提高水性富锌底漆防腐性能的涂装技术

卢常巧*，李敏风

（1.上海古象化工科技发展有限公司，上海 201417；2.中国钢结构协会防火防腐分会，上海 200092）

【涂装】

提高水性富锌底漆防腐性能的涂装技术

卢常巧1,*，李敏风2

（1.上海古象化工科技发展有限公司，上海 201417；2.中国钢结构协会防火防腐分会，上海 200092）

对溶剂型和水性富锌底漆的施工技术指标进行了对比分析，从除锈等级、表面清洁度和粗糙度以及钢结构表面的缺陷处理等方面论述了喷涂水性富锌涂料对钢材表面处理的要求，并对无气喷涂技术应用于水性富锌底漆涂装中需要注意的事项及对环境条件的要求等进行了探讨。

水性富锌底漆；涂装；防腐；无气喷涂；粗糙度；清洁度

First-author’s address:Shanghai Guxiang Chemical Technology Development Co., Ltd., Shanghai 201417, China

重防腐涂料主要应用在船舶、集装箱、石化、电力、桥梁、铁道、建筑钢结构等行业中。2014年，我国重防腐涂料产量在220万t左右，居世界第一。近几年来，国家出台了一系列的政策和法规，使重防腐涂料向节能、环保的方向发展，推动了水性重防腐涂料的发展进程。总体来说，水性配套重防腐涂料(如水性富锌涂料、水性环氧聚氨酯、丙烯酸、醇酸等)在单项技术性能、配套耐久性等方面都不比同类溶剂型涂料差，因此近几年来它们在集装箱、建筑钢结构和石化(贮罐)行业获得应用。如2013年，用全套水性集装箱涂料制成的集装箱占全国总产量的3%。除了“威士伯”涂料公司的双涂层水性集装箱涂料外，“关西”、“海虹”、“中涂”和“金刚化工”四大公司的水性集装箱配套涂料的涂层性能优异。“深圳维新”、“武汉九天”、“上海涂料公司”、“青岛海化院”4家国内企业的水性集装箱涂料也获得了美国“KTA”和“FDA”证书，取得了在国际标准集装箱上应用的资格。在规定的配套中，有水性环氧富锌底漆(包括车间底漆)、水性环氧磷酸锌中层漆、水性环氧内面漆和丙烯酸外面漆，但它们未能批量应用。除了箱东的接受程度低、价格高等原因外，主要是水性集装箱配套涂料的施工性能不能适应溶剂型涂料的涂装流水线(生产节拍一般为3 min出一个20英尺集装箱）。

另外，建筑钢结构是重防腐涂料中应用水性涂料最早的行业。从上世纪开始，美国 IC531水性无机富锌涂料引进中国后，经过消化、吸收、提高，全国有50多个厂家会生产水性无机富锌底漆，这些无机富锌底漆大多与溶剂型环氧云铁中层漆等配套。2013年，建筑钢结构行业内应用的水性无机富锌底漆约占建筑钢结构底漆总量的1/3左右。值得一提的是，上海门普来新材料公司单一生产的水性无机富锌底漆已大量应用在建筑钢结构行业，一度成为“沪宁”、“金环”和“杭肖”等钢结构厂的“通用底漆”，年产量达到4 000 t。但近几年来，为保证涂层质量，钢结构厂规定底、中、面涂料必须为同家产品，使水性富锌底漆的使用量有减少的趋势。

国内“河北晨阳”、“山西华豹”、“广州集泰”、“成都澳得龙”等公司都是专业生产水性涂料的工厂，产品包括各类富锌底漆、环氧中层漆、聚氨酯面漆和底面两用的水性丙烯酸涂料，已批量应用于建筑钢结构、风力发电塔筒等工程，有很多成功的案例，但也有不少由涂装引起的失败案例。

“佐敦”、“海虹”、“关西”等外资企业生产的水性富锌底漆，在新疆、大连等石油贮罐内壁得到了成功应用，显示了水性重防腐涂料节能、环保的优势。但重防腐涂料水性化的进程缓慢，远远落后于其他行业，主要原因是重防腐水性涂料的涂装是发展的瓶颈。从重防腐涂料的涂装流水线到水性涂料的施工技术指标、涂装设备等方面都存在一系列问题。

