提高水性富鋅底漆防腐性能的涂裝技術(shù)

盧常巧*，李敏風(fēng)

（1.上海古象化工科技發(fā)展有限公司，上海 201417；2.中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會防火防腐分會，上海 200092）

【涂裝】

提高水性富鋅底漆防腐性能的涂裝技術(shù)

盧常巧1,*，李敏風(fēng)2

（1.上海古象化工科技發(fā)展有限公司，上海 201417；2.中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會防火防腐分會，上海 200092）

對溶劑型和水性富鋅底漆的施工技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了對比分析，從除銹等級、表面清潔度和粗糙度以及鋼結(jié)構(gòu)表面的缺陷處理等方面論述了噴涂水性富鋅涂料對鋼材表面處理的要求，并對無氣噴涂技術(shù)應(yīng)用于水性富鋅底漆涂裝中需要注意的事項(xiàng)及對環(huán)境條件的要求等進(jìn)行了探討。

水性富鋅底漆；涂裝；防腐；無氣噴涂；粗糙度；清潔度

First-author’s address:Shanghai Guxiang Chemical Technology Development Co., Ltd., Shanghai 201417, China

重防腐涂料主要應(yīng)用在船舶、集裝箱、石化、電力、橋梁、鐵道、建筑鋼結(jié)構(gòu)等行業(yè)中。2014年，我國重防腐涂料產(chǎn)量在220萬t左右，居世界第一。近幾年來，國家出臺了一系列的政策和法規(guī)，使重防腐涂料向節(jié)能、環(huán)保的方向發(fā)展，推動了水性重防腐涂料的發(fā)展進(jìn)程。總體來說，水性配套重防腐涂料(如水性富鋅涂料、水性環(huán)氧聚氨酯、丙烯酸、醇酸等)在單項(xiàng)技術(shù)性能、配套耐久性等方面都不比同類溶劑型涂料差，因此近幾年來它們在集裝箱、建筑鋼結(jié)構(gòu)和石化(貯罐)行業(yè)獲得應(yīng)用。如2013年，用全套水性集裝箱涂料制成的集裝箱占全國總產(chǎn)量的3%。除了“威士伯”涂料公司的雙涂層水性集裝箱涂料外，“關(guān)西”、“海虹”、“中涂”和“金剛化工”四大公司的水性集裝箱配套涂料的涂層性能優(yōu)異?！吧钲诰S新”、“武漢九天”、“上海涂料公司”、“青島?；骸?家國內(nèi)企業(yè)的水性集裝箱涂料也獲得了美國“KTA”和“FDA”證書，取得了在國際標(biāo)準(zhǔn)集裝箱上應(yīng)用的資格。在規(guī)定的配套中，有水性環(huán)氧富鋅底漆(包括車間底漆)、水性環(huán)氧磷酸鋅中層漆、水性環(huán)氧內(nèi)面漆和丙烯酸外面漆，但它們未能批量應(yīng)用。除了箱東的接受程度低、價格高等原因外，主要是水性集裝箱配套涂料的施工性能不能適應(yīng)溶劑型涂料的涂裝流水線(生產(chǎn)節(jié)拍一般為3 min出一個20英尺集裝箱）。

另外，建筑鋼結(jié)構(gòu)是重防腐涂料中應(yīng)用水性涂料最早的行業(yè)。從上世紀(jì)開始，美國 IC531水性無機(jī)富鋅涂料引進(jìn)中國后，經(jīng)過消化、吸收、提高，全國有50多個廠家會生產(chǎn)水性無機(jī)富鋅底漆，這些無機(jī)富鋅底漆大多與溶劑型環(huán)氧云鐵中層漆等配套。2013年，建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)內(nèi)應(yīng)用的水性無機(jī)富鋅底漆約占建筑鋼結(jié)構(gòu)底漆總量的1/3左右。值得一提的是，上海門普來新材料公司單一生產(chǎn)的水性無機(jī)富鋅底漆已大量應(yīng)用在建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)，一度成為“滬寧”、“金環(huán)”和“杭肖”等鋼結(jié)構(gòu)廠的“通用底漆”，年產(chǎn)量達(dá)到4 000 t。但近幾年來，為保證涂層質(zhì)量，鋼結(jié)構(gòu)廠規(guī)定底、中、面涂料必須為同家產(chǎn)品，使水性富鋅底漆的使用量有減少的趨勢。

