環(huán)氧底漆在鋼鐵底材附著力影響研究

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摘要：高固體環(huán)氧底漆是環(huán)保涂料的一大種類，在鋼鐵上具有良好的附著力和防腐蝕性，廣泛應用于鋼鐵防腐，其良好的附著力是涂料具有優(yōu)良的長期保護性能的重要保障。主要討論了施工應用中底材處理、固化劑加量、漆膜厚度、環(huán)境濕度等對高固體環(huán)氧底漆附著力的影響。

關鍵詞：高固體；環(huán)氧底漆；附著力

引言

隨著經(jīng)濟的飛速增長，鋼鐵的生產(chǎn)和消費迅速增加，整個鋼鐵行業(yè)也得到了快速增長。同時，每年因為各種原因?qū)︿撹F的腐蝕造成設備損壞和報廢，帶來了巨大的經(jīng)濟損失和資源、能源浪費[1]，因此，鋼鐵應用中防腐工程越來越受到人們的重視。鋼鐵的腐蝕主要是受周圍介質(zhì)的作用而損壞，在腐蝕時，鋼鐵表面發(fā)生化學或電化學多相反應，使金屬變成離子狀態(tài)，金屬材料的強度、韌性等力學性能降低，破壞內(nèi)部結構，縮短設備的使用壽命，甚至造成設備報廢。在鋼鐵防腐工程中，防止金屬腐蝕的方法和途徑很多，迄今為止采用防腐涂料是最主要、最有效、最經(jīng)濟、應用最普遍的防腐方法，其中環(huán)氧底漆的防腐性能尤為突出，被廣泛應用于鋼鐵的防腐保護。隨著地球氣候的惡化，世界各國和地區(qū)已相繼出臺了嚴格限制包括涂料在內(nèi)的化工產(chǎn)品中揮發(fā)性有機化合物（VOC）含量水平的法律法規(guī)，而我國隨著霧霾等環(huán)境問題日益嚴重，在2016年國家工信部聯(lián)合財政部也發(fā)文宣布實施《重點行業(yè)揮發(fā)性有機物削減行動計劃》，因此，高固體環(huán)氧底漆已成為鋼鐵防腐的主流產(chǎn)品[2]。高固體環(huán)氧底漆具有較低的VOC排放，在鋼鐵表面具有良好的附著力，涂料中含有防銹顏料，可以有效防止鋼鐵腐蝕，因此高固體環(huán)氧底漆的附著力對涂層防腐蝕性能至關重要，良好的附著力可以充分發(fā)揮涂料對環(huán)境腐蝕的抵抗力。在實際應用中，影響涂層附著力的因素很多，我公司某一客戶使用高固體環(huán)氧底漆時，出現(xiàn)附著力很差的現(xiàn)象，采用劃格法檢測附著力評定為5級，本文將模擬現(xiàn)場施工方式，從不同固化劑配比、底材處理、漆膜厚度、高濕度環(huán)境下施工等方面入手，探討對高固體環(huán)氧底漆附著力的影響。

1試驗部分

1.1試驗材料和儀器

高固體環(huán)氧底漆，石家莊市油漆廠；環(huán)氧固化劑，君江；膜厚儀，BYK；拉拔儀，AT-A，美國狄夫斯高有限公司；調(diào)溫調(diào)濕箱，606B，杭州藍天化驗儀器廠；電子天平，JK202，北京朗科興業(yè)稱重設備有限公司；單刃刀具、手把式放大鏡、透明膠帶、75mm×150mm碳鋼板，3M。

1.2檢測標準及方法

劃格法檢測附著力參考GB/T9286—1998，拉拔法檢測附著力參考GB/T5210—2006，按照施工工藝要求，將碳鋼板噴砂處理至Sa2.5級；將高固體環(huán)氧底漆按比例混合均勻后，調(diào)節(jié)至噴涂黏度，在已處理好的碳鋼板上噴涂不同膜厚；將噴涂好的樣板放置在調(diào)溫調(diào)濕箱中，在不同的環(huán)境濕度下進行固化；待完全固化后，檢測其附著力。

2結果與討論

2.1底材處理

底材處理是決定鋼鐵涂層壽命的首要因素，目前應用最廣泛的底材處理方法是噴砂清潔、采用動力工具和手工工具清潔。采用噴砂清潔表面等級及動力和手工工具清潔度等級要求見表1~2。通過手動打磨和噴砂處理將樣板進行不同程度的處理，然后噴涂高固體環(huán)氧底漆，檢測附著力結果見表3。由表3可以看出，底材處理等級越高，高固體環(huán)氧底漆的附著力越好。底材未經(jīng)過處理的樣板A，表面存有油污等污染物，同時也比較光滑，所以出現(xiàn)附著力極差，呈整體剝落現(xiàn)象；其余底材處理較好，附著力評定合格，噴砂處理等級Sa1的樣板和手工打磨St2、St3的樣板，附著力相對較差，而噴砂處理Sa2.5級的樣板，由于底材處理最為理想，附著力也是最好。底材處理的根本目的就是為涂料提供最大的附著力。底材處理有兩個主要功能：一是清除鋼鐵表面的鐵銹、氧化皮、油污、灰塵等污染物，使鋼鐵表面露出具有反應性的原本表面，與底漆接觸產(chǎn)生最大的附著力；二是增加表面的粗糙度，粗超表面的有效面積是平滑表面的2~3倍，增加表面積可以增加反應場所，使底漆的附著力增大[3]。

