盧常巧*，李敏風(fēng)

（1.上海古象化工科技發(fā)展有限公司，上海 201417；2.中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)防火防腐分會(huì)，上海 200092）

【涂裝】

提高水性富鋅底漆防腐性能的涂裝技術(shù)

盧常巧1,*，李敏風(fēng)2

（1.上海古象化工科技發(fā)展有限公司，上海 201417；2.中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)防火防腐分會(huì)，上海 200092）

對(duì)溶劑型和水性富鋅底漆的施工技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比分析，從除銹等級(jí)、表面清潔度和粗糙度以及鋼結(jié)構(gòu)表面的缺陷處理等方面論述了噴涂水性富鋅涂料對(duì)鋼材表面處理的要求，并對(duì)無(wú)氣噴涂技術(shù)應(yīng)用于水性富鋅底漆涂裝中需要注意的事項(xiàng)及對(duì)環(huán)境條件的要求等進(jìn)行了探討。

水性富鋅底漆；涂裝；防腐；無(wú)氣噴涂；粗糙度；清潔度

First-author’s address:Shanghai Guxiang Chemical Technology Development Co., Ltd., Shanghai 201417, China

重防腐涂料主要應(yīng)用在船舶、集裝箱、石化、電力、橋梁、鐵道、建筑鋼結(jié)構(gòu)等行業(yè)中。2014年，我國(guó)重防腐涂料產(chǎn)量在220萬(wàn)t左右，居世界第一。近幾年來(lái)，國(guó)家出臺(tái)了一系列的政策和法規(guī)，使重防腐涂料向節(jié)能、環(huán)保的方向發(fā)展，推動(dòng)了水性重防腐涂料的發(fā)展進(jìn)程。總體來(lái)說(shuō)，水性配套重防腐涂料(如水性富鋅涂料、水性環(huán)氧聚氨酯、丙烯酸、醇酸等)在單項(xiàng)技術(shù)性能、配套耐久性等方面都不比同類(lèi)溶劑型涂料差，因此近幾年來(lái)它們?cè)诩b箱、建筑鋼結(jié)構(gòu)和石化(貯罐)行業(yè)獲得應(yīng)用。如2013年，用全套水性集裝箱涂料制成的集裝箱占全國(guó)總產(chǎn)量的3%。除了“威士伯”涂料公司的雙涂層水性集裝箱涂料外，“關(guān)西”、“海虹”、“中涂”和“金剛化工”四大公司的水性集裝箱配套涂料的涂層性能優(yōu)異?！吧钲诰S新”、“武漢九天”、“上海涂料公司”、“青島海化院”4家國(guó)內(nèi)企業(yè)的水性集裝箱涂料也獲得了美國(guó)“KTA”和“FDA”證書(shū)，取得了在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)集裝箱上應(yīng)用的資格。在規(guī)定的配套中，有水性環(huán)氧富鋅底漆(包括車(chē)間底漆)、水性環(huán)氧磷酸鋅中層漆、水性環(huán)氧內(nèi)面漆和丙烯酸外面漆，但它們未能批量應(yīng)用。除了箱東的接受程度低、價(jià)格高等原因外，主要是水性集裝箱配套涂料的施工性能不能適應(yīng)溶劑型涂料的涂裝流水線(生產(chǎn)節(jié)拍一般為3 min出一個(gè)20英尺集裝箱）。

另外，建筑鋼結(jié)構(gòu)是重防腐涂料中應(yīng)用水性涂料最早的行業(yè)。從上世紀(jì)開(kāi)始，美國(guó) IC531水性無(wú)機(jī)富鋅涂料引進(jìn)中國(guó)后，經(jīng)過(guò)消化、吸收、提高，全國(guó)有50多個(gè)廠家會(huì)生產(chǎn)水性無(wú)機(jī)富鋅底漆，這些無(wú)機(jī)富鋅底漆大多與溶劑型環(huán)氧云鐵中層漆等配套。2013年，建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)內(nèi)應(yīng)用的水性無(wú)機(jī)富鋅底漆約占建筑鋼結(jié)構(gòu)底漆總量的1/3左右。值得一提的是，上海門(mén)普來(lái)新材料公司單一生產(chǎn)的水性無(wú)機(jī)富鋅底漆已大量應(yīng)用在建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)，一度成為“滬寧”、“金環(huán)”和“杭肖”等鋼結(jié)構(gòu)廠的“通用底漆”，年產(chǎn)量達(dá)到4 000 t。但近幾年來(lái)，為保證涂層質(zhì)量，鋼結(jié)構(gòu)廠規(guī)定底、中、面涂料必須為同家產(chǎn)品，使水性富鋅底漆的使用量有減少的趨勢(shì)。