國內(nèi)“河北晨陽”、“山西華豹”、“廣州集泰”、“成都澳得龍”等公司都是專業(yè)生產(chǎn)水性涂料的工廠，產(chǎn)品包括各類富鋅底漆、環(huán)氧中層漆、聚氨酯面漆和底面兩用的水性丙烯酸涂料，已批量應(yīng)用于建筑鋼結(jié)構(gòu)、風(fēng)力發(fā)電塔筒等工程，有很多成功的案例，但也有不少由涂裝引起的失敗案例。

“佐敦”、“海虹”、“關(guān)西”等外資企業(yè)生產(chǎn)的水性富鋅底漆，在新疆、大連等石油貯罐內(nèi)壁得到了成功應(yīng)用，顯示了水性重防腐涂料節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢。但重防腐涂料水性化的進(jìn)程緩慢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其他行業(yè)，主要原因是重防腐水性涂料的涂裝是發(fā)展的瓶頸。從重防腐涂料的涂裝流水線到水性涂料的施工技術(shù)指標(biāo)、涂裝設(shè)備等方面都存在一系列問題。

在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，所有重防腐水性涂料中最難噴涂的是水性富鋅底漆，其中水性無機(jī)富鋅底漆比水性環(huán)氧富鋅底漆更難噴涂，有過不少失敗的案例。某著名水性涂料廠的總工曾得出一個結(jié)論：比重大于2.4的水性環(huán)氧富鋅底漆不能采用無氣噴漆法。筆者對此體會尤深。因此，總結(jié)水性富鋅涂料在涂裝中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)對提高水性富鋅涂料的施工性能意義重大。本文對水性涂料的噴涂技術(shù)提出一些建議，供同行參考、討論。

1 提高水性富鋅涂料的施工性能

重防腐水性涂料的施工性能是由其內(nèi)在品質(zhì)決定的，加強(qiáng)對它的研究是確保涂料產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵。產(chǎn)品說明書中所標(biāo)明的施工技術(shù)參數(shù)也是重防腐水性涂料最重要的技術(shù)指標(biāo)，是涂裝工藝的基礎(chǔ)。但目前我國對重防腐涂料施工性能的研究落后于國外同行。而且由于成膜樹脂不一、配方不同、原料來源不同、鋅粉含量高低不一等，不同水性富鋅底漆生產(chǎn)廠家有不同的施工技術(shù)指標(biāo)。作為水性富鋅底漆生產(chǎn)廠家，應(yīng)該通過系列實(shí)驗(yàn)與測試來完善這些技術(shù)參數(shù)，并在產(chǎn)品說明書中注明。表 1為中遠(yuǎn)關(guān)西涂料化工有限公司生產(chǎn)的溶劑型和水性環(huán)氧富鋅底漆施工性能對比(資料來源于中遠(yuǎn)關(guān)西重防腐涂料產(chǎn)品說明書)?？梢姡啾扔谒原h(huán)氧富鋅底漆，溶劑型環(huán)氧富鋅底漆的施工溫度稍寬，混合使用期和貯存時間較長，噴涂壓力稍低。

表1 溶劑型和水性環(huán)氧富鋅底漆施工技術(shù)指標(biāo)對比Table 1 Comparison of construction parameters between solvent- and water-based epoxy zinc-rich primers

涂裝工程公司應(yīng)根據(jù)表面處理、涂層質(zhì)量要求、涂裝流水線實(shí)際、操作工人的水平、工程的進(jìn)度等要素，認(rèn)真設(shè)計涂裝工藝，嚴(yán)格執(zhí)行施工技術(shù)參數(shù)。發(fā)現(xiàn)問題后要與涂料廠共同協(xié)商解決，以保證水性富鋅底漆的漆膜質(zhì)量。

特別需要強(qiáng)調(diào)的是水性富鋅底漆的最大、最小涂裝間隔，它直接關(guān)系到工藝流程的安排和涂層附著力。另外，水性富鋅底漆的混合使用期短，超過了混合使用期的水性富鋅底漆即使表觀無異樣，也必須丟棄。

