摘要 ：云母氧化铁因其出色的防腐性能在防腐涂料中的使用很广泛，富锌底漆中使用云母氧化铁替代锌粉还不常见。通过对单底漆和配套面漆涂层经两种腐蚀环境试验后涂膜的性能测试，发现当云母氧化铁部分替代球状锌粉时涂料的耐腐蚀性很好。云母氧化铁能明显提高涂层经腐蚀试验后涂膜的附着力。富锌底漆中使用云母氧化铁既环保又经济。

0 前言

云母氧化铁 ( 简称 MIO) 能提高涂料的耐候性，自二十世纪初期以来，含云母氧化铁的涂料在钢结构的防腐上得到了持续广泛的运用。

众所周知，云母氧化铁又被称为镜铁矿和片状赤铁矿，是由一种天然矿物精炼而成，其主要成分为 Fe 2 O 3 。其结构及形态与通常的可用作红色、黄色、棕色及黑色颜料的氧化铁不同，云母氧化铁呈薄片结构，深灰色，带有金属光泽。“云母状”是指云母氧化铁薄片很小，近似于云母。

1 形成叠状的屏蔽层

云母氧化铁不溶于水、有机溶剂以及碱液，仅在高温下能微溶于强酸溶液。它与绝大多数的化合物都不反应，热稳定性好，其熔点超过 1 500 ℃ 。由于其出色的防腐性能，它在防腐涂料中得到了广泛的使用。当涂膜中含有一定比例的云母氧化铁时，云母氧化铁薄片重叠排列在基材的表面上，形成一种 叠状的屏蔽层。云母氧化铁薄片是一种不渗透的物理性屏蔽层，它能隔绝引起钢结构腐蚀和基料面漆降解的水、氧气及离子的渗透。云母氧化铁薄片具有很强的 UV 吸收性和耐候性，这些能减少 UV 和其它气候条件引起的降解作用，从而保护了涂覆有涂膜的基材表面。云母氧化铁能增强基料树脂的性能，并且能提高涂层与基材间以及涂层间的接合力。云母氧化铁的薄片结构 ( 一般长 40 ～ 50 μ m ，厚 5 ～ 10 μ m) 使得涂料的干膜厚通度常超过 50 μ m ，来形成一种叠状的屏蔽层，所以云母氧化铁通常使用在厚膜的中涂和面漆中。近来，随着云母氧化铁技术的发展，出现了片厚仅 1 ～ 2 μ m 的超薄颜料，这势必将提高它在涂料中的使用，特别是对环境和成本都有利的廉价底漆。

2 云母氧化铁颜料能降低涂料的成本

富锌底漆中使用超薄云母氧化铁替代锌粉还不是很多。由于云母氧化铁独特的物理和化学性能能形成一个很好的屏蔽结构，这样就使得减少锌粉的用量成为可能。在保持涂膜卓越的耐腐蚀性的同时，它能给研发人员一个真正减少环境污染的机会，同时还不像其它一些环境友好型技术那样增加了涂料的成本。

3 含球状锌粉和云母氧化铁的富锌底漆

本试验所制备的富锌底漆是由半固体状的环氧树脂、聚酰胺 ( 固化剂 ) 、球状锌粉以及云母氧化铁等组成。

富锌底漆的配方中颜料体积浓度 ( 简称 PVC) 一般为 40% ～ 65% ，球状锌粉与云母氧化铁的体积比为 1 ∶ 1 。试验过程中，在 PVC 为 65% 的底漆中用云母氧化铁取代部分球状锌粉，其体积比分别为 83 ∶ 17 ， 67 ∶ 33 以及 50 ∶ 50 。用球磨机制备底漆。

试验过程中测定了涂膜的一些常规性能，也测定了单底漆和配套面漆涂层的耐腐蚀性。

常规的涂膜性能有干燥时间、摆杆硬度、杯突、冲击、柔韧性以及附着力等，试验须在 4 周内完成。

按照 ISO2409 的规定使用划格法测定配套面漆涂层的附着力。在腐蚀试验之前以及腐蚀试验之后都要进行附着力的测定。

4 实验

试验用底板为脱脂处理过的钢板，其尺寸为 100 mm × 150 mm × 1 mm 。环氧富锌单底漆的干膜厚度为 (60 ± 5) μ m 。保护性的配套面漆涂层由环氧富锌单底漆和丙烯酸聚氨酯的双组分面漆 ( 干膜厚度为 (160 ± 15) μ m) 组成。试验样板为 3 块，养护 4 周，试验环境条件：温度为 (23 ± 2) ℃；相对湿度为 (50 ± 5)% 。

单底漆和配套面漆涂层的耐腐蚀性按以下进行：

1. 按照 ISO 9227 的规定进行盐雾试验；

2. 含 SO 2 气体的潮湿环境能加速腐蚀过程，按照 ISO 3231 的规定进行耐腐蚀性试验，在含 SO 2 气体的热湿热箱中放置 8 h ，再在规定的养护环境中放置 16 h ，循环试验。