在实践中发现，所有重防腐水性涂料中最难喷涂的是水性富锌底漆，其中水性无机富锌底漆比水性环氧富锌底漆更难喷涂，有过不少失败的案例。某著名水性涂料厂的总工曾得出一个结论：比重大于2.4的水性环氧富锌底漆不能采用无气喷漆法。笔者对此体会尤深。因此，总结水性富锌涂料在涂装中的经验教训对提高水性富锌涂料的施工性能意义重大。本文对水性涂料的喷涂技术提出一些建议，供同行参考、讨论。

1 提高水性富锌涂料的施工性能

重防腐水性涂料的施工性能是由其内在品质决定的，加强对它的研究是确保涂料产品可靠性的关键。产品说明书中所标明的施工技术参数也是重防腐水性涂料最重要的技术指标，是涂装工艺的基础。但目前我国对重防腐涂料施工性能的研究落后于国外同行。而且由于成膜树脂不一、配方不同、原料来源不同、锌粉含量高低不一等，不同水性富锌底漆生产厂家有不同的施工技术指标。作为水性富锌底漆生产厂家，应该通过系列实验与测试来完善这些技术参数，并在产品说明书中注明。表 1为中远关西涂料化工有限公司生产的溶剂型和水性环氧富锌底漆施工性能对比(资料来源于中远关西重防腐涂料产品说明书)。可见，相比于水性环氧富锌底漆，溶剂型环氧富锌底漆的施工温度稍宽，混合使用期和贮存时间较长，喷涂压力稍低。

表1 溶剂型和水性环氧富锌底漆施工技术指标对比Table 1 Comparison of construction parameters between solvent- and water-based epoxy zinc-rich primers

涂装工程公司应根据表面处理、涂层质量要求、涂装流水线实际、操作工人的水平、工程的进度等要素，认真设计涂装工艺，严格执行施工技术参数。发现问题后要与涂料厂共同协商解决，以保证水性富锌底漆的漆膜质量。

特别需要强调的是水性富锌底漆的最大、最小涂装间隔，它直接关系到工艺流程的安排和涂层附着力。另外，水性富锌底漆的混合使用期短，超过了混合使用期的水性富锌底漆即使表观无异样，也必须丢弃。

2 水性富锌涂料对钢材表面处理的要求

钢材表面处理质量直接影响到底漆漆膜的质量。水性涂料对表面处理的要求比溶剂型涂料要高。

2. 1 除锈等级

根据ISO 8503-1：2012 Preparation of steel substrates before application of paints and related products-Surface roughness characteristics of blast-cleaned steel substrates-Part 1: Specifications and definitions for ISO surface profilecomparators for the assessment of abrasive blast-cleaned surfaces，水性和溶剂型富锌底漆对除锈等级的要求见表1。可见，水性无机富锌底漆对钢结构表面质量的要求更高。

表2 基于ISO 8503-1的水性和溶剂型富锌底漆的除锈等级Table 2 Rust removal grades for water- and solvent-based zinc-rich primers based on ISO 8503-1

2. 2 粗糙度

水性富锌涂料对机械除锈后的粗糙度要求较高，特别是水性无机富锌底漆，粗糙度Rz= 50 ～ 75 nm。故在磨料的选择和配合度上，应适当增加棱角钢砂的份额，使粗糙度的形状成尖锐状(见图 1a)，以增强水性富锌底漆与钢材的附着力。图1b和1c分别为经钢丸磨料以及钢丸和棱角钢砂混合磨料喷砂后钢材的表面形态。

图1 经不同磨料喷砂后钢材的表面形态Figure 1 Surface states of steel after sand blasting with different abrasives

2. 3 清洁度

待涂钢材表面必须干燥，无灰尘和其他污物。无论水性无机富锌底漆还是水性环氧富锌底漆，处理后的钢材表面都不允许有油污存在。在笔者的工作实践中，多次碰到因钢丸带油污而使水性富锌底漆脱落的严重事件。

