無機富鋅涂料的施工工藝研究

江 濤 （中遠(yuǎn)關(guān)西涂料化工有限公司，上海 201512）

0 引言

由于無機富鋅涂料在防腐、耐化學(xué)品、耐高溫等方面的優(yōu)異性能，其被廣泛應(yīng)用于工業(yè)重防腐領(lǐng)域。它是一種溶劑型自固化無機涂料，它以聚硅酸乙酯為原料，經(jīng)水解制成含羥基的高水解度聚硅酸乙酯溶液，配以鋅粉使用，分為兩罐裝。它的成膜機理復(fù)雜，主要是依靠已水解到一定程度的硅酸酯吸收空氣中的水分，繼續(xù)發(fā)生水解反應(yīng)，自身產(chǎn)生縮聚，并同時與鋅及鋼鐵反應(yīng)生成復(fù)合鹽類，即干燥的同時通過化學(xué)反應(yīng)與鋼材表面牢固結(jié)合，無機富鋅涂料的成膜機理見圖1。

圖1 無機富鋅涂料的成膜機理Figure 1 Film-forming mechanism of inorganic zinc-rich coatings

下文重點介紹了無機富鋅涂料的施工方法和注意事項。

1 無機富鋅涂料施工工藝

無機富鋅涂料的基本施工流程圖見圖2。

圖2 無機富鋅涂料的基本施工流程圖Figure 2 Basic construction flow chart of the inorganic zinc-rich coatings

噴涂施工參數(shù)見表1。

表1 噴涂施工參數(shù)Table 1 Parameters of spraying process

表1中施工參數(shù)僅為參考，實際施工中還需要根據(jù)管路長度和氣源氣壓的實際情況進(jìn)行調(diào)整。施工時需注意以下3點：

（1）施工中應(yīng)避免涂膜過厚，特別是交角、邊棱等特殊部位，這樣可有效防止漆膜開裂。

（2）由于無機富鋅成膜機理特殊，盡量一次噴涂達(dá)到所需膜厚要求，如需補槍，則在10 min內(nèi)完成。

（3）對特殊型材和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的底材要掌握噴涂手法，選用小口徑的噴嘴，在噴涂過程中可結(jié)合毛刷來抹平小范圍的流掛。

2 施工環(huán)境和漆膜固化

無機富鋅涂料最佳施工環(huán)境溫度為5～30 ℃，相對濕度為40 %～80 %。一般要求鋼板溫度應(yīng)高于露點溫度3 ℃以上時才能進(jìn)行施工，當(dāng)溫度低于0 ℃時施工，鋼材表面的微量結(jié)冰可能會影響漆膜附著力；當(dāng)溫度超過40 ℃時施工，則會出現(xiàn)溶劑揮發(fā)過快的問題。

無機富鋅涂料靠與空氣中的水分反應(yīng)成膜，這就要求空氣中保證一定的濕度，在低溫和低濕環(huán)境下漆膜的固化時間會延長。低于65 %的濕度環(huán)境不利于漆膜的固化。在80 μm的標(biāo)準(zhǔn)膜厚下，相對濕度65 %～75 %，環(huán)境溫度為20 ℃時，漆膜固化時間約為2 d。

中遠(yuǎn)關(guān)西SD ZINC 2000無機富鋅涂料中含特種吸水劑，在30 %低濕度的條件下，仍然可以靠自身吸水成膜，提高了施工適應(yīng)性，較適宜北方氣候干燥條件下的施工。SD ZINC 2000干燥測試結(jié)果見表2。

表2 SD ZINC 2000干燥測試結(jié)果Table 2 Drying test results of SD ZINC 2000

現(xiàn)場可以用以下方法來測試漆膜的固化程度：

（1）用硬幣刮擦漆膜，如果僅有少量的鋅粉刮下，同時擦刮面漆膜閃亮，則說明固化已經(jīng)完成。

（2）采用甲乙酮擦拭法，可參考ASTM D 4752—2003。

在工件表面噴灑清水可以提高濕度，加快漆膜固化，但是正常情況下不推薦采用此法，除非施工現(xiàn)場的環(huán)境條件已經(jīng)嚴(yán)重影響了漆膜的干燥，并且無法通過其它方法進(jìn)行改進(jìn)時，才可以使用灑水的工藝。

