納米二氧化硅改性環(huán)氧涂料在建筑護(hù)欄中的防護(hù)應(yīng)用

鐘萍 *，鐘銀花，袁興

（1.廣東科富科技股份有限公司，廣東 佛山 528200；2.湖南工程學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，湖南 湘潭 411104）

近年來，隨著我國(guó)建筑涂料工業(yè)的迅速發(fā)展，各種高性能建筑防腐涂料的需求不斷增長(zhǎng)，納米材料和納米技術(shù)在建筑涂料中的應(yīng)用為開發(fā)高檔次建筑防腐涂料提供了一條新的途徑。環(huán)氧樹脂性能優(yōu)異，是目前應(yīng)用數(shù)量最多、范圍最廣的防腐涂料用樹脂，但是以環(huán)氧樹脂為成膜基料的涂層內(nèi)應(yīng)力大、質(zhì)地硬脆，耐開裂性、抗沖擊性、耐濕熱性差，必須對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性。納米粒子表面非配對(duì)原子多，與聚合物發(fā)生物理或化學(xué)結(jié)合的可能性大，加到環(huán)氧樹脂中，可得到有機(jī)–無機(jī)雜化改性環(huán)氧樹脂，增加涂料的韌性和延展性，使涂層的附著力大幅度提高，耐開裂性和抗沖擊性成倍增強(qiáng)；使孔隙率大幅度降低，防滲透性、屏蔽性能成倍增加，因而極大地提高了涂膜的防腐性能。經(jīng)納米粒子改性后的環(huán)氧涂料性能優(yōu)異，符合日益增大的高性能建筑防腐涂料的市場(chǎng)需求，具有廣闊的發(fā)展前景。

建筑護(hù)欄的表面防護(hù)涂層要達(dá)到長(zhǎng)期使用而不產(chǎn)生涂層變色、褪色、無光澤、開裂、脫落、銹蝕等影響美觀的現(xiàn)象，必須通過完整的涂料體系與施工方案來解決。本文以具有良好防腐性能的納米二氧化硅改性環(huán)氧樹脂底漆和耐紫外老化性能優(yōu)良的丙烯酸聚氨酯面漆配套使用，通過對(duì)涂料施工技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)以及各施工環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量控制，達(dá)到對(duì)建筑護(hù)欄的長(zhǎng)效防護(hù)和美觀設(shè)計(jì)的目的。

1 納米二氧化硅改性環(huán)氧底漆的性能

使用粒度小于100 nm 的納米級(jí)SiO2粒子對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，因納米粒子粒徑很小，具有獨(dú)特的表面效應(yīng)、體積效應(yīng)和量子效應(yīng)，從而表現(xiàn)出常規(guī)填料所不具備的改性效果：SiO2粒子表面存在著不飽和殘鍵和不同鍵合狀態(tài)的羥基，可與環(huán)氧樹脂上的羥基發(fā)生脫水縮合，從而在樹脂中引入Si─O 柔性鏈段和富有彈性的網(wǎng)狀硅氧四面體結(jié)構(gòu)，形成無機(jī)–有機(jī)雜化復(fù)合結(jié)構(gòu)；無機(jī)相與有機(jī)相在納米范圍內(nèi)結(jié)合，于兩相界面上有著或強(qiáng)或弱的各種物理和化學(xué)鍵合作用，形成致密的聚合物網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，納米粒子均勻分布在顏填料顆粒和樹脂之間，納米粉體的高表面能可以有效地改善樹脂與顏料顆粒之間的界面結(jié)合力，使孔隙率大幅度降低。采用納米SiO2改性后的環(huán)氧樹脂制備的涂料具有許多優(yōu)異的性能：

(1)施工性能好，流平、防流掛性能優(yōu)異；

(2)對(duì)聚氨酯面漆、氟碳面漆都有良好的適應(yīng)性；

(3)可直接涂飾于處理好的鋼鐵、鋁等底材上，結(jié)合力顯著增強(qiáng)且有較好的耐久性；

(4)涂膜具有優(yōu)良的柔韌性、抗沖擊性、耐刮擦和耐開裂性能；

(5)漆膜更加致密，抗腐蝕介質(zhì)滲透的能力大大增強(qiáng)，涂膜耐鹽水浸泡、耐鹽霧、耐酸堿等性能均遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)環(huán)氧漆。

本文使用廣東科富科技股份有限公司商品化的納米改性環(huán)氧底漆，性能如表1 所示。

表1 納米二氧化硅改性環(huán)氧底漆主要性能指標(biāo)Table 1 Main performance indexes of nano-SiO2modified epoxy primer

2 建筑護(hù)欄防護(hù)施工工藝

2.1 施工工藝流程

底材前處理─噴涂二氧化硅改性環(huán)氧底漆─刮涂原子灰、填補(bǔ)表面凹凸部位─噴涂丙烯酸聚氨酯面漆─修補(bǔ)。

2.2 工藝說明

2.2.1 底材前處理

護(hù)欄主體一般為鋼構(gòu)件，有些配件需使用鋁構(gòu)件。要保證涂料工程的施工質(zhì)量，使其經(jīng)久耐用，必須對(duì)底材進(jìn)行有效的前處理。底材前處理的好壞直接影響底漆的附著力、防腐效果和使用壽命。底材前處理包括以下工藝：

