溶劑型無(wú)機(jī)富鋅涂料介紹 - 無(wú)機(jī)富鋅涂料固化和防腐機(jī)理

時(shí)間：2022-12-16

溶劑型無(wú)機(jī)富鋅涂料是用于鋼鐵底材進(jìn)行防腐常用的一種涂料，與鋼鐵底材有著優(yōu)異的附著力，同時(shí)也具有優(yōu)異的防腐性。在正常條件下鐵金屬的腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕，涂料中鋅粉的金屬活性比鐵更活躍，在電化學(xué)腐蝕電池中是陽(yáng)極，能夠起到陰極保護(hù)作用（犧牲陽(yáng)極保護(hù)），能有效延緩鋼鐵底材的腐蝕。

但是由于施工要求相對(duì)常規(guī)涂料比較復(fù)雜，固化過(guò)程影響因素多，當(dāng)施工和固化不當(dāng)時(shí)，很容易出現(xiàn)缺陷或失效，同時(shí)涂層的性能也不能滿足設(shè)計(jì)要求。

一、溶劑型無(wú)機(jī)富鋅涂料介紹

溶劑型無(wú)機(jī)富鋅涂料是長(zhǎng)效重防腐配套體系中應(yīng)用最多的涂料之一。它是以正硅酸乙酯水解低聚物和鋅粉為主要原材料，加入增稠劑、溶劑、助劑等組成的。為確保鋅粉在涂料中能夠起到導(dǎo)電和犧牲陽(yáng)極的作用，漆膜鋅粉含量比較高。

固化后的無(wú)機(jī)涂層除了具有優(yōu)異的耐候性，最重要的是具有防腐蝕性的陰極保護(hù)作用，另外，還具有良好的耐磨、耐化學(xué)、耐介質(zhì)、耐高溫、耐機(jī)械損傷等性能，適合用于大氣環(huán)境、高溫（400℃）和部分有機(jī)溶劑儲(chǔ)罐內(nèi)壁等環(huán)境下的各種鋼鐵構(gòu)件的長(zhǎng)效防腐。

二、溶劑型無(wú)機(jī)富鋅涂料固化和防腐機(jī)理

2.1 有機(jī)硅樹脂黏度對(duì)涂料性能的影響

溶劑型無(wú)機(jī)富鋅涂料以部分水解的正硅酸乙酯為成膜物質(zhì)，鋅粉為電化學(xué)防銹顏料。施工后，在醇類溶劑揮發(fā)的同時(shí)，正硅酸乙酯的烷氧基吸收空氣中的水分并發(fā)生水解反應(yīng)，制成含有一定羥基的正硅酸乙酯，然后與鋅粉反應(yīng)，部分水解的硅酸乙酯繼續(xù)水解和縮聚，形成以鋅離子為中介的Si-O-Si鍵高聚物網(wǎng)絡(luò)，交聯(lián)固化成硅酸乙酯與鋅和鋼鐵形成絡(luò)合鹽類。這種絡(luò)合物是與鋼鐵底材表面的原子形成化學(xué)鍵，即與鋼材表面的活性鐵反應(yīng)生成硅酸鐵，同時(shí)又與鋅粒子作用，形成一層堅(jiān)硬的無(wú)機(jī)膜，膜與鋼材互為一體，與底材之間形成了化學(xué)鍵附著。

溶劑型無(wú)機(jī)富鋅涂料的防腐作用在不同階段的防護(hù)是發(fā)生變化的。固化后初期，涂層處于疏松和多孔的狀態(tài)，當(dāng)水或腐蝕介質(zhì)的存在下，就形成了電化學(xué)腐蝕，這時(shí)候金屬鋅粉作為陽(yáng)極，起到犧牲陽(yáng)極保護(hù)作用，鋅粉生成的腐蝕產(chǎn)物隨著腐蝕介質(zhì)和時(shí)間的不同而有所不同。其中有氧化鋅、氫氧化鋅、堿式碳酸鋅、堿式氯化鋅等。這些生成物結(jié)構(gòu)致密，是穩(wěn)定的微水溶性化合物，沉積在鋅層表面，形成一道屏蔽層，從而有效阻止了水、氧、鹽等介質(zhì)的滲透，使下層鋅的電化學(xué)反應(yīng)速率減弱，腐蝕速率下降。

三、溶劑型無(wú)機(jī)富鋅涂料的施工

涂料行業(yè)有句諺語(yǔ)“三分涂料，七分涂裝”，這句話充分說(shuō)明涂裝過(guò)程的重要性。而且其過(guò)程會(huì)受到很多不確定因素的影響，例如：環(huán)境條件，構(gòu)件形狀及大小及施工人員的技術(shù)水平。

