涂料技术
富锌涂料的施工质量控制及发展趋势
2.2富锌涂料施工质量控制要点
2.2.1施工环境
由于3类富锌涂料溶剂成分及固化成膜机理之间的差异,使得它们的施工环境要求有所不同。①环氧富锌涂料:施工环境温度一般为5~38℃,相对湿度低于85%,钢材表面温度至少高于露点温度3℃以上。在-5~5℃施工时,应采用低温固化剂;②水性无机富锌:钢材表面温度和环境温度一般不应低于10℃,最高温度一般不超过40℃,钢材表面温度至少高于露点温度3℃以上,相对湿度最好低于80%。温度低于10℃时,应在干燥环境下施工。温度低于5℃应禁止施工;③醇溶性无机富锌涂料:相对湿度最好大于65%,最低不能小于50%,施工环境温度可低至-10℃;在低温低湿环境下,漆膜固化速度明显变慢。根据国内现有涂装技术和涂装条件,在一般施工环境和施工条件下,优先推荐采用环氧富锌涂料;在施工条件可控,施工环境满足要求的情况下,对一些结构规整的大型钢构件,可优先选用无机富锌涂料;在高湿情况下,特别是湿冷的施工环境下,醇溶型无机硅酸锌涂料特别适用。
2.2.1施工环境
由于3类富锌涂料溶剂成分及固化成膜机理之间的差异,使得它们的施工环境要求有所不同。①环氧富锌涂料:施工环境温度一般为5~38℃,相对湿度低于85%,钢材表面温度至少高于露点温度3℃以上。在-5~5℃施工时,应采用低温固化剂;②水性无机富锌:钢材表面温度和环境温度一般不应低于10℃,最高温度一般不超过40℃,钢材表面温度至少高于露点温度3℃以上,相对湿度最好低于80%。温度低于10℃时,应在干燥环境下施工。温度低于5℃应禁止施工;③醇溶性无机富锌涂料:相对湿度最好大于65%,最低不能小于50%,施工环境温度可低至-10℃;在低温低湿环境下,漆膜固化速度明显变慢。根据国内现有涂装技术和涂装条件,在一般施工环境和施工条件下,优先推荐采用环氧富锌涂料;在施工条件可控,施工环境满足要求的情况下,对一些结构规整的大型钢构件,可优先选用无机富锌涂料;在高湿情况下,特别是湿冷的施工环境下,醇溶型无机硅酸锌涂料特别适用。
注:1:EP:环氧;PUR:聚氨酯;ESI:无机硅酸盐;AY:丙烯酸;CR:氯化橡胶;EPC:环氧化合物;PVC:氯化烯烃共聚物;2:推荐在无机硅酸锌底漆(ESI)上涂覆1道后续涂层作为过渡涂层;3:选择富锌底漆时,NDFT额定干膜厚度的适宜选择范围为:40~80μm。
2.2.2表面处理
彻底的表面处理是保证富锌底漆获得优异电化学保护性能以及优异附着力的前提,合适的粗糙度进一步增加涂层的附着力。富锌涂料的喷砂除锈等级应至少达到GB/T8923规定的Sa212级,对于无机富锌底漆,特别是水性无机富锌底漆最好达到Sa3级;环氧富锌底漆的表面粗糙度要求一般为Rz30~75μm,而对于无机富锌底漆通常要求更高的表面粗糙度,一般为Rz50~80μm。表面清洁度除了锈蚀产物的清洁要求外,还有油污、可溶性盐分以及灰尘的清洁要求。表面油污影响涂层附着力及富锌底漆的电化学保护性能,特别是水性无机富锌涂料,由于水与油的极端不相容性使得水性无机富锌在带油表面附着力极差,即使非常薄的油膜也容易造成涂层剥落。喷砂前可用中等碱性清洗剂除去油污,然后用清水冲洗干净,不允许使用有机溶剂清洗。喷砂钢材表面可溶性氯化物含量应不大于7μg/cm2。超标时应采用淡水冲洗。清洁后的喷砂表面灰尘清洁度要求不大于GB/T18570.3规定的3级。处理完的表面最好在4h内涂敷涂料,当湿度较低时,可适当延长时间,但最长不应大于12h。现场经常会采用表面是否返锈作为涂敷时间的限度,但这很难把握。因为一是表面的轻微锈蚀肉眼是不易观察到的,但对富锌涂料特别是无机富锌涂料的防腐性能影响是比较大的;二是由于喷涂环境的变化不完全可以预测,任何引起湿度增大的因素,均可能使喷砂表面很快返锈。
2.2.3搅拌与混合
由于富锌涂料中含有很高的锌粉含量,且锌粉的相对密度较大,因此必须采用电动或气动搅拌装置搅拌均匀,手工搅拌不可取。为防止锌粉沉淀而导致涂膜中锌粉分布不均匀,在施工时要持续低速均匀搅拌。无机富锌涂料(水性无机富锌和部分醇溶型无机富锌涂料)通常由主剂和锌粉两个包装组成,混合时,把锌粉缓缓加入液体组分,并同时进行搅拌。切不可反过来操作,把液体组份加入锌粉很容易导致结团,而且不能搅拌均匀。
