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1引言
鳞片是指金属及某些无机化合物经物理或化学方法处理后，成为一定粒径和厚度的薄片。而鳞片防腐涂料是以各种金属或非金属鳞片骨料和各种高性能耐腐蚀树脂及相应助剂组成的厚浆型重防腐涂料。由于鳞片涂料是多层片状结构，可以形成平行叠加的错层厚膜，产生特殊的“迷宫”效应，不仅把涂层分割成许多小空间而降低涂层的收缩应力和膨胀系数，而且迫使介质迂回渗入，从而延缓了腐蚀介质扩散和侵入基体的途径和时间，因而具有极佳的抗渗透性、抗冲击性、耐磨性和耐腐蚀性，延长了涂层的使用寿命。近年来，鳞片涂料越来越受到国内外业内的关注，成为发展迅速、应用广泛的重防腐涂料。本文评述了几种主要鳞片防腐涂料的性能特点及开发应用情况。
2玻璃鳞片防腐涂料
在鳞片涂料中开发最早、应用最广的首推玻璃鳞片防腐涂料。玻璃鳞片是耐酸性好的化学玻璃（亦称为C玻璃或中碱玻璃），经1000℃以上的高温熔融、吹制、骤冷、破碎、筛选而成。美国欧文-康宁（Owens-Corning）公司采用了套筒牵引替代人工吹制和改进口膜拉制而成长条玻璃带（又称RiBBon）的生产工艺[2]。这种玻璃鳞片有较好的分散性和较大的径厚比，具有优良的化学惰性及无磁性等特点；加之上下交错的排列使涂层具有优异的抗介质渗透性和耐蚀性；涂层固化时收缩率小，提高了抗温度骤变性和抗冲击性；树脂的紧密黏结提高了坚韧度和耐磨性等。
玻璃鳞片的规格和用量对涂层性能有直接的影响，一般要求玻璃鳞片的厚度在3~5μm，大小在数十目至数百目之间。经验认为：①作胶泥、底漆时可选用30目左右的玻璃鳞片，采用涂抹法和辊涂法施工较好；作面漆时，选用200目的玻璃鳞片，采用喷涂法施工较为合适，较常用的有Graco高压无气喷涂机和Hotspray热喷涂机（双组分）。②玻璃鳞片的用量应有一个最佳范围。一般最高以30%为宜（相对于100%树脂）。在30%以下，随着鳞片用量的增加，可形成较好的搭接和重叠排列，涂层的致密性大大提高，故用量与耐蚀性成直线关系。但用量过高，鳞片不能被树脂完全包裹，造成无序堆砌，使金属内部形成空隙和气孔，影响涂层致密性，反而降低了耐蚀性。而且涂层的物理性能，如附着力、柔韧性和耐冲击性亦会急剧下降。③玻璃鳞片使用前应经偶联剂处理，以增加鳞片与树脂间的黏结力和在树脂中的平行排列以及在涂层体系中的漂浮稳定性，从而提高涂层的抗渗性。偶联剂可以选用硅烷偶联剂（如KH550、KH560）或钛酸酯偶联剂（如NDZ311、NDZ-201），不同的树脂应选择不同分子结构的偶联剂和相应的表面处理工艺（浸润法或掺混法）。
玻璃鳞片涂料中所用的树脂必须是高性能树脂，这样才能保证涂层的最佳性能，主要是热固性树脂，如乙烯基酯树脂（VE）、不饱和聚酯树脂（VP）、环氧树脂（EP）和聚氨酯树脂（PU）及氯磺化聚乙烯等。其中尤以综合性能优良的乙烯基酯树脂为主的玻璃鳞片涂料（VEGF）较佳，特别是酚醛环氧乙烯基酯树脂玻璃鳞片涂料，其耐溶剂、耐酸性和耐温性（大于150℃）更好。
在不饱和聚酯树脂中主要是双酚型VP和含氯VP等高耐蚀树脂和间苯型VP树脂。在环氧树脂体系中还包括环氧沥青、环氧聚硫橡胶和环氧呋喃等改性环氧树脂。
