随着工业涂料水性化的进步，水性防腐体系在C1、C2、C3防腐等级都有了一定的应用。在水性防腐体系中，防锈颜料在防腐涂料中占有重要的地位。随着人们环保意识的不断增强和相关法规的出台，新型高效环保防锈颜料也不断被开发和应用。本文就防锈颜料的分类、应用及发展方向进行阐述。
1、市场上常用防锈颜料的分类
1 防锈颜料的分类
防锈颜料按其作用机理分为物理防锈颜料和化学防锈颜料，化学防锈颜料又分为化学缓蚀防锈颜料和电化学防锈颜料。
1.1物理防锈颜料
物理防锈颜料具有相对稳定的化学性质，可以提高涂层的致密性，降低涂层的渗透性，从而达到防锈的效果。常见的物理防锈颜料有氧化铁颜料、云母氧化铁、铝粉、玻璃鳞片等。
1.1.1氧化铁防锈颜料
氧化铁红（简称铁红）是氧化铁颜料中最稳定的一类，只能溶于热浓酸，在防腐涂料中的应用最为广泛。氧化铁红遮盖力强，颗粒细腻，能形成致密的涂膜，耐化学性优良，耐候性好，能强烈吸收紫外线（大量用于室外装饰面漆）。而且由于其价格低廉，防锈性能好，在醇酸、氯化橡胶、环氧等防锈涂料中已有成熟的应用。在一些环氧富锌底漆中，氧化铁红是重要的辅助防锈颜料。
(氧化铁红)
1.1.2 云母氧化铁
云母氧化铁用途十分广泛，分为天然云母氧化铁和合成云母氧化铁。它具有鱼鳞状六方晶体结构，化学惰性好，在涂层中可以鳞片状排列，形成复杂的扩散路径，使腐蚀介质的扩散渗透路径比较曲折，不易渗透到基材内部。这种鳞片状屏蔽层对紫外线有很强的反射能力，用于面漆中可减缓涂层的老化，提高耐候性。同时，云母氧化铁能降低漆膜与金属之间的热膨胀系数，固化后收缩率小，大大降低了涂层的收缩应力，减少了各接触面的残余应力，提高了大温差环境下的抗裂、抗脱落性能。可用于室外桥梁防腐涂料、船舶防腐涂料等。另外由于其性能稳定，可与红丹、磷酸锌、硅酸锌等多种颜料混合，提高其在涂膜中的稳定性和机械强度。
(云母氧化铁灰)
1.1.3 铝粉
铝粉是一种重要的金属颜料，呈片状结构，具有金属光泽。铝粉均匀分散在载体中后，具有与基材平行的特点，形成多层平行连续的金属膜，能有效阻隔外界水分、气体等有害介质到达基材表面，并能强烈反射外界光线，耐候性好。同时铝粉能提高漆膜的耐高温性能，用合适的有机硅树脂配制的涂料耐温可达600℃。出于安全和方便考虑，铝粉一般制成铝粉浆（又称铝银浆）使用。
(铝粉)
1.1.4 玻璃鳞片
玻璃鳞片由于其片状结构，在涂层中还可以多层平行排列，能有效延缓有害介质向基材的扩散，从而提高涂层的耐腐蚀性能。玻璃鳞片涂料是以耐腐蚀树脂为主要成膜物质，以薄玻璃鳞片为骨料，加入各种添加剂组成的厚浆状涂料。具有耐腐蚀、抗渗透性好、膜收缩小、热膨胀系数小、耐磨损、施工简便、易修复等优点，可获得数毫米的高膜厚涂层，在化工、冶金、化纤、电镀、建筑等行业得到广泛应用钢结构防腐涂料标准，尤其在各种海洋工程设备、海上油气平台、港口、船舶等方面得到广泛应用。日本由于其特殊的环境，十分重视玻璃鳞片涂料的研究和应用，这也说明了玻璃鳞片涂料的优良防护性能。目前还采用一种不锈钢鳞片防锈颜料，其稳定性和耐腐蚀性能优良。与玻璃鳞片相比，不锈钢鳞片防腐涂层具有更佳的机械强度、耐磨性、耐候性，但由于其成本相对较高，使用量不如玻璃鳞片大。
