環保無鉻防蝕塗料之技術發展

刊登日期:2012/8/23
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六價鉻鈍化是傳統金屬板材與扣件等最佳的防蝕處理方式,除了其鈍化後皮膜的高耐蝕性、良好裝飾性與成本低廉等優點外,當其表面不慎刮傷時,表面的六價鉻化合物將再度與裸露的金屬表面反應而形成新的皮膜,具有自我修復的特性,更能達到長效的防蝕效果。但六價鉻為極毒物,產品廢棄後會被水氣緩慢溶出,再經由地下水引入自然環境中,不僅造成健康損害或遺傳性基因缺陷,對環境也有永久危險性。

金屬腐蝕與防蝕
1. 腐蝕的分類與型態
金屬具有特殊的延展性與光澤度,使其在民生或工業上應用極為廣泛,但除了少數貴金屬外,大部分金屬都有容易腐蝕的特性,而台灣處於高溫、高濕、高鹽的海島氣候,更容易造成金屬生銹而劣化。以化學角度來看,金屬腐蝕是一種氧化還原反應,其陽極及陰極之反應機構如圖一如示,由於金屬本身在環境中就傾向以相對穩定的氧化礦物形式存在,因此自然環境中存在的許多氧化介質,與金屬接觸時便會導致金屬的腐蝕,依不同的氧化介質,可將金屬腐蝕分為下列幾類︰(1)大氣腐蝕:金屬與大氣中氧氣或其他腐蝕性氣體接觸造成的腐蝕現象;(4)高溫腐蝕︰因高溫環境造成金屬質變氧化的腐蝕現象;(5)化學腐蝕:金屬與化學物質接觸(如酸或鹼)造成的金屬氧化腐蝕現象。


圖一、金屬大氣腐蝕其陽極及陰極之反應機構

2. 金屬表面處理塗裝之防蝕對策
金屬基材暴露在易發生氧化腐蝕環境下,透過各種防蝕表面處理及塗料,往往能達到不錯的防治效果,常用的金屬為鋼鐵及鋁材,鋁材由於其氧化物具有特殊的緻密性,因此鋁材的防蝕大多利用陽極處理搭配塗料為主,而鋼鐵本身氧化物並不如鋁氧化物一般,具有緻密性可形成自體保護,故防蝕處理也較為複雜。可歸納為下列三種原理︰(1)導入氧化電位較高的金屬做為犧牲陽極︰合金法(如不銹鋼)、鍍層法(如鍍鋅鋼)或陽極處理(如鉻酸鹽鈍化)等;(3)減少金屬電化學腐蝕反應發生︰陰極處理、添加腐蝕抑制劑等。

三價鉻防蝕技術現況
六價鉻化成處理能夠提供完整、無孔隙及低成本的皮膜,因此一直是金屬防蝕處理的首選,自從六價鉻被禁用後,第一個被想起,能夠取而代之的就是三價鉻,但三價鉻化成處理的皮膜緻密性遠不及六價鉻,有許多奈米孔隙(圖二),無法有效地隔絕氧氣及水氣,造成其防蝕性僅能達六價鉻平均的30% 左右。

非鉻金屬鹽類防蝕
2. 磷酸鹽類防蝕技術發展
關於磷酸鹽類做為金屬防蝕處理的研究,最早可追溯至1869 年W.A. Ross 等人提出的英國專利,其將燒紅的鐵直接浸入磷酸中,發現磷酸對鐵的防蝕性可有效提升,爾後便開啟了磷酸鹽類在金屬防蝕處理的發展;表二為磷酸鹽皮膜防蝕處理的演進歷程。

工研院無鉻防蝕處理技術現況
近十年來工研院一直以不同角度切入無鉻防蝕之研究,例如利用Sol-gel 有機無機混成合成技術,將奈米SiO2 導入環氧樹脂中,並利用腐蝕抑制劑來增加防蝕效果,在鍍鋅鐵片及鋁片上可大幅提升防蝕性(圖五),鹽霧1,000 hrs 及1,500 hrs 後,在刮線處的腐蝕現象已較環氧樹脂加入腐蝕抑制劑之配方減緩許多。工研院亦著手研發高無機成分的防蝕塗膜,可合成高無機比例之塗料,適合常溫硬化或快速硬化之製程,表面硬度大於4H ,塗佈在鍍鋅鐵片上,即可形成一層3 µm 以上的防蝕保護膜,其防蝕性可達到240 hrs 以上,相當於六價鉻之防蝕效果……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文


圖五、工研院無鉻防蝕奈米混成環氧樹脂於鍍鋅鐵片上(a)含腐蝕抑制劑之奈米混成樹脂;(b)含腐蝕抑制劑之環氧樹脂,耐鹽霧1,000 hrs 的結果;以及於鋁片上(c)不含腐蝕抑制劑之奈米混成樹脂耐鹽霧1,000 hrs;(d)含腐蝕抑制劑之奈米混成樹脂耐鹽霧1,500 hrs 的結果

作者:湯偉鉦、沈永清、蘇一哲 / 工研院材化所
本文節錄自「工業材料雜誌308期」,更多資料請見:http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=10508


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