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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(zhì)、低成本、易回收、低污染、化學(xué)和物理穩(wěn)定性好等優(yōu)良性能，在化工行業(yè)中具有很高的利用價(jià)值。我國作為煤炭大國，粉煤灰產(chǎn)量巨大，在建筑領(lǐng)域中已得到了廣泛的應(yīng)用。近些年來，粉煤灰在腐蝕防護(hù)涂料中的研發(fā)與應(yīng)用也正逐步引起人們的關(guān)注。

1. 粉煤灰的主要成分

粉煤灰是煤經(jīng)過燃燒后的殘?jiān)?，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(shí)驗(yàn)協(xié)會根據(jù)粉煤灰的化學(xué)成分，規(guī)定了兩種重要的粉煤灰類別，即F類和C類粉煤灰，F(xiàn)類粉煤灰由無煙煤或煙煤燃燒產(chǎn)生，而C類則由亞煙煤或褐煤燃燒產(chǎn)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(wěn)定的二氧化硅、氧化鋁等物質(zhì)的存在，使得其自身具備獨(dú)特的物理與化學(xué)性質(zhì)，在建筑、材料等領(lǐng)域作為填料和補(bǔ)強(qiáng)劑，可以填充內(nèi)部空隙、增加材料的密實(shí)度、提升抗壓強(qiáng)度。與其他填料相比，粉煤灰還具有產(chǎn)量大、廉價(jià)易得、滿足固廢回收利用理念等優(yōu)勢。

2. 涂料用粉煤灰的防腐機(jī)理

粉煤灰在涂料中所表現(xiàn)出的腐蝕防護(hù)機(jī)理，可以從物理阻隔效應(yīng)、力學(xué)性能和電化學(xué)保護(hù)三個(gè)角度來探討。

物理阻隔效應(yīng)：防腐涂層在固化過程中，由于溶劑的蒸發(fā)會形成許多微孔，這些微孔為腐蝕性介質(zhì)的滲入提供了通道，不可避免地導(dǎo)致氫離子和氯離子等腐蝕介質(zhì)擴(kuò)散到涂層中，甚至到達(dá)金屬表面進(jìn)行腐蝕。涂層的耐腐蝕性與涂層的孔隙率密切相關(guān)。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(yīng)”，細(xì)小的顆?？梢試?yán)實(shí)地填充在涂層的孔隙之中，防止腐蝕介質(zhì)透過防腐涂層向涂層內(nèi)部滲透。

力學(xué)性能：傳統(tǒng)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(shí)度（36.5 g/cm³）和抗壓強(qiáng)度（28 d抗壓強(qiáng)度比66%），將其摻入防腐涂料中，能使防腐涂料在涂層硬度、機(jī)械強(qiáng)度和抵御外界傷害能力上大幅提升。粉煤灰-樹脂復(fù)合涂層可以增加涂層的耐久性，防止局部因磨損產(chǎn)生孔隙，進(jìn)而失去保護(hù)作用，大大延長了涂層的使用壽命。

電化學(xué)保護(hù)：在防腐涂料中添加鋅粉或鋁粉，能使活性物質(zhì)成為腐蝕反應(yīng)的陽極，保護(hù)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(dá)到預(yù)期的電化學(xué)保護(hù)效果；然而大量金屬物質(zhì)的摻入和反應(yīng)又會增加涂層的孔隙率，使得腐蝕物質(zhì)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(chǎn)生的孔隙被充分地填充，對沖了高孔隙率所帶來的風(fēng)險(xiǎn)，提高了涂層的防腐效果。

3. 粉煤灰在防腐涂料中的應(yīng)用展望

隨著粉煤灰在防腐涂料中研發(fā)熱度的提高，其應(yīng)用展望也日益多樣。

改性粉煤灰是其重要的研發(fā)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(xué)性能，它們的共同作用增強(qiáng)了涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)的致密性，延長了腐蝕介質(zhì)的穿透時(shí)間，有助于提升基材壽命。而利用低表面能物質(zhì)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(jìn)一步防止水和腐蝕性介質(zhì)接觸材料表面。此外，利用導(dǎo)電聚合物改性粉煤灰的案例近些年也頻頻見諸報(bào)端，聚苯胺（PANI）等聚合物因其可調(diào)節(jié)的導(dǎo)電性、優(yōu)異的穩(wěn)定性和鈍化金屬基底的能力，在防腐涂料領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其與粉煤灰的共聚改性產(chǎn)品也為防腐涂料性能提升提供了新思路。

同時(shí)，粉煤灰的形態(tài)、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(jīng)濟(jì)、環(huán)保的納米銀制備方式也是其研發(fā)熱點(diǎn)之一。目前，粉煤灰在環(huán)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(gè)板塊上已有較大研究進(jìn)展，對金屬防腐緩蝕、混凝土防酸蝕都具備良好的應(yīng)用前景。將粉煤灰防腐涂料的研究成果盡快由實(shí)驗(yàn)室規(guī)模轉(zhuǎn)變?yōu)榇笠?guī)模工業(yè)化應(yīng)用，同時(shí)提升其緩蝕性、功能性、環(huán)保性，是未來一段時(shí)間內(nèi)需要解決的問題。

參考文獻(xiàn)：化工進(jìn)展, 2023, 42(9): 4894-4904.