(玻璃鳞片砂浆)
1.2化学缓蚀防锈颜料
化学缓蚀防锈颜料是指具有一定化学活性的颜料，通过化学反应与金属表面或涂层的某些成分发生反应，使金属表面钝化或形成惰性保护层，达到防锈的目的。常用的化学缓蚀颜料有铅系颜料、铬酸盐颜料、磷酸盐颜料和新型硅酸盐颜料等。
1.2.1 铅基防锈颜料
铅基防锈颜料中的红丹(分子式Pb3O4，也写作2PbO·PbO2)是最重要、最传统的防锈颜料。它在钢铁腐蚀过程中能生成不溶性高价氧化物，使涂层更加致密，能有效阻隔水汽的渗透。它还具有对钢铁表面处理要求不高的特点，即使钢铁表面有残锈，仍能达到良好的防锈效果。但红丹防锈漆涂装后不能暴露在空气中太久，否则在CO2作用下会变成白色粉状。加之其毒性较大，已被许多行业禁用，国际大型涂料公司已基本停止此类产品的生产。受传统涂装体系影响，红丹漆在我国仍占有较大的市场份额，因此近年来有不少替代红丹的防锈颜料面市。钙铅酸（钙取代部分铅）是一种较早出现的防锈颜料，其防锈机理与红丹相似，可用于钢铁、轻金属、镀锌件、木材、水泥等底漆，但不适用于潮湿表面，对钢铁的防锈性能不如红丹，且仍含铅，所以没有得到广泛推广。近年来，以磷酸盐为主要原料的防锈颜料使用较多。它是以特选磷酸盐为主要原料，经化学处理、粉体表面改性、缓蚀剂表面复配、涂装等制备而成的多种防锈颜料的复合物。它与红丹配伍性好，可完全替代价格昂贵的红丹、偏硼酸钡、锌铬黄等防锈颜料，尤其在替代红丹方面效果最好。是红丹醇酸防锈漆、红丹环氧防锈漆中应用最广泛的防锈颜料，替代红丹粉，还可用于各种无溶剂、溶剂型防锈涂料，如氯化橡胶、聚氨酯、丙烯酸乳液涂料等。
（红丹）
1.2.2 铬酸盐颜料
铬酸盐防锈颜料有锌铬黄、钡铬黄、钙铬黄等，其中应用最广泛的是锌铬黄防锈颜料（又称锌黄），其主要成分是铬酸锌。其防锈机理主要是高价铬在金属表面形成钝化层（即铁铬酸盐）。它们是最适合用于维修底漆的防锈颜料，也是轻金属（如铝、镁等）的防锈颜料。目前在有色金属底漆中应用较多，但在潮湿环境下易起泡，所以一般与溶解度低的铬酸盐或铁黄配合使用。对工业酸性气氛比较敏感，一般与氧化锌配合使用。另一种碱性锌铬黄水溶性低，防锈效果持续时间长，是磷化底漆的主要防锈颜料。但锌铬黄有致癌危险，已限制使用，并逐渐被其他低毒、无毒颜料所取代。
(铬酸锌)
1.2.3磷酸盐防锈颜料
该类防锈颜料主要以磷酸锌为代表，由于其无毒、高效，被广泛用作铅、铬颜料的替代品。由于磷酸根离子能与金属表面发生反应，使金属钝化，锌离子还能形成不溶性络合物，起阴极保护作用，防腐性能优良，且磷酸锌稳定性好。近几年发展起来的三聚磷酸铝，在涂膜下溶解电离，在阳极与金属离子结合，形成不溶性钝化膜，硬度高，附着力强，而且当三聚离子水解为二聚体或磷酸根离子时，仍含有反应性基团，进一步形成钝化膜。在应用过程中，一般磷酸锌与三聚磷酸铝配合使用，得到的环氧防锈漆耐盐雾性能优良，可达1000小时以上。国外已有该类涂料产品替代环氧富锌涂料的成功案例。通过化学反应防锈的颜料还包括钼酸盐、硼酸盐等一系列防锈颜料，也是国外广泛应用的新型防锈颜料。近年来，我国在这方面的研究取得了很大进展，但由于价格等因素，目前应用较少。
