1、 硕士学位论文基于纳米分子共混涂覆的输变电设备防腐涂料研究Study On Nanoparticles Modified AnticorrosiveCoating For Power transmission and transformationequipment董晓贝2014年 3月国内图书分类号：TQ 323.5国际图书分类号：54学校代码：10079密级：公开硕士学位论文基于纳米分子共混涂覆的输变电设备防腐涂料研究硕士研究生：董晓贝导 师：许佩瑶教授申请学位：工学硕士学专科：环境科学与工程业：环境工程所在学院：环境科学与工程学院答辩日期：2014年 3月授予学位单位：华北电力大学Clas
2、sified Index: TQ 323.5U.D.C: 54Thesis for the Master DegreeStudy On Nanoparticles Modified AnticorrosiveCoating For Power transmission and transformationequipmentCandidate： Dong Xiaobei Supervisor：School：Prof. Xu PeiyaoSchool of Environmental Science andEngineeringDate of Defence： March, 2014Degree-
3、Conferring-Institution： North China Electric Power University华北电力大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于纳米分子共混涂覆的输变电设备防腐涂料研究是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日华北电力大学硕士学位论文使用授权书基于纳米分子共混涂覆的输变电设备防腐涂料研究系本
4、人在华北电力大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归华北电力大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权华北电力大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于（请在以下相应方框内打）：保密 ，在不保密年解密后适用本授权书作者签名：导师签名：日期： 年年月月日日日期：华北电力大学硕士学位论文摘 要随着电网工程建设规模的日益扩大，输变电设备的寿命和腐蚀问题也越发突出，由于长期运行在
5、野外，输变电设备的构件受到各种恶劣环境的侵蚀和破坏，进而导致输变电设备的寿命大幅缩短，且安全运行受到严重威胁。涂覆防腐涂料具有使用简便、性能优良耐久、易维修重涂、适用范围广等特点，能满足构型复杂的设备需求，且其色彩多样，可同时发挥装饰性和标志性作用。而输变电设备的特殊工作环境对防腐涂料提出了更高的要求，防腐涂料从其发展方向上可以概括为两大趋势:基于环保因素与可持续发展 ,防腐涂料正迅速向 绿色化与高性能化方向发展。做好输变电设备的防腐对于保障电力系统的安全运行至关重要，因此输变电设备的防腐问题必须引起足够的重视，亟待开发新型优质、高效、长寿命的防腐涂料及防控技术。本文针对输变电设备防腐要求，通
6、过实验筛选并确定了新型水性无机富锌涂料的制备方法，设计正交实验并以附着力测试、耐盐雾性能测试等涂层常规性能测试作为实验结果指标，确定了新型水性无机富锌涂料的最优配方；在此基础上，选取合适的纳米材料 Z、S、T对水性无机富锌涂料进行改性研究， 设计正交实验确定纳米改性涂料配方；对实验室制备涂料进行了 SEM和 XRD表征研究；以电化学交流阻抗谱测试手段对涂料防腐性能进行研究；将制备的水性无机富锌涂料和纳米 Z改性水性无机富锌涂料与市场无机富锌涂料进行了技术、经济分析。实验结果表明纳米 Z改性水性无机富锌涂料较未改性水性无机富锌 涂料在附着力、耐盐雾性、涂层致密度等防腐性能上均有所提高；实验室制备