2.2.4涂装工艺要点
环氧富锌和醇溶型无机富锌涂料可采用高压无气喷涂、空气喷涂、刷涂和辊涂方法施工,但部分水性无机富锌(如IC531)不能采用高压无气喷涂施工。由于无机硅酸锌漆的表面多孔状态,直接喷涂厚浆型后道涂层就会产生起泡和针孔。为了避免后道涂层起泡,可以采用薄涂/统涂技术:首先喷涂1薄层油漆以填充硅酸锌漆膜中的孔隙,几分钟之后再统涂至规定膜厚。国内桥梁防腐涂装通常先喷涂1道专用封闭涂层,通常采用环氧封闭漆,厚度一般为20~30μm,再喷涂后道涂料。在醇溶型无机富锌涂料施工时要避免因漆膜过厚造成的龟裂问题。典型的无机富锌涂料干膜设计厚度在50~80μm,醇溶型无机富锌一般不应超过125μm。在焊缝处、内角处特别容易发生漆膜龟裂现象,在这些地方表面处理等级往往达不到要求,并且也容易产生应力集中,同时由于预涂装和过喷现象造成涂膜局部过厚也加大了涂膜开裂的倾向。醇溶型无机富锌涂料在温度25℃,相对湿度大于65%的情况下,一般要经过16~24h的养护时间后,才能涂装后道涂层。在低湿度环境下,醇溶型无机富锌涂料干燥速度很快,漆膜硬度上升也很快,即使相对湿度低至40%以下,漆膜表面硬度在经过24h养护后也能达到4H以上,这样会给人一种漆膜已经完全固化的感觉,但实际上漆膜并未达到完全固化状态。检测醇溶型无机富锌固化的标准方法是MEK擦拭法,用白色棉布蘸上MEK试剂,来回擦拭50次,如果没有或者仅有很轻微变色说明固化已经完成,如果变色严重,说明还未完全固化。简易的方法可以用硬币或小刀刮擦漆面,如果仅有很少量的锌粉刮下,漆面闪亮,说明固化已完成。
3.富锌涂料新品种及研究进展
3.1鳞片型富锌涂料
球型富锌涂料为了追求高干膜含锌量以保证涂层的导通性和使用寿命,其料浆中锌粉的加入量往往超过80%,这样的高PVC值导致涂层孔隙度大、屏蔽效果差。无机富锌涂料容易出现开裂现象且直接涂覆其他高固体组分面漆时容易产生起泡倾向。另外,高密度的球状锌粉还不可避免地带来锌粉沉降等施工难题[3]。而采用鳞片状锌粉研制的鳞片型富锌涂料,由于鳞片状锌粉片与片之间是以面接触取代球锌之间的点接触,其电流导通性能大大提高,因而在添加量远低于CPVC值时,就能获得优异的电化学保护性能,低PVC值也使得涂层的致密性提高,而层层叠加的片状锌粉延长了腐蚀介质的渗透路径,大大提高了涂层的屏蔽性能。同时片状结构还赋予涂层优异的力学性能、抗渗透压起泡性能和防沉降性能。由于涂层结构致密,鳞片型无机富锌底漆可不采用过渡涂层封闭。鳞片状锌粉涂料要求较低的喷砂粗糙度,一般为25~40μm。每道漆喷涂厚度为20~30μm,可湿碰湿喷涂2道,总厚度为40~50μm,相当于70~80μm球锌的防腐效果。相关行业的富锌标准是针对球状锌粉制订的,并不适用于鳞片状锌粉底漆。特别是干膜中金属锌含量指标限制了鳞片型富锌涂料的推广应用。目前,鳞片状锌粉填料的国家标准已经立项,正在制订过程中;鳞片型富锌底漆的国家标准也在申报过程中。
2.2.2表面处理
彻底的表面处理是保证富锌底漆获得优异电化学保护性能以及优异附着力的前提,合适的粗糙度进一步增加涂层的附着力。富锌涂料的喷砂除锈等级应至少达到GB/T8923规定的Sa212级,对于无机富锌底漆,特别是水性无机富锌底漆最好达到Sa3级;环氧富锌底漆的表面粗糙度要求一般为Rz30~75μm,而对于无机富锌底漆通常要求更高的表面粗糙度,一般为Rz50~80μm。表面清洁度除了锈蚀产物的清洁要求外,还有油污、可溶性盐分以及灰尘的清洁要求。表面油污影响涂层附着力及富锌底漆的电化学保护性能,特别是水性无机富锌涂料,由于水与油的极端不相容性使得水性无机富锌在带油表面附着力极差,即使非常薄的油膜也容易造成涂层剥落。喷砂前可用中等碱性清洗剂除去油污,然后用清水冲洗干净,不允许使用有机溶剂清洗。喷砂钢材表面可溶性氯化物含量应不大于7μg/cm2。超标时应采用淡水冲洗。清洁后的喷砂表面灰尘清洁度要求不大于GB/T18570.3规定的3级。处理完的表面最好在4h内涂敷涂料,当湿度较低时,可适当延长时间,但最长不应大于12h。现场经常会采用表面是否返锈作为涂敷时间的限度,但这很难把握。因为一是表面的轻微锈蚀肉眼是不易观察到的,但对富锌涂料特别是无机富锌涂料的防腐性能影响是比较大的;二是由于喷涂环境的变化不完全可以预测,任何引起湿度增大的因素,均可能使喷砂表面很快返锈。
