水性漆在港机设备中的应用工艺

张 宇

宁波梅山岛国际集装箱码头有限公司

1 引言

水性漆是一种以水为主体材料的涂料，其中仅含有少量的低毒性醇醚类的有机溶剂，一般的水性涂料有机溶剂占比在5%～15%之间，在降低污染、节约资源方面效果显著[1]。港机设备制造企业应用水性漆，不但有利于改善环境污染，减少对人员伤害，而且还节约大量的资源和成本。

2 水性漆的应用现状

近年来，随着我国国民环保意识的不断提升，以及国家新环保政策的推行，水性涂料由于其环保特性得到了长足的发展[2]。现阶段，水性漆已经在机械设备、家装、建筑和民用产品等领域得到越来越广泛的应用，并将成为漆类未来发展的重要方向之一[3]。

涂装工艺是将油漆涂装到港机设备上以达到防腐和美观的效果，是港机设备制造过程中必不可少的一道工序[4]。应环保政策要求，国内港机设备制造商开始逐渐提高对设备生产制造工艺的环保要求。而传统油性漆在使用过程中造成了较大的环境污染和人工污染，水性油漆代替传统油漆的使用将全面降低涂装给环境带来的危害。为适应工艺的改革，供应商开始全面提高对水性漆的应用和研发。

水性漆与溶剂型漆在性能、涂装方式、环境要求等许多方面都有区别。在港机设备上，水性油漆代替传统油性漆在配方工艺、施工及应用方面也存在差异，现从涂装工艺角度重点讨论水性油漆在港机设备上的应用。

3 水性漆的常见的问题

水性漆在使用过程中存在不少的问题，其中主要包括了以下几个方面。

(1)施工时间长。水性漆的水含量较高，相较于传统油性漆更加难以挥发，增加施工时长，在高湿度环境中易造成涂装流挂现象。

(2)生产成本较高。根据相关调查，水性油漆相比于传统的油性漆成本更高，至少提高了30%，且在港机设备这类大型设备上，涂装面积大，导致成本增加更高。

(3)设备改造成本大。水性漆在使用的过程中，不仅拥有着较高的生产成本，同时在设备改造成本方面也相对较高。水性漆对金属具有高腐蚀性，在使用过程中易对涂装设备造成腐蚀，金属溶解后，使分散微粒析出，造成涂装中的麻点现象。为了更好提高水性漆的成膜效果，需将设备改换成不锈钢设备，或增加防腐蚀衬里。

(4)工艺要求高。水的表面张力是一般溶剂的2.5倍，导致水性油漆无法将钢构全部浸润，固化后易产生缩孔现象[5]。为防止缺陷产生，需在涂装时添加表面活性剂来降低张力，提高浸润性能。

(5)粘度较差。水的粘度受剪切力影响变化很大，在受到高剪切作用时，水性油漆的粘度会下降很多，会对输调漆系统带来很大影响。

4 施工条件标准

由于水性漆存在上述特性，导致在喷涂施工时，水性漆与传统溶剂型漆相比，需要不同的施工条件和施工工艺。

4.1 表面处理

港机设备中使用的主要材料是钢铁，水性漆施工前需保证钢结构的表面清洁。所有施工表面应用适当的清洁剂除去所有的油脂、污迹，保持施工表面清洁干燥、无污染物。裸钢表面进行喷砂清理到Sa2.5级(ISO8501-1)或动力工具除锈到St3级，并保持表面清洁干燥。

4.2 施工环境

为了适应水性漆的特性，在水性漆的施工过程中，需要保证良好的施工环境：①室外涂装时必须保证天气晴好，且温度不得低于5℃，钢构底材的表面温度需高于露点温度至少3℃，相对湿度不得超过80%，以保证不会出现水汽凝结的现象；②施工期间需保证良好的通风，尤其是干燥期间，需确保涂装水性漆的表面均受到良好的通风；③所有接触水性漆及其组成部分的泵、管、枪等设备，都必须以合适的方式进行彻底清洁，以避免金属污染。

4.3 施工方式

水性漆的施工方式决定着水性漆的使用寿命和质量，所以需选用适用于大型机械厚板钢构的施工方式。水性漆的施工方式主要为无空气喷涂、空气喷涂和刷涂，上海振华的港机设备其钢结构表面涂装主要进行空气喷涂和无空气喷涂，而在复涂或一些不适用的喷涂的位置时，主要通过刷涂来进行。

无空气喷涂推荐采用喷孔口径为0.43～0.66 mm的喷涂设备，总输出流体压力一般采用25～35 MPa。

空气喷涂适用喷孔口径为1.2～2.5 mm的喷涂设备，空气压力一般推荐为0.3～0.6 MPa。

现阶段，在港机设备中水性漆主要应用于箱体内壁，要求用无空气喷涂1遍150 μm水性漆，但考虑到厚度调节和固化速度等问题，在实际应用过程中采用喷涂2遍75 μm的水性漆以保证漆膜质量。

4.4 固化时间

不同的水性漆的成分与量均会产生不同的固化时间，某公司的水性环氧富锌底漆固化时间见表1。

表1 水性环氧富锌底漆固化时间

表1的数据是基于既定的膜厚范围，在受控的实验室温度以及低于70%相对湿度的环境中测定的。其中，表(触)干是指用手指轻压而无指印残留或无黏着的状态；可踩踏干燥是指在涂层可以允许正常步行而不留下永久足印、痕迹或其他物理损坏的最短时间；干燥后复涂最短间隔是指可以施工下道涂层的推荐最短时间间隔；干燥/固化至可使用指的是涂料可永久暴露于特定环境/介质的最短时间。

