無鉻達克羅涂料中鋅鋁粉的析氫規律

孫碩+晏智強+于錦

摘 要：該文以無鉻達克羅涂料中的鋅鋁粉為研究對象，研究其在pH值為7.0的水性環境（10mass%吐溫80的水溶液）的析氫規律。結果表明：鋅粉的析氫量最小，隨著鋁粉比例的增大，析氫量在不斷遞增，鋁粉的析氫量最大；環境溫度越高，析氫速度越大，析氫量也越大。

關鍵詞：無鉻達克羅 鋅鋁粉 析氫規律

中圖分類號：TQ62 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）05（b）-0090-02

達克羅是指以片狀鋅粉、片狀鋁粉、鉻酐和去離子水為主要成分的新型的防腐涂料[1]。鉻酐的鈍化作用能夠有效抑制鋅鋁混合粉在水性環境中的析氫活性[2]。但是，因為Cr6+毒性強且具有高致癌性，在全球范圍內Cr6+的使用已經受到越來越嚴格的限制[3]。由于失去了Cr6+的鈍化作用，鋅鋁粉在無鉻達克羅涂料中出現嚴重的析氫現象，導致涂料儲存時間縮短、涂層性能降低，這使無鉻達克羅涂料的應用受到極大限制。該文研究了鋅粉、鋁粉和9個不同比例的鋅鋁混合粉在吐溫80水溶液中的析氫規律，旨在對無鉻達克羅中片狀鋅鋁粉的析氫規律有一個全面清晰的認識，為新型環保無鉻達克羅涂料的研制奠定基礎。

1 實驗方法

該實驗的腐蝕介質采用pH值為7.0的10%吐溫80的水溶液，經試驗，該溶液能較好地分散不同比例的鋅鋁粉。實驗采用的鋅、鋁粉均為無鉻達克羅涂料中常用的片狀粉體，其中鋅粉直徑約為16 μm，厚度約為0.1 μm，鋁粉直徑約為22 μm，厚度約為0.1 μm。取1 g不同比例的鋅鋁粉分散于100 mL吐溫80水溶液中，進行析氫實驗，實驗裝置見參考文獻[4]，水浴溫度依次設為40 ℃、45 ℃、50 ℃。

2 結果與討論

圖1中，鋅鋁粉的析氫曲線分為三個階段：初始誘導階段、劇烈反應階段、析氫衰落階段。初始誘導階段：水中的H+在鋅或鋁的誘導下生成還原態氫，吸附在鋅粉或鋁粉的表面，還原態氫之間的碰撞才會形成氫氣分子。這一階段，由于還原態氫的數量很少，彼此間的碰撞概率很低，故這一階段的析氫速度很小，隨著還原態氫的不斷積累，析氫速度越來越大。劇烈反應階段：還原態氫的積累已經達到飽和，析氫速度達到最大值且保持穩定。析氫衰落階段：鋅鋁粉在析出氫氣的時候，伴隨著Zn（OH）2和Al（OH）3的生成，這些物質占據在鋅鋁粉的表面上，致使還原態氫在鋅鋁粉表面的吸附面積在不斷減小，進而導致析氫速度不斷降低，直至析氫反應最終停止。圖2中，隨著鋅鋁粉中鋁粉比例的增大，總析氫量呈直線遞增。總析氫量由鋁粉的比例決定，與鋅粉無關。另外，溫度升高（降低）能夠增大（減小）該比例鋅鋁粉的總析氫量。圖3和圖4中，溫度越高，鋅鋁粉析氫速度越快，析氫量也越大。一方面，鋅鋁粉的析氫腐蝕是H+與Zn或Al原子之間的反應，H+來源于水的電離，因為水的電離是吸熱的，溫度升高，平衡正移，H+的濃度增大。另一方面，溫度升高，水中的H+運動速度加快。這兩方面會增大H+與Zn或Al原子之間的有效碰撞機會，進而提高析氫速度，增大析氫量。

3 結論

（1）鋅粉的析氫量最小，隨著鋅鋁粉中鋁粉的比例增大，析氫量在不斷遞增，鋁粉的析氫量最大。在研制無鉻達克羅涂料時，應盡量降低鋁粉的比例，將析氫量控制在一個合理的范圍內，以提高涂料的品質。

（2）環境溫度越高，析氫速度越快，析氫量也越大。無鉻達克羅涂料避免在高溫環境中存放。

參考文獻

[1] 耿建飛，繆強，梁文萍，等.新型無鉻鋅鋁涂層的制備及性能研究[J].熱處理，2016，31（1）：1-6.

[2] Sinko J.Challenges of chromate inhibitor pigments replacement in organic coatings[J].Progress in Organic Coatings，2001，42（3）：267-282.

[3] 喬靜飛，張明明，李文超，等.一種低鉻達克羅涂層的制備工藝及性能[J].腐蝕與防護，2016，37（3）：241-244.

[4] 王典，劉建國，萬曄，等.鋅鋁混合粉的析氫行為及抑制劑研究[J].腐蝕科學與防護技術，2010，22（3）：207-210.