适用于重防腐体系的高性能水性涂料
Michael Aamodt，沈　岳， 王　健
（广州佐敦远洋制漆有限公司，510725）

1 前 言
采用水性涂料进行配套或采用水性涂料与溶剂型的底漆或面漆进行配套，能展现出优良的防腐性能。多年的实际应用证明佐敦公司的水性涂料配套可以用于重防腐，如新造船、修船、远海装置、储存罐、电厂的钢结构、集装箱、石油和气的管道、桥梁、风车、铁路、交通塔和建筑的钢结构等。虽然，水性涂料在重防腐方面应用，其施工性能受到恶劣气候条件的限制，但经过多年对水性涂料配方的研究，水性涂料也可以成功地用于水下结构的防腐。

2 重防腐中的水性涂料
2.1 水性丙烯酸涂料(见表1)

2.2 水性环氧涂料(见表2)

2.3 水性IOZ碱性硅酸锌涂料(见表3)

3 水性涂料的实际应用
3.1 涂料配套
用水性涂料做重防腐保护时，基本上有两条途径可以实现，可以用纯水性涂料的配套系统，也可以用水性涂料和溶剂型涂料结合的复合涂料配套系统。混合系统通常用溶剂型涂料作底漆，中间漆和面漆则用水性涂料；也可以用水性涂料作底漆，溶剂型涂料作面漆进行配套。佐敦公司用于重防腐的水性涂料配套和用于重防腐的溶剂型涂料/ 复合型涂料配套如表4 所示。

表4 中涂装配套1～3、5、9、10 都可以用于需要重防腐保护的海洋石油气平台（NORSOK M-501认可这些配套可以对暴露在大气中碳钢进行有效的保护），表面预处理可以是喷砂至Sa2.5或超高压水喷射或符合两种处理后的等级。
表4也列出了测试的涂料配套在4 200h 盐雾/ 加速试验后，锈蚀在人工划伤处的单向锈蚀的情况（NORSOK M-501 认可的大的单向锈蚀是3mm）。这个苛刻试验的总体结论是：三道涂层的复合配套和纯水性涂料配套表现出了好的防腐性能。佐敦在北海区的跟踪记录证明它们具有和溶剂型涂料一样的防腐性能。可以看出水性涂料和复合配套中3、5、9和10都达到了小于1mm 单向锈蚀的要求，此与在北海试验区持续15 年的几个纯溶剂型涂料的配套具有同样的防腐效果。
3.2 应用实例
3.2.1 远海区的水性涂料的应用实例
1995-2000 年，挪威大的独立研究院S I N T E F 在北海区SNORRE 平台对几个用于重防腐的有机涂料配套进行了5年的现场测试。跟踪试验的结果是纯水性涂料配套表现出了非凡的防腐性能。1990年，对于在南澳大利亚和塔斯马尼亚之间巴斯海峡上海岸线之间的石油气平台的保护，高固体分、高无机硅酸盐含量水性涂料的应用被证实是很有效的。单一的常温固化型水性底漆作为的保护涂层喷涂在平台中间的石油喷洒区而为其提供防腐，干膜厚度为(150～200)mm。在气候多变的巴斯海峡，用这种涂料许多平台都得到了很好的保护。用硅酸盐水性涂料保护墨西哥海湾的采油设施也得到同样好的结果。许多年前，一些北海的石油公司决定在北海的平台设施开始试用水性涂料。几年前，Norsk Hydro 石油公司将两层水性涂料的配套和三层（水性和溶剂型涂料的复合体系）涂料配套，开始在海岸设施和远海设施测试了这些涂料系统的性能。在挪威内陆化学工业区、海岸工业区及远海B型旋转采油平台的支撑脚分别测试这些涂料的性能。作为参考，他们为远海的设施保养使用了典型的溶剂型涂料系统，该系统的底漆是用环氧富锌底漆，中间漆是环氧云母涂料，面漆是双组分的聚氨酯涂料。焊接有支架测试的样板喷砂Sa2.5级以后，在室内进行了喷漆，然后分别放置在内陆化学工业区和海岸工业区环境中暴露。而部分直径为510mm 的管道则用高压水喷射至中等的浮锈等级（C - V I S W J -2M），然后在室外的现场喷漆。经过两年半的暴露，对涂膜在结合力、脱落、起泡、生锈、开裂、脱落、粉化等方面进行了考察。得出结论，三道漆的复合配套体系和三道溶剂型涂料配套相比具有相似或更好的防腐性能。
3.2.2 水性涂料用于防腐的其它实例
在海洋气候环境下，水性涂料可以达到与溶剂型涂料相同的防腐蚀效果。许多年前，在丹麦沿海的高速公路桥梁的钢架结构上，涂上了水性丙烯酸涂料配套系统（按照丹麦桥梁的标准），这种配套包含有3×100mm干膜的乙烯丙烯酸底漆和50mm 干膜的苯乙烯丙烯酸面漆。由于适宜的总漆膜厚度，该涂料系统表现出优异的防腐性能。在北美和欧洲的许多国家，厚膜的丙烯酸涂料在钢结构桥梁的防腐方面效果一直很好。水性丙烯酸面漆的主要用途是保养涂在油罐或化学品罐上面的溶剂型涂料，特别是复涂已涂装过的油罐或化学罐，使其翻新和有光亮的外观。水性丙烯酸面漆的大优点是它具有优异的保色和保光性，这个特性已得到加速老化试验和实际的大气曝晒试验的证明。通过长时间的测试，在抗紫外线性能方面水性涂料可以达到与溶剂型涂料相同的效果。在许多国家，像沙特阿拉伯、阿曼、马来西亚、泰国、希腊等都在使用水性丙烯酸面漆来保护原油储罐。