(1)除灰。用干燥的高壓氣徹底清除底材表面的灰塵、雜質(zhì)，為下一步清潔工序做好充分的準(zhǔn)備。

(2)清潔。采用除油劑清除底材內(nèi)外表面油污、脫膜劑、蠟及其他雜物，使表面清潔干凈、無銹跡。用手或干凈棉布擦試檢驗(yàn)，確保工件表面清潔到位。嚴(yán)禁除油劑回收再使用。

(3)打磨。對(duì)于清潔處理過的無銹跡、清潔的表面，使用砂紙打磨。鋁構(gòu)件用180 目、鋼構(gòu)件用80 目干磨砂紙進(jìn)行機(jī)械打磨，確保打磨到位，不可漏磨，打磨至呈現(xiàn)金屬材料表面的光澤；去除底材表面留有的排列規(guī)則的砂紙痕，否則會(huì)影響底漆附著力；結(jié)構(gòu)復(fù)雜部位及邊緣處要用手工及輔助工具打磨到位，不可漏磨。

(4)除灰除油。再次使用氣管吹除底材表面灰塵及其他雜質(zhì)。然后使用除油劑將底材表面徹底清潔，并用濕布和干布配合清潔擦干，不可讓除油劑留在工件上自行干燥，否則會(huì)影響底漆附著。

2.2.2 噴涂二氧化硅改性環(huán)氧底漆

底漆直接噴涂在經(jīng)表面處理的施工基材表面。選擇合適的底漆不但可有效增加基材、原子灰、面漆各層之間的附著力，防止基材氧化腐蝕，而且對(duì)面漆的耐久性、美觀性具有很大影響，改性環(huán)氧底漆不但保留了環(huán)氧漆附著力強(qiáng)、堅(jiān)韌耐久等優(yōu)點(diǎn)，而且更具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、韌性以及良好的防滲透性、耐蝕性、耐水性等優(yōu)點(diǎn)。

(1)配漆。將改性環(huán)氧底漆和固化劑以及稀釋劑按比例在調(diào)漆桶內(nèi)配漆。使用200 目篩網(wǎng)過濾掉容易堵塞噴槍以及影響涂層表面質(zhì)量的顆粒物，調(diào)節(jié)涂料施工黏度在16～18 s 之間(涂–4 杯)，配好的環(huán)氧底漆在25°C 下使用時(shí)限為4 h。不同溫度使用不同干燥速度的稀釋劑。

(2)噴涂。使用噴槍噴涂30～40 μm 的濕膜。噴涂前對(duì)噴槍進(jìn)行檢查和調(diào)整，保證噴杯上氣孔無堵塞、密封圈無滲漏等現(xiàn)象，調(diào)整噴槍壓力、口徑等參數(shù)：噴槍口徑，上壺1.7 mm、下壺2.0 mm；空氣壓力3～4 bar。若需要噴涂得比較細(xì)膩，可用口徑1.5～1.6 mm的噴槍。

(3)閃干。閃干時(shí)間5～8 min。

(4)干燥?；臏囟冗_(dá)到80°C 開始計(jì)時(shí)，在此溫度下烘干20～30 min，才可進(jìn)行下一步工序。

2.2.3 刮涂膩?zhàn)訉?/p>

在選材上要求膩?zhàn)訉幽芎芎玫嘏c底漆層和面漆層牢固結(jié)合，且要涂刮性能、耐溫變性能和透氣性好，強(qiáng)度高及耐水。

(1)刮涂。工件表面大面積刮涂膩?zhàn)訉?，填補(bǔ)底材凹坑、針/縮孔、裂紋和小焊縫等缺陷，滿足面漆前底材表面平整、光滑的要求。原子灰(由不飽和聚酯樹脂、顏料、防沉降材料、助劑等組成)與固化劑按比例調(diào)勻，25°C 干燥時(shí)間為5～7 min，連續(xù)刮涂原子灰2～4 遍，盡量做到膩?zhàn)訉硬贿^厚，刮涂遍數(shù)不過多，以補(bǔ)平缺陷為準(zhǔn)。涂刮時(shí)若有氣泡滲入，必須用刮刀徹底刮平。確保刮涂后表面邊角清晰、細(xì)膩光滑、無大缺陷。

(2)干燥。膩?zhàn)訉痈稍锟梢圆捎煤婵?50°C，20～30 min)或自干(25°C，1～2 h)，干燥后方可打磨。

(3)打磨。打磨膩?zhàn)訉?底漆層使用的工具包括手工墊板、干磨裝置(0.7 mm 干磨機(jī))、P80/P180 干磨砂紙。不建議濕磨，一般采用干磨打磨膩?zhàn)訉?底漆層到平整。用手摸膩?zhàn)訉?，檢查有無凹凸不平、針孔，然后局部填補(bǔ)原子灰，再干燥打磨。做到修補(bǔ)一遍再檢查一遍，直至打磨到表面平整光滑、邊角清晰，才能進(jìn)行下道工序。

