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腐蚀是材料的大敌，由腐蚀所造成的损失占世界各国国民生产总值的3%~5%，对付腐蚀的办法是采用现代防腐蚀技术，其中采用防腐蚀涂料是最有效、最经济和应用最普遍的方法，而重防腐涂料是防腐蚀涂料中科技含量最高、最有发展潜力、附加值最高和最具代表性的品种，其发展水平和性能是衡量防腐蚀涂料先进技术的标志。
1 重防腐涂料的防腐机理
1.1 涂膜的屏蔽隔离作用
有机防腐涂料在被涂机体表面上固化后形成涂层，涂层的屏蔽作用在于使基体和环境隔离以免被腐蚀。根据电化学腐蚀原理，金属发生腐蚀是因为在金属界面存在水、氧气等，且存在离子流通的途径。因此，要防止金属发生腐蚀，就要求涂层具有屏蔽隔绝作用，能阻挡水、氧气等从外界环境渗透过涂层而到达金属界面。
1.2 涂膜的缓蚀、钝化作用
防腐蚀涂层中通常含有缓蚀、钝化作用的化学型防锈颜料，与金属表面发生作用，例如钝化作用、磷化作用等，产生新的表面膜层，例如钝化膜、磷化膜。这些薄膜的电极电位较原金属为正，使金属表面部分或全部避免了成为阳极的可能性。同时，由于薄膜上存在许多微空，便于成膜物质的附着， 可以阻止锈蚀在涂膜被破坏的地方向外扩展。当有微量水存在时， 颜料就会从涂层中离解出具有缓蚀功能的离子，通过各种机理使腐蚀电池的电极极化，抑制腐蚀进行。
1.3 电化学保护作用
通过在涂料中添加一些电位比基体金属活泼的金属作为填料，当电解质渗入涂层到达金属基体时，金属基体与电负性金属填料形成腐蚀电池，填料作为阳极首先发生溶解，达到保护基体的作用，这类涂料称为牺牲型涂料。如富锌防腐涂料中的锌粉则起到牺牲阳极的作用。
2 Anion/PU 面漆性能研究
本文利用天然矿物材料A1、A2 、A3、A4 通过特殊超细加工技术制备Anion®系列添加剂， 并用硅烷偶联剂对Anion®系列添加剂进行表面处理， 改善其表面状态， 增加与聚氨酯面漆的相容性， 制备Anion®/PU 面漆，用于重防腐涂料，并利用SEM、TEM、紫外老化实验、盐雾实验以及涂料常规性能检测进行了分析了Anion®/PU 面漆性能。
2.1 漆膜的常规性能
实验结论得出，随着A1、A2 、A3、A4 添加剂质量分数的增加，样品的附着力、细度、冲击强度、硬度几乎没有变化。只有当添加剂质量分数在4%以上，样品的附着力和硬度稍有变化，当添加剂的质量分数的增加到4 %时，附着力降到2 级，这可能是由于添加剂改性以后粒子尺寸较大，添加量过多导致添加剂在聚氨酯面漆中分散不均匀造成的，当添加剂的质量分数的增加到4 %时，样品的硬度增加到5H，这是由于添加剂改性粒子自身性质造成的。
2.2 表面形貌分析
2.2.1 紫外辐照试验分析
聚氨酯受紫外辐照的影响究其原因是由于紫外线的光子能量足以切断聚合物中大多数类型的化学键，使其由基态吸收光子形成激发态，随后由激发态发生一系列化学反应：(1)大分子间形成化学键，即辐射引发交联反应；(2)主链断裂，即辐射引发降解反应；(3)发生不饱和性的变化；(4)氧存在下发生氧化反应；(5)产生气体产物的各种反应；(6)其它反应过程(如异构化、歧化、复合反应等)。纯聚氨酯面漆经紫外照射前涂层表面较为平整、光滑，涂层的堆积比较致密，层间看不到空隙。紫外照射600h 后的聚氨酯面漆涂层表面呈现网状微纹，并且这些微纹绝大部分构成了不规则的四边形状。当A1、A2 、A3、A4 Anion®添加剂质量分数为2%时，Anion®/PU 面漆中添加剂与聚氨酯面漆结合最好，通过Anion®/PU 面漆涂层表面的SEM 图谱图，可以看出，紫外辐照前Anion®/PU 面漆涂层表面的Anion®与聚氨酯树脂基体界面相对比较模糊，Anion®添加剂颗粒以包埋状态嵌于树脂基体中，Anion®添加剂颗粒总体上分布较为均匀。而Anion®/PU 面漆紫外辐照600h 后， 从涂层表面的SEM 图片上可以看出， Anion®/PU 面漆表面有不同程度的损坏，紫外辐照后原来镶嵌在聚氨酯树脂基体中的Anion®添加剂A1、A3 颗粒粒子显现出来，界面清晰，说明紫外辐照后，基体树脂聚氨酯显著分解，A1、A3颗粒发生了明显的脱落；紫外辐照后原来镶嵌在聚氨酯树脂基体中的Anion®添加剂A2、A4 颗粒粒子显现增多， 但两相之间界面模糊，说明紫外辐照后，基体树脂聚氨酯分解缓慢，A2、A4 颗粒的存在在一定程度上保护了基体树脂聚氨酯。
