無(wú)機(jī)硅酸鋅涂料的性能、施工以及常見(jiàn)弊病淺析

陳永進(jìn) （南通中遠(yuǎn)重工有限公司，江蘇南通 226100）

0 引言

無(wú)機(jī)硅酸鋅涂料對(duì)鋼板表面有著良好的防護(hù)性能，能夠在底材表面起到很好的陰極保護(hù)作用（因鋅的金屬活性大于鐵，一旦在外界條件的作用下，形成電化學(xué)腐蝕，能夠起犧牲陽(yáng)極，保護(hù)陰極作用，延緩鋼板的腐蝕周期），因而其在各種鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品中被廣泛使用，但是由于該涂料的施工要求相對(duì)比較苛刻，不易施工，或者施工后，因不能滿(mǎn)足業(yè)主要求，被要求返沖砂的現(xiàn)象比較多，筆者根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該涂料的性能、施工要點(diǎn)、固化測(cè)試，以及施工后可能出現(xiàn)的弊病以及處理方法進(jìn)行總結(jié)概述。

1 無(wú)機(jī)硅酸鋅涂料簡(jiǎn)介

無(wú)機(jī)硅酸鋅涂料，俗稱(chēng)：無(wú)機(jī)富鋅涂料，分為兩類(lèi)：醇溶性無(wú)機(jī)硅酸鋅涂料和水溶性無(wú)機(jī)硅酸鋅涂料。它是以硅酸乙酯為主要原材料，加入高分子化合物、超細(xì)鋅粉、增稠劑、耐腐蝕顏填料、溶劑、助劑等組成的，分甲組分和乙組分，為雙組分產(chǎn)品。漆膜鋅粉含量比較高，除了有優(yōu)異的耐候性和耐腐蝕性能外，最重要的是其具有陰極保護(hù)作用，可作為通用型防護(hù)底漆使用，漆膜具有良好的耐磨、耐油、耐水、耐腐蝕性能，適合用于暴露在海洋大氣、高溫和各種腐蝕環(huán)境下的各種鋼鐵構(gòu)件的長(zhǎng)效防腐，其中包括船舶、集裝箱、各類(lèi)碼頭設(shè)備、海洋平臺(tái)、大型建筑等鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，同時(shí)也可用于各類(lèi)地下輸油管線(xiàn)、化工管線(xiàn)等。

2 無(wú)機(jī)硅酸鋅（ZnSiO3）涂料的防腐機(jī)理

無(wú)機(jī)硅酸鋅涂料以部分水解的正硅酸乙酯為成膜物質(zhì)，鋅粉漿為防銹顏料，在醇類(lèi)溶劑揮發(fā)的同時(shí)，正硅酸乙酯的烷氧基吸收空氣中的潮氣并發(fā)生水解反應(yīng)，交聯(lián)固化成硅酸鋅鐵和硅酸鐵的復(fù)鹽。正硅酸乙酯的分子結(jié)構(gòu)為Si（OC2H2CH3）4，將其進(jìn)行部分水解，制成含有一定羥基的正硅酸乙酯液，然后與鋅粉漿混合，涂覆成膜后，部分水解的硅酸乙酯繼續(xù)水解和縮聚，形成以鋅離子為中介的Si—O—Si鍵高聚物網(wǎng)絡(luò)，無(wú)機(jī)硅酸鋅涂層與鋼基體的結(jié)合，不同于傳統(tǒng)有機(jī)涂料的物理黏結(jié)方式，而代之以與鋼基體表面的原子形成化學(xué)鍵，即涂料基料與鋼材表面的活性鐵反應(yīng)生成硅酸鐵，同時(shí)又與鋅粒子作用，形成一層堅(jiān)硬的無(wú)機(jī)膜，涂膜與鋼材互為一體。

3 無(wú)機(jī)硅酸鋅涂料的施工

3.1 鋼板表面處理要求

采用棱角砂噴砂至少達(dá)到Sa 2.5級(jí)，粗糙度一般控制在40～75 μm左右。

3.2 無(wú)機(jī)硅酸鋅涂料的施工

使用時(shí)先將A組分（液料）充分搖動(dòng)均勻后，倒入料桶內(nèi)，然后再倒入鋅粉（B組分），進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，A、B組分的配比按產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)要求，在噴漆以及刷涂過(guò)程中，為了防止鋅粉的沉淀，需要一邊攪拌一邊施工。

無(wú)機(jī)硅酸鋅涂料的膜厚要求以及最高膜厚的控制，具體需要參考產(chǎn)品配套標(biāo)準(zhǔn)厚度以及不同涂料公司的產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)數(shù)據(jù)，一般干膜厚度不得超過(guò)120 μm。

