磷酸锌与防锈 - 南开大学论坛

磷酸锌与防锈

发信人: vivian123 版面: 人文学术浏览: 46388 回复: 0

1 楼 vivian123 发表于: 2016/5/24 10:43:24 编辑

金属防锈，一直是工业上的重点课题，经过科研工作者的不断努力，逐渐找到了一系列行之有效的防锈措施。除了提高基底本身的性质外，表面处理无疑是最好的选择。一般来说，腐蚀往往是由外及内的过程，特别是对于经常暴露在外面，经历风吹日晒的钢铁金属而言，更是如此。关于表面处理的科普，在之前我们讲到了磷化液的知识（参看《我为新衣第一层—磷化》），让我们看到了磷酸盐在表面处理行业的贡献与功能。而我们今天所讲的磷酸盐主角，在防锈涂料（涂料涂装属于表面处理的范畴）方面更是地位超然（因为环保，大家都懂得），它就是磷酸锌。

基本性质
关于磷酸锌的物理化学性质，在主流搜索引擎上都可以找到。在这里就简单说一下，涂料行业使用的磷酸锌防锈颜料一般为正磷酸锌Zn3（PO4）2·nH2O（n=0，2，4）根据n的不同，可以是二水合物和四水合物，当然，也可能是二者的混合物。磷酸锌外观洁白透亮的薄片状结晶体，相对密度在3.0-3.9g/cm2，折射率范围为1.2-1.6。pH值6.5-8.0，熔点900℃。此外，四水磷酸锌有α、β、γ三种晶态，其晶型属斜方晶系的针状和板状，当温度为120℃时，会失去两个结晶水变成二水合物，温度达到195℃时，再失去一个结晶水，直到250℃后将失去全部结晶水，成为无水磷酸锌。关于它的溶解性，磷酸锌在水中几乎不溶，但溶解于稀的无机酸、醋酸和氨水中。
磷含锌以防锈
磷酸锌在涂料中的应用，属于防锈颜料，那何为防锈颜料呢？简单来说就是是添加于涂料体系中，与树脂和其他填料混合形成膜，保护金属材料免受外界侵蚀介质的腐蚀，延长基材的使用寿命。磷酸锌在树脂中容易分散，易于施工和调色，能与面漆涂料有较好的混合性。一般认为磷酸锌的防锈机理为：磷酸锌中的Zn2+，PO4-与金属反应，生成金属—Zn—P2O5磷化膜，使金属底材表面发生钝化，生成分子式近似为Zn2Fe（PO4）2·4H20磷化化合物。磷酸锌在水解过程中生成的各种中间产物，不仅与油漆中的羟基和羰基反应，还与金属表面的锈蚀进行反应，并在金属与腐蚀产物间形成隔离区，阻止腐蚀介质的进一步入侵，从而对金属基底进行保护。

为什么是它
在防锈颜料领域，最开始使用的是红丹（氧化铅）、锌铬黄等，当然现在也在用它们，主要是适配性好，工艺十分成熟。当然，由于重金属污染问题，人们开始重视环保，并开始开发无公害防锈颜料，这个时候，磷酸锌得到了前所未有的重视。尤其是八十年代中后期，环保和职业安全法规明文禁止含铅或含铬（VI）有毒颜料的大量使用，又促使磷酸锌从磷酸盐防锈颜料中脱颖而出，成为用量最大的无毒颜料。
任何脱颖而出的材料，都有其必然如此的原因，磷酸锌之所以成为磷酸盐防锈颜料的重要品种主要得益于其良好的生产和使用性能。在生产制备方面，原材料易得，生产工艺较简单，可操作性强，可以降低成本，容易实现工业化生产。从应用方面来看，主要与磷酸锌本身的性质有关，磷酸锌的毒性低（俗话说，抛开剂量谈毒性，就是耍流氓），按毒性分属实际无毒级，符合无毒/低毒要求。加之其较低的折射率（n=1.6），透明度高，在涂料中容易调色，也可以和其它的颜料拼合使用，配制各种颜色的防锈漆。另外，就是磷酸锌的适用型，磷酸锌涂料对涂装工件表面要求不高，可用于略带锈蚀的金属涂装，既可用于钢铁又可用于合金涂装。当然，还有一点比较重要，磷酸锌可用于多种基料配漆，包括氯化橡胶，加固化剂的环氧树脂，中油度醇酸和氨基甲酸树脂等，还可用于水性涂料中。
最后，在大多数情况下，磷酸锌防锈效果可以与红丹、铅酸钙媲美，在某些方面还优于红丹。因为磷酸锌在高温下生成更稳定不挥发的焦磷酸盐，所以预涂磷酸锌涂料的结构钢可随意切割和焊接也不散发出对人体有毒的气体，简化了预涂钢制构件的就地焊接工序。因而，从环保、功能、适配、效果上看，磷酸锌能够用于防锈颜料是理所当然和顺理成章的事。
好了，2015年即将结束，元旦假期也马上来临，祝大家假期愉快，我们2016年见。