2 水性富鋅涂料對鋼材表面處理的要求

鋼材表面處理質(zhì)量直接影響到底漆漆膜的質(zhì)量。水性涂料對表面處理的要求比溶劑型涂料要高。

2. 1 除銹等級

根據(jù)ISO 8503-1：2012 Preparation of steel substrates before application of paints and related products-Surface roughness characteristics of blast-cleaned steel substrates-Part 1: Specifications and definitions for ISO surface profilecomparators for the assessment of abrasive blast-cleaned surfaces，水性和溶劑型富鋅底漆對除銹等級的要求見表1。可見，水性無機(jī)富鋅底漆對鋼結(jié)構(gòu)表面質(zhì)量的要求更高。

表2 基于ISO 8503-1的水性和溶劑型富鋅底漆的除銹等級Table 2 Rust removal grades for water- and solvent-based zinc-rich primers based on ISO 8503-1

2. 2 粗糙度

水性富鋅涂料對機(jī)械除銹后的粗糙度要求較高，特別是水性無機(jī)富鋅底漆，粗糙度Rz= 50 ～ 75 nm。故在磨料的選擇和配合度上，應(yīng)適當(dāng)增加棱角鋼砂的份額，使粗糙度的形狀成尖銳狀(見圖 1a)，以增強(qiáng)水性富鋅底漆與鋼材的附著力。圖1b和1c分別為經(jīng)鋼丸磨料以及鋼丸和棱角鋼砂混合磨料噴砂后鋼材的表面形態(tài)。

圖1 經(jīng)不同磨料噴砂后鋼材的表面形態(tài)Figure 1 Surface states of steel after sand blasting with different abrasives

2. 3 清潔度

待涂鋼材表面必須干燥，無灰塵和其他污物。無論水性無機(jī)富鋅底漆還是水性環(huán)氧富鋅底漆，處理后的鋼材表面都不允許有油污存在。在筆者的工作實(shí)踐中，多次碰到因鋼丸帶油污而使水性富鋅底漆脫落的嚴(yán)重事件。

2. 4 鋼結(jié)構(gòu)表面的缺陷處理

由于水性富鋅涂料具有在尖銳邊緣有高收縮性的特性，因此對于鋼構(gòu)件表面的切割、電焊縫等尖銳邊緣，應(yīng)事先仔細(xì)磨出圓角；對于電焊縫、鉚釘接縫、跳焊部位等，均需采取預(yù)涂措施。預(yù)涂應(yīng)掌握好水性富鋅涂料的最小和最大的涂裝間隔時間。涂裝施工中，任何構(gòu)件的接頭都應(yīng)緊閉，以免水分進(jìn)入。鋼結(jié)構(gòu)表面的缺陷處理包含以下方面：

(1) 自由邊：鋼材自由邊上的尖角毛刺，用砂輪打磨至r = 2 mm的圓角。

(2) 切割邊：切割邊的峰谷差超過1 mm時，打磨到1 mm以下，對堅硬的熔渣表面要進(jìn)行打磨處理。

(3) 咬邊：焊縫上深為0.8 mm以上的咬口，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)焊處理。

(4) 飛濺：焊接產(chǎn)生的飛濺要打磨光滑。

(5) 剝落：鋼材表面的剝落要用砂輪修整。

(6) 凹坑：深度在0.8 mm以上的要進(jìn)行補(bǔ)焊處理。

(7) 焊縫：焊縫接頭以及表面有2 mm以上的凸出或有鋒利凸出時，應(yīng)用砂輪打磨光滑。

3 無氣噴漆技術(shù)在水性富鋅底漆涂裝中的應(yīng)用

由于產(chǎn)品的特殊功能，少數(shù)水性無機(jī)富鋅底漆如“海虹”(Hempel)的15620，密度高達(dá)3.1 g/cm3，只能采用空氣噴涂法和刷涂(見海虹重防腐涂料產(chǎn)品說明書)。佐敦涂料也有同類產(chǎn)品(在產(chǎn)品使用說明中強(qiáng)調(diào)了這一點(diǎn))。但絕大多數(shù)水性富鋅底漆應(yīng)該用無氣噴漆法噴涂，不僅生產(chǎn)效率高，涂層附著力好，而且能有效控制膜厚，是節(jié)能環(huán)保的好辦法。水性富鋅底漆采用無氣噴漆技術(shù)應(yīng)注意以下4個方面。