7、涂料无论在技术上或是经济上均优于市场无机富锌涂料，其中纳米 Z改性水性无机富锌 涂料表现出更为明显的优势。关键词：输变电设备；防腐涂料；纳米材料；交流阻抗谱；技术经济分析I华北电力大学硕士学位论文AbstractWith the increasing expansion of power grid construction, the service life of powertransmission equipment and corrosion become prominent problem. Because of longrunning in the wild, power transm
8、ission and transformation equipment component arecorroded and damaged by all kinds of bad environment.The life of a power transmissionand transformation equipment are significantly shortened, and the safe operation isthreatened. Coating anticorrosive paint is used simply, performed excellently, repa
9、iredeasily, and applied widely, etc. Whats more, it can meet the demand of the complextypes of equipment, and can play a role of decoration and signature because of itsdiversified color. Due to the special work environment, power transmission andtransformation equipment put forward higher requiremen
10、ts to anticorrosion coating.Based on environmental factors and the sustainable development, anticorrosive coatingsare rapidly developing to the “green“ and “high-performance“model. Corrosionprotection of power transmission and transformation equipment is very important toguarantee the safe operation
11、 of power system,so enough attention must be paid to thepower transmission and transformation equipment antisepsis problem.New type ofanti-corrosion coatings and the prevention and control technology with high quality, highefficiency, long life should be developed.This paper determined the preparati
12、on methods of new waterborne inorganiczinc-rich coatings by experiment, according to the power transmission andtransformation equipment anticorrosion requirements. Orthogonal experiment with theadhesion test and salt fog resistance test of coating are taken as its result indicators. Theoptimal formu
13、lation of new waterborne inorganic zinc-rich coatings are determined. Onthe basis of this, appropriate nano-materials Z, S, T are selected to modify waterborneinorganic zinc-rich coatings and orthogonal experimental test to determined optimalformulation.This paper test SEM and XRD characterization o
