水性漆在港機設備中的應用工藝

張 宇

寧波梅山島國際集裝箱碼頭有限公司

1 引言

水性漆是一種以水為主體材料的涂料，其中僅含有少量的低毒性醇醚類的有機溶劑，一般的水性涂料有機溶劑占比在5%～15%之間，在降低污染、節(jié)約資源方面效果顯著[1]。港機設備制造企業(yè)應用水性漆，不但有利于改善環(huán)境污染，減少對人員傷害，而且還節(jié)約大量的資源和成本。

2 水性漆的應用現(xiàn)狀

近年來，隨著我國國民環(huán)保意識的不斷提升，以及國家新環(huán)保政策的推行，水性涂料由于其環(huán)保特性得到了長足的發(fā)展[2]?，F(xiàn)階段，水性漆已經(jīng)在機械設備、家裝、建筑和民用產(chǎn)品等領域得到越來越廣泛的應用，并將成為漆類未來發(fā)展的重要方向之一[3]。

涂裝工藝是將油漆涂裝到港機設備上以達到防腐和美觀的效果，是港機設備制造過程中必不可少的一道工序[4]。應環(huán)保政策要求，國內港機設備制造商開始逐漸提高對設備生產(chǎn)制造工藝的環(huán)保要求。而傳統(tǒng)油性漆在使用過程中造成了較大的環(huán)境污染和人工污染，水性油漆代替?zhèn)鹘y(tǒng)油漆的使用將全面降低涂裝給環(huán)境帶來的危害。為適應工藝的改革，供應商開始全面提高對水性漆的應用和研發(fā)。

水性漆與溶劑型漆在性能、涂裝方式、環(huán)境要求等許多方面都有區(qū)別。在港機設備上，水性油漆代替?zhèn)鹘y(tǒng)油性漆在配方工藝、施工及應用方面也存在差異，現(xiàn)從涂裝工藝角度重點討論水性油漆在港機設備上的應用。

3 水性漆的常見的問題

水性漆在使用過程中存在不少的問題，其中主要包括了以下幾個方面。

(1)施工時間長。水性漆的水含量較高，相較于傳統(tǒng)油性漆更加難以揮發(fā)，增加施工時長，在高濕度環(huán)境中易造成涂裝流掛現(xiàn)象。

(2)生產(chǎn)成本較高。根據(jù)相關調查，水性油漆相比于傳統(tǒng)的油性漆成本更高，至少提高了30%，且在港機設備這類大型設備上，涂裝面積大，導致成本增加更高。

(3)設備改造成本大。水性漆在使用的過程中，不僅擁有著較高的生產(chǎn)成本，同時在設備改造成本方面也相對較高。水性漆對金屬具有高腐蝕性，在使用過程中易對涂裝設備造成腐蝕，金屬溶解后，使分散微粒析出，造成涂裝中的麻點現(xiàn)象。為了更好提高水性漆的成膜效果，需將設備改換成不銹鋼設備，或增加防腐蝕襯里。

(4)工藝要求高。水的表面張力是一般溶劑的2.5倍，導致水性油漆無法將鋼構全部浸潤，固化后易產(chǎn)生縮孔現(xiàn)象[5]。為防止缺陷產(chǎn)生，需在涂裝時添加表面活性劑來降低張力，提高浸潤性能。

(5)粘度較差。水的粘度受剪切力影響變化很大，在受到高剪切作用時，水性油漆的粘度會下降很多，會對輸調漆系統(tǒng)帶來很大影響。

4 施工條件標準

由于水性漆存在上述特性，導致在噴涂施工時，水性漆與傳統(tǒng)溶劑型漆相比，需要不同的施工條件和施工工藝。

4.1 表面處理

港機設備中使用的主要材料是鋼鐵，水性漆施工前需保證鋼結構的表面清潔。所有施工表面應用適當?shù)那鍧崉┏ニ械挠椭?、污跡，保持施工表面清潔干燥、無污染物。裸鋼表面進行噴砂清理到Sa2.5級(ISO8501-1)或動力工具除銹到St3級，并保持表面清潔干燥。