(磷酸锌)
(改性三聚磷酸铝)
1.3电化学防锈颜料
这些防锈颜料中最重要的是锌粉。锌的氧化电位比钢铁的负，当腐蚀发生时，锌粉首先被氧化，达到阴极保护的作用，同时生成不溶性腐蚀产物，增加涂层的致密性，减缓钢铁的腐蚀速度。但要达到良好的防腐效果，锌粉需要与金属紧密接触，并形成连续的导电层，这就要求富锌漆中锌粉的含量要高。美国钢结构涂料协会（SSPC）规定无机富锌漆锌粉含量不低于74%，有机富锌漆锌粉含量不低于77%，主要是因为有机成膜物质的导电性稍差。早期使用的锌粉为球形，后来逐渐发展为片状结构，因为片状锌粉的防锈性能更好。研究发现，在环氧富锌底漆中，当片状锌粉用量减少为原球形锌粉用量的1/2~1/3时，涂料仍具有较强的耐腐蚀性能和较好的贮存稳定性。但由于锌的活性较大，所得富锌底漆对酸碱比较敏感，因此不能在酸性或碱性环境中使用。
(锌粉)
2 新型防锈颜料
传统防锈颜料虽然防锈效果好，并已成功应用，但大部分为含有铅、铬等重金属的有毒防锈颜料，对环境和人体健康危害极大。随着环保法规对重金属的限制，开发研究新型低毒、无毒的防锈颜料势在必行。
2.1磷酸锌改性防锈颜料
改性磷酸锌防锈颜料是针对传统磷酸锌产品粒径大、分散性差、早期防锈性能不显著、闪锈难以避免等缺点而研制的。以磷酸锌为主体，对颜料颗粒进行微粉化、形貌控制，并对其进行其它阴离子或阳离子改性，解决了传统磷酸锌防锈颜料存在的问题。该防锈颜料色泽较浅，适用于各类防腐底漆及自底向上的防腐涂料。可替代氧化铁、红丹、磷酸锌、三聚磷酸铝、氧化锌等各种防锈颜料，或与以上防锈颜料并用，降低配方成本；也可单独使用。低成本、高效率，是目前我国性价比最高的通用型防锈颜料产品之一。虽然磷酸锌及其改性制品中的重金属含量相对于红丹、铬酸盐等防锈颜料来说已经非常少了，但是仍然含有重金属，需要进一步的改良和处理。
2.2（氟）硅酸锌复合防锈颜料
硅酸锌复合防锈颜料的主要成分是硅、氧与其它化学元素（主要有锌、铝、铁、钙、镁等）结合形成的硅氧四面体。具有极高的化学稳定性，能在金属表面形成致密稳定的涂膜，减少水和氧离子对漆膜的渗透性。产品环保无毒。由于其作为浅色防锈颜料的特性，特别适用于各种防锈涂料体系和底面涂料。可替代氧化铁、红丹、磷酸锌、三聚磷酸铝、氧化锌等各种防锈颜料，或与上述防锈颜料配合使用，降低配方成本；也可单独使用。
(硅酸锌)
2.3离子交换防锈颜料
离子交换防锈颜料是一种新型无毒防锈颜料，主要有钙离子交换硅胶、稀土离子交换硅胶等。其作用机理与上述防锈颜料完全不同。当腐蚀性电解液进入涂膜，即与防锈颜料接触时，颜料在二氧化硅表面截留腐蚀性离子，并释放出相应的钙离子转移到金属基材上。当此过程持续进行时，在金属与涂层界面上便积聚有钙离子层，从而起到了屏障作用，保护了基材，增强了涂层的附着力。而这种钙离子交换颜料其实不溶于水，据报道国外已在水性醇酸底漆中使用，防锈效果明显，可替代铅或铬系防锈颜料。
