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程，如图1-2 所示[11]
。很显然，综合图 1-1、图 1-2 可以看出，锌粉不仅使防锈颜料，还起到了帮
助固化的作用；硅酸盐中的硅-钾（钠）摩尔比越大，其单位体积中含有的羟基
也越多，与锌粉发生反应的几率也越高，室温下成膜的速度也越快；硅酸锂虽然
可以制的高达 25 摩尔比的硅酸锂水溶液，但由于其价格高昂，难以推广。对于
钠、钾硅酸盐水溶液，当硅酸钠的模数≥4，硅酸钾的模数≥5 时可以实现自固化，
但是硅酸钠易被碳酸化， 因此高摩尔比的硅酸钾水溶液是最为常用的水性无机富
锌涂料的基料。
1.3.3 水性无机富锌涂料的防腐蚀机理
金属防腐蚀技术由于实用意义极大， 这个研究方向古往今来凝聚着人类的智
慧。无机富锌涂料，就是今人创新的伟大成果。具体来说，其防腐蚀机理体现在
两个方面：一为前期的阴极保护，二为后期的颜料屏蔽作用。
涂层的阴极保护主要是以锌粉为主要颜料完成的。 在不能保证涂膜完整和具
有足够抗渗性的情况下，阴极保护是最有效的防护方法。锌的电极电位比铁低，
化学活性更大，更容易失去电子，在腐蚀过程中，牺牲阳极来保护铁等金属。
颜料的屏蔽作用是由于腐蚀环境下，锌粉与大气中的物质发生反应，形成腐
蚀产物，如氧化锌、碱式碳酸锌等，这些腐蚀产物会填满涂层中的孔隙，有效阻
隔氧、水等有害物质浸入到基材。
富锌涂料另一个特点就是“自修复”作用，即当涂膜收到机械损伤后，其露
出的钢铁表面会有腐蚀电流通过，锌的腐蚀产物就会沉积在受损处，形成一层保
护膜，而起到保护作用[12]
。
1.3.4 水性无机富锌涂料的研究进展
无机富锌涂料起源于1930年的澳大利亚， 至今已经有80余年的发展历史了，
总体来说，经历了三个阶段[13]
：（1）热固化无机富锌涂料
该类涂料首次较大规模的应用是在 1942 年，但实际操作非常困难，因为需
要近 149℃的烘烤才能形成不溶性的锌-硅酸盐涂层。然而当时还是在澳洲的管
路、重整炉和油罐上进行了应用，防腐效果非常好。
（2）后固化无机富锌涂料
1949年美国开始研究无机富锌涂料，并于 1952 年开发成功后固化无机富锌
涂料。该涂料采用一种磷酸胺盐作固化剂代替加热，使其在室温下即可形成硅酸
锌聚合物结构。虽然该涂料具有优异的附着力和防腐性能，但是由于固化剂的加
入给施工带来了麻烦，且增加了成本，因此没有得到大规模推广。
（3）自固化无机富锌涂料
20世纪 70 年代初，美国 NASA成功研制了自固化无机富锌涂料，在保持的
硅酸钾溶液稳定性的前提下，提高了其模数。由于硅酸钾模数的增高，溶液中活
性 Si-OH增多，与锌粉的反应速度提高了，大大缩短了固化时间，一般在 3-6 小
时即可完全固化，能经受雨淋。目前，该涂料在国内市场上的典型代表品牌是
IC531 等。
1.4 课题的研究背景、内容及意义
1.4.1 课题的研究背景及意义
在众多的金属防腐蚀方法中，涂装涂料被认为是最经济和最简便有效的方
法。它不仅能够保护金属制品免遭侵蚀，还能赋予金属一定的装饰效果，并且还
可与其他保护方法配合使用，具有施工简便、应用广泛、不受设备面积和形状约
束等优点。受石油资源及环保法规等各方面对有机挥发物的限制，涂料工业正积
极地朝着水性、粉末、高固体分及光固化等环保型涂料方向发展。