摘要：評述了玻璃鱗片、云母氧化鐵鱗片、云母鱗片、石墨鱗片、玄武巖鱗片、不銹鋼鱗片、鋅鋁及合金鱗片防腐涂料的性能特點和開發(fā)應(yīng)用情況。
關(guān)鍵詞：鱗片防腐涂料；性能；應(yīng)用
1 引言
鱗片是指金屬及某些無機化合物經(jīng)物理或化學方法處理后，成為一定粒徑和厚度的薄片。而鱗片防腐涂料是以各種金屬或非金屬鱗片骨料和各種高性能耐腐蝕樹脂及相應(yīng)助劑組成的厚漿型重防腐涂料。由于鱗片涂料是多層片狀結(jié)構(gòu)，可以形成平行疊加的錯層厚膜，產(chǎn)生特殊的“迷宮”效應(yīng)，不僅把涂層分割成許多小空間而降低涂層的收縮應(yīng)力和膨脹系數(shù)，而且迫使介質(zhì)迂回滲入，從而延緩了腐蝕介質(zhì)擴散和侵入基體的途徑和時間，因而具有極佳的抗?jié)B透性、抗沖擊性、耐磨性和耐腐蝕性，延長了涂層的使用壽命。近年來，鱗片涂料越來越受到國內(nèi)外業(yè)內(nèi)的關(guān)注，成為發(fā)展迅速、應(yīng)用廣泛的重防腐涂料。本文評述了幾種主要鱗片防腐涂料的性能特點及開發(fā)應(yīng)用情況。
2 玻璃鱗片防腐涂料
在鱗片涂料中開發(fā)最早、應(yīng)用最廣的首推玻璃鱗片防腐涂料。玻璃鱗片是耐酸性好的化學玻璃（亦稱為C玻璃或中堿玻璃），經(jīng)1000℃以上的高溫熔融、吹制、驟冷、破碎、篩選而成。美國歐文-康寧（Owens-Corning）公司采用了套筒牽引替代人工吹制和改進口膜拉制而成長條玻璃帶（又稱RiBBon）的生產(chǎn)工藝[2]。這種玻璃鱗片有較好的分散性和較大的徑厚比，具有優(yōu)良的化學惰性及無磁性等特點；加之上下交錯的排列使涂層具有優(yōu)異的抗介質(zhì)滲透性和耐蝕性；涂層固化時收縮率小，提高了抗溫度驟變性和抗沖擊性；樹脂的緊密黏結(jié)提高了堅韌度和耐磨性等。
玻璃鱗片的規(guī)格和用量對涂層性能有直接的影響，一般要求玻璃鱗片的厚度在3~5μm，大小在數(shù)十目至數(shù)百目之間。經(jīng)驗認為：①作膠泥、底漆時可選用30目左右的玻璃鱗片，采用涂抹法和輥涂法施工較好；作面漆時，選用200目的玻璃鱗片，采用噴涂法施工較為合適，較常用的有Graco高壓無氣噴涂機和Hotspray熱噴涂機（雙組分）。②玻璃鱗片的用量應(yīng)有一個最佳范圍。一般最高以30%為宜（相對于100%樹脂）。在30%以下，隨著鱗片用量的增加，可形成較好的搭接和重疊排列，涂層的致密性大大提高，故用量與耐蝕性成直線關(guān)系。但用量過高，鱗片不能被樹脂完全包裹，造成無序堆砌，使金屬內(nèi)部形成空隙和氣孔，影響涂層致密性，反而降低了耐蝕性。而且涂層的物理性能，如附著力、柔韌性和耐沖擊性亦會急劇下降。③玻璃鱗片使用前應(yīng)經(jīng)偶聯(lián)劑處理，以增加鱗片與樹脂間的黏結(jié)力和在樹脂中的平行排列以及在涂層體系中的漂浮穩(wěn)定性，從而提高涂層的抗?jié)B性。偶聯(lián)劑可以選用硅烷偶聯(lián)劑（如KH550、KH560）或鈦酸酯偶聯(lián)劑（如NDZ311、NDZ-201），不同的樹脂應(yīng)選擇不同分子結(jié)構(gòu)的偶聯(lián)劑和相應(yīng)的表面處理工藝（浸潤法或摻混法）。
玻璃鱗片涂料中所用的樹脂必須是高性能樹脂，這樣才能保證涂層的最佳性能，主要是熱固性樹脂，如乙烯基酯樹脂（VE）、不飽和聚酯樹脂（VP）、環(huán)氧樹脂（EP）和聚氨酯樹脂（PU）及氯磺化聚乙烯等。其中尤以綜合性能優(yōu)良的乙烯基酯樹脂為主的玻璃鱗片涂料（VEGF）較佳，特別是酚醛環(huán)氧乙烯基酯樹脂玻璃鱗片涂料，其耐溶劑、耐酸性和耐溫性（大于150℃）更好。