2. 4 钢结构表面的缺陷处理

由于水性富锌涂料具有在尖锐边缘有高收缩性的特性，因此对于钢构件表面的切割、电焊缝等尖锐边缘，应事先仔细磨出圆角；对于电焊缝、铆钉接缝、跳焊部位等，均需采取预涂措施。预涂应掌握好水性富锌涂料的最小和最大的涂装间隔时间。涂装施工中，任何构件的接头都应紧闭，以免水分进入。钢结构表面的缺陷处理包含以下方面：

(1) 自由边：钢材自由边上的尖角毛刺，用砂轮打磨至r = 2 mm的圆角。

(2) 切割边：切割边的峰谷差超过1 mm时，打磨到1 mm以下，对坚硬的熔渣表面要进行打磨处理。

(3) 咬边：焊缝上深为0.8 mm以上的咬口，应进行补焊处理。

(4) 飞溅：焊接产生的飞溅要打磨光滑。

(5) 剥落：钢材表面的剥落要用砂轮修整。

(6) 凹坑：深度在0.8 mm以上的要进行补焊处理。

(7) 焊缝：焊缝接头以及表面有2 mm以上的凸出或有锋利凸出时，应用砂轮打磨光滑。

3 无气喷漆技术在水性富锌底漆涂装中的应用

由于产品的特殊功能，少数水性无机富锌底漆如“海虹”(Hempel)的15620，密度高达3.1 g/cm3，只能采用空气喷涂法和刷涂(见海虹重防腐涂料产品说明书)。佐敦涂料也有同类产品(在产品使用说明中强调了这一点)。但绝大多数水性富锌底漆应该用无气喷漆法喷涂，不仅生产效率高，涂层附着力好，而且能有效控制膜厚，是节能环保的好办法。水性富锌底漆采用无气喷漆技术应注意以下4个方面。

3. 1 采用富锌底漆专用喷漆机

由于水性富锌底漆有较高的锌粉含量，沉淀快，易结块，容易损坏无气喷漆机的压送机构，因此必须采用富锌专用无气喷漆机。富锌底漆专用喷漆机的特点如下：

(1) 高压泵的加压活塞与连杆运动速率慢，降低压送机构磨损。

(2) 配备专用的搅拌装置，边搅拌边喷漆。

(3) 压送机构等采用特殊的耐磨材料，并配合专用的喷枪，喷嘴和高压软管也有较高的耐磨性。

(4) 压缩空气进气管与涂料输出管孔径较大，涂料的输送量也大。

(5) 加压活塞系统与高压柱塞系统设计成分体式结构，便于清洗、保养与更换损件。

国内外常用的富锌无气喷漆机见表3。从表3可以看出，它们的压缩比均为32∶1或33∶1，其他压缩比基本上不能用[1]。

表3 几种常用的富锌涂料无气喷漆机Table 3 Some common airless paint sprayers for zinc-rich coatings

3.2 喷嘴的选择及更换

应根据水性富锌底漆规定的膜厚和待涂钢结构的形状选择合适孔径和喷幅的喷嘴，这是保证涂层质量和控制耗漆量的关键。由于材质上的差异，推荐采用国外厂家(如Graco、WIWA、Wagner公司)的喷嘴。若采用重庆长江机械厂生产的喷嘴，一定要选用富锌底漆专用喷嘴——Z型喷嘴。在施工中，需随时注意孔径和喷幅的变化。通常在扇形面积小于 25%时，需及时更换喷嘴。因为喷水性富锌底漆的喷嘴磨损严重，喷孔变大变圆，流量增大，不仅会严重影响漆膜的外观、膜厚和质量，而且会成倍增加耗漆量。表4是Graco615喷嘴正常使用和磨损后喷嘴、喷幅及喷涂流量对比[2]。可见，喷嘴磨损越严重(喷嘴直径越大)，喷幅越小，喷漆流量越大。

表4 喷嘴磨损前后直径、喷幅及喷漆流量对比Table 4 Comparison of diameters, spray coverages, and paint flow rates of some nozzles before and after abrasion