由表1可以看出，底材温度越高则固化时间越快。由于现阶段环保法的要求，为减少油漆涂装对环境的影响，所有的涂装工作需由之前的室外搬到室内进行，所以底材的温度基本略低于室温，固化时间也会有一定的延长。

5 常见缺陷及工艺改进

为避免和减少水性漆的成膜缺陷，主要研究了下列几项常见的问题。

5.1 开裂

开裂是水性油漆成膜时常见的一种漆膜缺陷，主要出现在温度较低的区域和季节。在港机设备的涂装中出现开裂的原因主要有以下3点：①环境温度过高，风速较大导致的迅速干燥；②水性漆膜厚度过高导致开裂；③环境温度未达到水性漆成膜最低的温度要求。以上原因的本质，还是因为漆膜中的水分含量过高，挥发后在漆膜间出现缝隙导致的。

面对不同原因的开裂情况，可以有不同的措施去解决问题：①避免在高温烈日直射下和大风环境下施工，现在涂装均要求在室内作业，已尽可能避免了这种环境因素导致的开裂；②水性漆在刷漆的时候，一次施工尽量不要涂刷过厚，并控制好下一次涂刷的时间以减少开裂情况；③在室内涂刷时，需要控制好环境和材料的温度，确保一定要高于水性漆成膜的最低温度要求5℃。在运用工艺解决开裂的同时，水性漆制造方能否开发出新型技术，例如将水在挥发时，出现其他物质和空气产生反应来填补水分挥发的空间，或者直接由水发生一定的反应变为不会对环境和人类造成伤害的物质，成为水性漆膜的组成部分，这也将减少开裂所造成的风险。

5.2 流挂

流挂是涂装后，水性漆立即向下流淌，造成涂层表面不均匀现象。虽然不会导致防护性能丧失，但是会导致水性漆膜厚度不均匀，严重的也会造成油漆开裂。形成流挂的原因主要有：①漆膜厚度过高导致附着性降低；②水性漆过度兑水导致漆膜过稀，附着度降低；③环境湿度太高，温度太低。

针对漆膜附着力的问题，需要求在施工时控制好漆膜的湿度和厚度。主要从以下几个方面控制：①在施工前，控制涂装的工艺参数来保证漆膜的厚度，厚度过高时可将一道漆膜改成多道工序；②严格按说明书的要求进行兑水；③在室内涂装时要求控制，环境的温度和湿度，并且保证材料的干燥度。

5.3 闪锈

闪锈是水性漆直接涂覆刷在金属材料上，由于水分含量高，挥发时间较长，造成金属结构出现锈蚀的状况。闪锈其本质是一种电化学反应，主要是金属和氧气的金属氧化反应，而水的存在则是为氧化反应提供了催化剂。出现闪锈的场所必然具备属性较为活泼的金属结构、过量的水和氧气3种要素。解决方法如下：

(1)减少水分，加速水分的挥发。在施工中，可通过提高环境的温度和降低空气中的湿度来减少闪锈现象的出现，必要时，可以运用烘干设备对刷完漆的构件进行烘干。

(2)选择适合的厚度。水性漆膜的厚度越高，水分的挥发时间越长，易造成闪锈现象的出现。施工时，建议减小漆膜的厚度或将一道漆膜变更为多道来施工。

(3)降低电化学反应的出现。闪锈是金属氧化的表现，在选用金属材料时，可以选用不易产生氧化反应的金属来减低闪锈出现的概率；当PH值为9.5以上时，电化学反应不易发生，涂料基本不产生闪绣现象。

5.4 缩孔

在水性漆的施工中，缩孔形成的主要原因是表面张力差。在实际操作中，造成缩孔现象的普遍原因有：①金属结构上出现油污或其他杂质；②两道水性漆之间施工间隔时间过长；③在喷涂水性漆前未对上一道漆进行表面处理；④水性漆中消泡剂的选择不当。

为避免缩孔，在喷涂前对金属结构进行彻底打磨，并在打磨后尽快进行水性漆的喷涂，避免二次污染；降低水性漆的施工间隔，并打磨上一道漆膜的漆面；还可选择相容性较好的消泡剂。

5.5 气泡

在施工中喷涂的水性漆膜表面呈会出现一些小气泡，其产生的原因主要是：①在喷涂过程中压力过低；②流平的时间不够；③环境温度太高。

可通过以下措施减少缺陷的发生：①增加喷涂时的空气压力；②选用合适的流平剂，增加水性漆的流平性；③尽量选择在室内喷涂，控制室内环境温度。

6 结语

水性漆在港机设备以及各种其他涂装方面的应用，已经成为未来的发展趋势。国家在政策上对环境标准的提高，使得水性漆将成为港机设备涂装的主要选择。随着技术的发展，水性漆制造工艺和涂装工艺的越发成熟，必将带动成本的下降和工艺缺陷的减少，水性漆这类的环保漆必将取代那些传统高污染的油性漆，成为涂装行业的优先选择。