VCI气相防锈技术及包装材料现状分析

摘要：VCI气相防锈包装材料是利用VCI气相防锈剂常温下缓慢气化的气体中和包装内的氧气和水分，并以离子形式吸附于金属表面，形成极薄的膜层，从而阻隔金属与外界水分、氧气等的接触，阻止原来的腐蚀物质位移来达到防锈的目的。VCI气相防锈包装材料的品种较多，加工工艺比较多样化。

       本文简要介绍了VCI气相防锈原理及其研究趋势与一般应用，并对常用VCI气相防锈包装材料——VCI气相防锈膜、VCI气相防锈油等进行了较为详细的介绍。

　　关键词：气相防锈包装、气相防锈剂、气相防锈膜、气相防锈油
 
　　1.前言

　　VCI气相防锈包装材料是将气相防锈剂（Volatile Corrosion Inhibitor简称VCI）喷淋在牛皮纸等材料上或添加在塑料薄膜内的一种金属防锈包装材料。

　　二战时期，战场用军械已开始使用防锈包装材料，美国在此领域占主导地位，日本次之。技术的重点是对防锈剂的研究。美国歌德公司（CORTE CCORPRATION）经历了20多年的发展，已成为*气相防锈技术的，该公司有10多个系列200多种、无污染的气相缓蚀剂和产品，包括防锈剂、气相防锈剂、防锈薄膜（有屏蔽、耗散功能）。片、丸、锭、粉、水雾各剂型均有，已获美国军方及食品管理总署（FDA）认可，在世界70多个国家推广应用。日本对多种金属有良好防锈效能和通用型气相防锈剂进行了研究，如1、2、4-三唑及其衍生物对钢、铁、铜、银、铝、锌、镍、锡、镉、镁、铅等10余种金属均有良好的防锈作用，无毒，在水中溶解度大，稳定性好。

　　我国近十几年来在气相防锈剂材料品种、规格、技术和质量方面均有较大的发展和提高。华东理工大学、湖南大学、华中科技大学等大专院校、中科院等科研院所均有可喜的成果。有的已相当于美军P系列和日本NP系列水平。但总的水平与国外发达国家相比还有一定的差距。

　　2.VCI气相防锈包装材料的防锈原理

　　用VCI防锈包装材料包装金属时，在常温下防锈剂会缓慢气化，其气体则充满密封的空间。VCI具有极低的的气化压力，在25℃常温下只有0.2mmHg—0.4mmHg；当温度升高时，气压降低，VCI气体挥发量增大；当温度下降时，气压上升，VCI气体挥发量减少甚至停止。

　　VCI能中和包装内的氧气和水分，并以离子形式吸附于金属表面，形成极薄的膜，从而阻隔金属与外界水分、氧气等的接触，阻止原来的腐蚀物质位移来达到防锈的目的。即：

VCI防锈材料包装
↓
VCI气体粒子迅速扩散
↓
VCI气体粒子附着在金属表面
↓
形成保护膜
↓
切断电子从阳极向阴极位移
↓
根据环境条件VCI气体粒子自动调节
↓
完成隔绝金属与外界发生锈蚀的条件
↓
让金属永放光芒
 
　　3.VCI气相防锈剂的研究趋势：

　　3.1多功能通用气相防锈剂如：60年代发现苯骈三氮唑对铜基材料的保护，使保护领域由黑色金属扩大到有色金属。近年来针对苯三唑的多种衍生物及铬酸盐化合物对锌、镉、铅、镍、锡、铜有良好保护作用进行了研究。

　　3.2低毒气相防锈剂，较早使用的亚硝酸盐类化合物的保护作用是非凡的。可使26年后开箱的军械光亮无锈。但亚硝酸盐的毒性不容忽视。ISO1400颁布，气相防锈剂材料必须附有MSDS（材料安全数据）才可使用。目前钢铁保护用咪唑类化合物毒性很低。

　　3.3混合型多组份气相防锈剂：如亚硝基二环已胺与碳酸环已胺混合使用，有长短效结合的防锈作用。

　　3.4、测试方法和标准的研究：如气相防锈标准有

　　美国军用标准：MIL-I-3430B
　　日本标准：HS-2-1535
　　中华人民共和国国家标准：GB/T 4879—1999
　　行业标准：QB1319-91 机械部工业标准：JB/T4051-1999

　　3.5防锈机理研究：有效作用距离；缓蚀剂与多种有色金属、镀层与各种材料（火药、塑料、橡胶、油漆、木材、油脂、玻璃、干燥剂等）相容性、适应性。 

       4.VCI气相防锈材料的特点

　　4.1包装后立即开始气化达到有效气体浓度，发挥初期防锈效果。
　　4.2气相防锈气体达到包装件任何细小部分。
　　4.3气相防锈剂持续性成分发挥长期防锈效果。
　　4.4即使包装表面有水，并且外界空气中有湿气，防锈剂有效成分会溶解于水分中防止生锈。
　　4.5防锈包装材料其气体透过率和透湿度极低，故具有防水、防潮、耐油、耐药品性的特点，能阻隔外面的水、湿气、油、药品类浸透，防止内部防锈剂有效气体散失，使防锈效果更加有效。
　　4.6包装金属、钢铁和机器时，使用VCI气相防锈材料时，不必涂抹防锈油、黄油等，也不必另外处理。对金属部件可随时拆封包装随时使用。使用后，再放入包装中仍可重复使用。是简便、、高性能价格比的理想包装材料。

