0 前 言
钢结构防腐是涂料工业重要的应用领域之一,而富锌底漆是防腐涂料中应用广泛的基础品种之一。美国钢结构协会SSPC把富锌底漆分为4类：水溶性后固化无机富锌SSPC Type 1A、水溶性自固化无机富锌SSPC Type 1B、醇溶性自固化无机富锌SSPC Type 1C和有机富锌漆SSPC TypeⅡ(基料以环氧/聚酰胺为代表)。我国HG/T3668/2000标准中把富锌底漆分为1型无机富锌和2型有机富锌。环氧富锌产量在富锌底漆占位,其次是醇溶性无机富锌。在当今大力发展水性化涂料的趋势中,水性环氧防腐涂料普遍受到关注,水性环氧富锌底漆具有溶剂型环氧富锌底漆防腐性好、附着力强等基本性能,又兼具水性无机富锌底漆低VOC和安全性的优点。对水性环氧富锌底漆作深入研究探讨是十分必要的。
1 试验部分
1.1 原材料及参考配方
水性环氧树脂及水性固化剂、325目锌粉、400目磷铁粉、防沉剂、闪锈剂,均为国产,工业规格。水性环氧富锌底漆参考配方见表1。
1.2 水性环氧富锌底漆的制备
水性环氧富锌通常为2组分或3组分包装,制漆工艺简单,纯用锌粉的水性环氧富锌底漆无须研磨分散,加入部分磷铁粉或其他填料则应把填料加入基料研磨分散至40 μm以下。把A、B两组分混合均匀后,经过滤,喷涂制板或施工。锌粉含量按美国钢结构涂装协会SSPC的规定,锌粉含量在有机富锌涂料中占干膜重量的74%以上,我国有关标准中也对富锌底漆的锌粉含量作了类似规定。对富锌底漆锌粉含量问题存在不同观点,水性环氧富锌的研究试验也同样涉及到这一问题,本着从防腐实效来评价富锌底漆的性能原则,我们对两种水性环氧富锌底漆、溶剂型环氧富锌底漆和自固化水性无机富锌底漆,都按照锌粉∶磷铁粉为纯锌粉、1∶0.15、1∶1、纯磷铁粉4种比例分别配制成涂料1#、2#、3#、4#,并从耐盐水1 000 h、耐盐雾1 000 h,做成预涂富锌底漆曝晒试验,以及富锌底漆和面漆的配套性等方面,对水性环氧富锌底漆和其他类型的富锌底漆作比较,也对锌粉和磷铁粉不同比例的防腐性能作了对照考察,以从中得出相应的结论。
1.3 各种富锌底漆的机械性能(见表2)
1.4 各种富锌底漆的耐盐雾性能和耐盐水性
耐盐雾、耐盐水性能分为10级,其中2级差、10级好。
耐盐雾、耐盐水性能分为10级,其中2级差、10级好。
10级：涂膜无锈、无泡、无变化；
8级：轻微锈色、面积少于5%,无气泡,或无锈色、少于5个φ1 mm的小泡；
8级：轻微锈色、面积少于5%,无气泡,或无锈色、少于5个φ1 mm的小泡；
6级：无气泡锈色面积少于10%,水、气相交界处少于10个φ1 mm小泡；
4级：明显锈色面积少于20%,或无锈但气泡面积少于20% ；
2级：锈面积大于30%,或气泡面积占板面的30%。
各种富锌底漆耐盐雾1 000 h试验结果见表3及图示。
1.5 各种富锌预涂底漆曝晒
车间底漆涂膜较薄,要求在半年内不生锈与下道面漆有很好的配套性。两种水性环氧型、一种水性无机富锌型及溶剂型环氧富锌共4种不同基料的富锌底漆,并以锌粉和磷铁粉不同比例制成车间底漆,经3～6个月曝晒情况如下：
共分为10级。0级差,涂膜完全破坏,锈蚀达60%以上；10级好,涂膜完整,无锈无泡,基本无变化；其间性能依次递增。两种水性环氧富锌底漆曝晒半年(环氧富锌和水性无机富锌曝晒3个月),结果
见表5及图示。
1.6 水性环氧富锌底漆和溶剂型聚氨酯面漆的配套
水性环氧富锌底漆可以和水性环氧面漆配套,也可以和各种溶剂型面漆如丙烯酸、HCPE面漆,甚至醇酸涂料配套。据文献报道,HCPE和醇酸涂料不宜和富锌底漆配套,我们也进行配套试验,以观其效。涂刷性无障碍,天然曝晒半年尚未发现起泡、脱落、龟裂等。若以水性环氧富锌作底漆,并用白丙烯酸聚氨酯作面漆,其复合涂层耐盐雾2 000 h,完全用锌粉的水性环氧富锌底漆,沿划线处起泡严重,但没生锈,而掺以不同比例的磷铁粉则在划线处有锈迹但不起泡,这和前面试验是吻合的,即在富锌底漆中加入适量磷铁粉,有助于改善和提高富锌底漆耐盐雾性。
2 结果与分析
2 结果与分析
