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溶劑型無機富鋅涂料介紹 - 無機富鋅涂料固化和防腐機理

時間：2022-12-16

溶劑型無機富鋅涂料是用于鋼鐵底材進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腐蝕，涂料中鋅粉的金屬活性比鐵更活躍，在電化學腐蝕電池中是陽極，能夠起到陰極保護作用（犧牲陽極保護），能有效延緩鋼鐵底材的腐蝕。

但是由于施工要求相對常規(guī)涂料比較復雜，固化過程影響因素多，當施工和固化不當時，很容易出現(xiàn)缺陷或失效，同時涂層的性能也不能滿足設計要求。

一、溶劑型無機富鋅涂料介紹

溶劑型無機富鋅涂料是長效重防腐配套體系中應用最多的涂料之一。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電和犧牲陽極的作用，漆膜鋅粉含量比較高。

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

二、溶劑型無機富鋅涂料固化和防腐機理

2.1 有機硅樹脂黏度對涂料性能的影響

溶劑型無機富鋅涂料以部分水解的正硅酸乙酯為成膜物質(zhì)，鋅粉為電化學防銹顏料。施工后，在醇類溶劑揮發(fā)的同時，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，制成含有一定羥基的正硅酸乙酯，然后與鋅粉反應，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，交聯(lián)固化成硅酸乙酯與鋅和鋼鐵形成絡合鹽類。這種絡合物是與鋼鐵底材表面的原子形成化學鍵，即與鋼材表面的活性鐵反應生成硅酸鐵，同時又與鋅粒子作用，形成一層堅硬的無機膜，膜與鋼材互為一體，與底材之間形成了化學鍵附著。

溶劑型無機富鋅涂料的防腐作用在不同階段的防護是發(fā)生變化的。固化后初期，涂層處于疏松和多孔的狀態(tài)，當水或腐蝕介質(zhì)的存在下，就形成了電化學腐蝕，這時候金屬鋅粉作為陽極，起到犧牲陽極保護作用，鋅粉生成的腐蝕產(chǎn)物隨著腐蝕介質(zhì)和時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，使下層鋅的電化學反應速率減弱，腐蝕速率下降。

三、溶劑型無機富鋅涂料的施工

涂料行業(yè)有句諺語“三分涂料，七分涂裝”，這句話充分說明涂裝過程的重要性。而且其過程會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水平。

3.1 表面處理

表面處理對涂層的性能有很大的影響，當表面處理的等級越高時，涂層的耐久性就越長，特別是施工溶劑型無機富鋅涂料的表面需要高等級的清潔度，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?shù)拇植诙饶苡行У牡窒繉庸袒^程產(chǎn)生的應力，減小涂層開裂的風險。

通常施工溶劑型無機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到Sa2?級，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。

3.2 涂料施工

為了保證施工順利的進行，需要施工人員按照涂料供應商產(chǎn)品說明書或施工指導中的技術參數(shù)進行設備選擇和設備狀態(tài)的檢查。

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

(1)厚度過低會影響其涂層的防腐性能；

(2)厚度過高會導致涂層有開裂、脫落的風險；

這些問題可以通過調(diào)節(jié)噴涂壓力和選擇適當噴漆槍嘴進行控制。

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，確定無誤后再進行涂料的混合，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，直至充分攪拌；

第3步：將混合后的涂料用80目的過濾網(wǎng)進行過濾；

第4步：施工過程需要持續(xù)攪拌。因鋅粉的比重較高，及涂料黏度低，鋅粉會在短時間沉淀到包裝桶底部，這樣會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，有開裂的風險。噴涂后期涂層內(nèi)鋅粉少，有可能會導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，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

涂料供應商會對涂層固化過程有溫度和相對濕度的要求，通常溫度要求范圍：0-40℃，固化時最低相對濕度(RH%)：60%，這里的相對濕度不是大氣環(huán)境的相對濕度，而是涂層與大氣臨界接觸面的相對濕度。特別是太陽直射的表面，因表面的溫度遠遠超過空氣的溫度，這樣會使臨界接觸面的相對濕度較低。

對涂層表面進行灑水加濕是一種通常的做法，但是需要注意以下問題：不同品牌產(chǎn)品特點存在差異，同時環(huán)境條件（溫度，相對濕度等）對灑水加濕時間會有一定的影響，需要與涂料供應商確認。

四、溶劑型無機富鋅涂料常見缺陷以及原因

4.1 涂料與基材附著力問題

表面處理后清潔度和粗糙度不滿足產(chǎn)品要求，基材表面過于光滑使涂層與底材的接觸面積較小，也會影響涂層的機械附著力。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。溶劑型無機富鋅涂料作為底漆的復合涂層附著力會有明顯的提高，是因為后續(xù)涂層中的樹脂會滲入到多孔的底漆中，加強了其內(nèi)聚力，所以復合涂層附著力測試結(jié)果比單道涂層會有很大的提高。

4.2 復合涂層的脫落和剝離

已投入使用的復合涂層，從溶劑型無機富鋅涂料產(chǎn)生脫落或剝落是一種災難性的涂層失效，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程會有體積上收縮，這種收縮會產(chǎn)生一定的應力，而且會傳遞至底漆，當?shù)灼峁袒潭容^低時，無法抵抗收縮產(chǎn)生的應力而脫落和剝離。如圖1所示。

溶劑型無機富鋅涂料介紹 - 無機富鋅涂料固化和防腐機理

溶劑型無機富鋅未固化導致涂層剝落

4.3 涂層開裂

涂層開裂是溶劑型無機富鋅涂料常見的一種涂層缺陷，主要原因是過高的干膜厚度導致的，如圖2所示。

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圖2溶劑型無機富鋅涂層開裂

導致干膜厚度過高除了噴涂壓力，槍嘴選擇和施工人員的技術有關，還與干膜厚度測量儀工作原理和涂層固化程度有關。

如果儀器發(fā)出的磁或電磁通過涂層達到鋼鐵底材的量越多，說明涂層越薄。反之，說明涂層越厚。溶劑型無機富鋅涂料是多孔的涂層，在固化初期涂層比較松散，磁或電磁通過涂層到達底材的量比較多，所以測得的干膜厚度較薄。隨著涂層與水不斷發(fā)生反應變得越來越緊密，而且孔隙能被固化過程中產(chǎn)生的鋅鹽而填補，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鋼鐵底材，測量時會顯示較高的涂層厚度。

4.4 氣泡和針孔

溶劑型無機富鋅涂料用于復合涂層體系時，會經(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溶劑型無機富鋅復合涂層起泡和針孔

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，封閉漆會滲入多孔結(jié)構(gòu)的涂料，在填補孔隙的同時逼迫孔隙中的空氣逸出。

五、結(jié) 語

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

溶劑型無機富鋅涂料施工，固化及檢查過程的任何偏差都會導致最終涂層性能無法滿足設計要求，而帶來的返工，這會造成經(jīng)濟上的損失及時間的浪費。通過本文章的介紹讓施工和涂裝質(zhì)檢人員對溶劑型無機富鋅涂料有更深的了解，并能在施工前做好準備，嚴格過程控制，以及合理的檢查測試方法，才能保證最終涂層發(fā)揮應有的作用。

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