏蔽作用使基体与腐蚀介质分开，进而抑制基材的腐蚀。
(2)通过在涂料中添加颜料，如磷酸锌、三聚磷酸铝等，改变金属表面性能，钝化金属表面，从而达到延缓腐蚀的目的。(3)在涂料中添加活泼金属，使其在特定环境下首先腐蚀添加的活泼金属已达到保护基体的目的。
3.水性防腐涂料的应用现状
水性防腐涂料主要有水性醇酸、水性环氧、水性聚氨酯、水性丙烯酸、水性氟碳涂料、水性硅氧烷涂料及无机硅酸锌涂料等品种。在工业防腐涂装领域，水性防腐涂料最成熟的品种是电泳漆，目前已广泛成功应用于汽车、家电、五金行业的底涂。
3.1 水性环氧涂料
水性环氧防腐涂料的基料是由疏水性的环氧树脂和亲水性的胺类固化剂双组分组成。主要分散在水中，成膜的过程分为两个阶段：第一阶段是水分的挥发导致漆膜表干；第二阶段是环氧树脂与固化剂发生聚合交联。水性环氧涂料具有如下特点：
(1)漆膜的硬度高、耐磨性好、耐腐蚀性和耐化学品性强；
(2)环氧组分与基材之间具有很强的附着力，从而起到很好的屏蔽作用；
(3)干燥速度快，在20℃、相对湿度为75%时，2h就可达指触干；
(4)因以水作为分散介质，不仅成本低廉，其挥发的有机物含量也不会造成空气污染，对储存、运输和使用过程中安全性产生积极的影响；
(5)但和溶剂型环氧涂料相比，其耐化学品性能仍略逊一筹。
据报道，日本在新桥梁设计中使用水性环氧防腐涂料，使VOC排放量减少达98%，并且3年后现场性能测试结果与溶剂型环氧防腐涂料相当。
水性环氧防腐涂料的发展经历了几个阶段：
第一阶段的水性环氧涂料直接由乳化剂进行乳化，乳化剂以聚乙烯醇、多酰多胺与环氧化合物的加成物、聚乙氧撑醚为主；
第二阶段的水性环氧涂料是采用含环氧基团的水溶性固化剂乳化油溶性环氧树脂，并产生了自乳化型环氧树脂；
第三代水性环氧涂料是由美国壳牌公司研究开发的环氧树脂和固化剂都接上了非离子型表面活性剂的环氧体系，由其配制的涂料漆膜可达到或超过溶剂型涂料的涂膜性能指标。
目前市场上使用较多的水性环氧涂料大多是离子型的，但其易受环境 pH 影响而导致稳定性不好，且易腐蚀基材，因此开发非离子型的水性环氧涂料是环氧涂料技术的发展趋势。
3.2 水性无机硅酸锌涂料
水性无机硅酸锌涂料的原料为高模数碱金属硅酸盐溶液，防锈颜料为金属锌粉作。主要分为后固化型和自固化型，后固化型水性无机硅酸锌涂料因施工工艺复杂，在漆膜初步干燥后，需要喷涂后固化液，目前已很少使用。自固化型水性无机硅酸锌涂料使用可溶于水的碱式硅酸盐做粘结剂，通过吸收空气中的CO2 和H2O，硅酸盐水解生成金属锌离子，反应生成硅酸锌铁复合物，从而附着在钢材表面。
水性无机硅酸锌防腐涂料特点如下：(1)涂层具有良好的导静电性、优良的焊接性能和抗腐蚀性；(2)干燥速度较快，在20℃和相对湿度为 75%的环境下，指触干仅需1h；(3)可耐高温，长期耐400℃高温；(4)其不足之处主要表现在干 膜中含有大量锌粉，容易产生涂层的多孔性；对基材的处理要求较高且漆膜柔韧性差；工艺过程中固化受环境温度、湿度影响较大。水性无机富锌涂料适用于海洋大气、高温等各种环境下的钢结构如海洋平台、船舶、集装箱、大型钢铁构件、输油管线、各种化学贮槽内衬的长效防腐。
水性无机硅酸锌涂料的发展共经历了3个阶段：早在20世纪30年代，澳大利亚人Victoe Nightingale提出了第一阶段的热固化无机硅酸富锌涂料；随着对锌/硅酸盐化学研究的深入，第二阶段的自固化的无机富锌涂料应运而生。该类涂料的代表产品是以硅酸锂水溶液为基料和以模数(M)>5的硅酸钾水溶液作为基料的自固化无机富锌涂料；第三阶段是美国于1952年开发成功后固化无机富锌涂料。该涂料采用一种磷酸铵盐作固化剂代替加热，使其在室温下形成硅酸锌的聚合物结构，因而可以用喷枪喷涂于任何大小结构式部件上，却不受烘烤炉大小的限制。后固化无机硅酸锌涂料在国内一直沿用至今。
4.水性防腐涂料的组成
4.1 水性防腐涂料中的颜填料
钢铁表面的铁锈是一种疏松的、多孔的、不断产生（膨胀）的物质，用不同的树脂作为成膜物质，炭黑、氧化铁、铬酸盐等无机盐和相应的有机盐作为颜料，辅以磷酸盐、磷酸酯、硫酸盐、焦磷酸盐、硅灰石、锌类产品作为填料，形成水性防腐涂料中的颜填料，目的是选择相应树脂和发挥具体功能。
4.2 水性防腐涂料中的转化剂