14、f laboratorycoating.Electrochemical impedance spectra test are designed to study the antisepticproperty.Analyzes technology and economy of laboratory waterborne inorganic zinc-richcoating and nano-Z modified water-borne inorganic zinc-rich coating with marketinorganic zinc-rich coating.The experimen
15、tal results show that adhesion,salt fogresistance,paint film density of nano-Z modified water-borne inorganic zinc-richcoatings anticorrosion performance are improvedThe laboratory coating is superior tomarket inorganic zinc-rich coating technically and economically. And nano-Z modifiedwater-borne i
16、norganic zinc-rich coating has more obvious advantages.Key words:power transmission and transformation equipment;anticorrosivecoating;nano-materials;electrochemicaleconomical analysisimpedance spectroscopy;technical andII华北电力大学硕士学位论文目录摘 要 . IAbstract.II目录 .III第 1章绪论 .11.1课题研究目的及意义 11.2金属表面防腐涂料研究现状 .
17、21.2.1金属表面防腐涂层防腐机理 .21.2.2水性无机富锌涂料 .21.2.3纳米改性涂料 .31.3金属表面涂层腐蚀动力学研究现状 .41.3.1恒电位扫描极化曲线法研究现状 41.3.2电化学阻抗谱法（EIS法）研究现状 .41.4课题主要研究内容 .5第 2章水性无机富锌涂料的制备和性能测试 .72.1水性无机富锌涂料成膜机理 .72.2水性无机富锌涂料配方组成 .72.3实验药品和仪器 .82.4水性无机富锌涂料水性FO添加剂的筛选 .82.5水性无机富锌涂料的制备 92.5.1复合基料的制备 .92.5.2碳钢试片的预处理 .102.5.3涂料的制备及涂刷 .102.6水性无机
18、富锌涂料性能测试及结果分析 112.6.1水性无机富锌涂料正交实验方案设计 .112.6.2水性无机富锌涂料性能测试方法 .122.6.3水性无机富锌涂料正交试验结果分析 142.6.4小结 19第 3章纳米材料改性水性无机富锌涂料的制备和性能测试 .203.1纳米材料的防腐机理 .203.2纳米材料对水性FO添加剂的筛选 .203.3纳米材料改性水性无机富锌涂料的制备 253.4纳米材料改性水性无机富锌涂料性能测试及结果分析 253.4.1纳米材料改性涂料正交实验方案设计 .253.4.2纳米材料改性涂料正交试验结果分析 263.4.3小结 30第 4章水性无机富锌涂料防腐动力学研究 .31
19、4.1动力学研究测试方法 314.2实验设备及测试步骤 314.3腐蚀动力学研究测试结果及分析 32III华北电力大学硕士学位论文4.3.1试片EIS测试开路1Bode图结果分析 .324.3.2试片EIS测试开路2 Bode图结果分析 .344.3.3试片EIS测试开路1 Nyquist图结果分析 .354.3.4试片EIS测试开路2 Nyquist图结果分析 .374.3.5试片动电位扫描极化曲线结果分析 .394.4小结 41第 5章纳米材料改性水性无机富锌涂料表征研究 .435.1涂料试片的X-射线衍射（XRD）结果与分析 .435.2涂料试片的扫描电镜（SEM）结果与分析 445.3
