化学防锈漆是防锈漆的主要品种。它们采用多种化学活性的颜料，依靠化学反应改变表面的性质及反应生成物的特性达到防锈的目的。
①化学防锈颜料与金属表面发生作用，例如钝化作用、磷化作用，产生新的表面膜层，例如钝化膜、磷化膜等。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孔，便于成膜物质的附着，可以阻止锈蚀在膜下及漆膜破坏的地方向外扩展。当有微量水渗入膜下后，上述作用的发挥，就更能体现出化学防锈漆比物理防锈漆优越。
②化学防锈颜料与漆料中某些成分进行化学反应，生成性能稳定的、耐水性好的和渗透性小的化合物，例如某些皂化物。有些生成物具有一定的缓蚀作用，并能增强漆膜的强度。
由于反应结果降低了漆料的酸价，也减缓了漆料对底材金属的作用。
③有的颜料和助剂，在成膜过程中能形成阻蚀性络合物，提高防锈效果。例如，磷酸锌是一种水合物，具有生成碱式络合物的能力，此络合物可与漆料中的极性基因，如羟基、羧基等，进一步络合，生成交联络合物，可以增强漆膜的耐水性和附着力，也能与Fe2+形成配位络合物，阻止锈的生成。某些脈类有机氮化合物作为助剂与铬酸盐配合使用，也能生成具有缓蚀性的配价络合物。
化学防锈颜料的主要品种有：铅系颜料、铬酸盐颜料、磷酸盐颜料、有机磷酸盐颜料等。
(1)铅系防锈颜料
以红丹为代表的铅系颜料，是防锈颜料中历史最久的品种。虽然它们的毒性较大，但因防锈性能稳定、可靠，在防锈漆中仍占有很重要的地位，而且多在苛刻的条件下使用。
①红丹又称红铅、铅丹。呈桔红色，含Pb3O4 97%以上，其余为PbO和杂质。在化学上可视为正铅酸铅Pb2PbO4。
红丹的防锈机理复杂，解释很多，归纳为以下几点。
在油性漆中，红丹与原来存在的或经水解产生的十八碳酸的降解物八碳或九碳酸形成皂，前一类皂能加强涂层，后一类皂溶解后产生缓蚀性铅离子。实验表明，钢铁在20~60ppm的壬二酸铅溶液中即有缓蚀现象。
碱性铅系颜料本身就具有缓蚀性能，通过下面的试验可以证实：把50g颜料与1L水混合，不断振荡后，静置8天，倾出上层清液，测定此清液的pH值，将软钢板浸入其中，测定腐蚀减量，试验表明，水萃取液pH较高的PbO、Pb3O4等，软钢板的腐蚀减量均很小。
红丹在阳极区和阴极区都有抑制腐蚀的作用。在红丹的晶格中，Pb2+和PbO44-有规律的排列着，当它与钢铁接触时，外层的Pb2+与起始阶段阳极腐蚀生成的Fe2+进行离子交换，形成更难溶解的铅酸铁，覆盖在铁的表面上；由于红丹的碱性影响，使二价铁氢氧化物溶解度降低，促进其转化为稳定的三价铁氧化物。以上都可使阳极的极化度增高。在阳极区，红丹与新生的H2O2发生反应，并能消耗H+，减少了去极化作用：
Pb3O4+H20+2e→3Pb0+20H-
2PbO+2H+ →Pb(OH)2+Pb2+
Pb(OH)2+H2O2→H4PbO4
H4PbO4+Fe(OH)2 → Pb(OH)2+Fe2O3+3H2O
上述反应对于控制斑点腐蚀很有效果。Fe2+被氧化成稳定的高价氧化物，使漆膜密实，减小漆膜的透气性和透水性。
由晶格中置换出的Pb2+，有助于吸收腐蚀介质中的SO42-，生成不溶的PbSO4，这对于工业大气环境中的防锈很有意义，但对于Cl-的作用不明显。
红丹的防锈性在和亚麻油制成的防锈漆中发挥最好。涂装在有残留锈蚀产物的钢铁表面上时，因干燥慢，润湿性好，能充分渗入锈层内部，通过上述机理使锈转化成稳定的氧化物附着在基体上。为加快干燥，可采用醇酸、环氧、氯化橡胶等作漆料，但对锈蚀物的容忍性下降，则需相应提高表面处理的要求。
红丹具碱性，能吸收空气中的二氧化碳，生成碳酸铅而降低防锈性，为此红丹防锈漆上应及时涂上面漆。红丹的密度很大，单位体积中需用的重量很多，在漆的贮存中易沉淀和肝化，含铅量高，毒性较大。