图1 涂料的PVC以及Zn粉与MIO的体积比对涂膜干燥时间影响

按照 ASTM D1654-92 、 D610-85 和 D714-87 中规定的方法评定配套面漆涂层的耐腐蚀性。常使用 Heubach 等级进行评定： 100 为最好， 0 为最差。

5 云母氧化铁能提高涂膜的机械性能

PVC ，球状锌粉与云母氧化铁的体积比都会显著影响涂膜的干燥时间。当底漆的 PVC 为 40% ，球状锌粉与云母氧化铁的体积比为 1 ∶ 1 时，底漆涂膜的干燥时间最长，达 8 h( 见图 1) 。当云母氧化铁的含量提高后，涂膜的摆杆硬度将下降 ( 见图 2) 。

图2 涂料的PVC以及Zn粉与MIO的体积比对涂膜摆杆硬度影响

云母氧化铁能显著影响涂料的机械性能。含球状锌粉和云母氧化铁组合的富锌底漆具有很好的抗冲击性 ( 见图 3) 。但是随着涂料中 PVC 从 40% 到 65% 的不断提高，涂膜的杯突性能和柔韧性都会下降 ( 见图 4 和图 5) 。

通过对 PVC 为 65% 的底漆的涂膜性能测定，发现云母氧化铁的含量越高，涂膜的抗冲击性、杯突性能以及柔韧性越好。涂膜的附着力保持良好。

6 对 PVC 为 65% 的底漆进行耐盐雾试验

单底漆的耐盐雾试验表明，云母氧化铁的含量和涂料的 PVC 都会显著影响涂膜的耐腐蚀性。在 PVC 为 40% 到 50 % 的区间内，涂膜的耐腐蚀性逐渐增强； PVC 在 55% 到 60 % 的区间，涂膜的耐腐蚀性反而会逐渐降低。试验发现，当涂料的 PVC 为 65% ，球状锌粉与云母氧化铁的体积比为 1 ∶ 1 时，涂膜具有最好的耐腐蚀性；当涂料的 PVC 为 50% 时也是如此。相对于锌粉的电化学性以及其它一些锌颜料产品的屏蔽作用而言，云母氧化铁薄片所起的的屏蔽作用可能更重要 ( 见图 6 和图 7) 。配套面漆涂层也有类似的趋势 ( 见图 8 和 图 9) 。由于面漆的存在，耐腐蚀性的区别有所下降。

图3 涂料的PVC以及Zn粉与MIO的体积比对涂膜抗冲击性的影响（280后）

图4 涂料的PVC以及Zn粉与MIO的体积比对涂膜杯突性能的影响（280后）

图5 涂料的PVC以及Zn粉与MIO的体积比对涂膜柔韧性的影响（280后）

7 球状锌粉与云母氧化铁的体积比为 1 ∶ 1 的涂料在热湿热箱中的耐腐蚀性最好

单底漆在含 SO 2 气体的热湿热箱中进行的耐腐蚀试验表明，当涂料的 PVC 为 40% 时，涂膜的屏蔽性主要由云母氧化铁的屏蔽性决定；当涂料的 PVC 为 50% 时，涂膜的耐腐蚀等级达到 82 ；随着涂料中 PVC 的逐渐增大，涂膜变得容易被渗透，耐腐蚀性也下降。

当单底漆中仅含有锌粉时，涂膜的耐腐蚀性较低，等级仅为 45( 见图 6 和图 7) 。

试验发现，当涂料的 PVC 为 50 % ，球状锌粉与云母氧化铁的体积比为 1 ∶ 1 时，涂膜具有最好的耐腐蚀性。 PVC 和云母氧化铁的屏蔽机理以及锌颜料的电化学过程和溶解性都会影响单底漆的耐腐蚀性 ( 例如： ZnSO 4 · 7H 2 O 在水中的溶解度大约为 1680 g /L ， ZnCO 3 在水中的溶解度大约为 10 mg/L) 。

试验表明：双组分的聚氨酯面漆也会显著影响配套面漆涂层的耐腐蚀性 ( 见图 8 和图 9) 。

8 含云母氧化铁的涂料附着力好

试验中所有的配套面漆涂 层在腐蚀试验前都有很好的附着力 (0 级 ) 。仅含球状锌粉的配套面漆涂层在经过两种腐蚀试验 1512 h 后，附着力明显下降 (2 级 0 ，而含云母氧化铁的配套面漆涂层经相同的试验过程后，附着力仍然很出色。

9 实验结论

含云母氧化铁的富锌底漆涂膜的干燥时间越长，硬度越差，但是涂膜的抗冲击性、杯突性能以及柔韧性会更好。

当涂料的 PVC 为 50% ，球状锌粉与云母氧化铁的体积比为 1 ∶ 1 时，涂膜具有最好的耐腐蚀性。云母氧化铁能明显提高涂层经腐蚀试验后涂膜的附着力。

涂料的干膜中锌粉的质量份数能减少至 49.8%( 质量分数 ) ，相对于仅含球状锌粉的富锌底漆而言，能节省 45%9 质量分数 ) 的锌粉用量。

试验表明，富锌底漆中使用云母氧化铁对环境保护及降低成本都有利，云母氧化铁部分替代球状锌粉对提高涂料的耐腐蚀性是一种很好的手段。