(4)清潔。先用壓縮空氣清潔除塵，再對(duì)局部金屬表面除油。使用除油劑徹底擦抹工件表面并馬上擦干，不可讓除油劑留在工件上自行干燥，否則會(huì)產(chǎn)生不良的后果。

2.2.4 噴涂丙烯酸聚氨酯面漆

面漆是整個(gè)防護(hù)涂料體系的第一道關(guān)口，面漆要求具有防護(hù)和裝飾的雙重作用。特別是在酒店等高檔場(chǎng)所，涂料體系中面漆的裝飾效果非常重要。本文采用丙烯酸聚氨酯面漆，其漆膜裝飾性能好，保光、保色性能優(yōu)良，耐候性能優(yōu)異、耐化學(xué)品性能好，具有高附著力、良好的機(jī)械性能等優(yōu)點(diǎn)。

(1)調(diào)配面漆。丙烯酸聚氨酯素色漆與固化劑、稀釋劑調(diào)配，使產(chǎn)品充分混合，25°C 下使用時(shí)限為4 h，配合施工溫度選擇合適的固化劑與稀釋劑，調(diào)節(jié)黏度至16～18 s(25°C，涂–4 杯)，使用比例尺調(diào)配。

(2)噴涂面漆。第1 遍噴涂20～30 μm 濕膜，閃干10 min 左右，防止涂層流掛、失光；再進(jìn)行第2 遍噴涂20～30 μm 濕膜。噴涂遍數(shù)視顏色情況而定。噴涂要均勻，無漏噴、無流掛，正確的噴涂方法可以保證漆膜厚度、耐久性及光澤度。噴涂參數(shù)：噴槍口徑，上壺1.7～1.8 mm，下壺2.0 mm；空氣壓力3～4 bar。

(3)流平。流平時(shí)間10～15 min，讓表面溶劑有一定的揮發(fā)時(shí)間。

(4)干燥。烘烤溫度80°C，時(shí)間40 min，使漆膜充分干燥。

2.2.5 修補(bǔ)

用砂紙打磨干磨受損部位，令周邊位置成羽狀邊緣，進(jìn)行除灰除油。工件若需補(bǔ)土的地方應(yīng)填補(bǔ)原子灰，干燥后打磨，再噴涂面漆找平。

3 涂層體系性能及應(yīng)用效果

結(jié)合在建筑護(hù)欄表面的防護(hù)施工工藝和技術(shù)，對(duì)納米SiO2改性環(huán)氧底漆和丙烯酸聚氨酯面漆涂層體系的相關(guān)性能進(jìn)行了測(cè)試和評(píng)估，結(jié)果如表2 所示。該涂層體系具有較好的抗沖擊性能、柔韌性以及附著力，耐鹽霧及耐老化性能優(yōu)良，應(yīng)用在高檔建筑場(chǎng)所的護(hù)欄防護(hù)，能滿足各項(xiàng)性能的檢驗(yàn)要求和使用要求。

表2 納米SiO2改性環(huán)氧主底要漆性和能丙指烯標(biāo)酸聚氨酯面漆涂層體系的Table 2 Main performance indices of the coating system composed of nano-SiO2modified epoxy primer and acrylic polyurethane topcoat

納米改性環(huán)氧底漆和丙烯酸聚氨酯面漆配套體系在海南某高級(jí)酒店護(hù)欄表面的防護(hù)施工效果及投入使用一年后的效果如圖1 所示。投入使用一年后，涂層基本無變化，未發(fā)生失光、變色、斑點(diǎn)、裂痕、脫落、銹蝕等現(xiàn)象，顯示了非常優(yōu)異的防護(hù)性能和裝飾性能。

4 結(jié)語

圖1 納米二氧化硅改性環(huán)氧樹脂底漆及其與丙烯酸聚氨酯面漆涂層體系應(yīng)用1 a 后的效果Figure 1 Photos showing the sprayed nano-SiO2modified epoxy resin primer and the coating system consisting of the nano-SiO2modified epoxy resin primer and acrylic polyurethane topcoat after application for one year

納米二氧化硅改性環(huán)氧樹脂底漆性能優(yōu)良，與丙烯酸聚氨酯面漆配套性好，該涂層體系在海南某高級(jí)酒店護(hù)欄上應(yīng)用一年后表明，對(duì)底材前處理，底漆噴涂和干燥，膩?zhàn)油抗魏痛蚰?，面漆噴涂等施工環(huán)節(jié)進(jìn)行有效設(shè)計(jì)和管控，可以更好地發(fā)揮底漆、膩?zhàn)?、面漆各自的?yōu)勢(shì)，得到集裝飾性、防腐蝕性和耐久性于一體的高性能涂層。

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