②铅酸钙
分子式为2CaO·PbO或 Ca2PbO4，显淡黄色。从化学结构与红丹Pb2PbO4接近，也可推知两者防锈机理近似。其水萃取液的pH为12.4，主成分为氢氧化钙，含铅量小于1ppm，可以认为铅酸钙在水中分解为二氧化铅和氧化钙的水合物，其缓蚀作用主要在于碱性和形成钙皂。铅酸钙在欧洲被广泛用于钢铁和镀锌钢结构的防锈漆中，也用于无机富锌漆的封闭漆。
一般涂层在锌表面上容易剥落，是由于锌腐蚀形成的锌离子与漆料降解时产生的低分子酸反应，形成脆性且易水溶的锌盐的缘故。铅酸钙的碱性使渗入涂层与金属界面上的水的pH提高，在此条件下锌不会腐蚀产生锌离子，同时即使有低分子酸，也优先与颜料生成皂，所以铅酸钙防锈涂层在锌表面无剥落问题。以铅酸钙为防锈颜料的油基漆和醇酸漆，颜料/基料=2.9/1，在镀锌钢板上的单道涂层，经8年晒后，仅表现有一般性表面腐蚀痕迹，可以证明其对锌表面的适用性，但不宜在海洋地区使用。
③氰氨化铅
分子式为PbCN2，又称碳氮化铅，呈黄色。其水萃取液的pH9~10，水解后生成二价氢氧化铅和氨化合物，有一定的抑制腐蚀的作用；与油性漆料中的各种脂肪酸反应能形成铅皂。用于钢铁表面防锈底漆中，经7年曝晒。保护效果与红丹漆同级，或说与含60%红丹的漆相当。其耐水性和耐盐水性与红丹漆接近，柔韧性较红丹漆差。其密度约为红丹的三分之二，漆的沉底现象较轻，含铅量低于红丹，毒性稍低。经验上认为，其防锈漆的防锈效果在前期较好，在后期有明显下降。
④碱式硫酸铅
分子式为PbO·2PbSO4，防锈机理也是基于它呈碱性并能与某些油性漆料生成铅皂，但它的屏藏效果也很好。可适用于各种漆料，常与其他颜料配合用作水下钢结构底漆。
⑤铅粉
主成分是次氧化铅(PbO2)，混有少量氧化铅。其防锈效果与纯度、细度及表面状态均有关系。与脂肪酸的化合力很强，反应生成物使漆膜更加坚韧。可适应多种漆料，防锈机理与红丹相似。价格较贵，常配合以其他颜填料使用。
⑥铅白
又称为白铅粉，主成分是2PbCO3·Pb(OH)2，属弱碱性颜料，水萃取液pH=8.5~9.0，可与油性漆料生成铅皂。所制成的防锈漆，防锈性能中等，耐候性较好。因铅白耐酸性不好，而且遇到少量硫化氢即变黑，故不宜在化工大气环境中使用铅白防锈漆。
⑦金属铅粉
防锈作用基于其高度反应性，一方面表现在能消耗氧而抑制阴极反应，同时形成的氧化铅又起红丹样的碱性、成皂和吸收SO42-等作用而阻碍阳极反应，且生成的硫酸铅又有屏蔽效果；另一方面，铅粉与铅块的电化学性能不同，电极电位低于铅块，在用量足以使涂层导电时，对钢铁会有阴极保护作用。但是铅粉的密度大，用量多(即使按化学防锈要求漆的颜料体积浓度在40~50%，其中铅粉应占颜料量40%以上)，以及毒性等问题，使其应用受到限制。
总之，铅系防锈颜料的防锈性能是异常优良的，尤其以红丹为主的自干防锈漆对户外大型钢结构的保护，至今能与其相比的涂料尚很少。但是，铅系颜料防锈漆，不仅消耗了大量的金属铅，而且因其毒性，给制造者和使用者都带来一定的危害。多年应用造成的铅污染已引起人们的注意，研制新的、不含铅的高效防锈漆，仍是当前的重要任务。
(2)铬酸盐防锈颜料
铬酸的钾、锌、钙、铅、锶、钡盐及它们的复合物都是常用的化学防锈颜料。它们在水中有一定的溶解性，同时能电离出CrO42-，通过各种反应发挥防锈作用。
在阳极区，由于CrO42-与金属表面作用，发生阳极微区钝化，形成钝化膜，提高了金属的防锈能力。