3.3 無(wú)機(jī)硅酸鋅涂料的施工條件

溫度范圍：0～40 ℃；固化時(shí)最低相對(duì)濕度（RH%）：65%。當(dāng)相對(duì)濕度< 65%時(shí)，無(wú)機(jī)硅酸鋅涂料的固化非常緩慢，所以在涂料施工完成后需在其表面噴灑淡水，增加其表面濕度，從而加快其固化速度，縮短后續(xù)涂層的復(fù)涂時(shí)間，灑水時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題：

（1） 灑水一般在無(wú)機(jī)硅酸鋅涂料施工完成的1～2 h后進(jìn)行（具體需要參考施工時(shí)的環(huán)境溫度以及各涂料公司的產(chǎn)品特點(diǎn)）。

（2） 灑水的頻率以保持漆膜表面濕潤(rùn)為標(biāo)準(zhǔn)。如果溫度與濕度都比較低，可以通過(guò)增加灑水的次數(shù)來(lái)提高固化速度，以減少低溫、低濕帶來(lái)的雙重影響（或者在無(wú)機(jī)硅酸鋅涂料表面覆蓋潮濕的棉布進(jìn)行保濕）；有條件的，可以適當(dāng)噴灑溫水。

（3） 灑水必須要均勻，可以采用有一定壓力的工具進(jìn)行灑水，確保漆膜的整個(gè)表面都能潤(rùn)濕。

（4） 即使在夏天高溫、高濕的環(huán)境下，也要灑水，這是因?yàn)殇摪灞砻鏈囟韧ǔ８哂诃h(huán)境溫度，在靠近鋼板表面的局部環(huán)境相對(duì)濕度會(huì)比較低，導(dǎo)致涂料不固化或者固化時(shí)間延長(zhǎng)。

3.4 復(fù)涂

在無(wú)機(jī)硅酸鋅涂料表面復(fù)涂后續(xù)涂料之前，一定要檢測(cè)無(wú)機(jī)硅酸鋅涂料的固化情況，只有當(dāng)其完全固化后，才能復(fù)涂后道涂層。

3.5 噴涂工具的選用

噴漆泵一般選用長(zhǎng)江9C泵（壓力比32∶1）；美國(guó)固瑞克的噴槍?zhuān)粐娮爝x用的是美國(guó)固瑞克163～517（口徑0.423 mm，流量1.02 L/min，霧噴寬度：250～300 mm）；噴嘴壓力（最小）：10 MPa。

4 無(wú)機(jī)硅酸鋅涂料固化測(cè)試方法——MEK法

試驗(yàn)表明，試劑擦拭法測(cè)試無(wú)機(jī)硅酸鋅涂料的固化程度，與紅外分析法有很好的一致性。使用MEK（甲乙酮）測(cè)試法，可以簡(jiǎn)便、快速地判斷無(wú)機(jī)硅酸鋅涂料的固化程度以及是否可以進(jìn)行后續(xù)涂層的施工。

MEK為一種可燃性液體，易揮發(fā)，重復(fù)或長(zhǎng)時(shí)間接觸會(huì)引起皮膚干燥，關(guān)于該有害物質(zhì)的詳細(xì)信息，需要參考供應(yīng)商的材料安全數(shù)據(jù)說(shuō)明書(shū)（另外此物質(zhì)的購(gòu)買(mǎi)需要在相關(guān)單位備案，有資質(zhì)的單位才可以代購(gòu)）。

4.1 試劑以及材料

MEK、手套、粗棉布（白色或者淺色的，便于判斷）。

4.2 測(cè)試步驟

（1） 選擇并清理測(cè)試區(qū)域，測(cè)試區(qū)域至少有50 mm的長(zhǎng)度，記錄測(cè)試區(qū)域的漆膜厚度。

（2） 用淡水清洗漆膜表面的松散物質(zhì)。

（3） 將粗棉布折4層，浸透MEK試劑，且在測(cè)試過(guò)程中，棉布始終保持浸濕狀態(tài)。

（4） 用浸有MEK的粗棉布在測(cè)試區(qū)域來(lái)回擦拭50次（1個(gè)來(lái)回為1次），或至金屬底材已暴露。如金屬底材已暴露，應(yīng)記錄擦拭的次數(shù)。

選擇測(cè)試區(qū)域相鄰的部位，用沒(méi)有浸透MEK的粗棉布擦拭50次，作為平行對(duì)比。

4.3 評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)ASTM D 4752—2010（2015）的要求，無(wú)機(jī)硅酸鋅涂料的耐MEK等級(jí)見(jiàn)表1。

