无机硅酸锌涂料的性能、施工以及常见弊病浅析

陈永进 （南通中远重工有限公司，江苏南通 226100）

0 引言

无机硅酸锌涂料对钢板表面有着良好的防护性能，能够在底材表面起到很好的阴极保护作用（因锌的金属活性大于铁，一旦在外界条件的作用下，形成电化学腐蚀，能够起牺牲阳极，保护阴极作用，延缓钢板的腐蚀周期），因而其在各种钢结构产品中被广泛使用，但是由于该涂料的施工要求相对比较苛刻，不易施工，或者施工后，因不能满足业主要求，被要求返冲砂的现象比较多，笔者根据多年的实践经验，对该涂料的性能、施工要点、固化测试，以及施工后可能出现的弊病以及处理方法进行总结概述。

1 无机硅酸锌涂料简介

无机硅酸锌涂料，俗称：无机富锌涂料，分为两类：醇溶性无机硅酸锌涂料和水溶性无机硅酸锌涂料。它是以硅酸乙酯为主要原材料，加入高分子化合物、超细锌粉、增稠剂、耐腐蚀颜填料、溶剂、助剂等组成的，分甲组分和乙组分，为双组分产品。漆膜锌粉含量比较高，除了有优异的耐候性和耐腐蚀性能外，最重要的是其具有阴极保护作用，可作为通用型防护底漆使用，漆膜具有良好的耐磨、耐油、耐水、耐腐蚀性能，适合用于暴露在海洋大气、高温和各种腐蚀环境下的各种钢铁构件的长效防腐，其中包括船舶、集装箱、各类码头设备、海洋平台、大型建筑等钢结构产品，同时也可用于各类地下输油管线、化工管线等。

2 无机硅酸锌（ZnSiO3）涂料的防腐机理

无机硅酸锌涂料以部分水解的正硅酸乙酯为成膜物质，锌粉浆为防锈颜料，在醇类溶剂挥发的同时，正硅酸乙酯的烷氧基吸收空气中的潮气并发生水解反应，交联固化成硅酸锌铁和硅酸铁的复盐。正硅酸乙酯的分子结构为Si（OC2H2CH3）4，将其进行部分水解，制成含有一定羟基的正硅酸乙酯液，然后与锌粉浆混合，涂覆成膜后，部分水解的硅酸乙酯继续水解和缩聚，形成以锌离子为中介的Si—O—Si键高聚物网络，无机硅酸锌涂层与钢基体的结合，不同于传统有机涂料的物理黏结方式，而代之以与钢基体表面的原子形成化学键，即涂料基料与钢材表面的活性铁反应生成硅酸铁，同时又与锌粒子作用，形成一层坚硬的无机膜，涂膜与钢材互为一体。

3 无机硅酸锌涂料的施工

3.1 钢板表面处理要求

采用棱角砂喷砂至少达到Sa 2.5级，粗糙度一般控制在40～75 μm左右。

3.2 无机硅酸锌涂料的施工

使用时先将A组分（液料）充分摇动均匀后，倒入料桶内，然后再倒入锌粉（B组分），进行充分搅拌，A、B组分的配比按产品说明书要求，在喷漆以及刷涂过程中，为了防止锌粉的沉淀，需要一边搅拌一边施工。

无机硅酸锌涂料的膜厚要求以及最高膜厚的控制，具体需要参考产品配套标准厚度以及不同涂料公司的产品说明书数据，一般干膜厚度不得超过120 μm。

3.3 无机硅酸锌涂料的施工条件

温度范围：0～40 ℃；固化时最低相对湿度（RH%）：65%。当相对湿度< 65%时，无机硅酸锌涂料的固化非常缓慢，所以在涂料施工完成后需在其表面喷洒淡水，增加其表面湿度，从而加快其固化速度，缩短后续涂层的复涂时间，洒水时应注意以下问题：

（1） 洒水一般在无机硅酸锌涂料施工完成的1～2 h后进行（具体需要参考施工时的环境温度以及各涂料公司的产品特点）。

（2） 洒水的频率以保持漆膜表面湿润为标准。如果温度与湿度都比较低，可以通过增加洒水的次数来提高固化速度，以减少低温、低湿带来的双重影响（或者在无机硅酸锌涂料表面覆盖潮湿的棉布进行保湿）；有条件的，可以适当喷洒温水。

（3） 洒水必须要均匀，可以采用有一定压力的工具进行洒水，确保漆膜的整个表面都能润湿。

（4） 即使在夏天高温、高湿的环境下，也要洒水，这是因为钢板表面温度通常高于环境温度，在靠近钢板表面的局部环境相对湿度会比较低，导致涂料不固化或者固化时间延长。

3.4 复涂

在无机硅酸锌涂料表面复涂后续涂料之前，一定要检测无机硅酸锌涂料的固化情况，只有当其完全固化后，才能复涂后道涂层。

3.5 喷涂工具的选用

喷漆泵一般选用长江9C泵（压力比32∶1）；美国固瑞克的喷枪；喷嘴选用的是美国固瑞克163～517（口径0.423 mm，流量1.02 L/min，雾喷宽度：250～300 mm）；喷嘴压力（最小）：10 MPa。