國(guó)內(nèi)“河北晨陽(yáng)”、“山西華豹”、“廣州集泰”、“成都澳得龍”等公司都是專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)水性涂料的工廠，產(chǎn)品包括各類(lèi)富鋅底漆、環(huán)氧中層漆、聚氨酯面漆和底面兩用的水性丙烯酸涂料，已批量應(yīng)用于建筑鋼結(jié)構(gòu)、風(fēng)力發(fā)電塔筒等工程，有很多成功的案例，但也有不少由涂裝引起的失敗案例。

“佐敦”、“海虹”、“關(guān)西”等外資企業(yè)生產(chǎn)的水性富鋅底漆，在新疆、大連等石油貯罐內(nèi)壁得到了成功應(yīng)用，顯示了水性重防腐涂料節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)。但重防腐涂料水性化的進(jìn)程緩慢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其他行業(yè)，主要原因是重防腐水性涂料的涂裝是發(fā)展的瓶頸。從重防腐涂料的涂裝流水線到水性涂料的施工技術(shù)指標(biāo)、涂裝設(shè)備等方面都存在一系列問(wèn)題。

在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，所有重防腐水性涂料中最難噴涂的是水性富鋅底漆，其中水性無(wú)機(jī)富鋅底漆比水性環(huán)氧富鋅底漆更難噴涂，有過(guò)不少失敗的案例。某著名水性涂料廠的總工曾得出一個(gè)結(jié)論：比重大于2.4的水性環(huán)氧富鋅底漆不能采用無(wú)氣噴漆法。筆者對(duì)此體會(huì)尤深。因此，總結(jié)水性富鋅涂料在涂裝中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)對(duì)提高水性富鋅涂料的施工性能意義重大。本文對(duì)水性涂料的噴涂技術(shù)提出一些建議，供同行參考、討論。

1 提高水性富鋅涂料的施工性能

重防腐水性涂料的施工性能是由其內(nèi)在品質(zhì)決定的，加強(qiáng)對(duì)它的研究是確保涂料產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵。產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中所標(biāo)明的施工技術(shù)參數(shù)也是重防腐水性涂料最重要的技術(shù)指標(biāo)，是涂裝工藝的基礎(chǔ)。但目前我國(guó)對(duì)重防腐涂料施工性能的研究落后于國(guó)外同行。而且由于成膜樹(shù)脂不一、配方不同、原料來(lái)源不同、鋅粉含量高低不一等，不同水性富鋅底漆生產(chǎn)廠家有不同的施工技術(shù)指標(biāo)。作為水性富鋅底漆生產(chǎn)廠家，應(yīng)該通過(guò)系列實(shí)驗(yàn)與測(cè)試來(lái)完善這些技術(shù)參數(shù)，并在產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中注明。表 1為中遠(yuǎn)關(guān)西涂料化工有限公司生產(chǎn)的溶劑型和水性環(huán)氧富鋅底漆施工性能對(duì)比(資料來(lái)源于中遠(yuǎn)關(guān)西重防腐涂料產(chǎn)品說(shuō)明書(shū))?？梢?jiàn)，相比于水性環(huán)氧富鋅底漆，溶劑型環(huán)氧富鋅底漆的施工溫度稍寬，混合使用期和貯存時(shí)間較長(zhǎng)，噴涂壓力稍低。

表1 溶劑型和水性環(huán)氧富鋅底漆施工技術(shù)指標(biāo)對(duì)比Table 1 Comparison of construction parameters between solvent- and water-based epoxy zinc-rich primers

涂裝工程公司應(yīng)根據(jù)表面處理、涂層質(zhì)量要求、涂裝流水線實(shí)際、操作工人的水平、工程的進(jìn)度等要素，認(rèn)真設(shè)計(jì)涂裝工藝，嚴(yán)格執(zhí)行施工技術(shù)參數(shù)。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后要與涂料廠共同協(xié)商解決，以保證水性富鋅底漆的漆膜質(zhì)量。

特別需要強(qiáng)調(diào)的是水性富鋅底漆的最大、最小涂裝間隔，它直接關(guān)系到工藝流程的安排和涂層附著力。另外，水性富鋅底漆的混合使用期短，超過(guò)了混合使用期的水性富鋅底漆即使表觀無(wú)異樣，也必須丟棄。