在不飽和聚酯樹脂中主要是雙酚型VP和含氯VP等高耐蝕樹脂和間苯型VP樹脂。在環(huán)氧樹脂體系中還包括環(huán)氧瀝青、環(huán)氧聚硫橡膠和環(huán)氧呋喃等改性環(huán)氧樹脂。
玻璃鱗片涂料以其獨特的性能、方便的施工和較強的可修復(fù)性成為日益重要的重防腐涂料品種。自1957年美國歐文-康寧公司首次開發(fā)玻璃鱗片涂料以來，在美國、日本和西歐獲得了普遍推廣和發(fā)展。從20世紀80年代以后我國也開始了玻璃鱗片及涂料的開發(fā)研究和生產(chǎn)應(yīng)用，已形成溶劑型、厚漿型、水性等系列玻璃鱗片涂料品牌并廣泛地用于各種嚴重腐蝕環(huán)境下的防腐工程，如排煙脫硫裝置、石油化工儲罐、海上鉆井平臺、污水處理設(shè)施、船舶、橋梁及鐵路貨車等，獲得了良好的技術(shù)效應(yīng)和經(jīng)濟效益。
3 云母氧化鐵鱗片防腐涂料
云母氧化鐵的化學成分是α-Fe2O3，由于其片狀結(jié)構(gòu)類似云母，故稱為云母氧化鐵，按其來源有天然和合成之分，外觀有灰色和紅褐色2種，天然云鐵國外以奧地利產(chǎn)品較佳，國內(nèi)產(chǎn)地主要有安徽繁昌和江蘇茅山等。其結(jié)晶體呈片狀或平板狀的六角形，具有較大的徑厚比，直徑從幾十μm到100μm以上，厚度一般為幾μm到幾十μm。云鐵鱗片具有良好的化學惰性，均勻交叉地分布于涂膜中，形成封閉性很好的致密涂層，有效地阻隔腐蝕介質(zhì)的滲透，防止紫外線對涂膜的降解，具有良好的防滲性和耐候性。涂膜固化時收縮率低，使機械強度增加；表面有較好的粗糙度，利于增加底漆和面漆的層間附著力。尤其是耐高溫（云鐵鱗片1000℃不變色），價格低，應(yīng)用廣泛。
云母氧化鐵鱗片可與多種防腐樹脂（如酚醛、醇酸、氯化橡膠、環(huán)氧、聚氨酯等）配合制備性價比不同的鱗片防腐涂料，適應(yīng)不同的防腐市場需求。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點能阻隔水、氧等腐蝕介質(zhì)的滲透，云鐵鱗片主要用作各種腐蝕環(huán)境中鋼結(jié)構(gòu)涂層的底漆和中間漆，如公路和鐵路橋梁、通訊和輸電鐵搭、建筑和海洋鋼結(jié)構(gòu)、石油儲罐和管道等，均有良好的效果。用于富鋅底漆或噴鋅噴鋁涂層之上的環(huán)氧封閉漆和中間漆，既對整個涂膜起到良好的封閉屏蔽作用，有效地提高涂層的抗?jié)B性和防腐性，又增加了涂層的厚度，降低涂層的造價。因其具有耐紫外線輻射的功能亦可用于防腐面漆，如法國的埃菲爾鐵塔和國內(nèi)的武漢、南京長江大橋的涂裝等，顯示了長效的防護作用。而對一種氯化橡膠云鐵面漆的10年海洋大氣暴露試樣的表面進行SEM分析表明，由于鱗片狀云鐵呈平行分布，該涂層具有良好的耐大氣老化性。作為一種惰性屏蔽型鱗片涂料，云鐵鱗片還可與許多活性防銹顏料配合使用，產(chǎn)生協(xié)調(diào)效應(yīng)，制備出多種功能性防腐涂料，如耐高溫輻射防腐涂料、海洋水工防腐涂料等。
4 云母鱗片防腐涂料
云母鱗片是由云母直接加工制得的，是一種含水鋁硅酸鹽的化合物，因含有不同的金屬離子，所以有不同的色澤：白云母和金云母以及白云母微晶集合體的亞種———絹云母之別。云母的結(jié)構(gòu)屬于單斜晶系，常呈六方片狀，其集合體呈鱗片狀，平均粒徑15μm。云母鱗片根據(jù)加工工藝的不同有濕法和干法之分。經(jīng)過特殊剝離加工的云母薄片稱為高縱橫比的云母，最高縱橫比超過100。其表面光滑，底軸面完整，具有彈性，而且折射率高（反射指數(shù)1.58），分解溫度高（大于850℃）、耐熱性好，耐化學品性和耐候性均佳。還有一種合成云母，它是以F-取代天然云母中的OH-，具有比天然云母更加優(yōu)異的耐高溫、耐化學品腐蝕性。