3 無機富鋅涂料性能的影響因素

3.1 貯存期的影響

無機富鋅涂料的液體組分通常顯酸性，且易與鐵發(fā)生反應(yīng)，所以一般采用塑料桶或內(nèi)襯塑料的鐵桶包裝。通常其保質(zhì)期在3～6個月，這是因為即使在封閉的條件下，聚硅酸乙酯仍然會以一定速度進(jìn)行水解。以60 %水解度的聚硅酸乙酯為例，在不同貯存時間下無機富鋅涂料的防腐蝕效果見表3。

表3 在不同貯存時間下無機富鋅涂料的防腐蝕效果aTable 3 Anti-corrosion effect of inorganic zinc-rich coatings under different storage time

溫度升高和包裝破損都會加快聚硅酸乙酯溶液的水解速度，隨著聚合度的提高，干燥性加快，但抗開裂性和防腐性能明顯降低，造成產(chǎn)品性能下降甚至變質(zhì)。實際使用中庫存產(chǎn)品要本著“先進(jìn)先出、先到先用”的原則進(jìn)行管理。盡量避免陽光直曬，露天存放時建議加以遮蓋。

3.2 底材處理的影響

由于無機富鋅涂料成膜機理的特殊性，必須對底材進(jìn)行徹底的噴砂，如果底材處理不徹底，留有氧化鐵或其他殘留物，將會極大地影響化學(xué)鍵的生成，從而影響附著力。同時，粗糙度也是非常重要的，以無機富鋅涂料（80 μm）+環(huán)氧厚漿涂料（150 μm）配套為例，底材粗糙度對成膜的影響見表4。

表4 底材粗糙度對成膜的影響Table 4 Effect of substrate roughness on film-forming

綜上，在噴砂前進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的處理很有必要，包括焊縫的打磨光順、咬邊氣孔的補焊打磨、飛濺的鏟除打磨以及銳邊的倒角等。為了達(dá)到理想的涂裝效果，底材的除銹等級必須達(dá)到瑞典標(biāo)準(zhǔn)SIS Sa 2.5級（非常徹底的噴砂除銹，表面應(yīng)無可見的油脂、污物、氧化皮、鐵銹、油漆涂層和雜質(zhì)，殘留物痕跡僅顯示點狀或條紋狀的輕微色斑）；同時要求經(jīng)噴砂除銹的底材表面粗糙度均勻，粗糙度范圍為50～80 μm。粗糙度不足會影響漆膜附著力，增加漆膜出現(xiàn)龜裂的可能性。

打砂介質(zhì)宜使用鋼砂（粒度0.2～1.2 mm）或硅酸鋁（粒度0.4～1.8 mm）。打砂時噴槍口的壓力要求在0.6～0.7 MPa，打砂結(jié)束后立即進(jìn)行真空吸塵清潔表面，可以使用鐵刷去除難以吸走的砂粒。

3.3 油漆調(diào)配順序的影響

通常情況下，無機富鋅涂料分為兩罐裝，A組分為粉狀，B組分固化劑為液體。由于鋅粉相對密度較大，難以在手動條件下充分混合，所以建議施工方采用氣動混合，具體做法是在桶中先加入固化劑液體，然后邊攪拌邊加入主劑鋅粉，在噴涂過程中為防止鋅粉沉降，應(yīng)持續(xù)予以攪拌。兩組分混合后攪拌一段時間（15 min）再進(jìn)行施工是非常有必要的，這樣鋅粉和固化劑能充分地混合潤濕，有利于噴涂的均勻性和連續(xù)性。

