粉煤灰是由原煤在锅炉中煅烧形成的粉状残留物，富含二氧化硅、氧化铝等金属氧化物，且具有轻质、低成本、易回收、低污染、化学和物理稳定性好等优良性能，在化工行业中具有很高的利用价值。我国作为煤炭大国，粉煤灰产量巨大，在建筑领域中已得到了广泛的应用。近些年来，粉煤灰在腐蚀防护涂料中的研发与应用也正逐步引起人们的关注。

 

1. 粉煤灰的主要成分

 

粉煤灰是煤经过燃烧后的残渣，故其成分均以氧化物的形式存在，主要为二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化钙等。美国材料与实验协会根据粉煤灰的化学成分，规定了两种重要的粉煤灰类别，即F类和C类粉煤灰，F类粉煤灰由无烟煤或烟煤燃烧产生，而C类则由亚烟煤或褐煤燃烧产生，两者的成分对比如下表。

 

F类和C类粉煤灰的成分对比

粉煤灰成分中稳定的二氧化硅、氧化铝等物质的存在，使得其自身具备独特的物理与化学性质，在建筑、材料等领域作为填料和补强剂，可以填充内部空隙、增加材料的密实度、提升抗压强度。与其他填料相比，粉煤灰还具有产量大、廉价易得、满足固废回收利用理念等优势。

 

2. 涂料用粉煤灰的防腐机理

 

粉煤灰在涂料中所表现出的腐蚀防护机理，可以从物理阻隔效应、力学性能和电化学保护三个角度来探讨。

 

物理阻隔效应：防腐涂层在固化过程中，由于溶剂的蒸发会形成许多微孔，这些微孔为腐蚀性介质的渗入提供了通道，不可避免地导致氢离子和氯离子等腐蚀介质扩散到涂层中，甚至到达金属表面进行腐蚀。涂层的耐腐蚀性与涂层的孔隙率密切相关。在涂层中添加入粉煤灰作为填料，由于粉煤灰的“火山灰效应”，细小的颗粒可以严实地填充在涂层的孔隙之中，防止腐蚀介质透过防腐涂层向涂层内部渗透。

 

力学性能：传统涂料中，普通树脂对于外界物理伤害的抵抗能力较差。而粉煤灰具有较好的密实度（36.5 g/cm³）和抗压强度（28 d抗压强度比66%），将其掺入防腐涂料中，能使防腐涂料在涂层硬度、机械强度和抵御外界伤害能力上大幅提升。粉煤灰-树脂复合涂层可以增加涂层的耐久性，防止局部因磨损产生孔隙，进而失去保护作用，大大延长了涂层的使用寿命。

 

电化学保护：在防腐涂料中添加锌粉或铝粉，能使活性物质成为腐蚀反应的阳极，保护作为阴极的金属基体。但这就需要锌粉或铝粉的使用量非常大，才能达到预期的电化学保护效果；然而大量金属物质的掺入和反应又会增加涂层的孔隙率，使得腐蚀物质更容易与金属基体接触，对防腐效果起到反作用。粉煤灰的加入，则使得涂层因阳极金属粉而产生的孔隙被充分地填充，对冲了高孔隙率所带来的风险，提高了涂层的防腐效果。

 

3. 粉煤灰在防腐涂料中的应用展望

 

随着粉煤灰在防腐涂料中研发热度的提高，其应用展望也日益多样。

 

改性粉煤灰是其重要的研发方向之一。例如利用多壁碳纳米管来改性粉煤灰，可以显著提高涂层的阻隔与力学性能，它们的共同作用增强了涂层内部结构的致密性，延长了腐蚀介质的穿透时间，有助于提升基材寿命。而利用低表面能物质来改性修饰粉煤灰，则可制得具备超疏水功能的防腐涂层，进一步防止水和腐蚀性介质接触材料表面。此外，利用导电聚合物改性粉煤灰的案例近些年也频频见诸报端，聚苯胺（PANI）等聚合物因其可调节的导电性、优异的稳定性和钝化金属基底的能力，在防腐涂料领域得到广泛应用，其与粉煤灰的共聚改性产品也为防腐涂料性能提升提供了新思路。

 

同时，粉煤灰的形态、粒径、分散性、共混与承载方式、添加量等因素对涂料防腐性能的影响，高效、经济、环保的纳米银制备方式也是其研发热点之一。目前，粉煤灰在环氧树脂防腐涂料、硅酸盐防腐涂料、丙烯酸聚合物防腐涂料等多个板块上已有较大研究进展，对金属防腐缓蚀、混凝土防酸蚀都具备良好的应用前景。将粉煤灰防腐涂料的研究成果尽快由实验室规模转变为大规模工业化应用，同时提升其缓蚀性、功能性、环保性，是未来一段时间内需要解决的问题。

 

参考文献：化工进展, 2023, 42(9): 4894-4904.

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关键词： 涂料