摘要

采用单宁酸为转化促进剂，丙烯酸乳液为成膜剂，异丙醇为渗透剂等无公害物质制备了一种环保型水性铁锈转化剂，高性能水性铁锈转化剂对锈蚀具有较好的转化效果，能够形成坚硬且附着力良好的耐腐蚀膜层，在大型钢结构上替代喷砂、抛丸工艺，可用在混凝土钢筋的除锈。

关键词：锈转化剂、表面处理、防腐、钢筋混凝土

Abstract

A environment friendly waterborne rust-converting agent is produced by using harmless substance tannins as crystal change promoter, acrylic emulsion as  film-forming agent, and isopropyl alcohol as penetrant etc. The high-performance waterborne rust-converting agent has a good effect on rust conversion, able to form a hard corrosion resistant film with good adhesion. It’s used in large steel structure replacing sandblasting and shot blasting techniques, and also in concrete reinforcement to do derusting.

Key word: Rust-converting Agent, Surface Treatment, Anti-corrosion, Reinforced concrete

1 引言

随着现代工业的飞速发展，钢铁材料的防腐工作越来越引起各方面的重视。为了保护钢铁不受腐蚀，延长其使用寿命，对钢铁进行防腐涂装是一种经济和有效的方法。

为了获得优良的耐腐蚀性能，涂装前必须把钢材上的铁锈清除干净，否则会由于铁锈的不断膨胀导致漆膜的防腐效果很差，因此，钢铁的除锈处理是涂装的重要工艺，对防腐涂装的成败起着决定性作用。

但许多大型建筑、桥梁、船舶等复杂的钢结构构件在维修过程中由于受施工条件的限制，难以采用机械化施工方法，只能采用手工或电动工具进行除锈，但是除锈质量得不到保证、施工困难、费用巨大。

带锈涂料根据与钢铁锈蚀结合方式的不同，分为转化型、稳定型、渗透型3种。其中转化型带锈涂料由于具有除锈效果好正被越来越多的采用。这类转化型带锈涂料所用转化剂主要有亚铁氰酸和单宁酸等。

锈蚀生成的过程：

钢铁是热力学性质不稳定的结构材料，因此在其表面构成一个活性表面，暴露在空气中受到氧气、水分及其他腐蚀介质作用发生腐蚀，转化成铁锈。铁锈生成过程实质上就是钢铁的电化学腐蚀过程。钢铁微观上是不均匀的，在潮湿空气里形成无数微小原电池。其中铁为负极，碳为正极，发生原电池反应。

铁失去电子被氧化：Fe-2e^-=2Fe+

阴极在有水、氧的条件下被还原：2H2O+O2+4e^-=4OH^-

产生的OH^-和Fe2+结合生成Fe(OH)2。Fe(OH)2被空气中氧所氧化生成氢氧化铁：

4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

空气中的二氧化碳根氢氧化铁反应，生成了红褐色的碱式碳酸铁以及铁与氧气反应成氧化铁，这是铁锈的主要成分。

铁锈纵向分3层：面层浮锈Fe2O3，中层粒锈FeOnH2O，底锈FeOnH2O[Fe（OH）2]3。上层的锈蚀较疏松，底层锈蚀较紧密，是活性的正在发生锈蚀的。在疏松、惰性的浮锈上涂漆，得不到良好的附着；去除浮锈在底锈上涂漆，由于它是活性的，发生电化学腐蚀继续反应。

因此，在涂覆时应首先去除上层疏松的锈蚀，然后再将其涂覆在底层的锈蚀上，这样可以使锈蚀呈稳定状态有很好的附着，从而达到良好的防锈除锈作用。

目前国内钢结构防腐依然沿用喷砂后进行涂装的老工艺，但工艺上存在复杂结构件死角、粉尘污染、噪声污染、成本高等缺点。为此，国内外都进行了铁锈转化底漆的广泛研究，已经形成商品化的产品也很多，但大部分效果不理想，简单配方常采用常温磷化液、硅溶胶、有机酸等单独或复配使用，这类产品对钢铁锈蚀的转化性能较差，成膜能力也较差。还有选用聚乙烯醇丁醛等水溶性树脂拼入磷酸和有机酸，该配方储存稳定性查，长期保存有白色沉淀析出，树脂的性能差，在室外防腐及抵御紫外线的能力不理想。我们研发出了采用改性的水性丙烯酸树脂与复合转化剂搭配的新一代水性铁锈转化产品，产品为白色乳状液，涂于铁锈表面后转化为黑色有机铁高分子化合物，对基体附着力、防腐性、与其他涂层的层间附着力综合性能优良，完全能替代喷砂、抛丸的涂装前处理工艺。

防腐能力比较：从以上数据可以看出，水性铁锈转化底漆在锈蚀表面施工，其防腐性能仍远高于在喷砂等级达到Sa2.5级的铁板上涂装铁红、红丹等传统防腐底漆的国家标准。

FH-CX锈转化剂可以用在钢筋混凝土防锈。1、破除表面松动的混凝土结构，露出钢筋，涂刷转化剂，修补混凝土结构。

FH-CX永久性锈转化剂是一种具有国际领先技术水平的除锈防腐涂料，该产品应用于已产生锈蚀的钢铁件的除锈、防腐处理，可广泛用于石化冶金业、化工业、造船业、修船业、机械业、军工业、市政工程业、民用业等所有采用钢结构的行业，可在对钢结构的制造及使用过程中进行维护与保养。作为涂装前的除锈、防锈底漆使用，具有优异的耐腐效果，与其它类型的各类中涂漆、面漆配合使用，复合漆膜的防腐性能将成倍提高；FH-CX同时具有绿色环保、无污染、省时高效和防腐效果卓越等特点，已通过国内外多家权威机构的专业认证，具有国外内领先的产品技术竞争优势。