表1 評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Evaluation criteria

無(wú)機(jī)硅酸鋅涂料耐MEK等級(jí)共分為6級(jí)，5級(jí)為最高級(jí)別，0級(jí)為最低級(jí)別，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，一般在4級(jí)，即可認(rèn)為漆膜已完全固化，但是因不同涂料公司產(chǎn)品性質(zhì)的差異，具體要求，可以參考涂料公司產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)以及該公司現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)服務(wù)人員或業(yè)主的要求。

4.4 固化測(cè)試報(bào)告內(nèi)容要求

固化測(cè)試報(bào)告內(nèi)容包括：底漆的干膜厚度；底漆施工與開(kāi)始測(cè)試之間的時(shí)間；實(shí)施測(cè)試的次數(shù)，結(jié)果等級(jí)；如果測(cè)試結(jié)果為0級(jí)，來(lái)回擦拭的次數(shù)要求暴露至底材；室外和廠(chǎng)房測(cè)試需注明試驗(yàn)的面積或者試驗(yàn)件數(shù)。

5 無(wú)機(jī)硅酸鋅涂料常見(jiàn)漆膜弊病以及原因分析

（1） 底漆與基材附著力不好。主要是前期的表面處理措施不當(dāng)，基材表面殘存的氧化皮、鐵銹等會(huì)阻礙鋅粉與鋼材表面的電位接觸，而降低涂層的化學(xué)和極性附著；另外基材過(guò)于光滑，也會(huì)影響到涂層的機(jī)械附著力。因此，基材表面要有合適的清潔度和粗糙度，一般來(lái)說(shuō)，噴砂除銹達(dá)Sa 2.5級(jí)以上，表面粗糙度達(dá)40～75 μm，粗糙度過(guò)高會(huì)影響涂層的平整度以及波峰處的防護(hù)效果。

（2） 固化效果不好。無(wú)機(jī)硅酸鋅涂料的固化速率受空氣濕度影響較大，一般要求相對(duì)濕度至少在65%以上，溫度在20 ℃以上，此時(shí)其固化時(shí)間為12～24 h。但具體的固化要求，不同的涂料公司的產(chǎn)品會(huì)有些差異。為加速其固化，在噴涂后1～2 h左右開(kāi)始灑淡水加速其固化進(jìn)程。即使在相對(duì)濕度較高時(shí)，比如70%以上，也要灑淡水加速其固化。

（3） 涂膜龜裂。過(guò)高的干膜厚度會(huì)導(dǎo)致涂膜龜裂。特別是鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)角焊縫以及H型鋼的腹板和翼緣板的焊縫處，較容易出現(xiàn)涂膜開(kāi)裂。不同的鋼結(jié)構(gòu)對(duì)于無(wú)機(jī)硅酸鋅涂料有著不同的干膜厚度設(shè)計(jì)要求。防銹底漆要求膜厚為40～80 μm，單道涂層體系厚度要求為75～100 μm。通常認(rèn)為膜厚在120 μm以下是安全的。對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，使用小槍嘴噴槍多次行槍噴涂，龜裂機(jī)率更大，如發(fā)現(xiàn)漆膜過(guò)厚有流掛傾向，需馬上用刷子刷平。

（4） 氣泡或針孔。無(wú)機(jī)硅酸鋅涂料表面呈多孔的不平整性。當(dāng)后道封閉漆噴涂于多孔的無(wú)機(jī)硅酸鋅底漆表面時(shí)，部分溶劑滲入到孔隙里，在環(huán)境溫度的作用下，滲入到孔隙里的溶劑揮發(fā)，并連同底漆不平表面中的空氣一起沖破封閉漆膜而釋放，如果封閉涂層過(guò)厚，就會(huì)在涂層的表面形成氣泡或針孔。

（5） 白銹。由于無(wú)機(jī)硅酸鋅涂料中含有大量的鋅粉，即單質(zhì)鋅，鋅的低電位決定了它的活潑性，同時(shí)也會(huì)和空氣中的水反應(yīng)形成鋅鹽Zn（OH）2，也就是白銹，Zn（OH）2為兩性氧化物，很不穩(wěn)定，微溶于水，不會(huì)形成封閉薄膜，也沒(méi)有保護(hù)作用，因此，在施工后道漆之前一定要除去鋅鹽。除去的方法可以用空壓淡水沖洗，也可以用尼龍刷刷洗后再用淡水沖洗，特別嚴(yán)重的可以用機(jī)械工具清除。