3.3 喷漆压力的控制

从表 1可以明显看出，水性环氧富锌的喷漆压力明显低于溶剂型环氧富锌底漆。在一般状况下，水性无机富锌底漆的喷漆压力要小于水性环氧富锌底漆。以锌粉含量为 80%的水性无机富锌为例，喷漆压力应为 11.0 MPa，若采用重庆长江机械厂的QPT9C无气喷漆机，进风压力应控制在0.3 MPa。喷漆压力若超过15.0 MPa，底漆中的锌粉会堵塞喷嘴，无法继续喷涂施工。

3.4 添置涂料搅拌机，充分搅拌

水性双组分涂料混合时，把锌粉缓缓加入液体组分中，同时进行充分搅拌，做到边喷漆，边搅拌。但要避免高速搅拌，否则空气会进入漆料，使涂层起泡。

3.5 无气喷漆机的清洗

按理，喷水性富锌底漆时应采用专用无气喷漆机，它的主要构件采用不锈钢制成。目前在推广应用水性富锌涂料的初期，往往只能使用喷涂溶剂型涂料的无气喷漆机，所以必须认真清洗无气喷漆机。清洗时，应该先将泵体的机滤器和喷嘴的滤芯洗干净。

用喷过溶剂型涂料的无气喷漆机来喷涂水性涂料时，第一、第二次清洗应采用涂料的稀释剂，然后用温热(30 ～ 35 °C)的自来水清洗，才可以喷涂水性涂料。当喷涂水性涂料的无气喷漆机更换为喷涂溶剂型涂料时，第一次用温热(30 ～ 35 °C)的自来水清洗，第二、第三次采用涂料的稀释剂清洗，然后才可以喷涂溶剂型涂料[注：资料来源于庞贝捷(PPG)重防腐涂料产品说明书]。

4 环境条件的控制

喷涂水性富锌涂料时，钢材表面温度和气温必须大于10 °C，钢材表面必须干燥、清洁，钢材表面温度高于露点温度3 °C[2]；避免在晚上低温或伴有凝露、下雨的气候条件下施工，施工期间相对湿度(RH)范围为75% ～85%，在RH ＜60%时要防止水性富锌底漆出现干喷；特别要强调的是完成喷涂水性富锌底漆后的构件要保持一定的通风量。按海虹涂料公司的测试，20 °C温度下2 L的水性无机富锌底漆固化干燥需要提供75 m3的通风量，才能除去通风和施工过程中释放出来的水蒸汽，否则复涂上去的中层漆极易脱落。

在北方冬季，水性涂料在贮藏、运输过程中必须有保温装置。在存贮温度5 ～ 30 °C的条件下，一般水性富锌涂料的贮存期为6个月。若室温超过30 °C，存贮期要相应缩短，以免影响水性富锌涂料的质量。

5 结语

提高水性富锌底漆的涂装技术是保证涂层质量的关键，是推广重防腐涂料水性化的有力措施。因此，要提高水性富锌底漆的防腐性能，建议从提高水性富锌涂料自身的施工性能，提供合适的表面处理等级，保证无气喷漆的各项技术参数，控制温度、湿度等涂装环境及贮运条件等措施着手。

[1]李敏风. 冷涂锌的性能和应用[J]电镀与涂饰, 2014, 33 (18)： 788-790.

[2]刘新. 防腐蚀涂料与涂装应用[M]. 北京： 化学工业出版社, 2008.

[ 编辑：韦凤仙 ]

Coating technology for improving the anticorrosion performance of water-based zinc-rich primer

LU Chang-qiao*,LI Min-feng

The construction parameters of solvent- and water-based zinc-rich primers were comparatively analyzed. The requirements for surface treatment of steel materials for spraying water-based zinc-rich coatings were discussed from aspects of rust-removal grade, surface cleanliness and roughness, treatment of surface defect of steel structure, etc. Notes during application of airless spraying technology to coating of water-based zinc-rich primer and the required environment conditions were described.

water-based zinc-rich primer; coating; anticorrosion; airless spraying; roughness; cleanliness

TQ639

B

1004 - 227X (2015) 18 - 1044 - 05

2015-05-18

卢常巧（1967-），女，山东威海人，本科，公司技术中心副主任，主要从事工业防腐涂料的开发。

作者联系方式：(E-mail) 940970240@qq.com。