淺談 銹轉換劑(漆)

劉澤山  技師

鋼鐵材料生銹，由於晶體結構、化學組成、鐵原子價數之不同，化合物種類有16種之多[1]。由於生成環境的不同，銹的主要成分也有差異。例如在高氧潮濕的環境下，鐵鏽成分主要是Fe₂O₃．H₂O呈紅色；在潮濕的環境下．可形成黃色之FeO(OH)．H₂O；而高氧低濕的環境，則會形成棕色的三價鐵鹽Fe(III)；黑色的Fe(III)則會在缺氧低濕的環境下形成。基本上，銹對鋼鐵是有害或無益的，因為銹的體積較鋼鐵大、且又都是鬆散或層狀的結構，使水分及有害物質，如氯鹽等，留存在銹層的中間，導致生銹。但也有少數一些緻密的銹層，例如銹鋼(耐候鋼)表面的銹層，能具有保護鋼鐵不再生銹的能力。

鋼鐵結構使用後，一旦生銹時，需要徹底地將銹層清除乾淨，才得以施作第二次的防銹塗裝。但如要徹底地將銹層清除乾淨，需耗費大量的勞力，又加上施工條件限制，如大多需要至高處、或是因為構件型態複雜，因此要徹底地將銹層清除乾淨，有一定困難度。因此若能減少除銹，對於修補工作會有很大的幫助。

銹轉換劑，就是利用化學的活性物質與鐵銹結合，將鋼鐵表面疏鬆的銹層，與鋼鐵表面牢固的附著在一起；或將有害的鐵化合物，經過鈍化或轉化，變成穩定的無害物質，可以存在於漆膜之中，而不致造成影響。

在銹轉換劑中，使用廣泛的成分，有單寧酸(Tannis acid)、磷酸(Phosphoric acid)以及兩者的混合物。新近還有木質素(Lignin)、五倍子酸(gallic acid)等。另外還會添加很多其他成分，例如丙烯酸、氧化鋅或少量的矽酸鹽、硫酸鹽等無機化合物。

銹轉化塗層表面呈藍黑色，是由於單寧酸與鐵絡合(chelate)的緣故。單寧酸對鐵銹的轉化作用，能夠形成穩定的絡合物，從而對生銹碳鋼的表面，具保護作用。Fe³⁺和單寧酸反應，首先生成單寧酸絡合物單體，然後通過Fe³⁺連接2個絡合單體，生成性質穩定的環狀絡合物。單寧酸還可以抑制銹轉化塗層表面泛白和粉化，對於未經還原的Fe³⁺，可以與磷酸根離子反應，形成磷酸鐵保護膜，這種緻密的鈍化膜，不溶于水，硬度高，附著力優異，呈現出卓越的防銹性能。銹轉化劑與銹蝕層的反應，視情況一般需要在72小時左右，才充分完成。

銹轉化劑基本均為酸性，pH值大約為3。這類似熱浸鍍鋅中酸洗的還原效果，利用適量磷酸的加入，形成酸性環境，促使鐵銹中的Fe³⁺發生還原反應，使其轉化為Fe²⁺。轉化後的Fe²⁺包括Zn²⁺，與銹蝕轉化劑中的陰離子，比如PO₄^3-2-和SiO₄^2-等反應，生成相應的亞鐵鹽、鋅鹽化合物。未轉化的Fe³⁺不僅能和磷酸根離子生成穩定的磷酸鐵保護膜，同時如前述還能和有機單寧酸形成單寧酸鐵絡合物。因此，形成了以Zn₃(PO₄)₂、Fe₃(PO₄)₂、FePO₄，及單寧酸鐵絡合物為主的混合保護膜，一方面有利於鋼表面的保護，避免二次生銹；另一方面，也有利於提高面漆等的附著力，增強塗層的效果。

銹轉化劑與銹蝕層發生反應後，銹轉化塗層中出現了明顯的FeO及FeO(OH)增加，Fe₃O₄和Fe₂O₃的含量下降。可見銹轉化劑，能使銹蝕層中疏鬆的Fe₂O₃部分轉化為FeO和FeO(OH)。而FeO可與包括Fe₂O₃在內等多種金屬氧化物，形成穩定的結構，FeO(OH)可與二價金屬氧化物形成穩定的Fe化合物，從而具有一定的保護作用。

使用銹轉化劑時，基本的除銹工作仍然需要，以確保銹轉化劑能作用到銹層底部，但不必清除到潔白的程度，而可節省下大量的勞力。但使用時，仍需確認其塗佈的量與次數，以確保其達到預計的效果。

目前，國內外已有許多相關的產品可以購買使用，但銹的種類眾多，各家產品種類也多，加上新的轉化劑種類也不斷推出，由於轉換機理複雜，因此學術上尚在持續研究之中，且缺乏規範的規定，是目前應用時，美中不足也是尚待努力的地方。

參考文獻

1.Viswanathan S Saji「Progress in rust converters」King Fahd University of Petroleum and Minerals，2019.

2.宋轶黎、胡喜艳、席发臣、雍兴跃(2015)。「一种新型锈蚀转化剂的作用机理研究」腐蚀科学与防护技术。