所谓钝化，是指在一定的条件下，由于改变了金属的表面性质，使金属不易成为阳极，或阳极反应受到抑制，从而提高了金属的化学稳定性。关于金属的钝化理论，有两种认识，一种是薄膜说，认为钝化结果在金属表面生成了厚度在1nm以下的极薄的透明薄膜，它通常是在氧化介质中形成的氧化物。如果它是致密的，几乎能完全阻止金属的腐蚀，即使是多微孔的，也能极大地抑制腐蚀的进展。
另一种是吸附说，认为金属表面上的氧原子被金属的电子离子化，其正端在金属上，提高了金属的电极电位。
钝化的方法，一是在适当条件下，通阳极电流给金属，或是把金属浸入某些具氧化性的溶液中使其自钝化。铬酸盐在底漆中，由于微量水透过漆膜而被部分溶解并电离成CrO42-使底材金属钝化。钝化最明显的特征是金属的电极电位向正的方向移动。例如：活态铁的电极电位是-0.4~-0.5V，通以阳极电流钝化后，电极电位升到+1.0V；钢板浸入0.5%的铬酐溶液中，自钝化的结果，电位从-0.4V升到-0.1V。
在阴极区，CrO42-与氧反应，被氧化成不稳定的过铬酸，然后与铁反应，生成由Fe3+-Cr3+氧化物组成的复合氧化物2Fe2O3·Cr2O3，呈稳定状态。
过铬酸与铁反应，还可形成稳定的络合物 Fe(OH)2·CrOOH。
铬酸盐防锈漆的防锈性能与铬酸盐的用量、溶解度及成膜物质的抗渗性、耐蚀性有关。如果溶解度小、电离度低，则CrO42-的浓度不足，钝化作用不明显；如果溶解度太大，当水透过漆膜时，则在膜下金属表面的孔隙中，存有浓度较大的电解质溶液，其渗透压高于涂层外部的腐蚀介质溶液的渗透压，使漆膜起泡。所以在设计配方时应充分了解颜料的溶解度，以判断其防锈效果及用量。
许多离子对纯化膜有破坏性，因而铬酸盐防锈漆应以抗渗性能好的面漆保护，否则其耐久性是不好的。某些离子对钝化膜的破坏能力比较顺序如下：
SO42-<OH-<ClO4-:<F-<I-<Br-<CI-
卤族元素的离子破坏力最强，所以在海洋环境中的涂装保护，红丹漆较铬酸盐防锈漆防锈效果好得多。
现对几种主要铬酸盐颜料分述于下：
①锌铬黄
K2CrO·3ZnCrO4·Zn(OH)2·2H2O
或K2O·4ZnO4·CrO3·3H2O，也称碱式铬酸锌、呈黄色。
其中ZnO可以稳定底漆的pH，K2O对络合物的形成有促进作用。在中性和偏碱性的介质中，采用锌铬黄底漆都有较好的结果。在醇酸漆料中其体积浓度达40%时，防锈性最佳。如并以铁红或填料，漆的成本可以降低，但防锈性能也变差。
在抗渗性差的漆料中的用量应适当增大。锌铬黄除用在酸值太高的漆料中可能成胶外，对一般漆料均适用。
②四盐基锌黄 ZnCrO4·4Zn(OH)2或5ZnO·CrO3·4H2O。它的CrO3含量较少，Zn(OH)2含量较多。Zn(OH)2的功能与活性氧化锌相似，在油基漆中能生成锌皂，并可中和漆料中的酸性分解物。四盐基锌黄的水溶性较小，但溶解速度较均匀，防锈作用维持较久。在磷化底漆中作为主颜料，能与聚乙烯醇缩丁醛和磷酸相互作用，形成的络合物牢固地附着在金属表面上，并提高与上层漆的结合力。
③铬酸锶 SrCrO4，又称锶铬黄，溶解度也较小，阳极钝化作用很弱，在阴极区还原作用较强。它即非复盐又无结晶水，故能耐500℃以上高温，适用于高温防锈漆，在水性漆中应用也较多。与磷酸锌、氧化锌并用，可提高性能，但价格贵应用有限。
④碱式硅铬酸铅PbO·PbCrO4+SiO2，呈桔黄色，是在二氧化硅核的表面上包覆碱式铬酸铅和硅酸铅的复合物，其内核与外膜通过高温煅烧发生固相反应而形成化学结合，含PbO 42~49%，CrO3 5~7%，SiO2 45~50%，故铅含量仅为红丹的1/2，且铅量的一半是以酸不溶的无毒的铬酸铅和硅酸铝的形式存在，因此毒性较小。其耐候性和耐盐水性优于红丹。
据介绍：将碱式硅铬酸铅醇酸底漆与红丹底漆的样板，在3%氯化钠溶液中浸泡7天，前者不起泡，划痕处及整个板面均无锈蚀；后者不起泡、但划痕处生锈。