玻璃鳞片涂料以其独特的性能、方便的施工和较强的可修复性成为日益重要的重防腐涂料品种。自1957年美国欧文-康宁公司首次开发玻璃鳞片涂料以来，在美国、日本和西欧获得了普遍推广和发展。从20世纪80年代以后我国也开始了玻璃鳞片及涂料的开发研究和生产应用，已形成溶剂型、厚浆型、水性等系列玻璃鳞片涂料品牌并广泛地用于各种严重腐蚀环境下的防腐工程，如排烟脱硫装置、石油化工储罐、海上钻井平台、污水处理设施、船舶、桥梁及铁路货车等，获得了良好的技术效应和经济效益。
3云母氧化铁鳞片防腐涂料
云母氧化铁的化学成分是α-Fe2O3，由于其片状结构类似云母，故称为云母氧化铁，按其来源有天然和合成之分，外观有灰色和红褐色2种，天然云铁国外以奥地利产品较佳，国内产地主要有安徽繁昌和江苏茅山等。其结晶体呈片状或平板状的六角形，具有较大的径厚比，直径从几十μm到100μm以上，厚度一般为
几μm到几十μm。云铁鳞片具有良好的化学惰性，均匀交叉地分布于涂膜中，形成封闭性很好的致密涂层，有效地阻隔腐蚀介质的渗透，防止紫外线对涂膜的降解，具有良好的防渗性和耐候性。涂膜固化时收缩率低，使机械强度增加；表面有较好的粗糙度，利于增加底漆和面漆的层间附着力。尤其是耐高温（云铁鳞片1000℃不变色），价格低，应用广泛。
云母氧化铁鳞片可与多种防腐树脂（如酚醛、醇酸、氯化橡胶、环氧、聚氨酯等）配合制备性价比不同的鳞片防腐涂料，适应不同的防腐市场需求。根据其结构特点能阻隔水、氧等腐蚀介质的渗透，云铁鳞片主要用作各种腐蚀环境中钢结构涂层的底漆和中间漆，如公路和铁路桥梁、通讯和输电铁搭、建筑和海洋钢结构、石油储罐和管道等，均有良好的效果。用于富锌底漆或喷锌喷铝涂层之上的环氧封闭漆和中间漆，既对整个涂膜起到良好的封闭屏蔽作用，有效地提高涂层的抗渗性和防腐性，又增加了涂层的厚度，降低涂层的造价。因其具有耐紫外线辐射的功能亦可用于防腐面漆，如法国的埃菲尔铁塔和国内的武汉、南京长江大桥的涂装等，显示了长效的防护作用。而对一种氯化橡胶云铁面漆的10年海洋大气暴露试样的表面进行SEM分析表明，由于鳞片状云铁呈平行分布，该涂层具有良好的耐大气老化性。作为一种惰性屏蔽型鳞片涂料，云铁鳞片还可与许多活性防锈颜料配合使用，产生协调效应，制备出多种功能性防腐涂料，如耐高温辐射防腐涂料、海洋水工防腐涂料等。
4云母鳞片防腐涂料
云母鳞片是由云母直接加工制得的，是一种含水铝硅酸盐的化合物，因含有不同的金属离子，所以有不同的色泽：白云母和金云母以及白云母微晶集合体的亚种———绢云母之别。
云母的结构属于单斜晶系，常呈六方片状，其集合体呈鳞片状，平均粒径15μm。云母鳞片根据加工工艺的不同有湿法和干法之分。经过特殊剥离加工的云母薄片称为高纵横比的云母，最高纵横比超过100。其表面光滑，底轴面完整，具有弹性，而且折射率高（反射指数1.58），分解温度高（大于850℃）、耐热性好，耐化学品性和耐候性均佳。还有一种合成云母，它是以F-取代天然云母中的OH-，具有比天然云母更加优异的耐高温、耐化学品腐蚀性。
同玻璃鳞片一样，云母鳞片可与环氧树脂、乙烯基酯树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂等配制成云母鳞片防腐涂料，具有突出的耐候性和耐腐蚀性。同一配方的对比试验表明，云母鳞片防腐涂料与玻璃鳞片防腐涂料的理化性能相当，但防腐性能更好。通过扫描电子显微镜分析可知，云母鳞片与树脂和乳胶中的分子链相结合缠连，处于多层重叠平铺状态，与漆膜表面呈平行排列，形成一种致密的抗化学腐蚀和阳光辐射的保护层，阻止大气和潮气浸透，从而提高了漆膜的抗渗性和耐候性。由于云母鳞片具有弹性，鳞片间能够滑动，从而防止了漆膜应力集中而龟裂，提高了漆膜的力学性能、防腐性和耐久性。云母鳞片用于防腐底漆时，常与铁红、铝粉等颜料拼用，有互补增强之效。此外，还可以部分取代钛白作为防腐面漆，用于各类防腐领域，例如：钢结构防护漆和建筑涂料等。湿法云母鳞片还可用于制造云母钛珠光颜料和导电云母材料，用作汽车闪光涂料和储罐、地坪等抗静电涂料。