4 实验与讨论
4.1 水性涂料中水分的蒸发
温度、相对湿度和通风情况决定了水分从涂层挥发的程度。用重量分析法可以测定以时间为参数时水性丙烯酸面漆和环氧底漆中残留的水分。通过实验，可以发现， 空气中相对湿度的变化对于水性涂料涂膜中水分的挥发有极大的影响。同时，在干燥的温度降低时，这种影响会以成倍的速度增加。即使环氧底漆的固体分含量高于丙烯酸面漆的固体分含量，水分从丙烯酸面漆漆膜的挥发速度比从环氧底漆漆膜的挥发速度快。这意味着在低温和高湿的情况下，过早地在水性环氧底漆上复涂快干的丙烯酸面漆会引起环氧底漆漆膜内水分的残存，从而导致漆膜的开裂、气泡和终失去附着力。表明在环境气候条件恶劣的情况下进行水性涂料施工时要很好地控制环境温度和相对湿度的重要性。此外，水性涂料涂膜的形成是一个复杂的过程，也有许多种成膜助剂可供选择，以把硬的聚合物粒子融合在一起。一些助溶剂如异丙醇等，可以和水一起形成共沸混和物来降低整个混合物的沸点， 因此它们的添加可以帮助水分的挥发。而其它的助溶剂如丙二醇、丙酮、甲乙酮等，都因挥发太快而不能帮助水性涂料成膜，特别是在低温和高湿的条件下。在这种情况下，这些助溶剂会在水分挥发以前就挥发掉，使留下的涂料成膜不完全，从而使水和溶剂容易渗透涂膜。
4.2 水性涂料的涂膜过厚或喷涂过度的风险
用于重防腐的水性涂料不使用厚涂层的主要原因是涂膜中易残留水分的风险太大，因为它们干燥得太快。因此，试验喷涂了水性乙烯丙烯酸底漆和水性环氧底漆，并检测了在干膜为150mm 和200mm 时的效果。这些底漆的典型干膜厚度是(80～100)mm。检查两种底漆过度喷涂到150mm 和200mm 的干膜在钢板上的附着力时，在干燥温度为5℃、10℃、23℃、40℃和相对湿度为70%下，快干的乙烯丙烯酸底漆在喷涂到150mm 和200mm 的干膜时，24h以后的检查结果和7d以后的检查结果均显示乙烯丙烯酸底漆对钢板有较好的附着力。7d以后的附着力比24h以后的附着力要稍微好一点（拉开法）；对于慢干的水性环氧底漆，在干燥温度为5℃、10℃、23℃、40℃和相对湿度为70% 下，当喷涂到150mm 和200mm的干膜时，7d以后的检查结果显示其对钢板有较好的附着力。但是，在5℃和10℃的低温情况下干燥的涂膜在24h以后，其附着力不够好，因为涂膜中还含有水分。因此，从测试可以得出：在23℃以下，过分喷涂到150mm和200mm干膜的水性环氧底漆和过早地复涂面漆是不宜的。而对于水性乙烯丙烯酸底漆，在不同的干燥温度下和较早的面漆复涂的条件下，它的干燥时间和附着力是可以接受的，因此该底漆是可以施工到200mm的干膜厚度。这使可以厚喷的水性丙烯酸涂料配套用于重防腐保护应用成为可能。
4.3 水性配套系统形成耐水性能所需的时间
在不同的季节条件下，要掌握在涂装完成以后，涂层需要多久才有能力抵御大雨、结露、下雪和冰冻的环境。因此测试一个典型的水性涂料配套(由120mm 干膜的水性环氧底漆和80mm 干膜的水性苯丙面漆组成)，干燥是在一个干燥炉内，室内温度为23℃或30℃和相对湿度为30%、50%、70% 的条件下进行的。当底漆在炉内干燥2h 或4h后，将样板取出并复涂面漆，再在同样的条件下干燥2h 或4h，然后在不同的外界条件下进行干燥。在干燥24h和7d后，分别对预处理为Sa2.5级的钢铁样板上的涂料配套，用X-CUT（ISO 2409）法进行了附着力测试。试验结果表明，水性涂料的配套是可以在各种季节下进行施工的，即使在室外干燥条件恶劣的情况下，它还是可以以短的复涂间隔获得好的附着力。为了保证有较短的复涂间隔，对于在冬天时使用这类配套，推荐在被喷涂过的部件暴露于冰冻或结露的环境之前，在23℃或30℃的条件下强制干燥(4～8)h。在夜间，温度低于-4℃的条件下，只要水从涂膜中挥发掉，成膜在进行中，早期的附着力表明涂层能够抵御恶劣的环境条件。一个经过24h正常干燥的环氧涂料当然还在继续固化，因为它还没有完全固化，但是，它有很强的附着力。

5 结 论
水性丙烯酸、环氧和无机硅酸锌涂料用于防腐保护的适宜性具有优点和局限性。加速腐蚀的实验结果和大量的成功工程实例确认了水性涂料优良的防腐性能和可以用于重防腐的保护, 水性涂料在防腐中的应用将在几年后会有显著的增长。值得注意的是要遵守和适应水性涂料的施工规则，才更能显示出其优越性。