另外，它的密度仅为红丹的1/2，价格也低于红丹，故近十几年来发展很快，在船舶、桥梁、大型钢结构、汽车、农机等方面均已大量应用。碱式硅铬酸铅的着色力很低，可配成多种颜色的底漆。
⑤铬酸钙 CaCrO4，又名钙黄。CrO3含量高，水溶性很大，能在使用初期提供多量CrO42-，缓蚀效果好，但持久性差，用量及配合不当则漆膜容易起泡。与屏蔽性颜料并用可控制它的浸出率。与四盐基锌黄按1:3~5配合使用，可以部分代替锌铬黄。
⑥其他铬酸盐颜料
铬酸锶钙溶解度介于铬酸锶和铬酸钙之间，主要用在电泳漆中。
铬酸钡溶解度很小，耐热性好，适用于水性烘漆。
铬酸盐的六价铬早被怀疑是致癌物质，后经研究证明与肺癌发病率有关联，应在制造和应用时予以注意。
(3)钼酸盐防锈颜料
钼酸盐是作为无毒防锈颜料从1970年代发展起来的。和铬酸盐一样，它也是靠溶解后电离出的钼酸根离子起防锈作用的。钼酸盐的特点是无毒，即使是重金属盐，毒性也甚微。以钼酸锌和锌铬黄比较，动物内服半致死剂量，前者为后者的百倍以上。水溶性适中，防锈能力相当或超过红丹或锌铬黄，呈白色，不影响配制浅色漆，甚至可以部分代替钛白。应用面广，在底漆、面漆、溶剂型漆和水性漆中均可用。钼酸盐价格贵，溶解度较大的钼酸锌也易引起漆膜的起泡，为此，改性成为碱式盐和包核颜料，以改善性能和降低价格。
(4)磷酸盐防锈颜料
磷酸盐防锈颜料是随着磷化处理的发展而出现的。其品种很多，如锌、钡、铁、钙等磷酸盐，其中应用成功的是磷酸锌和近年开发的一个新品种—三聚磷酸铝。
①磷酸锌
分子式Zn3(PO4)2·2H2O，自1965年应用，已在油基漆中积累14年的曝晒数据。其防锈机理在于能在金属表面和Fe3+形成附着牢固的络合物Fe[Zn3(PO4)3沉淀层而抑制阳极反应，同时能与漆料中的羟基、羧基络合、使颜料-漆料-底材之间形成化学结合而提高涂层的附着力和抗渗性。其优点是：无毒，配制得当，对钢铁的防锈性能可与红丹接近，对表面处理要求不高，适应范围广泛，对各种漆料和漆型均可用。如单用磷酸锌作防锈颜料时，当颜料体积浓度为3~35%，磷酸锌占颜料总体积5%以上为宜。
为提高防锈性可与红丹、四盐基锌黄、氧化锌等配合使用。近年来的改性产品碱式磷酸锌和碱式磷酸铝的水合物，由于晶粒小，充填效果好，且磷酸盐含量高，增进防锈性，含碱性基团有利于与漆料成皂和润湿性。
②三聚磷酸铝
AlH2P3O10·2H2O。三聚磷酸铝为白色颜料，微溶于水，在涂层下溶解时电离
出P3O105-，在阳极部位与金属离子结合成不溶的钝化膜，该膜硬度高，附着牢固。三聚离子如水解成二聚或磷酸根离子，因仍含反应性基团-P=O和=P-O-H，仍能形成类似的钝化膜。
(5)偏硼酸盐防锈颜料
该类颜料有钡盐、钙盐、钛钡盐等，但应用成功的是偏硼酸钡。
偏硼酸钡Ba(BO2)2，无毒无色，制造过程中以硅酸盐进行表面处理，控制粒度和水溶性。其溶液呈碱性，阴离子在阳极区有钝化作用，阳离子能成皂。具有防霉、耐燃、外用耐久等特点，可作为乳胶漆的防霉剂。因水溶性大，不宜在水下高湿条件下使用。常与其他颜料如红丹、铝粉、铬黄及氧化锌等并用。
(6)钙铁粉
Ca4Al2Fe2O10·2CaO·Fe2O3，组成与铁酸盐颜料相近，多呈片状结构，没有毒性。作为新的防锈颜料，在我国近年才开始研究和生产，产品的细度为325目，筛余小于0.5%；水萃取液pH=9-12，吸油量约44%。钙铁粉防锈漆的耐水性与抗渗性均较好，钙铁粉可以代替部分红丹使用，价格低廉，防锈性较好。
化学防锈颜料及漆的品种很多，对它们的防锈机理有的尚不十分清楚，有的仅为推测，有待今天进一步研究和完善。
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