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嘉峪檢測網 2025-03-30 11:13
粉煤灰是由原煤在鍋爐中煅燒形成的粉狀殘留物，富含二氧化硅、氧化鋁等金屬氧化物，且具有輕質、低成本、易回收、低污染、化學和物理穩定性好等優良性能，在化工行業中具有很高的利用價值。我國作為煤炭大國，粉煤灰產量巨大，在建筑領域中已得到了廣泛的應用。近些年來，粉煤灰在腐蝕防護涂料中的研發與應用也正逐步引起人們的關注。
1. 粉煤灰的主要成分
粉煤灰是煤經過燃燒后的殘渣，故其成分均以氧化物的形式存在，主要為二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣等。美國材料與實驗協會根據粉煤灰的化學成分，規定了兩種重要的粉煤灰類別，即F類和C類粉煤灰，F類粉煤灰由無煙煤或煙煤燃燒產生，而C類則由亞煙煤或褐煤燃燒產生，兩者的成分對比如下表。
F類和C類粉煤灰的成分對比
粉煤灰成分中穩定的二氧化硅、氧化鋁等物質的存在，使得其自身具備獨特的物理與化學性質，在建筑、材料等領域作為填料和補強劑，可以填充內部空隙、增加材料的密實度、提升抗壓強度。與其他填料相比，粉煤灰還具有產量大、廉價易得、滿足固廢回收利用理念等優勢。
2. 涂料用粉煤灰的防腐機理
粉煤灰在涂料中所表現出的腐蝕防護機理，可以從物理阻隔效應、力學性能和電化學保護三個角度來探討。
物理阻隔效應：防腐涂層在固化過程中，由于溶劑的蒸發會形成許多微孔，這些微孔為腐蝕性介質的滲入提供了通道，不可避免地導致氫離子和氯離子等腐蝕介質擴散到涂層中，甚至到達金屬表面進行腐蝕。涂層的耐腐蝕性與涂層的孔隙率密切相關。在涂層中添加入粉煤灰作為填料，由于粉煤灰的“火山灰效應”，細小的顆粒可以嚴實地填充在涂層的孔隙之中，防止腐蝕介質透過防腐涂層向涂層內部滲透。
力學性能：傳統涂料中，普通樹脂對于外界物理傷害的抵抗能力較差。而粉煤灰具有較好的密實度（36.5 g/cm³）和抗壓強度（28 d抗壓強度比66%），將其摻入防腐涂料中，能使防腐涂料在涂層硬度、機械強度和抵御外界傷害能力上大幅提升。粉煤灰-樹脂復合涂層可以增加涂層的耐久性，防止局部因磨損產生孔隙，進而失去保護作用，大大延長了涂層的使用壽命。
電化學保護：在防腐涂料中添加鋅粉或鋁粉，能使活性物質成為腐蝕反應的陽極，保護作為陰極的金屬基體。但這就需要鋅粉或鋁粉的使用量非常大，才能達到預期的電化學保護效果；然而大量金屬物質的摻入和反應又會增加涂層的孔隙率，使得腐蝕物質更容易與金屬基體接觸，對防腐效果起到反作用。粉煤灰的加入，則使得涂層因陽極金屬粉而產生的孔隙被充分地填充，對沖了高孔隙率所帶來的風險，提高了涂層的防腐效果。
3. 粉煤灰在防腐涂料中的應用展望
隨著粉煤灰在防腐涂料中研發熱度的提高，其應用展望也日益多樣。
改性粉煤灰是其重要的研發方向之一。例如利用多壁碳納米管來改性粉煤灰，可以顯著提高涂層的阻隔與力學性能，它們的共同作用增強了涂層內部結構的致密性，延長了腐蝕介質的穿透時間，有助于提升基材壽命。而利用低表面能物質來改性修飾粉煤灰，則可制得具備超疏水功能的防腐涂層，進一步防止水和腐蝕性介質接觸材料表面。此外，利用導電聚合物改性粉煤灰的案例近些年也頻頻見諸報端，聚苯胺（PANI）等聚合物因其可調節的導電性、優異的穩定性和鈍化金屬基底的能力，在防腐涂料領域得到廣泛應用，其與粉煤灰的共聚改性產品也為防腐涂料性能提升提供了新思路。
同時，粉煤灰的形態、粒徑、分散性、共混與承載方式、添加量等因素對涂料防腐性能的影響，高效、經濟、環保的納米銀制備方式也是其研發熱點之一。目前，粉煤灰在環氧樹脂防腐涂料、硅酸鹽防腐涂料、丙烯酸聚合物防腐涂料等多個板塊上已有較大研究進展，對金屬防腐緩蝕、混凝土防酸蝕都具備良好的應用前景。將粉煤灰防腐涂料的研究成果盡快由實驗室規模轉變為大規模工業化應用，同時提升其緩蝕性、功能性、環保性，是未來一段時間內需要解決的問題。
參考文獻：化工進展, 2023, 42(9): 4894-4904.
來源：Internet
