防锈颜料简史

早期的防锈颜料红丹（含铅的氧化物）或者含六价铬的铬酸盐（锌铬黄、铅铬黄、钡铬黄、钙铬黄、锶铬黄等），对环境危害严重。20世纪60年代开始发展了以磷酸锌为代表的磷酸盐类低毒防锈颜料。但随着环保意识加强和环保政策与法规的日益严苛，含锌的化合物也被认为是有毒的非环境友好型产品，需要有其它替代技术和产品以减少含锌防锈颜料的使用。早些年欧盟就提出了锌类化合物的配方替代，目前中国已经施行的GB30981-2020标准，也提出了对金属防护涂料的新的环保要求。离子交换型防锈颜料是20世纪80年代起开始开发的新型无毒环保防锈颜料，英国和日本在80年代后期开始出售商品化的该类颜料。其主要防锈机理基于颜料中含的有效离子可以交换涂层中的腐蚀离子，交换出来的有效离子又能同金属表面结合成为钝化层，进一步保护金属表面的腐蚀。

图：防锈颜料是防锈涂料最重要的组成部分。

研究进展

目前主要有含钙离子的沸石、含钙离子的交换硅胶以及含稀土离子的交换硅胶等。钙离子交换硅胶，组成为非晶态的合成二氧化硅颗粒，通过改性把钙离子吸附到硅胶颗粒的表面结构中。汕头大学制备的钙硅胶颜料的钙离子交换量达到11.74%，并在醇酸体系中得到应用，防锈性能随含量的增加而提高。郑州大学研究人员通过工艺优化后的钙离子交换量可提高到15.63%。天津化工研究设计院开发的钙离子交换型硅胶粉生产技术，可得到粒径2~3μm的改性硅胶粉，性能与国外SHIELDEX AC-3比拟，但所使用的原料易得，价格更具有竞争力。江苏荣昌化工有限公司以铝硅酸盐（包括长石、高岭土、沸石、蒙脱土、膨润土、方钠石、云母等）为载体颜料，通过三次离子交换的方法制备得到钙离子交换型铝硅酸盐防锈颜料，能够用于水性与非水性的涂料体系，但此方法的反应步骤复杂，操作时间长，生产效率低。广州凌玮科技股份有限公司设计了一种简单的工艺制备得到钙离子交换的二氧化硅防锈颜料，通过表面的有机疏水改性处理提升了二氧化硅与树脂的相容性，提高了漆膜的致密度，进一步提升了防锈性能。

除了钙离子型交换防锈颜料，澳大利亚的研究人员通过稀土离子与硅胶反应得到稀土交换型硅胶颜料，在醇酸体系和环氧体系的中防锈性能要优于传统的防锈颜料。有研究人员在比较了钙离子交换和稀土离子交换硅胶颜料之后发现，稀土离子交换硅胶颜料的抗渗透性和防锈性能要优于钙离子体系。另外，层状的氢氧化钙（部分被铝取代），利用Ca(NO2)·H2O在体系中释放出的NO2-可与涂层体系中具有腐蚀性的Cl-进行离子交换，起到一定的防腐蚀作用。

图：防腐蚀涂料可防止金属腐蚀，其中起主要防腐蚀作用的是防锈颜料。

典型产品

格雷斯（Grace）公司生产的SHIELDEX系列防锈颜料是钙离子交换型防锈颜料的代表，适用性广，在溶剂型和水性体系的各种配方中均得到很好的应用。美国Wayne颜料公司提供了Wayncor 205防锈颜料。德国的Heubach公司提供了HEUCOSIL CTF无锌硅胶防锈颜料。国内的广州凌玮科技股份有限公司，利用凝胶法制备得到了高性能的离子交换型防锈颜料。

存在问题

以二氧化硅等无机物为载体的离子交换型防锈颜料，表面呈弱碱性，可能会吸附涂料体系中的一些酸性物质，如酸性催化剂，从而导致助剂效率的降低甚至失效。离子交换型防锈颜料的种类目前还不够丰富，以钙离子硅胶为主，开发其它结构类型的离子交换型防锈颜料以适应更多涂料体系的应用，还需要研究人员不断地进行研发与探索。