2.颜料和填料的使用
目前防锈颜料的种类很多，各有特点，但往往一种防锈颜料在应用上有一定的局限性，需要与几种颜料配合使用，有时甚至要与填料配合使用。防锈颜料与填料配合使用，不仅可以改善涂层的流变性能、物理机械性能、降低成本，而且可以提高防锈效果。超细或经过表面处理的填料利用空间间距，使防锈颜料在涂层中分布更均匀，从而节省一些较昂贵的防锈颜料；物理防锈颜料与化学防锈颜料可以配合使用，利用不同的机理对基材进行钝化和隔离，例如云母氧化铁与活性防锈颜料配合使用钢结构防腐涂料标准，可以产生良好的协同效应，可以有效隔离空气和水分，使化学钝化膜在涂层中存在更长时间，同时提高一定的机械性能；在环氧富锌涂料中，适当添加氧化铁红不会对锌层的阴极保护产生影响，而且氧化铁红形成的致密层会进一步增强涂层的防护性能，目前已在某些公司的环氧富锌涂料中得到成熟应用；锌粉与其他片状颜料（如云母氧化铁、云母粉等）复配使用时，还可以减少锌盐的生成，降低气泡产生的概率，降低综合成本；化学防锈颜料的使用主要考虑不同防锈颜料之间的协同作用，如磷酸锌与三聚磷酸铝复配使用，可以解决磷酸锌前期防锈性能差的缺点，此外，玻璃鳞片、不锈钢鳞片也常与磷酸锌或硅酸锌复配使用，即可达到满意的防锈效果。
3、磷酸盐防锈颜料：
目前市场上的磷酸盐防锈颜料有以下几种化学类型：
1. 标准磷酸锌
(磷酸锌)
2、改性磷酸锌（普通铝改性磷酸锌、磷酸锌铝聚合物及其改性制品）
将铝离子引入磷酸锌结构中,选取最佳反应条件,得到磷酸锌铝,收率为95.3%,中位粒径d(0.5)为1.529μm;经硅烷偶联剂改性的磷酸锌铝颗粒细小、尺寸均匀。
采用改性磷酸铝锌制备水性环氧底漆和水性丙烯酸防锈漆，耐盐雾试验和储存试验结果表明，改性磷酸铝锌具有比磷酸锌更好的消泡性能和防锈性能。
磷酸锌铝的防锈机理推断为磷酸锌铝与金属基体表面形成电化学抑制与物理隔离的综合防锈体系，所得磷酸锌铝产品在水性防锈涂料中有着良好的应用前景。
(磷酸锌铝)
3.磷酸铁锌
4.三聚磷酸铝
5.改性磷酸锌水合物（有机改性磷酸锌水合物）
6.（锌、铝、钛）钼硅酸盐水合物
7.钼改性磷酸锌（磷钼酸铝锌、碱式磷酸钼锌）
磷钼酸铝锌是一种新型绿色环保白色防锈颜料，该产品是由特定量的磷酸铝锌及磷酸盐缩合物、含钼化合物、氧化锌等经湿法研磨复合改性后得到的复合防锈颜料，再用表面活性剂对改性产物进行表面改性处理。
(铝锌磷钼酸盐)
8.低成本钙镁改性磷化物
除上述产品外，为了提高磷酸锌盐在不同体系中的适用性，供应商还会采用多种离子改性的磷酸锌。这种广谱防锈颜料也用于环氧丙烯酸混合等体系。
四、磷酸锌及改性磷酸锌防锈颜料主要技术参数
磷酸锌是一种由锌、磷和氧组成的无机化合物，化学式为 Zn3.(PO4)2。当涂在金属表面时，它通常用作腐蚀抑制剂。
磷酸锌在中性水溶液中因溶解度限制，不表现出缓蚀效果。磷酸锌在醇酸涂料中表现出优异的防锈性能，其工作原理大概是：（1）磷酸锌增加了涂层抵抗水渗透和氧分子及氯、钠等离子扩散的能力；（2）当涂层下方的氧浓差电池工作时，磷酸锌对局部电池的阳极液和阴极液起缓冲作用，反应产物对金属起缓蚀作用。
