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保护金属防止生锈的创新性涂层

发布时间：2016-02-23

在许多用途中，金属涂层的物理完整性与其化学屏蔽性能一样重要。为特定用途选择最佳的金属涂层需要评估具体环境的所有影响，包括热和机械条件。涂层主要经受三种类型暴露：大气、浸泡和地下暴露。大气暴露、浸泡和地下暴露之间的主要区别是耐候性。

暴露于大气的涂层必须忍受各种条件，包括加热和冷却、氧化、润湿和干燥。浸没条件下的涂层主要受到水溶液的影响，从纯水到高浓度的各种化学品溶液。在地下用途中使用的涂层必须能耐地下水和土壤的影响，因此它们通常比大气环境条件下或浸泡条件下的涂层施涂得更厚。

一般情况下，腐蚀性环境包含多种活性物质，涂层必须能耐各种氧化剂、溶剂或两者的组合造成的渗透。因此，最好的屏障是能抵抗“宽范围的”腐蚀。

防腐涂料市场，像许多其他成熟市场一样，要受到长期经验的老观点的影响。大多数“老防护”工程师坚持认为防腐蚀涂层必须是富锌的，这才是有效的。事实上，几十年来，锌已经成为船舶、桥梁、钻井平台、飞机塔和许多其他用于海洋、工业和农业用途中的结构防腐蚀的黄金标准。

锌生产容易、价格较为便宜，但易受磨损和化学侵蚀。尽管锌可以作为良好的阴极保护剂，氧化锌是可渗透的并且会从希望保护的金属上流失。近年来，研究已经表明了与锌相关的严重的环境风险，因此对于替代品的需求在不断增长。这导致了多层环氧涂层和填充锌的常规聚氨酯涂料的出现，来缓解和控制腐蚀。然而，市场接受滞后。与费力的表面处理和需要施涂多道催化层所需要的时间相关的麻烦已经形成了阻力。此外，关注环境影响的企业会犹豫，这是因为许多这类涂料替代品还含有锌及其他对人体有害的成分。

Rust Bullet公司已经创建了一种新型解决方案来处理造成腐蚀的所有原因，并防止进一步的损坏作用。基于新型化学品，新涂层使用湿固化的聚氨酯渗透锈层和使锈脱水，直到到达下面的金属表面，而不是对含锌涂膜或者不含锌的树脂层下的金属进行简单的保护。使用由氧化铝制成的金属薄片，在树脂基体中形成了一种金属薄片保护性微层。当涂料固化时，这些金属薄片定向排列形成一层铠甲，能强化涂层和对底层金属起物理屏蔽作用。

如何做到这一点？

在很多方面，铝比锌作用好。氧化铝不易渗透且比氧化锌生成的膜更致密。生产铝比生产锌需要更多的能源，因此使铝氧化比使锌氧化需要的能量更多。使用Rust Bullet涂层的2型铝钢带的每一面都能耐大气腐蚀，并且是工业环境中涂锌的板耐久性的5倍。涂漆钢板的典型用途包括工业和商业屋面、铁路岔线、干燥炉、筒仓顶，户外照明灯具和空调的外机外壳。

聚氨酯也发挥了重要作用。Rust Bullet采用一种芳香族聚氨酯，但具有脂肪族性能。脂肪族和芳族涂料的不同在于配方中使用的多元醇和异氰酸酯的种类不同，因此，它们在大气条件下的稳定性也显著不同。

脂肪族涂料是户外保护用途的优先选择，因为当它们暴露于紫外线、风化作用和水解条件下时非常稳定。配制脂肪族体系时使用的原料一般都较昂贵，并且具有比其芳香族同系物更高的黏度。

芳香族涂层比脂肪族涂层更耐热和耐化学介质。芳香族涂层不能很好地经受大气暴露，因为紫外线会导致黄变和粉化。

由于聚氨酯涂层的交联密度（短链和支化），它具有较高程度的耐化学介质和耐湿性，以及优异的附着力。这些性能使聚氨酯涂料定位为保护金属免受腐蚀的最佳选择。由于在这些领域弹性体涂层的性能并不很好，他们在耐磨性、耐冲击性以及保护比金属（如混凝土）具有更多伸缩运动的基材方面更为优异。Rust Bullet涂层显示有优异的柔韧性、耐冲击性和耐磨性（图1）。

RustBullet不是一种普通意义上的涂料。除了通过轻轻刮擦或刷动来去除大的片状松锈，它无需对底材进行处理。当施涂时，涂料不会立即形成涂膜，而是穿透多孔的锈层到达下面的金属。它通过化学活性来使腐蚀层脱水或干燥，允许树脂固化成坚韧的涂层，具有惊人的附着力。

树脂基质中腐蚀颗粒缠结在一起，成为涂层的一个永久部分。后面涂层会填补第一层中的任何针孔，从而形成坚不可摧的涂层。特种铝层形成一种新的表面，能保护基材免受腐蚀侵蚀，也用作牺牲阳极。聚氨酯组分提供湿气屏障。当固化时，聚氨酯会捕捉脱水的锈层，使其成为树脂基体的一部分——从而永久地将锈除去。将所有组分结合在一起，Rust Bullet变成了无腐蚀、阻燃、耐化学腐蚀、耐紫外线的盔甲般的涂层。

施工工艺

Rust Bullet是一个单组份工艺，在2至4小时内，最初的涂层就可接受任何后续涂层。虽然Rust Bullet不需要用催化剂固化，通过使用Rust Bullet Rapid Fire加速器可使固化加速高达80％。如果期望的是彩色而不是金属灰色，面漆可以在最后的涂层施工24至48小时之内施工。该涂层继续固化约5至7天。环氧涂料一般需要7-10天完全固化，并使溶剂挥发掉，某些甚至要求强制固化。

由于聚氨酯固化期间反应的放热性质，涂层几乎可以在任何环境温度下固化，即使在寒冷的季节。环氧涂料要求固化温度高于50°F。

如果施涂不正确或者表面处理存在问题，Rust Bullet涂层在其失效时具有几乎立即“自我检查”的独特功能。因此，聚氨酯涂层可在施工后立即检查，任何缺陷将是可见的并且可以快速补救。而使用环氧涂层不是这样，它们需要延长的固化时间和多步工艺来进行补救。环氧涂料破坏后的补救工作属于劳动密集型的，需要在裂口外部进行大面积的修补。Rust Bullet涂层很少有裂口，并且当其发生时，裂口非常容易修复，只要通过简单的刮擦和涂覆额外的产品即可。

多组份环氧涂料施工时需要精确的混合比例来避免涂层缺陷和破坏。而使用Rust Bullet涂层不存在这一问题，因为是单组份的，一步完成多道涂层的工艺。