3. 1 采用富鋅底漆專用噴漆機(jī)

由于水性富鋅底漆有較高的鋅粉含量，沉淀快，易結(jié)塊，容易損壞無氣噴漆機(jī)的壓送機(jī)構(gòu)，因此必須采用富鋅專用無氣噴漆機(jī)。富鋅底漆專用噴漆機(jī)的特點(diǎn)如下：

(1) 高壓泵的加壓活塞與連桿運(yùn)動速率慢，降低壓送機(jī)構(gòu)磨損。

(2) 配備專用的攪拌裝置，邊攪拌邊噴漆。

(3) 壓送機(jī)構(gòu)等采用特殊的耐磨材料，并配合專用的噴槍，噴嘴和高壓軟管也有較高的耐磨性。

(4) 壓縮空氣進(jìn)氣管與涂料輸出管孔徑較大，涂料的輸送量也大。

(5) 加壓活塞系統(tǒng)與高壓柱塞系統(tǒng)設(shè)計成分體式結(jié)構(gòu)，便于清洗、保養(yǎng)與更換損件。

國內(nèi)外常用的富鋅無氣噴漆機(jī)見表3。從表3可以看出，它們的壓縮比均為32∶1或33∶1，其他壓縮比基本上不能用[1]。

表3 幾種常用的富鋅涂料無氣噴漆機(jī)Table 3 Some common airless paint sprayers for zinc-rich coatings

3.2 噴嘴的選擇及更換

應(yīng)根據(jù)水性富鋅底漆規(guī)定的膜厚和待涂鋼結(jié)構(gòu)的形狀選擇合適孔徑和噴幅的噴嘴，這是保證涂層質(zhì)量和控制耗漆量的關(guān)鍵。由于材質(zhì)上的差異，推薦采用國外廠家(如Graco、WIWA、Wagner公司)的噴嘴。若采用重慶長江機(jī)械廠生產(chǎn)的噴嘴，一定要選用富鋅底漆專用噴嘴——Z型噴嘴。在施工中，需隨時注意孔徑和噴幅的變化。通常在扇形面積小于 25%時，需及時更換噴嘴。因?yàn)閲娝愿讳\底漆的噴嘴磨損嚴(yán)重，噴孔變大變圓，流量增大，不僅會嚴(yán)重影響漆膜的外觀、膜厚和質(zhì)量，而且會成倍增加耗漆量。表4是Graco615噴嘴正常使用和磨損后噴嘴、噴幅及噴涂流量對比[2]?？梢?，噴嘴磨損越嚴(yán)重(噴嘴直徑越大)，噴幅越小，噴漆流量越大。

表4 噴嘴磨損前后直徑、噴幅及噴漆流量對比Table 4 Comparison of diameters, spray coverages, and paint flow rates of some nozzles before and after abrasion

3.3 噴漆壓力的控制

從表 1可以明顯看出，水性環(huán)氧富鋅的噴漆壓力明顯低于溶劑型環(huán)氧富鋅底漆。在一般狀況下，水性無機(jī)富鋅底漆的噴漆壓力要小于水性環(huán)氧富鋅底漆。以鋅粉含量為 80%的水性無機(jī)富鋅為例，噴漆壓力應(yīng)為 11.0 MPa，若采用重慶長江機(jī)械廠的QPT9C無氣噴漆機(jī)，進(jìn)風(fēng)壓力應(yīng)控制在0.3 MPa。噴漆壓力若超過15.0 MPa，底漆中的鋅粉會堵塞噴嘴，無法繼續(xù)噴涂施工。

3.4 添置涂料攪拌機(jī)，充分?jǐn)嚢?/p>

水性雙組分涂料混合時，把鋅粉緩緩加入液體組分中，同時進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，做到邊噴漆，邊攪拌。但要避免高速攪拌，否則空氣會進(jìn)入漆料，使涂層起泡。

