无机富锌涂料的施工工艺研究

2022-07-05中远关西涂料化工有限公司上海201512

上海涂料 2022年3期

江涛（中远关西涂料化工有限公司，上海 201512）

0 引言

由于无机富锌涂料在防腐、耐化学品、耐高温等方面的优异性能，其被广泛应用于工业重防腐领域。它是一种溶剂型自固化无机涂料，它以聚硅酸乙酯为原料，经水解制成含羟基的高水解度聚硅酸乙酯溶液，配以锌粉使用，分为两罐装。它的成膜机理复杂，主要是依靠已水解到一定程度的硅酸酯吸收空气中的水分，继续发生水解反应，自身产生缩聚，并同时与锌及钢铁反应生成复合盐类，即干燥的同时通过化学反应与钢材表面牢固结合，无机富锌涂料的成膜机理见图1。

图1 无机富锌涂料的成膜机理Figure 1 Film-forming mechanism of inorganic zinc-rich coatings

下文重点介绍了无机富锌涂料的施工方法和注意事项。

1 无机富锌涂料施工工艺

无机富锌涂料的基本施工流程图见图2。

图2 无机富锌涂料的基本施工流程图Figure 2 Basic construction flow chart of the inorganic zinc-rich coatings

喷涂施工参数见表1。

表1 喷涂施工参数Table 1 Parameters of spraying process

表1中施工参数仅为参考，实际施工中还需要根据管路长度和气源气压的实际情况进行调整。施工时需注意以下3点：

（1）施工中应避免涂膜过厚，特别是交角、边棱等特殊部位，这样可有效防止漆膜开裂。

（2）由于无机富锌成膜机理特殊，尽量一次喷涂达到所需膜厚要求，如需补枪，则在10 min内完成。

（3）对特殊型材和复杂结构的底材要掌握喷涂手法，选用小口径的喷嘴，在喷涂过程中可结合毛刷来抹平小范围的流挂。

2 施工环境和漆膜固化

无机富锌涂料最佳施工环境温度为5～30 ℃，相对湿度为40 %～80 %。一般要求钢板温度应高于露点温度3 ℃以上时才能进行施工，当温度低于0 ℃时施工，钢材表面的微量结冰可能会影响漆膜附着力；当温度超过40 ℃时施工，则会出现溶剂挥发过快的问题。

无机富锌涂料靠与空气中的水分反应成膜，这就要求空气中保证一定的湿度，在低温和低湿环境下漆膜的固化时间会延长。低于65 %的湿度环境不利于漆膜的固化。在80 μm的标准膜厚下，相对湿度65 %～75 %，环境温度为20 ℃时，漆膜固化时间约为2 d。

中远关西SD ZINC 2000无机富锌涂料中含特种吸水剂，在30 %低湿度的条件下，仍然可以靠自身吸水成膜，提高了施工适应性，较适宜北方气候干燥条件下的施工。SD ZINC 2000干燥测试结果见表2。

表2 SD ZINC 2000干燥测试结果Table 2 Drying test results of SD ZINC 2000

现场可以用以下方法来测试漆膜的固化程度：

（1）用硬币刮擦漆膜，如果仅有少量的锌粉刮下，同时擦刮面漆膜闪亮，则说明固化已经完成。

（2）采用甲乙酮擦拭法，可参考ASTM D 4752—2003。

在工件表面喷洒清水可以提高湿度，加快漆膜固化，但是正常情况下不推荐采用此法，除非施工现场的环境条件已经严重影响了漆膜的干燥，并且无法通过其它方法进行改进时，才可以使用洒水的工艺。

3 无机富锌涂料性能的影响因素

3.1 贮存期的影响

无机富锌涂料的液体组分通常显酸性，且易与铁发生反应，所以一般采用塑料桶或内衬塑料的铁桶包装。通常其保质期在3～6个月，这是因为即使在封闭的条件下，聚硅酸乙酯仍然会以一定速度进行水解。以60 %水解度的聚硅酸乙酯为例，在不同贮存时间下无机富锌涂料的防腐蚀效果见表3。

表3 在不同贮存时间下无机富锌涂料的防腐蚀效果aTable 3 Anti-corrosion effect of inorganic zinc-rich coatings under different storage time

温度升高和包装破损都会加快聚硅酸乙酯溶液的水解速度，随着聚合度的提高，干燥性加快，但抗开裂性和防腐性能明显降低，造成产品性能下降甚至变质。实际使用中库存产品要本着“先进先出、先到先用”的原则进行管理。尽量避免阳光直晒，露天存放时建议加以遮盖。

3.2 底材处理的影响

由于无机富锌涂料成膜机理的特殊性，必须对底材进行彻底的喷砂，如果底材处理不彻底，留有氧化铁或其他残留物，将会极大地影响化学键的生成，从而影响附着力。同时，粗糙度也是非常重要的，以无机富锌涂料（80 μm）+环氧厚浆涂料（150 μm）配套为例，底材粗糙度对成膜的影响见表4。