同玻璃鱗片一樣，云母鱗片可與環(huán)氧樹脂、乙烯基酯樹脂、丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂等配制成云母鱗片防腐涂料，具有突出的耐候性和耐腐蝕性。同一配方的對比試驗表明，云母鱗片防腐涂料與玻璃鱗片防腐涂料的理化性能相當，但防腐性能更好。通過掃描電子顯微鏡分析可知，云母鱗片與樹脂和乳膠中的分子鏈相結(jié)合纏連，處于多層重疊平鋪狀態(tài)，與漆膜表面呈平行排列，形成一種致密的抗化學腐蝕和陽光輻射的保護層，阻止大氣和潮氣浸透，從而提高了漆膜的抗?jié)B性和耐候性。由于云母鱗片具有彈性，鱗片間能夠滑動，從而防止了漆膜應(yīng)力集中而龜裂，提高了漆膜的力學性能、防腐性和耐久性。云母鱗片用于防腐底漆時，常與鐵紅、鋁粉等顏料拼用，有互補增強之效。此外，還可以部分取代鈦白作為防腐面漆，用于各類防腐領(lǐng)域，例如：鋼結(jié)構(gòu)防護漆和建筑涂料等。濕法云母鱗片還可用于制造云母鈦珠光顏料和導(dǎo)電云母材料，用作汽車閃光涂料和儲罐、地坪等抗靜電涂料。
5 石墨鱗片涂料
石墨是六方晶系的結(jié)晶型碳，呈葉片狀、鱗片狀和致密塊狀，具有金屬光澤。按其來源分為天然石墨和人造石墨。石墨鱗片是一種層狀結(jié)構(gòu)的天然固體潤滑劑，資源豐富且價格便宜。石墨鱗片結(jié)晶完整，片薄且韌性好，物化性能優(yōu)異，具有良好的傳導(dǎo)性、導(dǎo)電性、抗熱震性、耐腐蝕性等。鱗片石墨按含碳量的高低分為高碳石墨（含碳量大于99.9%）、中碳石墨（含碳量80%～93%）和低碳石墨（含碳量50%～75%）。鱗片石墨廣泛用于冶金工業(yè)的耐火材料、輕工業(yè)的鉛筆芯、電池工藝的電極、化學工業(yè)的潤滑密封材料等。作為涂料的功能填料主要用于防腐涂料、防火涂料和導(dǎo)電涂料。作為防腐材料，它和炭黑、滑石粉及油料等制成的防銹底漆，具有良好的耐化學品和溶劑腐蝕性能；若在配方中加入鋅黃等化學顏料，其防銹效果更好。
用作防火填料的是可膨脹石墨，它是以天然石墨鱗片為原料，經(jīng)化學或電化學處理而得到的一種石墨層間化合物�？膳蛎浭谑軣釛l件下，體積急劇膨脹（最高可達300倍）窒息了火焰，同時生成膨脹物，達到隔絕火焰，延遲或中斷火焰蔓延的作用，且本身不燃，柔軟性好，表面能高，炭化層強度好。但是膨脹體的體積和用量要選擇適宜。試驗表明，150μm的顆粒、30%的膨脹倍數(shù)、5%的用量最為合適。鱗片石墨可直接作為碳類導(dǎo)電填料、亦可制成復(fù)合導(dǎo)電填料用于導(dǎo)電涂料。但由于石墨鱗片的添加量較大，會使涂料的性能變脆而使其應(yīng)用受到一定限制。因此，采取措施進一步提高石墨的導(dǎo)電性，有效降低石墨鱗片的添加量。國內(nèi)天華化工機械研究院開發(fā)了以高溫耐腐蝕樹脂為基料，以導(dǎo)靜電能力較強的大片狀實體石墨鱗片為主要骨料，以本體強度高、耐磨性好、抗形變開裂性好的短切纖維材料為功能性填料的無溶劑厚膜型導(dǎo)電涂料。該涂料具有抗腐蝕介質(zhì)滲透、固化殘余應(yīng)力小、抗基體形變開裂性好、施工性能穩(wěn)定、長效導(dǎo)靜電的特點�？捎糜谠蛢迌�(nèi)壁導(dǎo)靜電涂裝。據(jù)資料報道，采用化學鍍技術(shù)對石墨粉體施鍍金屬，如銅、鎳、銀等制備復(fù)合導(dǎo)電填料，以30%的量用于導(dǎo)電涂料中，不僅其導(dǎo)電性很好，且防腐性進一步提高。 |