　　5.VCI气相防锈材料生产与应用的概述：

　　5.1粉未法：将粉未撒于保护品或挂袋，即将气相防锈剂制成粉。
　　5.2片、丸、锭制剂法：将气相防锈剂加粘合剂及活性材料调和均匀，压制成片、丸、锭挂袋使用。
　　5.3气溶胶法：将气相防锈剂置于贮蓄器、加热器和风扇组成的装置，产生的气溶胶或烟雾凝集在金属表面，过剩的排出，重复使用。
　　5.4泡沫颗粒法：与发泡材料制成的泡沫颗粒或将气相防锈剂浸泡分子筛、蒙脱石或硅胶干燥剂，干燥后置于金属制品中。
　　5.5气相合成法：将制造气相防锈剂的原料按气相合成法制成气相剂，用于制品的内腔金属保护。
　　5.6气相防锈水：用于浸泡喷淋防锈。
　　5.7气相防锈油：用于齿轮、汽缸、枪械防锈。
　　5.8纸（布、塑料）载体法：将纸、布浸入气相防锈剂中或涂于纸、布、塑料上烘干密封使用。
　　5.9气相薄膜法：将气相防锈剂制成膜，用于防锈。
　　5.10可剥离气相防锈粘胶带：在基材的一面涂布有机硅酮防粘剂，另一面涂布含有气相防锈的压敏胶，贴在金属表面上不会自行脱落，既可防锈又防止金属表面划伤。

　　6.常用VCI气相防锈材料

　　6.1 VCI气相防锈膜（袋）

　　VCI气相防锈膜（袋）在众多的防锈方法中效果zui为显著，防锈膜（袋）内含的VCI物质在常温下自然挥发，可达到包装件任何细小部分，具有防水、防潮、耐油、耐药品性的特点，防止内部防锈剂有效气体发散损失，使防锈效果更加有效，是简便、有效、理想的包装材料。

　　6.1.1 VCI气相防锈膜的生产工艺

　　VCI气相防锈膜（袋）的生产工艺有：1.涂覆法；2.挤出吹塑法等。当前，VCI气相防锈膜（袋）生产厂家大多数采用挤出吹塑法。VCI气相防锈膜多以聚乙烯树脂为载体，加入一定量的气相防锈母粒和其它母粒，经混合挤出吹塑而成。
　　1.VCI气相防锈母粒的成型工艺
　　a） 主要设备——加压式密炼机、双螺杆挤出机
　　b） 气相防锈助剂——苯骈三氮唑，碳酸环已胺，钼酸钠等
　　c） 载体——LDPE MI=3~7
　　d）成型工艺
　　●密练机
　　密炼温度 180℃
　　密炼时间 40min
　　●双螺杆挤出机

        6.1.2 VCI气相防锈膜的性能及使用范围

　　1.性能

　　a）气体透过率和透湿度极低;
　　b）防锈效果良好，防锈时间长；
　　c）无毒、无腐蚀性、无公害；
　　d）包装程序简便、省时、省工。

　　2.使用范围
　　a）各种钢铁类产品的长途运输、储存；
　　b）各种电子类产品的长途运输、储存；
　　c）各种钢铁类产品加工中的短期处理；
　　d）各种电子类产品加工中的短期处理。

　　6.1.3 使用方法

　　a）工人应戴手套操作，保证放入VCI气相防锈膜（袋）内的产品表面干净、干燥、无腐蚀；
　　b）VCI气相防锈膜（袋）的密封，只需将防锈膜的两端或防锈袋袋口反折2~3次，用订书机、封口机或胶布封口达到限制空气流动即可；
　　c）VCI气相防锈膜（袋）有破碎，使被包装物品暴露于无法限制的外来空气中时，请勿使用。
 

　   6.2 VCI气相防锈油
　　VCI气相防锈油是以N46#等润滑油为载体，添加特定的VCI气相防锈剂和其他的防锈助剂，加热混合搅拌而成。

 

　　6.2.2 主要设备——加热式反应釜
　　6.2.3 一般加工步骤
　　a） 先将N46#与石油磺酸钡、环烷酸锌加入反应釜中；
　　b） 边加热边搅拌，直到温度升高到130℃；
　　c） 在130℃温度下搅拌10分钟；
　　d） 冷切降温至100℃；
　　e） 添加VCI气相防锈剂；
　　f）搅拌15分钟；
　　g）冷切降温至室温即可
　　（4）使用方式——浸涂、喷涂、刷涂均可
　　6.3 VCI气相防锈纸
　　VCI气相防锈纸是将VCI气相防锈剂溶液喷淋于中性牛皮纸上后经烘干而制成的。主要适用于印刷电路板、金属薄板等防锈保护，可采用缠绕、包覆包装。

　　7.气相防锈包装材料应用

　　7.1 五金机械产品
　　各种金属（钢板、钢片、钢卷、钢棒、镀锌板、镀锡板、非铁、铜、锡、银、金等制品），各种大型产品（机器、汽车、电机、黑色或有色金属工具、轴承、齿轮、弹簧、螺丝、阀门）之生产、保存、运输的防锈包装用。
　　7.2 电子工业
　　精密仪器、半导体、印刷电路板、电脑、传真机、衡器、控制盘、配电盘、输电设备的防氧化保存。
　　7.3 船舶工业
　　船舶仪表、仪器、零件防锈
　　7.4 航空航天工业
　　仪器、仪表、零件防锈
　　7.5 国防、军工
　　兵器、军械防锈
　　7.6 粉末冶金工业：制器防锈
　　7.7 饰品、金银、铜、K金饰品、工艺品防锈

　　8.结束语

　　全国每年有二千万吨金属受到锈蚀，其损失相当于国民经济总产值的3—4%，自然灾害造成的损失更大；同时，在战争分秒必争的情况下，老式传统法是先除去黄油，武器才能使用，而采用VCI气相防锈包装材料，武器可立即使用。因此，VCI气相防锈包装材料具有非常广阔的市场。