20、涂料试片截面的扫描电镜（SEM）结果与分析 46第 6章水性无机富锌涂料技术经济分析 .436.1水性无机富锌涂料技术分析 .476.1.1技术分析测试方法 476.1.2性能对比测试结果 486.2水性无机富锌涂料经济分析 .496.3小结 .51第 7章结论与展望 .537.1结论 537.2展望 .54参考文献 .55攻读硕士学位期间发表的论文和参加科研情况 .58致谢 .59IV华北电力大学硕士学位论文第 1 章绪论1.1课题研究目的及意义随着国民经济和社会发展对电力需求的快速增长，我国的电网建设迎来了高速成长期。根据我国十一五规划的经济发展部署， 输变电工程较 十五 增长率为 225
21、0。随着电网工程建设规模的日益扩大，输变电设备的腐蚀和寿命问题也越发突显。据不完全统计，我国因钢铁腐蚀而造成的经济损失约 2000亿元每年，其中电力系统因设备外腐蚀造成的年经济损失足可新建四座 500kV 变电站或一座大中型发电厂 0，因此必须采取强有力措施对腐蚀问题进行防控。输变电设备的腐蚀环境主要包括大气腐蚀、水腐蚀和土壤腐蚀等。其中，导线、金具和杆塔结构的腐蚀一般为大气腐蚀，杆塔基础和接地网的腐蚀多为土壤腐蚀 0。就基本原理而言，腐蚀防控的措施主要包括化学镀、电解镀、衬塑、衬胶、防腐蚀涂层、重防腐涂装、阴极保护和阳极保护等 0，在输变电工程钢结构防腐技术中一般采用表面金属保护层防腐法，该
22、方法采用防腐性金属作为保护层，是在钢材基体表面覆盖一层比铁(Fe)更活跃的金属元素作为阳极性层，防护层通常采用的金属层是锌 0。新建铁塔最常用的防腐技术是热镀锌技术，然而国内铁塔热镀锌技术有不足之处： 1)现有镀锌技术整体落后 ,工艺自动化水平低 ,镀锌质量不稳定,耗能高。2)热镀锌技术防腐技术及其工艺落后,镀层耐蚀性差,使用寿命短,尤其是在沿海盐雾腐蚀环境下,耐腐蚀寿命短,工人后续维护工作量加大,运行成本高。3)热镀锌锌层厚度指标达不到要求 0。而涂覆防腐涂料具有使用简便、性能优良耐久、易维修重涂、适用范围广等特点，能满足构型复杂的设备需求，且其色彩多样，可同时发挥装饰性和标志性作用，因而最
23、适合输变电设备在野外作业的特殊要求。从世界范围来看，防腐涂料已在部分输变电设备中得到了应用，使用的材料大多局限于不饱和树脂、酚醛树脂、醇酸树脂等防腐涂料 0，但由于对不同输电线路环境条件下的腐蚀机制缺乏系统深入的研究，因而其对于输变电设备而言（尤其是长期工作在各种环境中的线路设备）尚不能起到理想的保护效用 0。同其他行业相比，输变电设备的防腐涂层长期处于电场作用下，导致环境腐蚀介质的破坏能力增强，同时作为涂料基料的高分子化合物类成膜物质将因电场作用而加速老化 0。由此可见，输变电设备的特殊工作环境对防腐涂料提出了更高的要求。纳米微粒由于具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子效应等性质
24、，将其用于对富锌涂料进行改性可大大提高涂层性能，如渗透性、耐蚀性、1华北电力大学硕士学位论文自洁性、抗菌性、耐磨性和超耐候性等，有望使其更加适应输变电设备的特殊工作环境 0。本研究提出的纳米分子共混涂覆即是在此基础上建立的一种新型防腐技术。综上所述，输变电设备结构件的腐蚀降低了其可靠性和使用寿命，不仅会造成巨大的经济损失，而且威胁电网的安全运行。做好输变电设备的防腐对于保障电力系统的安全运行至关重要。因此，输变电设备的防腐问题必须引起足够的重视，亟待开发新型优质、高效、长寿命的防腐涂料及防控技术。1.2金属表面防腐涂料研究现状1.2.1金属表面防腐涂层防腐机理基于输变电设备在野外工作的防腐需求
25、，防腐涂料从其发展方向上可以概括为两大趋势:基于环保理念与可持续发展 ,防腐涂料正迅速向 绿色化与高性能化方向发展。涂料防腐蚀是将耐腐蚀的材料涂覆在需要保 护的铁塔底材上使其不与腐蚀介质直接接触而免遭侵蚀的方法,结合金属的电化学腐蚀理论，其防腐机理主要为 0：（1）屏蔽作用：由于防腐涂料会在金属表面形成一个有效屏蔽层，可以阻止外界环境与金属表面的接触，从而达到防腐的目的。（2）缓蚀与钝化作用：涂料中含有的颜料在水分或酸碱性物质渗透过漆膜时，颜料会将渗透进入的物质中和，以它的强氧化性使金属表面钝化，从而起到金属表面防腐的作用。（3）防锈颜料的保护：涂料中的某些活性颜料对腐蚀反应会产生干扰和破坏，