4.2 施工環(huán)境

為了適應水性漆的特性，在水性漆的施工過程中，需要保證良好的施工環(huán)境：①室外涂裝時必須保證天氣晴好，且溫度不得低于5℃，鋼構底材的表面溫度需高于露點溫度至少3℃，相對濕度不得超過80%，以保證不會出現(xiàn)水汽凝結的現(xiàn)象；②施工期間需保證良好的通風，尤其是干燥期間，需確保涂裝水性漆的表面均受到良好的通風；③所有接觸水性漆及其組成部分的泵、管、槍等設備，都必須以合適的方式進行徹底清潔，以避免金屬污染。

4.3 施工方式

水性漆的施工方式?jīng)Q定著水性漆的使用壽命和質量，所以需選用適用于大型機械厚板鋼構的施工方式。水性漆的施工方式主要為無空氣噴涂、空氣噴涂和刷涂，上海振華的港機設備其鋼結構表面涂裝主要進行空氣噴涂和無空氣噴涂，而在復涂或一些不適用的噴涂的位置時，主要通過刷涂來進行。

無空氣噴涂推薦采用噴孔口徑為0.43～0.66 mm的噴涂設備，總輸出流體壓力一般采用25～35 MPa。

空氣噴涂適用噴孔口徑為1.2～2.5 mm的噴涂設備，空氣壓力一般推薦為0.3～0.6 MPa。

現(xiàn)階段，在港機設備中水性漆主要應用于箱體內壁，要求用無空氣噴涂1遍150 μm水性漆，但考慮到厚度調節(jié)和固化速度等問題，在實際應用過程中采用噴涂2遍75 μm的水性漆以保證漆膜質量。

4.4 固化時間

不同的水性漆的成分與量均會產(chǎn)生不同的固化時間，某公司的水性環(huán)氧富鋅底漆固化時間見表1。

表1 水性環(huán)氧富鋅底漆固化時間

表1的數(shù)據(jù)是基于既定的膜厚范圍，在受控的實驗室溫度以及低于70%相對濕度的環(huán)境中測定的。其中，表(觸)干是指用手指輕壓而無指印殘留或無黏著的狀態(tài)；可踩踏干燥是指在涂層可以允許正常步行而不留下永久足印、痕跡或其他物理損壞的最短時間；干燥后復涂最短間隔是指可以施工下道涂層的推薦最短時間間隔；干燥/固化至可使用指的是涂料可永久暴露于特定環(huán)境/介質的最短時間。

由表1可以看出，底材溫度越高則固化時間越快。由于現(xiàn)階段環(huán)保法的要求，為減少油漆涂裝對環(huán)境的影響，所有的涂裝工作需由之前的室外搬到室內進行，所以底材的溫度基本略低于室溫，固化時間也會有一定的延長。

5 常見缺陷及工藝改進

為避免和減少水性漆的成膜缺陷，主要研究了下列幾項常見的問題。

5.1 開裂

開裂是水性油漆成膜時常見的一種漆膜缺陷，主要出現(xiàn)在溫度較低的區(qū)域和季節(jié)。在港機設備的涂裝中出現(xiàn)開裂的原因主要有以下3點：①環(huán)境溫度過高，風速較大導致的迅速干燥；②水性漆膜厚度過高導致開裂；③環(huán)境溫度未達到水性漆成膜最低的溫度要求。以上原因的本質，還是因為漆膜中的水分含量過高，揮發(fā)后在漆膜間出現(xiàn)縫隙導致的。

面對不同原因的開裂情況，可以有不同的措施去解決問題：①避免在高溫烈日直射下和大風環(huán)境下施工，現(xiàn)在涂裝均要求在室內作業(yè)，已盡可能避免了這種環(huán)境因素導致的開裂；②水性漆在刷漆的時候，一次施工盡量不要涂刷過厚，并控制好下一次涂刷的時間以減少開裂情況；③在室內涂刷時，需要控制好環(huán)境和材料的溫度，確保一定要高于水性漆成膜的最低溫度要求5℃。在運用工藝解決開裂的同時，水性漆制造方能否開發(fā)出新型技術，例如將水在揮發(fā)時，出現(xiàn)其他物質和空氣產(chǎn)生反應來填補水分揮發(fā)的空間，或者直接由水發(fā)生一定的反應變?yōu)椴粫Νh(huán)境和人類造成傷害的物質，成為水性漆膜的組成部分，這也將減少開裂所造成的風險。