3.1 表面處理

表面處理對(duì)涂層的性能有很大的影響，當(dāng)表面處理的等級(jí)越高時(shí)，涂層的耐久性就越長(zhǎng)，特別是施工溶劑型無(wú)機(jī)富鋅涂料的表面需要高等級(jí)的清潔度，這樣涂層的鋅粉才能和鋼鐵底材緊密的接觸，保證其涂層的性能。另外，表面處理后的粗糙度也是非常重要的，適當(dāng)?shù)拇植诙饶苡行У牡窒繉庸袒^(guò)程產(chǎn)生的應(yīng)力，減小涂層開裂的風(fēng)險(xiǎn)。

通常施工溶劑型無(wú)機(jī)富鋅涂料的表面處理是采用棱角砂噴砂或離心拋丸處理，并且表面清潔度至少達(dá)到Sa2?級(jí)，粗糙度一般控制在Rz=40-75μm，ISO8503粗糙度比較板中等（G），或Rugotest No.3粗糙度比較板 BN10a的等級(jí)。

3.2 涂料施工

為了保證施工順利的進(jìn)行，需要施工人員按照涂料供應(yīng)商產(chǎn)品說(shuō)明書或施工指導(dǎo)中的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)備選擇和設(shè)備狀態(tài)的檢查。

3.2.1重防腐涂料的施工，多數(shù)采用高壓無(wú)氣噴涂的方式，如果設(shè)備選擇和技術(shù)參數(shù)的設(shè)置不當(dāng)，對(duì)施工厚度和外觀造成影響，主要有以下表現(xiàn)：

(1)厚度過(guò)低會(huì)影響其涂層的防腐性能；

(2)厚度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致涂層有開裂、脫落的風(fēng)險(xiǎn)；

這些問(wèn)題可以通過(guò)調(diào)節(jié)噴涂壓力和選擇適當(dāng)噴漆槍嘴進(jìn)行控制。

3.2.2打開涂料包裝前，檢查各組分的生產(chǎn)日期和保質(zhì)期，確定無(wú)誤后再進(jìn)行涂料的混合，步驟如下：

第1步：先將A組分(液體部分)充分搖動(dòng)均勻后，倒入料桶內(nèi)；

第2步：然后緩慢倒入鋅粉(B組分)，邊加入邊攪拌，直至充分?jǐn)嚢瑁?/p>

第3步：將混合后的涂料用80目的過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)行過(guò)濾；

第4步：施工過(guò)程需要持續(xù)攪拌。因鋅粉的比重較高，及涂料黏度低，鋅粉會(huì)在短時(shí)間沉淀到包裝桶底部，這樣會(huì)造成噴涂初期的涂層內(nèi)鋅粉含量多，顏料體積濃度比上升，有開裂的風(fēng)險(xiǎn)。噴涂后期涂層內(nèi)鋅粉少，有可能會(huì)導(dǎo)致鋅粉接觸的不連續(xù)，最終影響其防腐性能。

3.2.3噴涂時(shí)，噴槍與構(gòu)件的噴涂距離盡量控制在300mm左右，并保持噴槍垂直于構(gòu)件表面和50%的扇面的搭接，保證涂層厚度的均勻。

3.3 涂料的固化養(yǎng)護(hù)

涂料供應(yīng)商會(huì)對(duì)涂層固化過(guò)程有溫度和相對(duì)濕度的要求，通常溫度要求范圍：0-40℃，固化時(shí)最低相對(duì)濕度(RH%)：60%，這里的相對(duì)濕度不是大氣環(huán)境的相對(duì)濕度，而是涂層與大氣臨界接觸面的相對(duì)濕度。特別是太陽(yáng)直射的表面，因表面的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)空氣的溫度，這樣會(huì)使臨界接觸面的相對(duì)濕度較低。

對(duì)涂層表面進(jìn)行灑水加濕是一種通常的做法，但是需要注意以下問(wèn)題：不同品牌產(chǎn)品特點(diǎn)存在差異，同時(shí)環(huán)境條件（溫度，相對(duì)濕度等）對(duì)灑水加濕時(shí)間會(huì)有一定的影響，需要與涂料供應(yīng)商確認(rèn)。