26、一方面是起到屏蔽作用，另一方面也起到了电化学保护的作用。（4）电化学保护作用：也叫做阴极保护作用，如果在涂料中含有一定量的金属锌粉时，那么在锌粉和金属表面可以形成一个微电池，含锌涂层作阳极，金属作阴极，电流由锌向铁流动，保护了金属。（5）添加缓蚀剂保护：缓蚀剂是在腐蚀性介质中加入的能大大降低金属腐蚀的电化学反应速度的介质。1.2.2水性无机富锌涂料富锌涂料及其他含锌金属防腐涂料比其他涂料有更为显著的效果 0，锌粉均匀分散在溶剂中，最常见的有机溶剂是环氧树脂（聚胺酰胺），乙烯基树脂，氯化橡胶，不饱和的聚合物等，而最常见的无机溶剂大多是硅酸盐 0。当涂装了富2华北电力大学硕士学位论文锌底漆的钢结构
27、发生腐蚀时，因为金属锌在很宽的温度范围内的电极电位比铁负，起到了牺牲阳极的阴极保护作用，同时锌粉腐蚀后的产物可填充涂膜的空隙，又起屏蔽腐蚀介质的作用。结合文献得到水性无机富锌涂料主要具有以下优点 0。(1)附着力优。不 仅可形成硅酸锌网状结构聚合物，而且还与金属底材表面可生成硅酸锌铁类络合物，因而对金属基材有很强的附着力。(2)耐候性。因为水性涂料完全是无机的，可以抵抗太阳光紫外线，在长期暴晒下，不易发生粉化、开裂或脱落。(3)耐热性。在形成硬化 层时以聚硅氧烷(Si-O-Si)相 结合。这种 Si-O键的结合能为 106 kcalmol，比形成有机高分子的 CC键结合能(82.6 kcal
28、mo1)大得多，因而具有更强的耐热性。(4)耐溶剂性。是无机硅酸锌涂层的一个优点，几乎在所有烃类溶剂中是不溶的，而对其他强溶剂，如醚、酮以及氯化烃具有很强的抵抗能力。(5)安全性。以水为稀释剂，无闪点，不爆不燃。在施工中无需采取严格的防火措施，安全可靠。(6)自修复性。由于阴极保护作用，即使漆膜意外损坏，也不会向周围扩大、剥落，重新涂抹后能与旧漆膜自然结合。水性无机富锌涂料特有的成膜机理既提高其涂膜的长效防腐能力但也带来了应用中的问题。底材除锈不彻底、粗糙度太小或表面有油污，均会影响涂料对底材的附着力。由于水性无机富锌涂料以水为溶剂，环境的温、湿度，通风条件均决定了水分的挥发速度，从而影响水性
29、无机富锌涂料的干燥速度 0。有资料表明：乳液可有效提高漆膜的韧性和抗冲击性。王峻等人28将 5060的硅酸盐溶液与 1520的丙烯酸乳液与锌粉等填料混合，获得耐盐雾性能达到2500h的漆膜。马黎明等人 0利用硅酸盐溶液与有机硅树脂，在引发剂帮助下形成化学键的牢固度远胜于常规涂料的漆膜。1.2.3纳米改性涂料纳米复合材料中最常见的是纳米改性涂料是用分散的方法将纳米材料添加到普通涂料中。传统的腐蚀理论认为，纳米晶粒的尺寸在 10nm 时，晶界的体积含量为 30% ，晶界体积含量的增加和晶界处原子活性的提高，促使氧化反应能力提高，从而使材料的钝化能力增强 0。纳米涂料性能改善主要包括：一、施工性能的
30、改善，如利用纳米粒子影响涂料流变性。二、耐候性的改善，如利用纳米粒吸收紫外线。三、力学性能的改善，利用纳米粒子与树脂之间强大的结合力，提高涂层的硬度、强度、耐磨性等 0。3华北电力大学硕士学位论文由于输变电设备表面有不同程度的余锈和污垢，并且所处环境早晚温差大，通风条件较好，这些条件影响了水性无机富锌涂料的自固化速度和成膜速度和涂膜的附着力。纳米微粒用于防腐涂料具有极好的协同作用，纳米颗粒与涂层形成较强的氢键结合，增加了涂层的致密性及抗离子渗透性。另外，纳米颗粒还可以改善涂料的流变性,提高涂层的漆膜硬度、附着力、光洁度和抗老化性能，因此纳米材料改性的水性无机富锌涂料的开发有了更为直观的意义。1
31、.3金属表面涂层腐蚀动力学研究现状1.3.1恒电位扫描极化曲线法研究现状恒电位阳极极化是一种破坏性、不可逆的测试方法，该法将涂装试片恒定在某一电位，使之成为阳极，测试电流随时间变化的关系，绘制成一条曲线，以电化学信息来评价漆膜的耐腐蚀性。赵永韬0等人通过利用恒电量脉冲技术测定了 Q235 碳钢在海水中的腐蚀过程的电化学动力学参数。何建波 0等人采用恒电流充电的暂态方法研究了达克罗涂层的恒电流充电曲线，并且综合利用了弱极化区和线性极化区的数据来求取腐蚀电流等参数，并取得了良好的效果。蔡荣秋0等人采用PS168B腐蚀测量仪进行实验，采用阴、阳极连续交变极化研究了反应时间对碳钢在萤石 -硫酸体系中的