2.1 涂膜防腐蚀性能评价
试验室常用的评价方法是耐盐水和耐盐雾试验,各种类型的富锌底漆1#,均为锌粉,不掺带磷铁粉及其他填料,锌粉在干膜中占70%以上。在几种类型富锌底漆中,均表现为易起泡而并不生锈,这是由于锌粉在盐水或盐雾的渗透下,引起腐蚀,体积增大,从而涂膜起泡,由于锌粉有很好的阴极保护作用涂膜并无锈色。季瑞峰[1]对9种不同类型的富锌底漆(环氧富锌、水性无机富锌硅酸锌富锌底漆)进行试验,在干膜厚度＜90 μm的情况下,耐盐雾均低于7 d就起泡,有的仅24 h,同时也表明了富锌底漆不能用于直接浸入海水中的设施。如果既要锌粉在干涂膜中含量达到70%～80%,而又要求该富锌底漆达到1 000 h耐盐雾性,是难以做到的,至少涂膜不起泡难以达到。耐盐雾和耐盐水略有差别。耐盐水起泡甚至破裂主要发生在水气相界面处,1#～4#随锌粉含量降低,阴极保护作用逐渐降低,在盐水或盐雾中,铁板生锈趋势增加而起泡减少,这一趋势在各种类型的富锌底漆中是一致的。m(锌粉)∶m(磷铁粉)=1∶1在多种类型富锌底漆中起泡和生锈趋势基本达到“平衡”状态。锌粉、磷铁粉的密度及吸油量见表6。
锌粉密度大于磷铁粉,同样质量比锌粉在涂膜中体积浓度小,锌粉比磷铁粉都具有导电性,但磷铁粉导电性更强一些,若把富锌底漆涂在水泥石棉板上,以PC-27Ⅱ导电仪测：
水性环氧富锌(锌粉占70%)表面电阻：0.35×106；水性环氧富锌(锌粉∶磷铁粉=1∶1)表面电阻0.22×106；溶剂型环氧富锌(锌粉∶磷铁粉=1∶1)表面电阻为3 600×106。通过试验说明,若以少量的磷铁粉代锌粉,譬如m(锌粉)∶m(磷铁粉)为1∶0.15,并不能改变富锌底漆耐盐雾和耐盐水易起泡的缺点。若m(锌粉)∶m(磷铁粉)为1∶1,在3种类型的富锌底漆中(水性环氧、溶剂型环氧、水性无机)较好地改善或提高富锌底漆的耐盐水和耐盐雾性能。磷铁粉由于没有阴极保护作用,完全以磷铁粉做成无锌粉的所谓“富锌底漆”耐盐水和耐盐雾性很差,尽管很少起泡,但会大面积生锈。富锌底漆尤其做车间底漆时,难免会焊接产生锌雾,对操作人员有一定毒害。上还认为锌可能致癌,所以不论从对操作者的劳动保护还是节约资源角度,都应该以适量的磷铁粉等材料(以试验的防腐效果为准)代
替部分锌粉。
2.2 水性环氧富锌底漆和溶剂型环氧富锌底漆比较
水性和溶剂型环氧富锌在机械性能和耐化学品性能指标具有相同的性能,两者差别在于施工性,溶剂型环氧富锌底漆对底材的表面处理要求相对较宽松一些。在消费心理上,水性涂料总觉得不如溶剂型涂料可靠,这需要在水性涂料的推广中加大宣传力度,在环保和节能方面耐心说明,在劳动保护方面予以强调。欧盟在涂料应用方面,对环保要求很高,消费者对水性涂料接受程度也高,中国和其他国家一
2.2 水性环氧富锌底漆和溶剂型环氧富锌底漆比较
水性和溶剂型环氧富锌在机械性能和耐化学品性能指标具有相同的性能,两者差别在于施工性,溶剂型环氧富锌底漆对底材的表面处理要求相对较宽松一些。在消费心理上,水性涂料总觉得不如溶剂型涂料可靠,这需要在水性涂料的推广中加大宣传力度,在环保和节能方面耐心说明,在劳动保护方面予以强调。欧盟在涂料应用方面,对环保要求很高,消费者对水性涂料接受程度也高,中国和其他国家一
样,已进入“高价油时代”,涂料行业也应在节约石油资源减少VOC排放方面做一些切实可行的工作。
3 结 语
3 结 语
环氧富锌底漆是涂料工业的传统产品,在桥梁涂料、集装箱涂料、油罐涂料乃至绝大多数钢结构防腐涂装中均得到广泛的应用。从产品升级换代角度来说,应以水性环氧富锌底漆逐渐代替溶剂型环氧富锌底漆,并且在上述应用领域作一些切实可行的施工应用试验,通过实际施工案例和样板工程,通过节能效果甚至施工成本的降低,来逐渐改变消费习惯。溶剂型环氧富锌底漆已应用几十年,而水性环氧富锌底漆刚刚开始,对水性环氧树脂的类型选择以及环保型防腐填料(如磷铁粉、APW、磷酸锌、钛铁粉等)对水性环氧富锌底漆的性能影响,水性环氧富锌底漆的施工适用期问题等,还需做一些基础性能研究,以便更好地推广这类环境友好型产品。
