玻璃鳞片涂料与玻璃鳞片的定性定量分析

0引言

玻璃鳞片涂料是以**树脂为主要成膜物质，以具有良好耐化学性的玻璃鳞片为主要防锈颜料制成的一种涂料。玻璃鳞片涂料作为一种重防腐涂料，具有耐腐蚀性好、耐磨损、施工简便、易于修补等诸多优点，在化工、钢结构建筑等领域应用广泛，特别是在各种海洋工程设备、海上石油天然气平台、港湾码头及船舶防腐蚀工程上的应用更为广泛。

玻璃鳞片较早是由美国欧文斯-康宁(Owens-Coming)玻璃纤维公司在1953~1955年研制并生产的。1956年开始试用玻璃鳞片配制玻璃鳞片环氧涂料，用于重防腐蚀工程;1957年用于混凝土基体设备的防腐蚀，同时开始了玻璃鳞片填充热塑性管道衬里技术的研究。同期，日本开始研究一种性能优于一般不饱和聚酯树脂的环氧乙烯酯树脂(VE)。1967年，FUJI树脂公司采用日本板硝子公司*创的玻璃鳞片，开发出玻璃鳞片VE涂料，成功用于烟气脱硫装置，开始实用化并出口海外。20世纪80年代初，我国贵溪冶炼厂的烟气脱硫装置就是由该公司提供的玻璃鳞片VE衬里。其后应用领域从较初的大型火电厂的脱硫设备拓展到石油化工、海洋领域，继而延伸到交通、能源和工业水处理等行业。20世纪80年代初，在与日本对口技术交流中，我国开始引进并重视玻璃鳞片涂料，开展了相应的研发工作。

1玻璃鳞片涂料的组成及防腐机理

玻璃鳞片涂料的组成主要包括玻璃鳞片为主的防锈颜料和具有优良性能的成膜树脂。玻璃鳞片涂料常用的成膜树脂包括氯化橡胶、环氧树脂、酚醛环氧树脂、不饱和聚酯树脂和乙烯酯树脂等。

其中玻璃鳞片环氧涂料的应用较为广泛。环氧树脂具有很强的黏合力，对于大部分底材的附着力良好;具有良好的物理力学性能及优异的耐化学品性。其与玻璃鳞片颜料配用，制成的玻璃鳞片环氧涂料很适宜作为目前常用的云铁环氧中间漆的替代品，通过英国的桥梁涂装的实践经验(如ForthRailBridge、TayRail等)，不采用富锌底漆，而单纯依靠玻璃鳞片环氧涂料的防腐蚀性，也获得了预期的效果。玻璃鳞片聚酯涂料具有良好的耐化学品性、耐阴极剥离性及高度耐磨性，在船舶涂装，特别是甲板通道、*机甲板、破冰船船壳等处应用广泛。玻璃鳞片乙烯酯涂料，由于其**的耐化学品性和耐溶剂性，用于贮罐内壁时，其耐化学品性较聚酯类涂料更高，耐碱性堪称**强。

玻璃鳞片的厚度一般为2~5μm，一般溶剂型玻璃鳞片环氧涂料的干膜厚度达200~400μm，且能保证涂层中有数十层至上百层的鳞片排列，涂层内形成复杂曲折的防渗透扩散路径。

玻璃鳞片将涂层分割为许多微小空间，使涂层中的微裂纹、微气泡被分割，且玻璃鳞片的收缩率是树脂的几分之一到几十分之一，在涂料固化过程中，可以降低涂层的收缩应力，提高涂层的附着力，同时也抑制了涂层龟裂、剥落等缺陷，使得单道喷涂可以获得更厚的涂层。

玻璃鳞片防腐涂料的防腐机理与铝粉和云铁在涂层中起到的作用类似，通过改变腐蚀介质(如空气、水、酸碱等)的扩散渗透路线，使其难以渗透到基材来达到防腐蚀效果。使用玻璃鳞片防锈颜料，由多层与基材近似平行排列的玻璃鳞片颜料构成的鱼鳞效应，可将腐蚀介质的渗透距离延长数倍甚至数十倍。一般玻璃鳞片片径纵横越大，涂层的抗渗透性能越强，但是涂层的表观相对差些。一般采用片径大小不一的玻璃鳞片混合使用，以期获得较大片径玻璃鳞片与底材呈平行排列，较小片径的玻璃鳞片以不同角度穿插于空隙中的效果。作为面漆使用时，会使用较多片径较小的玻璃鳞片颜料，以获得较为平整的涂层。