32、腐蚀情况影响。向斌0等人利用线性极化法对A3钢 在模拟酸雨环境下的腐蚀行为进行了初步研究，并针对不同酸度、不同浸泡时间和不同离子浓度下的腐蚀结果进行了对比。赵瑾0利用最小二乘法和牛顿迭代法对金属电极的弱极化曲线进行拟合，经过数值计算，得出了腐蚀金属电极的弱极化区在腐蚀过程中的4个电化学动力学参数。易忠胜0等人则是通过高斯-牛顿法和单纯形推移法联合对数据进行拟合。此外，邱德瑜0等人研究了不同控制过程下的电极过程，从而扩大了基本关系式（a、c与 E的函数关系）的适用范围。沈亚郯0等利用弱极化法测量了电弧喷铝涂层的腐蚀电流密度，据此计算并预测出电弧喷铝涂层的使用寿命。1.3.2电化学阻抗谱法（EIS
33、法）研究现状通过对缓蚀剂测试得到的电化学阻抗谱数据分析，可以得到不同频率范围内的双层电容、极化电阻、膜电容、膜电阻和缓蚀效率等大量信息，从而可以判定防腐涂层的阻抗谱特性，实现对防腐涂层的防腐性能的评价。马骄0利用电化学阻抗谱（EIS）技术对纳米SiO2含量为5的有机硅复合涂层的防护性能进行了研究。向斌 0等人通过利用电化学阻抗谱来分析纳米 TiO2对4华北电力大学硕士学位论文漆膜防腐性能的影响。结果表明，添加金红石型纳米TiO2能改善漆膜耐紫外线老化，光泽度，防腐蚀性能。吴雪梅0等人利用电化学阻抗谱（EIS）技术研究了超细TiO2改性防腐涂料后的电化学性能，结果表明超 细TiO 2改性后的环氧
34、防腐涂料容抗弧的直径远大于未改性涂料，证明超细TiO2的加入可 显著提高环氧防腐涂料的耐蚀性。1.4课题主要研究内容本课题主要的研究内容为：（1）水性无机富锌涂料的制备。水性无机富锌涂料主要由基料和颜料两部分组成，基料主要成分是理水玻璃（硅酸锂），颜料成分为锌粉。为了提高涂料与基底之间的附着力、涂料强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性等其他防腐特性，需要对基料和颜料进行改性研究，并添加适当的可以改善涂层表面形态的添加剂。针对基料的改性研究目前常用的方法主要有硅酸盐之间的复配和硅酸锂与有机物之间的复配，为了提高颜料在涂料体系中的分散性，需要对颜料进行改性并适当添加可以减小锌粉沉降率的添加剂。确定水性无机
35、富锌涂料的基料成分，颜料成分以及添加剂种类之后，在此基础上参考文献调整各组分的添加量，进行正交实验设计，通过适当的性能测试确定水性无机富锌涂料的最佳配方。（2）纳米材料选择及纳米改性水性无机富锌涂料的制备。制备纳米改性涂料之前首先需要筛选出纳米材料的种类以及纳米材料在涂料体系中的分散方法。因为纳米材料的种类直接影响到纳米改性涂料的粘结性、耐摩擦性、防紫外线、耐候性等性能的好坏，而分散方法的选择直接影响到纳米材料在涂料体系中的均匀分散效果。确定好纳米材料及其分散方法，在此基础上调整纳米材料添加量，进行正交实验设计，通过适当的性能测试确定纳米改性水性无机富锌涂料的最佳配方。（3涂料性能测试。结合水
36、性无机富锌涂料的特点，筛选出合适的涂层防腐性能测试方法，然后严格按照相关国标的要求进行性能测试。（4）纳米改性水性无机富锌涂料防腐动力学研究。本实验将结合恒电位扫面计划曲线法、电化学阻抗谱法和 PARSTST2273电化学测试系统对纳米改性水性无机富锌涂料进行防腐动力学测试，利用得到的涂层阻抗、涂层容抗弧长、极化曲线等相关动力学信息来研究涂层致密度、涂层内电解质渗透速率、涂层内自腐蚀电流密度等防腐机理。（5）纳米改性水性无机富锌涂料表征研究。对制备好的纳米改性水性无机富锌涂料进行表征研究，以便更为细致地观察涂料表面形态。结合纳米改性水性无机富锌涂料的特点以及实验室可行性情况，采用 SEM，XR
37、D技术研究纳米材5华北电力大学硕士学位论文在涂料体系中的分散和分布情况，特定形貌区域的元素组成和物相结构；涂层与基底的粘结程度等。（6）对制备的纳米改性水性无机富锌涂料和市售富锌涂料进行技术经济分析，总结出实验室制备纳米改性水性无机富锌涂料的优点和不足，为下一步工业生产和应用提供基础。综上所述，本课题研究的纳米改性水性无机富锌涂料不仅可以保留水性无机富锌涂料的耐候性、附着力优、安全环保性、自修复性等优点，更有望弥补它在漆膜硬度，漆膜光滑性，涂层致密性，耐冲击性等方面的不足，符合输变电设备对防腐涂覆的要求，使其在环境保护成为世界主题的今天，成为具有发展前途的环保型涂料之一。6华北电力大学硕士学位