2.2.3搅拌与混合
由于富锌涂料中含有很高的锌粉含量,且锌粉的相对密度较大,因此必须采用电动或气动搅拌装置搅拌均匀,手工搅拌不可取。为防止锌粉沉淀而导致涂膜中锌粉分布不均匀,在施工时要持续低速均匀搅拌。无机富锌涂料(水性无机富锌和部分醇溶型无机富锌涂料)通常由主剂和锌粉两个包装组成,混合时,把锌粉缓缓加入液体组分,并同时进行搅拌。切不可反过来操作,把液体组份加入锌粉很容易导致结团,而且不能搅拌均匀。
2.2.4涂装工艺要点
环氧富锌和醇溶型无机富锌涂料可采用高压无气喷涂、空气喷涂、刷涂和辊涂方法施工,但部分水性无机富锌(如IC531)不能采用高压无气喷涂施工。由于无机硅酸锌漆的表面多孔状态,直接喷涂厚浆型后道涂层就会产生起泡和针孔。为了避免后道涂层起泡,可以采用薄涂/统涂技术:首先喷涂1薄层油漆以填充硅酸锌漆膜中的孔隙,几分钟之后再统涂至规定膜厚。国内桥梁防腐涂装通常先喷涂1道专用封闭涂层,通常采用环氧封闭漆,厚度一般为20~30μm,再喷涂后道涂料。在醇溶型无机富锌涂料施工时要避免因漆膜过厚造成的龟裂问题。典型的无机富锌涂料干膜设计厚度在50~80μm,醇溶型无机富锌一般不应超过125μm。在焊缝处、内角处特别容易发生漆膜龟裂现象,在这些地方表面处理等级往往达不到要求,并且也容易产生应力集中,同时由于预涂装和过喷现象造成涂膜局部过厚也加大了涂膜开裂的倾向。醇溶型无机富锌涂料在温度25℃,相对湿度大于65%的情况下,一般要经过16~24h的养护时间后,才能涂装后道涂层。在低湿度环境下,醇溶型无机富锌涂料干燥速度很快,漆膜硬度上升也很快,即使相对湿度低至40%以下,漆膜表面硬度在经过24h养护后也能达到4H以上,这样会给人一种漆膜已经完全固化的感觉,但实际上漆膜并未达到完全固化状态。检测醇溶型无机富锌固化的标准方法是MEK擦拭法,用白色棉布蘸上MEK试剂,来回擦拭50次,如果没有或者仅有很轻微变色说明固化已经完成,如果变色严重,说明还未完全固化。简易的方法可以用硬币或小刀刮擦漆面,如果仅有很少量的锌粉刮下,漆面闪亮,说明固化已完成。
3.富锌涂料新品种及研究进展
3.1鳞片型富锌涂料
球型富锌涂料为了追求高干膜含锌量以保证涂层的导通性和使用寿命,其料浆中锌粉的加入量往往超过80%,这样的高PVC值导致涂层孔隙度大、屏蔽效果差。无机富锌涂料容易出现开裂现象且直接涂覆其他高固体组分面漆时容易产生起泡倾向。另外,高密度的球状锌粉还不可避免地带来锌粉沉降等施工难题[3]。而采用鳞片状锌粉研制的鳞片型富锌涂料,由于鳞片状锌粉片与片之间是以面接触取代球锌之间的点接触,其电流导通性能大大提高,因而在添加量远低于CPVC值时,就能获得优异的电化学保护性能,低PVC值也使得涂层的致密性提高,而层层叠加的片状锌粉延长了腐蚀介质的渗透路径,大大提高了涂层的屏蔽性能。同时片状结构还赋予涂层优异的力学性能、抗渗透压起泡性能和防沉降性能。由于涂层结构致密,鳞片型无机富锌底漆可不采用过渡涂层封闭。鳞片状锌粉涂料要求较低的喷砂粗糙度,一般为25~40μm。每道漆喷涂厚度为20~30μm,可湿碰湿喷涂2道,总厚度为40~50μm,相当于70~80μm球锌的防腐效果。相关行业的富锌标准是针对球状锌粉制订的,并不适用于鳞片状锌粉底漆。特别是干膜中金属锌含量指标限制了鳞片型富锌涂料的推广应用。目前,鳞片状锌粉填料的国家标准已经立项,正在制订过程中;鳞片型富锌底漆的国家标准也在申报过程中。
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