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低表面處理涂料

發布時間: 2019-10-14 15:50:28

低表面處理涂料,首先要與帶銹涂料區別開來。帶銹涂料的主要作用是涂覆于殘留銹蝕的鋼鐵表面,而本文所介紹的低表面處理涂料,不僅可以帶銹涂刷,還可以涂覆于其它種類的舊涂層上面。在英文中,這類涂料叫做Surface-tolerant Coating,直譯過來為表面容忍性涂料。 
由于這一類涂料的特殊性,如果對于文字有所曲解,就會帶來不良后果。比如以前的帶銹涂料,很多人就以為對于銹蝕產物可以不加處理地用涂料涂刷,或者就是對于銹蝕的處理程度有著不同的認識。低表面處理涂料,我們必須理解到底可以容忍的底材表面是處于什么狀態,這是最為重要的。比如說,底材表面可能覆蓋有氧化皮、銹蝕、各種成分的舊涂層、水分、鹽分或者油污等。這類涂料還可能要求在施工中能夠容忍高溫、低溫、相對濕度以及表面潮氣等。在使用低表面處理涂料前,對于這些因素都要作認真細致的考慮。 
在實際的涂裝施工中,有很多情況下不可能對鋼材進行完全的徹底的噴砂處理,除了鋼結構本身的特別情況外,還有日益嚴格的環保法規和衛生安全條例等。比如橋梁的維修涂裝,如果進行噴砂就會影響公眾,就會污染水源等。 
低表面處理涂料的使用,主要會對在對不可能完全達到噴砂級別Sa 2 1/2;(ISO 8501-1)的情況下,又要達到高級別的防腐蝕保護要求。另外一個的要求就是低表面處理涂料要能夠涂覆在不同種類的舊涂層上面而不會產生相容性問題。因此,在這種情況下的討論,低表面處理涂料主要指是那些可以涂覆在手工或動力工具打磨的表面(St2/St3),舊涂層表面和高壓水噴射除銹表面的涂料產品。 
由于低表面處理涂料主要是應用于涂裝維修方面,所以這類涂料產品還必須比其它類的涂料產品更能適應多種氣候和施工環境。那些標準的車間內施工要求并不適合于低表面處理涂料。高濕度、低溫、風力、灰塵以及底材和涂層上的露水微凝等,都可能是鋼結構現場施工時會遇到的問題。 
高壓水噴射除銹在涂裝維修時已經越來越多地受到了關注,因為它不會象噴砂那樣產生大量灰塵而引起環保問題,也無須搭建嚴格的圍護結構。在船舶維修方面,高壓水噴射除銹有著很多的應用,并且取得了極大的成功。低表面處理涂料在高壓水噴射除銹表面的應用實踐表明它是最為適合的涂料產品。
在介紹不同的低表面處理涂料的防腐蝕機理之前,我們有必要了解低表面處理涂料可能要涂覆的不同表面及其特點。 
打磨處理到St2和St3級的表面 
在國際標準ISO 8501-1中所闡述的表面處理標準,打磨處理的標準為St2和St3級。這兩個級別的書面闡述為: 
St2    徹底的手工和動力工具除銹 
在不放大的情況下進行觀察時,表面應無可見的油脂和污垢,并且幾乎沒有附著不牢的氧化皮,鐵銹、油漆涂層和異雜物。參見照片B St2、C St2和D St2。 
St3    非常徹底的手工和動力工具除銹 
同St2,但表面處理要徹底得多,表面應具有金屬底材的光澤。參見照片B St3、C St3和D St3。 
盡管它的描述為徹底的除銹,但是在相對應的照片中,我們可以清除地看到還是有一部分銹蝕殘留物的。 
就銹蝕本身來說,組成成份、厚度、與底材的附著力在各種情況下會有很大的差異。鐵銹具有包容性,它會從大氣中聚集很多的雜物,包括水汽、灰塵、鹽份、油污和煙灰等。
銹蝕中所包含的這些成分,有些是肉眼不可見的,使用手工或動力工具除銹并不能徹底地清除,在除銹過后,其殘留物的水平很可能對涂層還具有不良影響。對于那些嚴重銹蝕的鋼材,特別是在厚重銹皮下面和蝕坑的底部,最會積聚可溶性鹽份等最具有危險性的雜質。這種情況下,使用高壓水除銹是比較好的方法。不過,高壓水除銹對于復雜鋼結構的干燥和在冬天低溫下也有其操作上的局限性。 
鋼材表面上的銹蝕無論附著牢固與否,涂料覆蓋上去后,很多情況下都會發生問題。在手工處理到St2級的表面,使用高固體份低溶劑環氧涂料施工時,由于使用的是刷涂,又是在冬季低溫,那么工人會加入大量稀釋劑以增加刷涂的可操作性。在這種情況下,原本可以用厚漿型環氧涂料將銹包容的住的效果,就會被加入的大量稀釋劑所破壞了,稀釋劑會滲透進鐵銹從而減弱其附著力。視其涂層厚度,通常在3-6個月內涂層就可能發生剝落和鋼材返銹等問題。 