2 水性富鋅涂料對(duì)鋼材表面處理的要求

鋼材表面處理質(zhì)量直接影響到底漆漆膜的質(zhì)量。水性涂料對(duì)表面處理的要求比溶劑型涂料要高。

2. 1 除銹等級(jí)

根據(jù)ISO 8503-1：2012 Preparation of steel substrates before application of paints and related products-Surface roughness characteristics of blast-cleaned steel substrates-Part 1: Specifications and definitions for ISO surface profilecomparators for the assessment of abrasive blast-cleaned surfaces，水性和溶劑型富鋅底漆對(duì)除銹等級(jí)的要求見(jiàn)表1。可見(jiàn)，水性無(wú)機(jī)富鋅底漆對(duì)鋼結(jié)構(gòu)表面質(zhì)量的要求更高。

表2 基于ISO 8503-1的水性和溶劑型富鋅底漆的除銹等級(jí)Table 2 Rust removal grades for water- and solvent-based zinc-rich primers based on ISO 8503-1

2. 2 粗糙度

水性富鋅涂料對(duì)機(jī)械除銹后的粗糙度要求較高，特別是水性無(wú)機(jī)富鋅底漆，粗糙度Rz= 50 ～ 75 nm。故在磨料的選擇和配合度上，應(yīng)適當(dāng)增加棱角鋼砂的份額，使粗糙度的形狀成尖銳狀(見(jiàn)圖 1a)，以增強(qiáng)水性富鋅底漆與鋼材的附著力。圖1b和1c分別為經(jīng)鋼丸磨料以及鋼丸和棱角鋼砂混合磨料噴砂后鋼材的表面形態(tài)。

圖1 經(jīng)不同磨料噴砂后鋼材的表面形態(tài)Figure 1 Surface states of steel after sand blasting with different abrasives

2. 3 清潔度

待涂鋼材表面必須干燥，無(wú)灰塵和其他污物。無(wú)論水性無(wú)機(jī)富鋅底漆還是水性環(huán)氧富鋅底漆，處理后的鋼材表面都不允許有油污存在。在筆者的工作實(shí)踐中，多次碰到因鋼丸帶油污而使水性富鋅底漆脫落的嚴(yán)重事件。

2. 4 鋼結(jié)構(gòu)表面的缺陷處理

由于水性富鋅涂料具有在尖銳邊緣有高收縮性的特性，因此對(duì)于鋼構(gòu)件表面的切割、電焊縫等尖銳邊緣，應(yīng)事先仔細(xì)磨出圓角；對(duì)于電焊縫、鉚釘接縫、跳焊部位等，均需采取預(yù)涂措施。預(yù)涂應(yīng)掌握好水性富鋅涂料的最小和最大的涂裝間隔時(shí)間。涂裝施工中，任何構(gòu)件的接頭都應(yīng)緊閉，以免水分進(jìn)入。鋼結(jié)構(gòu)表面的缺陷處理包含以下方面：

(1) 自由邊：鋼材自由邊上的尖角毛刺，用砂輪打磨至r = 2 mm的圓角。

(2) 切割邊：切割邊的峰谷差超過(guò)1 mm時(shí)，打磨到1 mm以下，對(duì)堅(jiān)硬的熔渣表面要進(jìn)行打磨處理。

(3) 咬邊：焊縫上深為0.8 mm以上的咬口，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)焊處理。

(4) 飛濺：焊接產(chǎn)生的飛濺要打磨光滑。

(5) 剝落：鋼材表面的剝落要用砂輪修整。

(6) 凹坑：深度在0.8 mm以上的要進(jìn)行補(bǔ)焊處理。

(7) 焊縫：焊縫接頭以及表面有2 mm以上的凸出或有鋒利凸出時(shí)，應(yīng)用砂輪打磨光滑。

3 無(wú)氣噴漆技術(shù)在水性富鋅底漆涂裝中的應(yīng)用

由于產(chǎn)品的特殊功能，少數(shù)水性無(wú)機(jī)富鋅底漆如“海虹”(Hempel)的15620，密度高達(dá)3.1 g/cm3，只能采用空氣噴涂法和刷涂(見(jiàn)海虹重防腐涂料產(chǎn)品說(shuō)明書(shū))。佐敦涂料也有同類(lèi)產(chǎn)品(在產(chǎn)品使用說(shuō)明中強(qiáng)調(diào)了這一點(diǎn))。但絕大多數(shù)水性富鋅底漆應(yīng)該用無(wú)氣噴漆法噴涂，不僅生產(chǎn)效率高，涂層附著力好，而且能有效控制膜厚，是節(jié)能環(huán)保的好辦法。水性富鋅底漆采用無(wú)氣噴漆技術(shù)應(yīng)注意以下4個(gè)方面。