四、溶劑型無(wú)機(jī)富鋅涂料常見缺陷以及原因

4.1 涂料與基材附著力問(wèn)題

表面處理后清潔度和粗糙度不滿足產(chǎn)品要求，基材表面過(guò)于光滑使涂層與底材的接觸面積較小，也會(huì)影響涂層的機(jī)械附著力。為了滿足防腐性能，涂料中鋅粉的添加量高，使涂層內(nèi)聚力較差，脆性較為明顯。溶劑型無(wú)機(jī)富鋅涂料作為底漆的復(fù)合涂層附著力會(huì)有明顯的提高，是因?yàn)楹罄m(xù)涂層中的樹脂會(huì)滲入到多孔的底漆中，加強(qiáng)了其內(nèi)聚力，所以復(fù)合涂層附著力測(cè)試結(jié)果比單道涂層會(huì)有很大的提高。

4.2 復(fù)合涂層的脫落和剝離

已投入使用的復(fù)合涂層，從溶劑型無(wú)機(jī)富鋅涂料產(chǎn)生脫落或剝落是一種災(zāi)難性的涂層失效，其原因是涂料的固化程度未滿足要求，后續(xù)涂層在干燥和固化過(guò)程會(huì)有體積上收縮，這種收縮會(huì)產(chǎn)生一定的應(yīng)力，而且會(huì)傳遞至底漆，當(dāng)?shù)灼峁袒潭容^低時(shí)，無(wú)法抵抗收縮產(chǎn)生的應(yīng)力而脫落和剝離。如圖1所示。

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溶劑型無(wú)機(jī)富鋅未固化導(dǎo)致涂層剝落

4.3 涂層開裂

涂層開裂是溶劑型無(wú)機(jī)富鋅涂料常見的一種涂層缺陷，主要原因是過(guò)高的干膜厚度導(dǎo)致的，如圖2所示。

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圖2溶劑型無(wú)機(jī)富鋅涂層開裂

導(dǎo)致干膜厚度過(guò)高除了噴涂壓力，槍嘴選擇和施工人員的技術(shù)有關(guān)，還與干膜厚度測(cè)量?jī)x工作原理和涂層固化程度有關(guān)。

如果儀器發(fā)出的磁或電磁通過(guò)涂層達(dá)到鋼鐵底材的量越多，說(shuō)明涂層越薄。反之，說(shuō)明涂層越厚。溶劑型無(wú)機(jī)富鋅涂料是多孔的涂層，在固化初期涂層比較松散，磁或電磁通過(guò)涂層到達(dá)底材的量比較多，所以測(cè)得的干膜厚度較薄。隨著涂層與水不斷發(fā)生反應(yīng)變得越來(lái)越緊密，而且孔隙能被固化過(guò)程中產(chǎn)生的鋅鹽而填補(bǔ)，使涂層的具有更好的屏蔽性，這樣就可以抵抗更多的磁或電磁到達(dá)鋼鐵底材，測(cè)量時(shí)會(huì)顯示較高的涂層厚度。

4.4 氣泡和針孔

溶劑型無(wú)機(jī)富鋅涂料用于復(fù)合涂層體系時(shí)，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)后續(xù)涂層的氣泡和針孔的現(xiàn)象，如圖3所示。

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圖3溶劑型無(wú)機(jī)富鋅復(fù)合涂層起泡和針孔

為了有效避免氣泡和針孔的產(chǎn)生，需要在涂料涂層表面施工一道封閉漆，封閉漆會(huì)滲入多孔結(jié)構(gòu)的涂料，在填補(bǔ)孔隙的同時(shí)逼迫孔隙中的空氣逸出。

五、結(jié) 語(yǔ)

隨著環(huán)保政策法規(guī)的日益嚴(yán)格，涂料的水性化技術(shù)越來(lái)越受到重視，但水性無(wú)機(jī)富鋅涂料在重防腐領(lǐng)域使用仍然有許多弊端和技術(shù)難點(diǎn)，目前還無(wú)法完全取代溶劑型無(wú)機(jī)富鋅涂料。因其優(yōu)異的防腐蝕性能和耐久性，耐溶劑性等被廣泛應(yīng)用于石化行業(yè)的鋼鐵防腐，特別是儲(chǔ)罐內(nèi)壁耐溶劑涂層。

溶劑型無(wú)機(jī)富鋅涂料施工，固化及檢查過(guò)程的任何偏差都會(huì)導(dǎo)致最終涂層性能無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求，而帶來(lái)的返工，這會(huì)造成經(jīng)濟(jì)上的損失及時(shí)間的浪費(fèi)。通過(guò)本文章的介紹讓施工和涂裝質(zhì)檢人員對(duì)溶劑型無(wú)機(jī)富鋅涂料有更深的了解，并能在施工前做好準(zhǔn)備，嚴(yán)格過(guò)程控制，以及合理的檢查測(cè)試方法，才能保證最終涂層發(fā)揮應(yīng)有的作用。