改性磷酸锌防锈颜料供应商通常可以提供的技术数据有：氧化锌含量、氧化铝含量、其他改性氧化物含量、电导率、pH值、密度、吸油量、粒度等。
5.磷酸盐防锈颜料的基本作用机理
腐蚀原理
钢铁的腐蚀包括化学反应和电化学反应。在潮湿的空气中，空气中的水和氧气会与铁发生氧化还原反应。由于钢铁中含有一定量的碳杂质，碳的电极电位较高，形成阳极，铁的电极电位较低，形成阴极。潮湿的空气溶解一定量的氧气，形成电解质溶液，引起电化学腐蚀，阴极剥落。
防腐机理
磷酸锌在水性涂料中的防腐机理一般认为有两个方面，一方面是钝化作用，锌等金属阳离子的电极电位较低，锌离子和磷酸根离子与金属表面的金属氧化物发生反应，最终形成一层磷化钝化膜，对金属表面附着力好，具有防腐作用。另外磷酸锌含有一定量的结晶水，在腐蚀介质中形成碱式盐，在金属表面形成杂多酸络合物，具有一定的防腐作用。
6.三聚磷酸铝典型销售产品
三聚磷酸铝ATP为弱酸，Kpa为1.5，对皮肤无刺激性，通常采用低成本碱性化合物及矿物质来中和酸性，其中氧化锌改性较为常见。目前也有离子交换型防锈颜料产品推出，该类产品在水性体系中的适用性尚需更多实践。防锈颜料通常具有时间效应，对闪锈及短期防锈效果不佳，常需添加防闪锈剂。
三聚磷酸铝ATP水解后的三聚磷酸根离子具有较强的螯合能力，能与二价、三价铁离子发生反应，生成以三聚磷酸铁为主的复合保护膜。三聚磷酸铝的活性基团密度较高，研究发现，它能在易生锈的金属切削件中起到防腐作用。另一方面，三聚磷酸铝缓慢水解后又会产生新的磷酸根离子，再次生成磷化钝化膜。
7、含硅酸盐改性或以硅酸盐为主要成分的防锈颜料
有锶锌磷硅酸盐、锶磷硅酸盐、有机改性钙锶磷硅酸盐等，以某在售产品为例，供应商提供的技术数据如下：
该类防锈颜料价格相对较高，据供应商介绍，磷硅酸锶对金属基材有良好的钝化封闭作用，能有效提高涂层的耐腐蚀性能。
8.不同防锈颜料的主要性能及对涂层耐介质性的影响
9、防锈底漆在保护涂层体系中起着积极的作用，其性能受许多关键因素影响：
1. 树脂种类
2.颜料体积浓度（PVC）和临界颜料体积浓度（CPVC）
3、防锈颜料的种类（物理性质、化学性质、电化学性质）
4.防锈颜料含量
5. 其他颜料和填料
6. pH值、pH的储存稳定性（特别是在水性体系中）
7. 整体配方的组成
8. 分散条件
在确定和研究最终的防锈配方时应考虑这些因素。
10、防锈颜料的发展趋势
随着工业化的发展和环境的恶化，酸雨、恶劣天气的频繁发生也对钢铁腐蚀防护提出了更高的要求，因此高效防锈是防锈颜料的发展趋势之一。人工成本、能源成本的增加将使防锈颜料的便捷应用成为发展趋势之一，这就要求未来的防锈颜料要精细化，在涂料中易于分散、储存，方便后期施工。环保、安全是当今发展的主流趋势，因此防锈颜料的环保、低毒也将是防锈颜料研究和应用的一个趋势。总之，无论防锈颜料的发展进程如何，最终的目标都是高效、低成本、环保、无毒。