3.5 無氣噴漆機(jī)的清洗

按理，噴水性富鋅底漆時應(yīng)采用專用無氣噴漆機(jī)，它的主要構(gòu)件采用不銹鋼制成。目前在推廣應(yīng)用水性富鋅涂料的初期，往往只能使用噴涂溶劑型涂料的無氣噴漆機(jī)，所以必須認(rèn)真清洗無氣噴漆機(jī)。清洗時，應(yīng)該先將泵體的機(jī)濾器和噴嘴的濾芯洗干凈。

用噴過溶劑型涂料的無氣噴漆機(jī)來噴涂水性涂料時，第一、第二次清洗應(yīng)采用涂料的稀釋劑，然后用溫?zé)?30 ～ 35 °C)的自來水清洗，才可以噴涂水性涂料。當(dāng)噴涂水性涂料的無氣噴漆機(jī)更換為噴涂溶劑型涂料時，第一次用溫?zé)?30 ～ 35 °C)的自來水清洗，第二、第三次采用涂料的稀釋劑清洗，然后才可以噴涂溶劑型涂料[注：資料來源于龐貝捷(PPG)重防腐涂料產(chǎn)品說明書]。

4 環(huán)境條件的控制

噴涂水性富鋅涂料時，鋼材表面溫度和氣溫必須大于10 °C，鋼材表面必須干燥、清潔，鋼材表面溫度高于露點(diǎn)溫度3 °C[2]；避免在晚上低溫或伴有凝露、下雨的氣候條件下施工，施工期間相對濕度(RH)范圍為75% ～85%，在RH ＜60%時要防止水性富鋅底漆出現(xiàn)干噴；特別要強(qiáng)調(diào)的是完成噴涂水性富鋅底漆后的構(gòu)件要保持一定的通風(fēng)量。按海虹涂料公司的測試，20 °C溫度下2 L的水性無機(jī)富鋅底漆固化干燥需要提供75 m3的通風(fēng)量，才能除去通風(fēng)和施工過程中釋放出來的水蒸汽，否則復(fù)涂上去的中層漆極易脫落。

在北方冬季，水性涂料在貯藏、運(yùn)輸過程中必須有保溫裝置。在存貯溫度5 ～ 30 °C的條件下，一般水性富鋅涂料的貯存期為6個月。若室溫超過30 °C，存貯期要相應(yīng)縮短，以免影響水性富鋅涂料的質(zhì)量。

5 結(jié)語

提高水性富鋅底漆的涂裝技術(shù)是保證涂層質(zhì)量的關(guān)鍵，是推廣重防腐涂料水性化的有力措施。因此，要提高水性富鋅底漆的防腐性能，建議從提高水性富鋅涂料自身的施工性能，提供合適的表面處理等級，保證無氣噴漆的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，控制溫度、濕度等涂裝環(huán)境及貯運(yùn)條件等措施著手。

[1]李敏風(fēng). 冷涂鋅的性能和應(yīng)用[J]電鍍與涂飾, 2014, 33 (18)： 788-790.

[2]劉新. 防腐蝕涂料與涂裝應(yīng)用[M]. 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社, 2008.

[ 編輯：韋鳳仙 ]

Coating technology for improving the anticorrosion performance of water-based zinc-rich primer

LU Chang-qiao*,LI Min-feng

The construction parameters of solvent- and water-based zinc-rich primers were comparatively analyzed. The requirements for surface treatment of steel materials for spraying water-based zinc-rich coatings were discussed from aspects of rust-removal grade, surface cleanliness and roughness, treatment of surface defect of steel structure, etc. Notes during application of airless spraying technology to coating of water-based zinc-rich primer and the required environment conditions were described.

water-based zinc-rich primer; coating; anticorrosion; airless spraying; roughness; cleanliness

TQ639

B

1004 - 227X (2015) 18 - 1044 - 05

2015-05-18

盧常巧（1967-），女，山東威海人，本科，公司技術(shù)中心副主任，主要從事工業(yè)防腐涂料的開發(fā)。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) 940970240@qq.com。