表4 底材粗糙度对成膜的影响Table 4 Effect of substrate roughness on film-forming

综上，在喷砂前进行钢结构的处理很有必要，包括焊缝的打磨光顺、咬边气孔的补焊打磨、飞溅的铲除打磨以及锐边的倒角等。为了达到理想的涂装效果，底材的除锈等级必须达到瑞典标准SIS Sa 2.5级（非常彻底的喷砂除锈，表面应无可见的油脂、污物、氧化皮、铁锈、油漆涂层和杂质，残留物痕迹仅显示点状或条纹状的轻微色斑）；同时要求经喷砂除锈的底材表面粗糙度均匀，粗糙度范围为50～80 μm。粗糙度不足会影响漆膜附着力，增加漆膜出现龟裂的可能性。

打砂介质宜使用钢砂（粒度0.2～1.2 mm）或硅酸铝（粒度0.4～1.8 mm）。打砂时喷枪口的压力要求在0.6～0.7 MPa，打砂结束后立即进行真空吸尘清洁表面，可以使用铁刷去除难以吸走的砂粒。

3.3 油漆调配顺序的影响

通常情况下，无机富锌涂料分为两罐装，A组分为粉状，B组分固化剂为液体。由于锌粉相对密度较大，难以在手动条件下充分混合，所以建议施工方采用气动混合，具体做法是在桶中先加入固化剂液体，然后边搅拌边加入主剂锌粉，在喷涂过程中为防止锌粉沉降，应持续予以搅拌。两组分混合后搅拌一段时间（15 min）再进行施工是非常有必要的，这样锌粉和固化剂能充分地混合润湿，有利于喷涂的均匀性和连续性。

3.4 避免漆膜开裂的措施

漆膜开裂主要是由于漆膜在干燥和固化时收缩而形成的，这种现象又被俗称为“泥裂”。产生漆膜开裂的原因主要有以下几点：

（1）漆膜喷涂过厚，一般而言无机富锌涂料的膜厚在120 μm以上时，出现开裂的风险就会加大；

（2）底材粗糙度过低，尤其在焊道上，往往会出现粗糙度不足的问题；

（3）相对湿度高而同时通风条件又太差时，漆膜表层固化太快，会导致漆膜开裂。同样，如果喷水量过多也容易出现这样的问题；

（4）产品超过了保质期，或产品存放在不合适的环境中，例如阳光直晒、高温、高湿等。

控制好以上几点，就基本可以避免漆膜开裂问题的出现。

4 覆涂和修补

推荐的覆涂间隔：48 h（温度20 ℃，湿度65 %）。

由于无机富锌漆膜的锌含量很高，刚施工时它是一种多孔状结构。如果经过几个月的室外固化，锌会和大气中的二氧化碳及水分发生反应生成锌盐，漆膜中的孔隙会逐渐被锌盐填充而变得致密。但是，根据施工周期的要求，必须在多孔情况下进行覆涂，因此无机富锌涂料在进行覆涂时总是存在起泡的风险，当然涂装后暴露的时间越长，出现起泡风险的可能性就会越低。

起泡的主要原因是涂装时无机富锌漆膜中的空气受到渗入漆液的挤压以气泡的形态从多孔表面穿出而形成的。一般情况下肉眼清晰可见的完整起泡或针孔是不可接受的，需要进行修补。

要避免或减少起泡问题，需注意以下4个要点：

（1）控制好无机富锌涂料的涂装质量，力争获得均匀合理的膜厚；

（2）气温较高时，可能需要加入更多的稀释剂，避免干喷；

（3）通常在逐步降温的条件下施工可以减少气泡的发生，例如傍晚时刻；

（4）尽量延长涂装间隔时间。

当然，如果不能进行长时间固化养护，那么先进行薄雾涂层的施工（喷涂封闭漆），然后再以正常兑稀率喷涂下道油漆，是解决起泡问题最有效可行的手段。

喷涂封闭漆的方法：一般采用下道油漆先兑稀20 %～50 %（视下道油漆黏度而定，质量分数），封闭漆的膜厚不易过薄，否则不能起到良好的封闭效果；封闭漆也不宜过厚，否则气泡不易排出，通常封闭漆膜厚控制在25～50 μm即可。进行下道油漆施工时需注意涂装间隔，待封闭漆干燥后方可进行，否则下道油漆会将封闭漆溶解，重新产生针孔、气泡问题。

施工过程中如果需要进行修补，最好避免使用无机富锌涂料作为修补底漆，因为无机富锌涂料无法在修补边缘的有机涂层上产生良好的附着力。解决的方法是使用环氧富锌涂料作为修补底漆。