38、论文第 2 章水性无机富锌涂料的制备和性能测试2.1水性无机富锌涂料成膜机理水性无机富锌涂料一般由两部分组成，其中液体组分称为基料，粉体组分称为颜料，基料和颜料与基体间复杂的相互作用体现为水性涂料漆膜的主要特性和性能。水性富锌涂料的固化类型属于化学性固化，主要依靠基料与颜料产生化学反应而固化成膜 0。现在所使用的无机富锌涂料的基料成分一般由硅酸盐水溶液与其他有机树脂复合改性构成，颜料成分一般为锌粉。基料中的 Si-O键、颜料中的 Zn及基体表面的 Fe等生成硅酸盐聚合物，然后与空气中的 H2O和 CO2继续反应，生成了网状的硅酸锌络合体和不溶性涂料膜层，聚合成可以将涂层和底层基体粘结为一体的网
39、络，从而起到保护金属表面的作用。2.2水性无机富锌涂料配方组成水性富锌涂料的基料以硅酸锂为主，但单纯的使用硅酸锂作为成膜物质，涂层附着力较差，硅酸锂需与其他硅酸盐复配，才能使涂层获得良好的附着力。通过结合水性无机富锌涂料的特点，本实验筛选了两种硅酸盐（X 、Y （天津市大茂化学试剂厂）与模数为 4.8的硅酸锂（北京红星化工厂）复配得到三种复合物质分别作为不同种类的基料，即：硅酸锂-X、硅酸锂-Y 、硅酸锂-X-Y。将有机树脂作为辅助成膜物质与基料复合使用，并利用搅拌等机械方法将其混合在一起，使有机树脂填充在-Si-O-Si-网状结构的 间隙中，可以屏蔽残存的羟基，减少涂层对水的敏感程度。通过结
40、合水性无机富锌涂料的特点，本实验筛选了 BO乳液（北京市通州互益化工厂）与基料进行复配。其他辅助添加剂的加入不仅有利于涂层的电化学性能，并且对其他共聚力、抗拉强度、附着力等有增强效果。通过结合水性无机富锌涂料的特点，本实验筛选了可以提高涂料性能的 XO剂（北京市通州互益化工厂）、水性 WD-61ELO剂（北京安特谱纳科贸有限公司）、CO剂（北京市通州互益化工厂），并 选择了四种能够改善锌粉在涂料中分散效果的水性 FO剂，即：水性 FO剂 PE40NV（科达涂料化工研究所）、水性 FO剂 PE40S（科达涂料化工研究所）、水性 FO剂 CP40（科达涂料化工研究所）、水性 FO剂 DA-02（北
41、京市通州互益化工厂）。不同形态锌粉的选择，会直接影响到锌粉在涂料中的分散性和锌粉与硅溶胶粒子间键的形成，从而影响涂料的综合防腐性能。本实验选用 500目的锌粉（天7华北电力大学硕士学位论文津福晨化学试剂厂）作为涂料的颜料成分，同时添加占体系重量 5%的氧化锌(天津市科密欧化学试剂有限公司)，可以有效提高颜基料之间的结合。水性无机富锌涂料的配方组成如表 2-1所示：表 2-1水性无机富锌涂料配方 组成基料 有机树脂 添加剂XO剂颜料硅酸锂/硅酸锂-X/硅酸锂-Y/硅酸锂-X-YBO乳液 水性 WD-61ELO剂CO剂500目锌粉氧化锌水性 FO剂2.3实验药品和仪器实验药品：硅酸锂水溶液，硅酸盐
42、 X，硅酸盐 Y，去离子水，500目锌粉，氧化锌（分析纯），氯化钠（分析纯），氢氧化钠（分析纯），盐酸，BO乳液，XO剂，水性 LO剂 WD-61E，CO剂，水性 FO 剂 DA-02。实验仪器和设备：电子天枰（FA 110 4A型），干燥器，移液管（ 5ml、10ml），移液枪(20-200l ；100-1000l)，量筒（20ml、50ml ），烧杯（50ml、250ml、500ml），容量瓶（100ml、500ml），比色管，试管，玻璃棒，药匙，胶头滴管。砂纸（100-150目、220目、500目），软毛漆刷，研钵，千分尺，恒温磁力搅拌器(附转子、79HW-1型)， KQ-250B型超声
43、波清洗器，六联电动搅拌器（JJ-4型），FQY系列盐雾试验箱，鼓风干燥箱。2.4水性无机富锌涂料水性 FO添加剂的筛选实验方法：称取 4份 1.0g锌粉于 20ml蒸馏水中，分别加入 2.5%的水性 FO剂 PE40NV、水性 FO 剂 PE40S、水性 FO剂 CP40和水性 FO剂 DA-02，在相同温度、搅拌速度下匀速搅拌 15min。将四种锌粉体系分别倒入带有刻度的试管中，密封后置于试管架中，随着静置时间的增加，记录每支试管中液体清液层的高度。按照公式计算锌粉沉降率，并通过评价沉降效果而为锌粉选取合适的 FO剂。 wv 100% （2-1）式中：v清液层高度，w纳米体系总高度。实验结果