5石墨鳞片涂料
石墨是六方晶系的结晶型碳，呈叶片状、鳞片状和致密块状，具有金属光泽。按其来源分为天然石墨和人造石墨。石墨鳞片是一种层状结构的天然固体润滑剂，资源丰富且价格便宜。石墨鳞片结晶完整，片薄且韧性好，物化性能优异，具有良好的传导性、导电性、抗热震性、耐腐蚀性等。鳞片石墨按含碳量的高低分为高碳石墨（含碳量大于99.9%）、中碳石墨（含碳量80%～93%）和低碳石墨（含碳量50%～75%）。鳞片石墨广泛用于冶金工业的耐火材料、轻工业的铅笔芯、电池工艺的电极、化学工业的润滑密封材料等。作为涂料的功能填料主要用于防腐涂料、防火涂料和导电涂料。作为防腐材料，它和炭黑、滑石粉及油料等制成的防锈底漆，具有良好的耐化学品和溶剂腐蚀性能；若在配方中加入锌黄等化学颜料，其防锈效果更好。
用作防火填料的是可膨胀石墨，它是以天然石墨鳞片为原料，经化学或电化学处理而得到的一种石墨层间化合物。可膨胀石墨在受热条件下，体积急剧膨胀（最高可达300倍）窒息了火焰，同时生成膨胀物，达到隔绝火焰，延迟或中断火焰蔓延的作用，且本身不燃，柔软性好，表面能高，炭化层强度好。但是膨胀体的体积和用量要选择适宜。试验表明，150μm的颗粒、30%的膨胀倍数、5%的用量最为合适。鳞片石墨可直接作为碳类导电填料、亦可制成复合导电填料用于导电涂料。但由于石墨鳞片的添加量较大，会使涂料的性能变脆而使其应用受到一定限制。因此，采取措施进一步提高石墨的导电性，有效降低石墨鳞片的添加量。国内天华化工机械研究院开发了以高温耐腐蚀树脂为基料，以导静电能力较强的大片状实体石墨鳞片为主要骨料，以本体强度高、耐磨性好、抗形变开裂性好的短切纤维材料为功能性填料的无溶剂厚膜型导电涂料。该涂料具有抗腐蚀介质渗透、固化残余应力小、抗基体形变开裂性好、施工性能稳定、长效导静电的特点。可用于原油储罐内壁导静电涂装。据资料报道，采用化学镀技术对石墨粉体施镀金属，如铜、镍、银等制备复合导电填料，以30%的量用于导电涂料中，不仅其导电性很好，且防腐性进一步提高。
6玄武岩鳞片防腐涂料
玄武岩属于火山喷出岩，是地球上存在和分布最广的矿物之一，玄武岩鳞片为透明、灰绿色片状，尺寸分布在25μm～3mm范围内，厚约为3μm。它是由灰黑色的火山岩浆玻璃经高温熔融、澄清均化、成型筛选等特殊加工而成的。玄武岩鳞片能改善聚合物材料的防腐性能并提高耐磨性，因为单层平均厚度为500μm的涂层有150～200层鳞片，形成层状曲折结构，相对一般的耐腐蚀层穿透率降低为原来的1/10～1/15，显示出优异的抗介质渗透性能，并提高其机械性能、热变形温度、介电性能，减少热膨胀和收缩，其工作温度范围为-200～1000℃。相对玻璃鳞片而言，玄武鳞片中铁氧化物、二氧化钛、氧化铝、氧化钙含量较高，分别为15.0%、1.4%、16.0%和9.5%，碱性氧化物则较少，如SiO2含量为50%，而玻璃鳞片中不含氧化铁和氧化钛，氧化铝仅为2%，氧化钙为7%，SiO2为75%。从而导致玄武鳞片有比玻璃鳞片更好的耐酸碱性、耐候性、介电性及热变形度，增强了耐腐蚀性能。