2.2固化劑比例的影響

高固體環(huán)氧底漆分為甲、乙兩個組分，甲組分采用雙酚A型環(huán)氧樹脂作為主要成膜物，乙組分為聚酰胺固化劑。聚酰胺固化劑含有活潑的氨基，在常溫下可與環(huán)氧樹脂中的環(huán)氧基發(fā)生交聯(lián)反應，形成穩(wěn)定的、致密的網(wǎng)狀結構，使涂料具有良好的附著力和防腐性能。聚酰胺固化劑理論用量按照n（環(huán)氧基）∶n（活潑氫）=1∶1計算[4]。將高固體環(huán)氧底漆以不同固化劑用量配漆后，制板，放置在調(diào)溫調(diào)濕箱中固化，相對濕度調(diào)至50%，待完全固化后檢測整個涂層的附著力，結果見表4。當固化劑加量不足理論值時，環(huán)氧樹脂中的環(huán)氧基無法完全參與交聯(lián)反應，不能形成致密的網(wǎng)狀結構，因此附著力極差，尤其是固化劑加量為理論值的一半時，呈整體剝落現(xiàn)象。當固化劑加量在理論值的1.0~1.2倍時，整個涂層表現(xiàn)出良好的附著力。固化劑在理論值的1.5倍時，附著力會有所下降。在應用中，綜合考慮各種因素，設計固化劑的用量通常為理論值的1.0~1.2倍比較適宜。

2.3膜厚的影響

在實際應用中，人工噴涂施工時，由于工人的噴涂習慣不同，或者工件的不規(guī)則形狀等原因，造成涂層膜厚不易控制，部分漆膜較厚的情況。在理論固化劑比例的情況下，噴涂不同的膜厚，檢測結果見表5。GB/T9286—1998適合檢測膜厚＜180μm的涂層，當膜厚＞180μm時，若采用劃格法檢測附著力，用單刃刀具劃格，漆膜劃開處形變較大，附著力等級會下降，如樣板J附著力變成2級，這時應該采用拉板法，按照GB/T5210—2006檢測附著力更能體現(xiàn)涂層附著力的好壞，膜厚的差異不會對涂層附著力造成明顯的影響。

2.4環(huán)境濕度的影響

在涂料應用施工中，一般設計要求環(huán)境相對濕度超過85%時是不適宜進行涂裝施工的，這是因為相對濕度太高，會將產(chǎn)生的水分凝聚在鋼鐵表面，不但會使除銹清潔的鋼鐵表面很快重新生銹，還會生成水氣薄膜，從而降低涂料的附著力。按照施工工藝，相對濕度50%和95%的環(huán)境下噴涂制板，檢測結果見表6。測試結果涂層附著力均為1級，評定為合格。高固體環(huán)氧底漆選用的固化劑是聚酰胺固化劑，這類固化劑可以在濕度較高和較潮濕的鋼鐵表面施工，也可以制成水下施工的涂料，因此，使用聚酰胺固化劑時，單獨環(huán)境濕度因素不會對涂層附著力有明顯的影響。

3結語

1）底材處理的清潔程度直接影響涂層附著力的好壞，表面處理等級越高，高固體環(huán)氧底漆的附著力就會越好。未經(jīng)處理的底材，高固體環(huán)氧底漆的附著力很差，與客戶現(xiàn)場現(xiàn)象一致。2）高固體環(huán)氧底漆固化劑比例對整個涂層的附著力影響較大，當固化劑加量較小時，容易出現(xiàn)附著力較差，固化劑加量到理論值的50%時，涂層整體出現(xiàn)剝落現(xiàn)象，與客戶現(xiàn)場現(xiàn)象一致。3）施工時，漆膜的薄厚不會影響到附著力，只會影響固化時間的長短。4）當采用聚酰胺固化劑時，環(huán)境濕度對高固體環(huán)氧底漆的附著力沒有影響。5）通過對施工現(xiàn)場可能造成涂層附著力差的原因進行分析，并進行模擬試驗進行情景還原，確定了現(xiàn)場最有可能的影響因素，并針對此原因與客戶進行溝通，發(fā)現(xiàn)客戶在現(xiàn)場進行油漆配比時沒有任何的計量工具，進而確定了造成附著力問題的原因，為以后處理施工現(xiàn)場的問題提供了解決思路。

參考文獻：

[1]官仕龍.涂料化學與工藝學[M].北京：化學工業(yè)出版社，2013.

[2]范增軍，張國芳，王建剛，等.工程機械用高固體分丙烯酸聚氨酯面漆的制備與性能研究[J].中國涂料，2018（7）：35-40.

[3]李榮俊.重防腐涂料與涂裝[M].北京：化學工業(yè)出版社，2013.

[4]譚竹洲.涂料工藝[M]北京：化學工業(yè)出版社，1997.

[5]張學敏.涂裝工藝學[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002.

作者：何志彤 李天航 孫騰遠 陳正 李盼亭 單位：石家莊市油漆廠