4 无机硅酸锌涂料固化测试方法——MEK法

试验表明，试剂擦拭法测试无机硅酸锌涂料的固化程度，与红外分析法有很好的一致性。使用MEK（甲乙酮）测试法，可以简便、快速地判断无机硅酸锌涂料的固化程度以及是否可以进行后续涂层的施工。

MEK为一种可燃性液体，易挥发，重复或长时间接触会引起皮肤干燥，关于该有害物质的详细信息，需要参考供应商的材料安全数据说明书（另外此物质的购买需要在相关单位备案，有资质的单位才可以代购）。

4.1 试剂以及材料

MEK、手套、粗棉布（白色或者浅色的，便于判断）。

4.2 测试步骤

（1） 选择并清理测试区域，测试区域至少有50 mm的长度，记录测试区域的漆膜厚度。

（2） 用淡水清洗漆膜表面的松散物质。

（3） 将粗棉布折4层，浸透MEK试剂，且在测试过程中，棉布始终保持浸湿状态。

（4） 用浸有MEK的粗棉布在测试区域来回擦拭50次（1个来回为1次），或至金属底材已暴露。如金属底材已暴露，应记录擦拭的次数。

选择测试区域相邻的部位，用没有浸透MEK的粗棉布擦拭50次，作为平行对比。

4.3 评估标准

根据ASTM D 4752—2010（2015）的要求，无机硅酸锌涂料的耐MEK等级见表1。

表1 评估标准Table 1 Evaluation criteria

无机硅酸锌涂料耐MEK等级共分为6级，5级为最高级别，0级为最低级别，根据施工经验，一般在4级，即可认为漆膜已完全固化，但是因不同涂料公司产品性质的差异，具体要求，可以参考涂料公司产品说明书以及该公司现场技术服务人员或业主的要求。

4.4 固化测试报告内容要求

固化测试报告内容包括：底漆的干膜厚度；底漆施工与开始测试之间的时间；实施测试的次数，结果等级；如果测试结果为0级，来回擦拭的次数要求暴露至底材；室外和厂房测试需注明试验的面积或者试验件数。

5 无机硅酸锌涂料常见漆膜弊病以及原因分析

（1） 底漆与基材附着力不好。主要是前期的表面处理措施不当，基材表面残存的氧化皮、铁锈等会阻碍锌粉与钢材表面的电位接触，而降低涂层的化学和极性附着；另外基材过于光滑，也会影响到涂层的机械附着力。因此，基材表面要有合适的清洁度和粗糙度，一般来说，喷砂除锈达Sa 2.5级以上，表面粗糙度达40～75 μm，粗糙度过高会影响涂层的平整度以及波峰处的防护效果。

（2） 固化效果不好。无机硅酸锌涂料的固化速率受空气湿度影响较大，一般要求相对湿度至少在65%以上，温度在20 ℃以上，此时其固化时间为12～24 h。但具体的固化要求，不同的涂料公司的产品会有些差异。为加速其固化，在喷涂后1～2 h左右开始洒淡水加速其固化进程。即使在相对湿度较高时，比如70%以上，也要洒淡水加速其固化。

（3） 涂膜龟裂。过高的干膜厚度会导致涂膜龟裂。特别是钢结构的内角焊缝以及H型钢的腹板和翼缘板的焊缝处，较容易出现涂膜开裂。不同的钢结构对于无机硅酸锌涂料有着不同的干膜厚度设计要求。防锈底漆要求膜厚为40～80 μm，单道涂层体系厚度要求为75～100 μm。通常认为膜厚在120 μm以下是安全的。对于复杂结构，使用小枪嘴喷枪多次行枪喷涂，龟裂机率更大，如发现漆膜过厚有流挂倾向，需马上用刷子刷平。

（4） 气泡或针孔。无机硅酸锌涂料表面呈多孔的不平整性。当后道封闭漆喷涂于多孔的无机硅酸锌底漆表面时，部分溶剂渗入到孔隙里，在环境温度的作用下，渗入到孔隙里的溶剂挥发，并连同底漆不平表面中的空气一起冲破封闭漆膜而释放，如果封闭涂层过厚，就会在涂层的表面形成气泡或针孔。

（5） 白锈。由于无机硅酸锌涂料中含有大量的锌粉，即单质锌，锌的低电位决定了它的活泼性，同时也会和空气中的水反应形成锌盐Zn（OH）2，也就是白锈，Zn（OH）2为两性氧化物，很不稳定，微溶于水，不会形成封闭薄膜，也没有保护作用，因此，在施工后道漆之前一定要除去锌盐。除去的方法可以用空压淡水冲洗，也可以用尼龙刷刷洗后再用淡水冲洗，特别严重的可以用机械工具清除。