与普通的鳞片涂料比较，玄武岩鳞片涂料中不仅存在曲折渗透导致的腐蚀速率降低，同时还具有很强的耐酸碱性，使玄武岩鳞片涂料的防腐性能十分突出，在同类鳞片涂料中具有明显的优势。玄武岩鳞片涂层与相关传统涂层相比，耐磨性提高了1.5～2.0倍，对金属和混凝土有很高的黏附强度，工作温差达60℃，使混凝土的耐寒性增长5～6倍。鉴于玄武鳞片涂料优异的物理化学性能，完全可以替代玻璃鳞片涂料用于石油、化工、船舶、桥梁、建筑、大坝等防腐领域。特别是优异的耐高低温稳定性、介电性和耐化学品性，可用于国防军工的需要。目前，国内在该产品的开发和应用上还是空白的，国外也仅有前苏联等少数国家在研究之中。我国内蒙、宁夏、河北等地区有丰富的资源，品质好、价格低，亟待进一步开发和应用。
7不锈钢鳞片涂料
不锈钢是在各种腐蚀介质中具有高度化学稳定性的钢种统称，其中亦包括耐强介质腐蚀的耐酸钢。不锈钢鳞片是诸多鳞片中综合性能最佳的品种，可制成优异的防腐涂料。不锈钢鳞片是用含Cr为18%～20%、Ni为10%～20%、Mo为3%的超低碳不锈钢（即316L不锈钢），经熔化、脱氧、雾化后再研磨、筛分（干法研磨或湿法研磨）而成的。一般为近似圆形的薄片，周边开裂不完整。其直径小于100μm，厚度小于0.5μm。其径厚比约为100，有的可达1000。不锈钢鳞片比玻璃鳞片柔软，厚度薄，与树脂的相容性好，附着力强。由于含铬，形成了一种钝化防锈膜，而且这种防锈膜因机械损伤后能自行恢复，再加上它在涂膜中的多层片状平行排列形成非常致密的屏蔽膜，阻挡了外来的化学介质的侵蚀，按测算，在1～2mm厚的涂层中的不锈钢鳞片层的分布可达到上百层，延长了介质渗透扩散的途径，大大提高了防腐性。同时在涂层中形成无数微小区域，将树脂中的微裂纹、微气泡切割开来，减少了涂层与金属基体之间的热膨胀系数之差，降低了涂层硬化时的收缩率及内应力，抑制了涂层龟裂，剥落，提高了涂层的黏结力和抗冲击性。因而具有比玻璃鳞片涂料更为优异的耐蚀性、耐光性、耐磨性、耐高温、耐酸碱和耐水性，更具特有的导电性和装饰性。不锈钢鳞片不仅可用于溶剂型的各类鳞片配套树脂中，还可用于各类水性基料和粉末涂料中。它与其它颜料的相容性也很好，能产生协同效应，如在涂料中加入较少量的不锈钢鳞片，同时加入氧化锌等，可获得极佳的保护效果。
不锈钢鳞片由于耐热性高，可制成有机硅耐高温涂料，使用温度可达900℃。此时，有机硅烧掉后的SiO2晶格将不锈钢鳞片粒子封闭其中，在底材上形成保护膜。采用不同粒度的不锈钢鳞片在涂膜中能产生不同的光学效果，由此还可用作效应颜料。但传统生产的不锈钢鳞片太厚，密度在2g/cm3以 上，涂层厚，易沉淀。近年来，国外采用新工艺生产出超薄型不锈钢鳞片，如美国Novamet公司生产的超薄型不锈钢鳞片，密度为0.8g/cm3，片径为10～30μm，厚度为0.6μm。这样可以开发出厚度仅为数十μm的涂层，防腐性能却能达到数百μm涂层的超薄型不锈钢鳞片涂料。
近10年来，不锈钢鳞片得到了推广和应用，不仅用作防腐底漆，还可用作装饰性面漆。但是，较高的成本和价格限制了广泛的应用，只能用于特殊要求的防腐工程和防腐产品，如医药、食品、化工、环保、汽车、船舶、能源、电子、医疗器械、烹调器具等领域。
8锌铝及合金鳞片防腐涂料