2.2.2 盐雾老化实验研究
盐雾老化前纯PU 面漆表面的SEM 图表明涂层表面富有光泽，漆膜完好，光滑平整，能看出粉刷痕迹。盐雾老化后PU 面漆老化比较迅速，在盐雾环境中聚氨酯涂层表面加速脱落和生锈。这是因为水分子在渗透压的作用下直接向涂层内部渗透，进一步加速内层聚氨酯涂层的老化。盐雾老化前A2/PU 面漆表面的SEM 图中显示涂层表面富有光泽， 当A2/PU 面漆在盐雾试验箱中加速老化192 h 后， 漆膜表面的SEM 图显示在盐雾环境中A2/PU 涂层老化明显缓慢。这是因为在A2添加剂中存在的Si-OH 基团， 减缓了水分子对树脂的渗透作用，另外，在Anion®系列添加剂A2 中存在着变价Fe 原子，这些变价的Fe原子会产生微电场，当空气中的水分子进入Anion®的微孔时，水分子被电离成带正电的氢离子和带负电的氢氧根离子，带正电的氢离子相互结合成氢气，释放到空气中，带负电的氢氧根离子与水结合生成负离子水，以气态形式释放到空气中。同理， 盐雾老化前的A4/PU 面漆表面的SEM 图显示涂层表面富有光泽，漆膜完好，A4/PU 面漆在盐雾试验箱中加速老化192h 后漆膜表面的SEM 显示， 在盐雾环境中A4/PU 涂层明显缓慢。这是因为在A4 添加剂中存在的Si-OH 基团，减缓了水分子对树脂的渗透作用，另外，A4 中含有Na、O 等元素具有热电性， 还具有六连环的硅氧四面体结构，在宏观上表现为压电性，自发极化效应现象形成永久性自发电极， 对带电离子具有吸附与中和作用， 对水有电解作用， 形成H+和OH-，H+和水分子结合形成活性分子H3O+， 活性分子具有极强的界面活性，OH-和水分子结合形成负离子。此外，A2、A4/PU 涂层中，A2、A4 添加剂为纳米级，体积较大，对水分子等小分子电解质需要绕过添加剂微粒才能继续向深层渗透，因此，A2、A4 添加剂的添加， 对水分子对涂层的腐蚀起到了一定的阻挡作用，水分子进去涂层需要绕道透过的路程增加，在相同的盐雾老化环境中，所需的时间增长，A2、A4/PU 的腐蚀程度较纯PU 涂层弱。
2.3 环境效应对涂层常规性能的影响
本实验对聚氨酯面漆涂层以及Anion/PU 面漆涂层进行了紫外老化实验、酸性盐雾环境暴露实验，并对测试后的试样进行了附着力、冲击性能、硬度测试。
2.3.1 紫外老化对涂层性能的影响
实验结果得出：纯PU 面漆涂层附着力、冲击强度、硬度随着紫外老化时间的变化显著。PU 涂层在紫外辐照一定时间后，随着紫外光的能量迭加，聚氨酯涂层表面变脆，产生表面裂纹，涂膜的附着力严重下降在3~4 级，但漆膜冲击强度、硬度性能变化不大。A2、A4 添加剂的质量分数为2 %的A2/PU 面漆随着紫外老化时间的变化减缓，附着力均在2~3 之间，说明涂层基体材料之间的结合强度随着紫外老化时间的增加变化不大，这是因为紫外光的能量只有部分的有机化学键断裂。
2.3.2 盐雾老化对涂层性能的影响
纯PU 面漆涂层常规性能随盐雾试验时间长短的变化结果可以看出， PU 面漆涂层在酸性盐雾老化处理后涂层的附着力变化比较明显，冲击强度以及硬度变化不大。这说明PU 涂层在盐雾环境下出现不同程度的涂层脱落和生锈，结合PU 涂层盐雾试验前后的SEM 照片也可以看出，盐雾试验后的PU 涂层表面粗糙，生锈。这是因为小分子水以及盐在渗透压的作用下能透过涂层是经过自由体积空穴跳至另一自由体积空穴。在PU 涂层中由于树脂分子较大。存在一定的自由体积，水在渗透压的作用下逐渐向涂层内部渗透，进一步腐蚀内部基体材料。从A2 、A4 添加剂的质量分数为2%的A2/PU、A4/PU 面漆涂层附着力、冲击强度、硬度随着盐雾试验老化时间的变化结果可以看出，在酸性盐雾环境中，A2/PU 面漆涂层几乎没有被腐蚀，腐蚀程度比纯PU面漆涂层大大减小，出现脱落和生锈现象也比纯PU 面漆涂层出现的时间晚，程度浅。
3 结论
改性Anion系列添加剂避免紫外线对聚氨酯漆膜的直接辐照，对漆膜的抗紫外线老化作用有所提高。改性Anion系列添加剂能分解渗透到漆膜内层的水分子为负离子，在一定程度上提高了金属材料的腐蚀电位，添加剂颗粒能阻碍水、盐等小分子向漆膜内层的渗透，减缓了金属材料的腐蚀速度。