3. 1 采用富鋅底漆專(zhuān)用噴漆機(jī)

由于水性富鋅底漆有較高的鋅粉含量，沉淀快，易結(jié)塊，容易損壞無(wú)氣噴漆機(jī)的壓送機(jī)構(gòu)，因此必須采用富鋅專(zhuān)用無(wú)氣噴漆機(jī)。富鋅底漆專(zhuān)用噴漆機(jī)的特點(diǎn)如下：

(1) 高壓泵的加壓活塞與連桿運(yùn)動(dòng)速率慢，降低壓送機(jī)構(gòu)磨損。

(2) 配備專(zhuān)用的攪拌裝置，邊攪拌邊噴漆。

(3) 壓送機(jī)構(gòu)等采用特殊的耐磨材料，并配合專(zhuān)用的噴槍?zhuān)瑖娮旌透邏很浌芤灿休^高的耐磨性。

(4) 壓縮空氣進(jìn)氣管與涂料輸出管孔徑較大，涂料的輸送量也大。

(5) 加壓活塞系統(tǒng)與高壓柱塞系統(tǒng)設(shè)計(jì)成分體式結(jié)構(gòu)，便于清洗、保養(yǎng)與更換損件。

國(guó)內(nèi)外常用的富鋅無(wú)氣噴漆機(jī)見(jiàn)表3。從表3可以看出，它們的壓縮比均為32∶1或33∶1，其他壓縮比基本上不能用[1]。

表3 幾種常用的富鋅涂料無(wú)氣噴漆機(jī)Table 3 Some common airless paint sprayers for zinc-rich coatings

3.2 噴嘴的選擇及更換

應(yīng)根據(jù)水性富鋅底漆規(guī)定的膜厚和待涂鋼結(jié)構(gòu)的形狀選擇合適孔徑和噴幅的噴嘴，這是保證涂層質(zhì)量和控制耗漆量的關(guān)鍵。由于材質(zhì)上的差異，推薦采用國(guó)外廠家(如Graco、WIWA、Wagner公司)的噴嘴。若采用重慶長(zhǎng)江機(jī)械廠生產(chǎn)的噴嘴，一定要選用富鋅底漆專(zhuān)用噴嘴——Z型噴嘴。在施工中，需隨時(shí)注意孔徑和噴幅的變化。通常在扇形面積小于 25%時(shí)，需及時(shí)更換噴嘴。因?yàn)閲娝愿讳\底漆的噴嘴磨損嚴(yán)重，噴孔變大變圓，流量增大，不僅會(huì)嚴(yán)重影響漆膜的外觀、膜厚和質(zhì)量，而且會(huì)成倍增加耗漆量。表4是Graco615噴嘴正常使用和磨損后噴嘴、噴幅及噴涂流量對(duì)比[2]?？梢?jiàn)，噴嘴磨損越嚴(yán)重(噴嘴直徑越大)，噴幅越小，噴漆流量越大。

表4 噴嘴磨損前后直徑、噴幅及噴漆流量對(duì)比Table 4 Comparison of diameters, spray coverages, and paint flow rates of some nozzles before and after abrasion

3.3 噴漆壓力的控制

從表 1可以明顯看出，水性環(huán)氧富鋅的噴漆壓力明顯低于溶劑型環(huán)氧富鋅底漆。在一般狀況下，水性無(wú)機(jī)富鋅底漆的噴漆壓力要小于水性環(huán)氧富鋅底漆。以鋅粉含量為 80%的水性無(wú)機(jī)富鋅為例，噴漆壓力應(yīng)為 11.0 MPa，若采用重慶長(zhǎng)江機(jī)械廠的QPT9C無(wú)氣噴漆機(jī)，進(jìn)風(fēng)壓力應(yīng)控制在0.3 MPa。噴漆壓力若超過(guò)15.0 MPa，底漆中的鋅粉會(huì)堵塞噴嘴，無(wú)法繼續(xù)噴涂施工。