5.2 流掛

流掛是涂裝后，水性漆立即向下流淌，造成涂層表面不均勻現(xiàn)象。雖然不會導致防護性能喪失，但是會導致水性漆膜厚度不均勻，嚴重的也會造成油漆開裂。形成流掛的原因主要有：①漆膜厚度過高導致附著性降低；②水性漆過度兌水導致漆膜過稀，附著度降低；③環(huán)境濕度太高，溫度太低。

針對漆膜附著力的問題，需要求在施工時控制好漆膜的濕度和厚度。主要從以下幾個方面控制：①在施工前，控制涂裝的工藝參數(shù)來保證漆膜的厚度，厚度過高時可將一道漆膜改成多道工序；②嚴格按說明書的要求進行兌水；③在室內涂裝時要求控制，環(huán)境的溫度和濕度，并且保證材料的干燥度。

5.3 閃銹

閃銹是水性漆直接涂覆刷在金屬材料上，由于水分含量高，揮發(fā)時間較長，造成金屬結構出現(xiàn)銹蝕的狀況。閃銹其本質是一種電化學反應，主要是金屬和氧氣的金屬氧化反應，而水的存在則是為氧化反應提供了催化劑。出現(xiàn)閃銹的場所必然具備屬性較為活潑的金屬結構、過量的水和氧氣3種要素。解決方法如下：

(1)減少水分，加速水分的揮發(fā)。在施工中，可通過提高環(huán)境的溫度和降低空氣中的濕度來減少閃銹現(xiàn)象的出現(xiàn)，必要時，可以運用烘干設備對刷完漆的構件進行烘干。

(2)選擇適合的厚度。水性漆膜的厚度越高，水分的揮發(fā)時間越長，易造成閃銹現(xiàn)象的出現(xiàn)。施工時，建議減小漆膜的厚度或將一道漆膜變更為多道來施工。

(3)降低電化學反應的出現(xiàn)。閃銹是金屬氧化的表現(xiàn)，在選用金屬材料時，可以選用不易產(chǎn)生氧化反應的金屬來減低閃銹出現(xiàn)的概率；當PH值為9.5以上時，電化學反應不易發(fā)生，涂料基本不產(chǎn)生閃繡現(xiàn)象。

5.4 縮孔

在水性漆的施工中，縮孔形成的主要原因是表面張力差。在實際操作中，造成縮孔現(xiàn)象的普遍原因有：①金屬結構上出現(xiàn)油污或其他雜質；②兩道水性漆之間施工間隔時間過長；③在噴涂水性漆前未對上一道漆進行表面處理；④水性漆中消泡劑的選擇不當。

為避免縮孔，在噴涂前對金屬結構進行徹底打磨，并在打磨后盡快進行水性漆的噴涂，避免二次污染；降低水性漆的施工間隔，并打磨上一道漆膜的漆面；還可選擇相容性較好的消泡劑。

5.5 氣泡

在施工中噴涂的水性漆膜表面呈會出現(xiàn)一些小氣泡，其產(chǎn)生的原因主要是：①在噴涂過程中壓力過低；②流平的時間不夠；③環(huán)境溫度太高。

可通過以下措施減少缺陷的發(fā)生：①增加噴涂時的空氣壓力；②選用合適的流平劑，增加水性漆的流平性；③盡量選擇在室內噴涂，控制室內環(huán)境溫度。

6 結語

水性漆在港機設備以及各種其他涂裝方面的應用，已經(jīng)成為未來的發(fā)展趨勢。國家在政策上對環(huán)境標準的提高，使得水性漆將成為港機設備涂裝的主要選擇。隨著技術的發(fā)展，水性漆制造工藝和涂裝工藝的越發(fā)成熟，必將帶動成本的下降和工藝缺陷的減少，水性漆這類的環(huán)保漆必將取代那些傳統(tǒng)高污染的油性漆，成為涂裝行業(yè)的優(yōu)先選擇。