使用硅烷偶联剂对玻璃鳞片颜料进行处理，可以提高其强度和与成膜树脂的结合力。对于涂层而言，可以提高其耐磨性和抗渗透性。

2我国玻璃鳞片涂料存在的主要问题

我国现有生产玻璃鳞片涂料的厂家不在少数，主要的大型生产商多为外资或合资企业。我国玻璃鳞片涂料存在的主要问题包括：

**，国产玻璃鳞片表面处理乏力。玻璃鳞片颜料已经实现国产化，但较进口产品而言，由于表面偶联化处理技术和工艺的研究尚处于落后阶段，尽管制成品成本较低，但是使用在涂料中，其施工性、抗渗性、防沉性、颜料排列定向性方面仍有一定的差距;

*二，玻璃鳞片涂料缺乏相应的产品标准及测试方法。尽管玻璃鳞片涂料进入我国市场已有相当的历史，但缺乏相应的产品标准及测试方法，造成不少厂家以次充好，以其它价格低廉的防锈颜料代替玻璃鳞片，严重扰乱了市场秩序。对于玻璃鳞片涂料而言，相关产品的物理化学性能，如附着力等，在一些行业标准，如JT722—2008《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》中也有相关的规定。但关于玻璃鳞片颜料的定量分析，即使是在国际上，也缺乏放之四海皆准的方法。

3玻璃鳞片的定性定量分析方法

玻璃鳞片分析主要包括：定性分析与定量分析。

3.1定性分析

主要用于替代玻璃鳞片的颜料包括云母氧化铁、滑石粉、石英砂等。这些颜料在未加入涂料时，很容***颜色、密度等加以区别，但是制成涂料成品后再进行定性分析，则不那么*。由于玻璃鳞片、云母氧化铁与滑石粉均具有片状结构，因此不能通过测量颜料的扁率加以区分。

一种通过从涂料中将颜料与树脂分离，并通过显微镜观察的方法，可以较为快速地对涂料中的玻璃鳞片进行定性分析。其原理是将颜料通过离心分离方式提取出来，制成相当薄的试样，通过显微镜观察颜料的形状、颜色等，来确认是否含有玻璃鳞片。其实验方法如下：

(1)称量约10g涂料主剂，置于50mL离心管中，加入约20mL混合溶剂(推荐使用厂家*的溶剂)，以细棒轻轻搅匀，黏附在棒上的固体以约10mL溶剂冲回离心管中，加入混合溶剂到离心管的4/5处;

(2)用塞子塞住离心管，防止溶剂挥发，在转速2000~10000r/min下分离15~25min。

应在能分离的情况下，尽可能使用较低的转速。

(3)将离心分离后的上层清液倒出，将沉淀物重复洗涤4次后，将*4次洗涤所得的沉淀物，加入30mL溶剂搅匀后，待用。

(4)在通风橱里安装抽滤设备，检查气密性。布氏漏斗中放置滤纸，往滤纸上加少量溶剂，开启抽气泵，使滤纸紧贴于漏斗底上。

(5)打开抽气泵，将第三步所得的混合液体倒入布氏漏斗，进行抽滤，待抽滤近干时，关闭抽气泵，往固体上滴加少量溶剂，静置片刻，再将其抽干。

(6)将滤饼取出，置于表面皿上，在(105±2)℃的烘箱里干燥1h。

(7)用一条宽度略窄于载玻片的透明胶带，轻轻地贴在滤饼上，略加压力，使松散的颜料在胶带上黏附薄薄一层。然后将胶带贴在载玻片上。

(8)将载玻片置于显微镜下，选择适宜的放大倍率，旋转调节器至物象清晰。观察是否有无色透明的玻璃鳞片状颜料。相对而言，云母氧化铁呈黑紫色片状，滑石粉呈白色片状，石英砂及其它颜料呈粒状。

该方法能较为简易快速获知涂料中是否含有玻璃鳞片。使用显微镜法观察涂层切片，也能获得涂层中玻璃鳞片的分布及排列情况的图片，对于玻璃鳞片涂料的研发及应用均具有一定意义。

3.2定量分析

分析涂料中的玻璃鳞片含量，其实是件非常困难的事情。一般检测涂料中颜料含量的方法包括灰化法、化学分析法、元素分析法。

玻璃鳞片颜料由于不同制造商的配方不尽相同，所以从元素分析角度，难以找到一个能反映出玻璃鳞片颜料含量的元素或成分进行化学分析或元素分析。

例如石英砂与玻璃鳞片都以二氧化硅为主要成分;玻璃鳞片与云母氧化铁都含有铁元素;玻璃鳞片和滑石粉(滑石粉的化学式为Mg3Si4O10(OH)2)中都含有硅元素，不能通过类似高氯酸脱水重量法等化学分析法或亚铁还原硅钼蓝光度法等元素分析法等来进行区分。

通过显微镜视野面积分析法，可以粗略获得涂料中玻璃鳞片颜料的比例。其方法是将定性分析中分离出的玻璃鳞片颜料随机取3个试样，制备显微镜试片。

通过显微镜在一定的放大倍率下，拍摄照片后，用面积法计算比例，取平均数来折算出涂料中的玻璃鳞片含量。该方法由于取样的随机性，结果精度较低，只能精确到5%~10%，且对于小片径的玻璃鳞片颜料，较难与其它颜料精确区分，因此使用并不广泛，只有在日本的一些研究性分析中，使用这种方法。

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