水性防腐涂料中的转化剂一般是单组份或双组份相结合使用，例如绿色环保的植酸、单宁酸、磷酸、水杨酸、柠檬酸等用作金属的铁锈层转化剂，它们与铁锈活性成分发生螯合反应形成致密的、稳定的络合物，紧密附着在金属表面以保护金属避免空气中氧气和水分等腐蚀介质的侵蚀。通过国内外多年来大量实验和生产论证，从植物中提取的单宁酸转化效果相当好；一般在酸性体系的水性防腐涂料中采用渗透效果很好，其本身能与铁锈层发生反应性能具有钝化性质的磷化膜。还可以把单宁酸与铁锈不稳定成分发生络合反应起催化作用的磷酸与从植物中提取的单宁酸相结合，具有比较好的复合转化效果。磷酸-单宁酸转化剂基本无毒，不会对自然环境，尤其是作业环境造成危害，单宁酸是一种可再生使用的，具有循环利用价值的一种资源。
现在全社会注重绿色环保，政府加大环保督查力度，任何发展都以绿色环保为基调。在水性防腐涂料中，利用植物中提取的多酚与一定比例成分的颜填料和各种高功能助剂，以一定的工艺方式相结合的制成的新型转化剂，被验证它的防腐效果相当好，而且持久性也很不错。然而现在关于实际防腐涂料转化剂面临的困难是：在酸性转化剂涂料体系中会出现结块、后增稠等涂料体系性质变化的现象。这就对水性防腐涂料的大力发展产生严重影响，有待今后大力研究解决这个技术难题。
4.3 水性防腐涂料中的助剂
因为水性防腐涂料体系不同于溶剂型防腐涂料，它是一个很复杂又很具有水敏感的体系，通常为了提高它的功效，需要添加一定比例的助剂，比如防止发生闪绣的防闪锈助剂，增加容积的增稠剂，有利于涂装平整的流平剂，有助于各成分分散形成稳定体系的润湿分散剂等等。
5.水性防腐涂料现存的问题及措施
随着人们环保意识的不断增强及涂料技术的发展，水性涂料正逐渐替代溶剂型涂料。但是水性防腐涂料自身还是存在以下几个问题：
（1）在中重防腐领域，水性防腐涂料性能还不能完全和溶剂型防腐涂料相抗衡，并且水性防腐涂料价格比溶剂型要高。
（2）由于水性防腐涂料与溶剂型防腐涂料的成膜过程和作用机理不同，导致了水性防腐涂料涂膜化学性能、物理性能，尤其是机械性能达不到溶剂型涂料的水平。比如说涂膜的耐高温性、持久性、对腐蚀介质的抵抗及屏蔽性、涂膜的致密性和对金属的装饰性、涂装环境的要求都与溶剂型防腐涂料无法相提并论。
（3）由于水在水性防腐涂料中充当溶剂和分散介质，所以水的汽化热引起的金属闪蚀和气孔是必须面对和解决的问题。
（4）为了提高和加强水性防腐涂料的性能，必须加入相对应的助剂；多品种的助剂在水性防腐涂料体系中的存在，会使最终的涂膜很容易出现不能紧密的附着于金属表面的水敏感性等现象，使得涂膜减弱对金属的保护作用，容易造成腐蚀。
提高水性防腐涂料的性能，有以下几点措施可以参考：
（1）对金属表面进行处理--通过磷酸、磷酸酯或其他有机磷物质，与金属表面的不稳定铁锈层发生反应形成致密的磷化物质；通过在水性防腐涂料中加入防锈颜料和缓蚀剂，与金属表面的活性铁锈成分发生螯合反应形成致密的、稳定的络合物起到保护金属的作用，有效避免空气中氧气和水分等对金属的腐蚀。
（2）针对水性防腐涂料中的主要成膜物质加入有机物质，通过交联或共溶改性等方式进行改性，提高成膜树脂的物理及化学性能，使得水性防腐涂料具有更好的防腐蚀性能、抵抗其他物质污染和持久性。
（3）在水性防腐涂料中加入一些无机盐或有机盐与铁锈形成稳定的化合物，紧密的附着在金属表面。
（4）通过加入羧酸、植酸、磷酸等单体或者两种或多种酸一起作用金属表面形成致密的、稳定的螯合物，从而提高水性防腐涂料的性能。
6.结束语
随着世界各国环保意识的日渐加强？,？环保型的水性涂料必将成为涂料工业发展的主流方向之一。水性涂料以水为分散介质？,？具有清洁环保、高性能和多功能等特点。发展水性涂料不仅可以极大的缓解对石油资源的消耗？,？而且可以大幅度的降低VOC的排放量，这在环境日益恶化和石油资源日趋紧的今天具有非常重要的经济和社会意义。
提高水性工业涂料的比例仍是减小环境污染和降低人工危害的主要手段。由于当前国内的水性工业涂料的研发水平与国外相比还有一定差距，因此加大整个产业链的技术研发投入，针对市场需要开发出更好性能的产品，例如耐高温、耐辐射、互穿聚合物网络结构和纳米复合材料的水性防腐涂料，才是推动其发展的根本方法。
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