普通锌粉属于球状锌粉，因具有电化学反应，通过牺牲阳极锌粉而保护阴极金属，故被大量用于金属的预涂底漆和防锈底漆。但锌粉含量超过80%时会造成涂层的多孔性，再涂上面漆时会产生气泡或收缩，出现裂纹，且易沉淀不便施工。为此德国、比利时和美国等公司开发了锌粉鳞片。国内也有产品面市，如科创公司产品规格：厚度为0.15～0.4μm，平均粒径为10～12μm，径厚比为60～80。鳞片状锌粉不仅保持了良好的阴极保护作用，更有优良的屏蔽性能、平行搭接性能、电接触性能、易悬浮性能，从而使锌片涂层在减少2/3用量的前提下仍比球状锌粉涂料有更好的防腐性和施工性。且涂层表面较为平整，可减少面层配套后产生气泡或收缩的倾向。
铝鳞片是由纯度为99.5%的金属铝加工成的薄片，其径厚比大约为100∶1。铝鳞片表面有一层致密透明的氧化膜，使之保持稳定的化学性能。铝鳞片在漆膜成型时发生漂浮移动，使铝粉与底材面平行，形成多层次的平行重叠排列，起到良好的屏蔽作用，使涂层拥有良好的抗腐蚀介质渗透性；而良好的光、热反应使涂层拥有优良的反光隔热和耐光、耐候性。因此，铝鳞片既可用于防锈底漆用在船舶等钢构件上，又可用于装饰面漆用在汽车、家电等产品上。
锌铝合金鳞片综合了锌、铝鳞片的优点，不仅具有优良的耐蚀性而且对基体能起着牺牲阳极的保护作用。锌铝鳞片具有良好的延展性，其鳞片规格容易控制，可方便地获得较高的鳞片比表面积。锌铝鳞片本身耐热性好，导热系数高，表面光线反射率高，因而可像不锈钢鳞片一样提高涂层的耐热、耐候性。锌铝合金鳞片的规格：厚度为0.1～1.0μm，片径为50～150μm，锌铝质量比为0.45。
锌铝鳞片在许多性能方面优于玻璃鳞片，特别是弹性、可挠性和可塑性，有助于涂层的可形变性以及鳞片与树脂黏附性的增强。但其耐磨性略逊于玻璃鳞片，这主要是因锌铝鳞片的硬度低于玻璃鳞片。
从涂层的渗透性比较来看，在2种鳞片直径和体积百分比含量（20%）及乙烯基树脂用量几乎完全相同的情况下，锌铝涂层的水蒸气透过率明显低于玻璃鳞片涂层，约为1.0∶2.5。从涂层的耐盐雾性比较来看，同样条件下，玻璃鳞片涂层的划痕处很快生成红锈，而锌铝鳞片涂层在26天出现轻微划痕锈。
这是由于锌铝合金对金属基材不仅具有优异的屏蔽性，更有牺牲阳极的保护作用。同时能够与某些渗入的腐蚀介质（如H2O、O2、SO3等）发生电化学反应而将其逐步消耗，减少对基体的接触腐蚀。可见，锌铝鳞片涂料防腐性能优于玻璃鳞片涂料。此外，试验发现在锌铝鳞片涂料中拼用10%的玻璃鳞片可提高耐磨性而不影响其防腐性能。日本工业技术院在微米大小的玻璃片上包覆锌及铝用于环氧涂料中，只需刷涂2遍便能耐7～8年以上的海水腐蚀，保光性亦好，且材料费用低。
锌铝鳞片优异的防腐特性还被用于重防腐环境下钢结构的热喷锌、热镀锌涂层；溶剂型或水性富锌涂料；单组分锌加涂料（施工、维修方便，成本较低）以及刁美特、达克罗技术，制备水性锌（铝）铬膜或无铬锌铝膜复合涂层取代传统的热镀锌成为金属表面处理的环保型新工艺。
9结语
综上所述，鳞片防腐涂料因其特殊的错层片状结构，具有优异的机械性、防腐性和耐久性。不同的鳞片涂料具有不同的特性，适用于不同腐蚀环境的特定要求，使用时可根据性价比予以选择。目前，对鳞片涂料的研究主要是各种鳞片和基料体系的屏蔽性和耐久性，特别是涂膜对水蒸气的渗透性；其次是体系的相容性和稳定性。据报道，一种有反应性表面的玻璃鳞片，无需专门的表面处理即可提高与基料的黏结力和亲合力，具有一定的触变性。可以预计随着鳞片涂料质量的完善和推广应用的深入以及新型鳞片骨料和高性能树脂的不断开发和改进，鳞片涂料将在重防腐领域发挥更大的作用。 |