2 修转换剂的设计原理与制备

2.1配方设计原理

高分子的复合有机酸基团，将铁锈还原成具有防锈能力的钝化成分，高分子胶束在金属基体上发生分子重排，通过交叉成膜。膜层具有高封闭性、高除锈性能、高附着力，从而彻底解决除锈后涂装的二次生锈问题。

本工作以单宁酸为转化促进剂，丙烯酸乳液为成膜剂，异丙醇为渗透剂等无公害物质制备了一种环保型水性铁锈转化剂，原料易得、价格低廉、安全环保、耐腐蚀性高，克服了传统单宁酸型铁锈转化剂需用有机溶剂稀释的难题。

2.2锈转化剂的制备、组成及作用

以丙烯酸乳液、单宁酸、异丙醇为主要配料，经过优化配比获得铁锈转化剂配方。

单宁酸是一种同时含有羟基和羧基的多元酸，其分子量较大，在酸性条件下，可与Fe3+发生螯合作用，生成一种具有网状结构、性能稳定的黑褐色单宁酸铁螯合物，紧密吸附在钢铁基体表面，其防锈颜料的作用。渗透剂异丙醇，与极性溶剂无水乙醇配合，可使铁锈转化剂与内层锈蚀发生反应，抑制了腐蚀过程的阳极反应，从而有效地延缓了腐蚀的进程。成膜剂丙烯酸乳液具有物理隔绝和缓蚀保护作用，它通过黏附作用把铁锈转化产物浸透和包封起来，还能使保护膜更加致密均匀，有效地抑制了腐蚀介质与金属表面的接触。

在玻璃容器中加入60g乙醇和60g水，混合均匀，缓慢加入15~25g单宁酸，待完全溶解后，分别加入4g~6g异丙醇、10g柠檬酸和适量水，搅拌至溶液澄清，制成A溶液。在60~70g丙烯酸乳液中加入2g冻融剂乙二醇、适量成膜助剂醇酯和水，制成B液。将A液缓慢加至B液中，边搅拌边加入少量三甲基硅油作为消泡剂，在室温下继续搅拌20~30min，制成铁锈转化剂。

配方中，磷酸与钢材表面发生锈蚀反应，使其转化成稳定的保护膜层，而且可对生锈部分产生磷化作用，同样生成保护膜层，从而保证了保护膜层的连续性和整体性。发生的反应如下：

由于上述反应不断消耗磷酸，促使上述反应产物进一步分解为不溶性的正磷酸盐

发生反应后使钢材表面锈蚀发生转化同时未锈蚀表面钝化、封闭作用。磷化膜层的沉积提高了防护膜层的耐蚀性能，进一步增强防锈效果；渗透剂的作用在于使处理液对锈层的作用完全。活化剂改善处理液与钢表面的亲润性，有助余除去表面上的油污。

3 FH-CX特点

1）本品是一种弱酸性高分子复合物，能使钢铁的氧化物铁锈转化为黑色的有机铁化合物，从而在钢铁表面生成一层由化学键和物理粘结的复合物膜，因此膜层牢固致密、附着力极强，使钢铁基体与介质分隔不再受到侵蚀。

2）本品可以形成极薄的保护层，因此可用在精密部件和运动部件表面的防锈处理，而不影响其精度和正常运动。

3）本品是一种独特的酸基配方，可迅速而充分地渗透到锈蚀的地方。

4）本品为水性不含苯类、甲醛等对人体有害物质，无挥发性气体产生，可以用水以比例稀释使用，有利于环境保护。

5）使用本品工艺比常规工艺省力、省时、工效高、综合成本低。

4 适用范围

应用于已产生锈蚀的钢铁件的除锈、防腐处理，可广泛用于石化冶金业、化工业、造船业、修船业、机械业、军工业、市政工程业、民用业等所有采用钢结构的行业，可在对钢结构的制造及使用过程中进行维护与保养。

5 技术参数

6 施工工艺与注意事项

1） 使用前先将本品摇匀；

2）用毛刷、滚刷、喷枪等工具，将本品涂覆在带锈蚀的钢铁工件表面，1分钟左右就会生成黑色的化合物，15-20分钟就会表干形成保护膜，5~8小时即可进行后续涂装工序；

3） 对于锈蚀严重并产生浮锈的工件表面，必须先将浮锈清除，再进行涂装；

4） 严禁使用含锌，铝填料和聚氨酯类的防锈漆直接使用在本品上，可以间接使用。

注意事项

1、本品为弱酸性，使用时应注意劳动保护。

2、本品接触皮肤应立即用清水和肥皂清洗；接触眼睛立即用清水冲洗，并马上就医。

3、家庭使用时应放在儿童拿不到的地方，防止误食，万一误食，立刻催吐并马上送医院治疗。

4、严禁使用含有锌，铝填料和聚氨酯类的防锈漆直接使用在本品上，可以间接使用。

7 包装与储存

20Kg/桶塑料桶包装；

应避光保存，防止高温、日晒，保质期12个月，有效期18个月。

8 结论

1、具有多种功能；使常温磷化剂、钝化剂、铁锈转化为一体。

2、干燥过程不挥发有害物质，不污染环境，同时降低了成本。

3、操作安全可靠，储存期长。

4、锈蚀适用性强，劳动强度低，工效高。

参考文献

[1]王丕芬.国外带锈涂料的发展[J].中国涂料，1995,1:45-48.

[2]李志林，韩立兴，陈泽民.水基防锈剂的研究进展[J].表面技术，2006,35（5）：51-53.

[3]战凤昌，李锐良.专用涂料[M].北京：化工工业出版社，1994:508~529.