3.4 添置涂料攪拌機(jī)，充分?jǐn)嚢?/p>

水性雙組分涂料混合時(shí)，把鋅粉緩緩加入液體組分中，同時(shí)進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁龅竭厙娖?，邊攪拌。但要避免高速攪拌，否則空氣會(huì)進(jìn)入漆料，使涂層起泡。

3.5 無(wú)氣噴漆機(jī)的清洗

按理，噴水性富鋅底漆時(shí)應(yīng)采用專(zhuān)用無(wú)氣噴漆機(jī)，它的主要構(gòu)件采用不銹鋼制成。目前在推廣應(yīng)用水性富鋅涂料的初期，往往只能使用噴涂溶劑型涂料的無(wú)氣噴漆機(jī)，所以必須認(rèn)真清洗無(wú)氣噴漆機(jī)。清洗時(shí)，應(yīng)該先將泵體的機(jī)濾器和噴嘴的濾芯洗干凈。

用噴過(guò)溶劑型涂料的無(wú)氣噴漆機(jī)來(lái)噴涂水性涂料時(shí)，第一、第二次清洗應(yīng)采用涂料的稀釋劑，然后用溫?zé)?30 ～ 35 °C)的自來(lái)水清洗，才可以噴涂水性涂料。當(dāng)噴涂水性涂料的無(wú)氣噴漆機(jī)更換為噴涂溶劑型涂料時(shí)，第一次用溫?zé)?30 ～ 35 °C)的自來(lái)水清洗，第二、第三次采用涂料的稀釋劑清洗，然后才可以噴涂溶劑型涂料[注：資料來(lái)源于龐貝捷(PPG)重防腐涂料產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)]。

4 環(huán)境條件的控制

噴涂水性富鋅涂料時(shí)，鋼材表面溫度和氣溫必須大于10 °C，鋼材表面必須干燥、清潔，鋼材表面溫度高于露點(diǎn)溫度3 °C[2]；避免在晚上低溫或伴有凝露、下雨的氣候條件下施工，施工期間相對(duì)濕度(RH)范圍為75% ～85%，在RH ＜60%時(shí)要防止水性富鋅底漆出現(xiàn)干噴；特別要強(qiáng)調(diào)的是完成噴涂水性富鋅底漆后的構(gòu)件要保持一定的通風(fēng)量。按海虹涂料公司的測(cè)試，20 °C溫度下2 L的水性無(wú)機(jī)富鋅底漆固化干燥需要提供75 m3的通風(fēng)量，才能除去通風(fēng)和施工過(guò)程中釋放出來(lái)的水蒸汽，否則復(fù)涂上去的中層漆極易脫落。

在北方冬季，水性涂料在貯藏、運(yùn)輸過(guò)程中必須有保溫裝置。在存貯溫度5 ～ 30 °C的條件下，一般水性富鋅涂料的貯存期為6個(gè)月。若室溫超過(guò)30 °C，存貯期要相應(yīng)縮短，以免影響水性富鋅涂料的質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

提高水性富鋅底漆的涂裝技術(shù)是保證涂層質(zhì)量的關(guān)鍵，是推廣重防腐涂料水性化的有力措施。因此，要提高水性富鋅底漆的防腐性能，建議從提高水性富鋅涂料自身的施工性能，提供合適的表面處理等級(jí)，保證無(wú)氣噴漆的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，控制溫度、濕度等涂裝環(huán)境及貯運(yùn)條件等措施著手。

[1]李敏風(fēng). 冷涂鋅的性能和應(yīng)用[J]電鍍與涂飾, 2014, 33 (18)： 788-790.

[2]劉新. 防腐蝕涂料與涂裝應(yīng)用[M]. 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社, 2008.

[ 編輯：韋鳳仙 ]

Coating technology for improving the anticorrosion performance of water-based zinc-rich primer

LU Chang-qiao*,LI Min-feng

The construction parameters of solvent- and water-based zinc-rich primers were comparatively analyzed. The requirements for surface treatment of steel materials for spraying water-based zinc-rich coatings were discussed from aspects of rust-removal grade, surface cleanliness and roughness, treatment of surface defect of steel structure, etc. Notes during application of airless spraying technology to coating of water-based zinc-rich primer and the required environment conditions were described.

water-based zinc-rich primer; coating; anticorrosion; airless spraying; roughness; cleanliness

TQ639

B

1004 - 227X (2015) 18 - 1044 - 05

2015-05-18

盧常巧（1967-），女，山東威海人，本科，公司技術(shù)中心副主任，主要從事工業(yè)防腐涂料的開(kāi)發(fā)。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) 940970240@qq.com。