3.4 避免漆膜開裂的措施

漆膜開裂主要是由于漆膜在干燥和固化時收縮而形成的，這種現(xiàn)象又被俗稱為“泥裂”。產(chǎn)生漆膜開裂的原因主要有以下幾點：

（1）漆膜噴涂過厚，一般而言無機富鋅涂料的膜厚在120 μm以上時，出現(xiàn)開裂的風(fēng)險就會加大；

（2）底材粗糙度過低，尤其在焊道上，往往會出現(xiàn)粗糙度不足的問題；

（3）相對濕度高而同時通風(fēng)條件又太差時，漆膜表層固化太快，會導(dǎo)致漆膜開裂。同樣，如果噴水量過多也容易出現(xiàn)這樣的問題；

（4）產(chǎn)品超過了保質(zhì)期，或產(chǎn)品存放在不合適的環(huán)境中，例如陽光直曬、高溫、高濕等。

控制好以上幾點，就基本可以避免漆膜開裂問題的出現(xiàn)。

4 覆涂和修補

推薦的覆涂間隔：48 h（溫度20 ℃，濕度65 %）。

由于無機富鋅漆膜的鋅含量很高，剛施工時它是一種多孔狀結(jié)構(gòu)。如果經(jīng)過幾個月的室外固化，鋅會和大氣中的二氧化碳及水分發(fā)生反應(yīng)生成鋅鹽，漆膜中的孔隙會逐漸被鋅鹽填充而變得致密。但是，根據(jù)施工周期的要求，必須在多孔情況下進(jìn)行覆涂，因此無機富鋅涂料在進(jìn)行覆涂時總是存在起泡的風(fēng)險，當(dāng)然涂裝后暴露的時間越長，出現(xiàn)起泡風(fēng)險的可能性就會越低。

起泡的主要原因是涂裝時無機富鋅漆膜中的空氣受到滲入漆液的擠壓以氣泡的形態(tài)從多孔表面穿出而形成的。一般情況下肉眼清晰可見的完整起泡或針孔是不可接受的，需要進(jìn)行修補。

要避免或減少起泡問題，需注意以下4個要點：

（1）控制好無機富鋅涂料的涂裝質(zhì)量，力爭獲得均勻合理的膜厚；

（2）氣溫較高時，可能需要加入更多的稀釋劑，避免干噴；

（3）通常在逐步降溫的條件下施工可以減少氣泡的發(fā)生，例如傍晚時刻；

（4）盡量延長涂裝間隔時間。

當(dāng)然，如果不能進(jìn)行長時間固化養(yǎng)護(hù)，那么先進(jìn)行薄霧涂層的施工（噴涂封閉漆），然后再以正常兌稀率噴涂下道油漆，是解決起泡問題最有效可行的手段。

噴涂封閉漆的方法：一般采用下道油漆先兌稀20 %～50 %（視下道油漆黏度而定，質(zhì)量分?jǐn)?shù)），封閉漆的膜厚不易過薄，否則不能起到良好的封閉效果；封閉漆也不宜過厚，否則氣泡不易排出，通常封閉漆膜厚控制在25～50 μm即可。進(jìn)行下道油漆施工時需注意涂裝間隔，待封閉漆干燥后方可進(jìn)行，否則下道油漆會將封閉漆溶解，重新產(chǎn)生針孔、氣泡問題。

施工過程中如果需要進(jìn)行修補，最好避免使用無機富鋅涂料作為修補底漆，因為無機富鋅涂料無法在修補邊緣的有機涂層上產(chǎn)生良好的附著力。解決的方法是使用環(huán)氧富鋅涂料作為修補底漆。

5 結(jié)語

以上針對無機富鋅涂料施工過程中各節(jié)點需注意的事項進(jìn)行了逐一分析、總結(jié)。隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，無機富鋅涂料廣泛用于大型橋梁、儲罐、鋼結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域，相信良好的施工工藝對提高無機富鋅涂料的性能將起到非常重要的作用，也希望本研究對從事相關(guān)行業(yè)的讀者能有所幫助。