44、与分析：添加水性 FO剂 PE40NV和水性 FO剂 PE40S的液体在搅拌 15min之后，锌粉迅速沉降到试管底部，所以水性 FO剂 PE40NV和水性 FO剂 PE40S不需要进行以下沉降 实验就可以排除。水性 FO剂 CP40和水性 FO剂DA-02对锌粉沉降率影响的效果如图所示：8华北电力大学硕士学位论文100806040200FO剂CP40FO剂DA-020 20 40 60 80 100沉降时间(%)图 2-1不同水性 FO剂对锌粉沉降率的影响由图可示：在静置初始阶段，FO剂种类对锌粉沉降率的变化速率影响较大，FO剂 DA-02对锌粉分散稳定性较好，沉降率随时间变化不大，10h之后
45、，随着静置时间的增加，锌粉分散效率降低，锌粉沉降率均稳定增长，沉降率变化速率趋于稳定。在沉降时间达到 80h之后，添加不同 FO剂的两种锌粉均沉降完全。但是从整体沉降率数值大小来看，在 10h-80h之间，添加水性 FO剂 DA-02的锌粉沉降率均比添加水性 FO剂 CP40 的锌粉沉降率低 10%左右。从锌粉沉降率数值以及贮存稳定性方面考虑，可以选择水性FO剂DA-02作为锌粉防沉有效助剂。2.5水性无机富锌涂料的制备2.5.1复合基料的制备制备方法：用分析天平准确称取 100g硅酸盐 X于 500ml烧杯中，添加 270g蒸馏水，用玻璃板搅拌至硅酸盐 X溶解。用分析天平准确称取 100g硅
46、酸盐 Y 于500ml烧杯中，添加 270g蒸馏水，用玻璃板搅拌至硅酸盐 Y 溶解。用此方法制备固含量为 27%的硅酸盐 X水溶液和硅酸盐 Y水溶液。准确称取 333g模数为 4.8的硅酸锂水溶液于 500ml容量瓶中，移取制备好的硅酸盐 X水溶液 167g至含有硅酸锂水溶液的容量瓶中， 轻轻摇晃至混合均匀。准确称取 333g模数为 4.8的硅酸锂水溶液于 500ml容量瓶中，移取制备好的硅酸盐 X水溶液 167g至含有硅酸锂水溶液的容量瓶中， 轻轻摇晃至混合均匀。准确称取 333g模数为 4.8的硅酸锂水溶液于 500ml容量瓶中，移取制备好的硅酸盐 X水溶液 83.5g至含有硅酸锂水溶液的
47、容量瓶中，再移取制 备好的硅酸盐 Y水溶液 83.5g至含有硅酸锂水溶液的容量瓶中，轻轻摇晃至混合均匀。用此方法可以制备硅酸盐含量为 33%的硅酸锂-X、硅酸锂-Y、硅酸锂-X-Y复合基料。9华北电力大学硕士学位论文2.5.2碳钢试片的预处理一、试片尺寸。选用钢板尺寸约为：40mm 25mm2.5mm，钢板符合 GB912普通碳素钢的技术要求。二、试片的打磨。用稀硫酸轻微除去钢板表面的附着物和氧化膜，在流水中冲洗干净并用滤纸吸干表面水分。依次用 100-150目、250目、500目、250目的砂纸打磨试片表面，将试片表面氧化膜彻底清除，并使得试片表面保留一定粗糙度，将试片用流水清洗干净后用滤纸
48、吸干水分，放在干燥器中备用。三、试片的磷化处理。为了提高漆膜的附着力，需要在涂刷漆膜之前按照GB6807-86钢铁工件涂漆前磷化处理技术条件 的要求对钢板试片进行磷化处理。从干燥器中取出已经干燥好的碳钢试片，每次实验需要 12个试片做平行实验，用千分尺测量每一个试片的长、宽、厚度，并做好记录。用细毛刷沾取磷化液直接涂刷在试片表面，反复涂刷直至均匀覆盖试片表面，记录时间，待 5分钟后，用镊子夹取涂有磷化液的试片用流水冲洗，要求最后一遍水洗用去离子水。水洗后用滤纸将试片表面残留水分吸干，放在干燥处干燥，为了防止试片表面被污染或重新锈蚀，干燥后应尽快涂漆。2.5.3涂料的制备及涂刷一基料的制备。将液
49、体基料（基料+BO乳液）作为体系 1，基料组分在体系中的质量分数随着 BO乳液在体系中质量分数的 变大而变小，以基料组分为硅酸锂，BO乳液添加量为 20%，颜/基为 2为例。制备方法：称取 40g硅酸锂水溶液于 100ml烧杯中，用移液管添加 10gBO乳液于含有硅酸锂水溶液的烧杯中，用玻璃棒搅拌均匀后将混合液体磁力搅拌 10min；再加入 2.5g氧化锌粉末（在体系中固含量为 5%），继续磁力搅拌 5min；再按照设计好的助剂添加量加入涂料所需助剂 XO剂、水性 LO剂 WD-61E、CO剂、水性 FO剂 DA-02，继续磁力搅拌 5min。此方法即可以制备水性无机富锌涂料的液体基料。二、颜料的添加。为了能够使颜料更加均匀地分散在基料中，本实验采用球磨法。称取 100g500目锌粉，将基料倒入口径 200mm的研钵中，一