在對打磨到St2/St3級的鋼材表面,使用低表面處理涂料時,永遠要記得是涂料滲透進鐵銹,將它包容才會產生良好的效果,而不是稀釋劑。刷涂和無氣噴涂是最好的施工方法,而輥涂是不適于第一度漆的維修使用的,因為它不象刷涂和無氣噴涂那樣良好的滲透性,而不能將殘銹有效地潤濕滲透。 
使用旋轉鋼絲刷打磨時,很容易對表面產生拋光作用,在這種的光滑表面上涂漆,總不在粗糙表面那樣對涂層有良好的附著力。但是,在ISO 8501-1中St2/St3并沒有說明粗糙度的問題。在美國的SSPC標準中,SP11是專門針對打磨粗糙度問題的,SP11打磨到裸露的金屬表面須具有一定的粗糙度(Rz 25微米以下)。
維修涂裝時,很多情況下新的涂層必須覆蓋在舊涂層表面。這時需要考慮兩個問題,舊涂層的附著力和舊涂層的性質,如成份和特性等。 
舊涂層的附著力測試主要有兩種方法,拉開法(ISO 4624)、劃格法(ISO 2409,ASTM 3359-95a),劃X法(ISO 2409,ASTM 3359-95a)。 
拉開法是最適合于舊涂層附著力測試的方法。它對于涂層的附著力有著定量的描述(N/mm2),并且它能清楚地看到涂層拉開的后的涂層系統的具體情況,即涂層的弱點是在于底漆還是在面漆,以及相應的面積范圍。拉開法測試的工具,如型號Elcometer 106,很方便攜帶,使用也非常簡單。如果拉開法顯示出附著力為2N/mm2以上,則說明舊涂層的附著力適宜于進行良好的覆涂。
劃格法作為拉開法的補充,也需要在現場進行測試。不過,劃格法對于漆膜厚度有著限制,最高干膜厚度為250微米。劃X法則沒有漆膜厚度限制。要想獲得良好的覆涂性能,測試結果應該為5-3(ASTM 3359)和GT 0-2。不過,有的時候劃格法與劃X法的結果可能不理想,而拉開法會取得較好的結果。在這三種方法中,如果結果不一致,以拉開法為最佳的參考方法。 
舊涂層的成份,即主要類別及其相應的特性,對于低表面處理涂料的覆涂也有重要的影響。我們需要知道舊涂層的成膜物質(樹脂),是化學固化還是物理干燥;熱塑性還是熱固性;粉化程度及其強度;等等。舊涂層和新涂層系統的化學性能必須進行測試以確定是否相容。新舊涂層的兼容性主要通過低表面處理涂料的溶劑和樹脂對舊涂層的有否局烈反應來判斷。還有的問題就是在舊涂層上進行覆涂會使得最終涂層顯得非常厚。因此,需要對新覆涂的涂層進行有效的膜厚控制,最終的總膜厚需要減去原有舊涂層的厚度。 
低表面處理涂料應該對各種舊涂層有著很好的兼容性,包括溶劑型和水性涂料。是否真的與舊涂層相容,可以先行進行小塊試驗來確定。
高壓水噴射除銹(Waterjetting)在重防腐方面雖然還沒有十分普遍,但是在表面處理方面的地位越來越重要。20世紀80年代高壓水噴射除銹開始進行研究和應用。許多涂料公司開發了相應的低表面處理涂料適應于高壓水噴射除銹的表面。到現在為止,已經有很多的文件和標準來闡述低表面處理涂料和高壓水噴射除銹方面的技術。現代的高壓水噴射除銹是采用的超高壓水力噴射UHPWJ(Ultra High-pressure Waterjetting)設備,它所能達到的表面清理清潔度和生產率與開放式噴砂相似,UHPWJ所產生的壓力在170Mpa以上,通常為250Mpa左右。高壓水噴射除銹的優點和缺陷如表3。 
高壓水噴射除銹的優點和缺陷 
優 點  
不需要粒狀噴射材料(減少了材料費) 
可以有效地除去可溶性鹽份
使用的時候對環保有利 
安全性與開放式噴砂相比要好得多,不能產生粗糙度,只會恢復原有的粗糙度
缺 點 
會形成閃銹 
難于對復雜結構進行噴射除銹 
要在合適的氣候條件下進行 
在高壓水噴射除銹的表面進行涂漆最大的問題就是表面會有閃銹(flash rust)。形成的閃銹量有著不同的因素,包括除銹到涂漆間的時間段,氣候條件和空氣流通等有很大關系。對于多大閃銹量可以接受,很多涂料廠家制訂了自己的判別標準。可以參閱的標準有ISO 8501-4,NACE No.5/SSPC SP12等。 
閃銹與通常所說的銹蝕有很大的區別。銹蝕拽的是經過數周、數月和數年的銹層,并且受到鹽分、灰塵、油脂等的嚴重污染。閃銹是在高壓水噴射除銹后瞬間產生的,它是干凈沒有受過的污染的,對涂層沒有太大的害處。我們知道氧化鐵也是很多涂料普遍采用的顏料,因此這種閃銹不會是太大的問題。唯一要注意的就是閃銹的量,如果太多的話就會象灰塵一樣對涂層的附著力產生不良影響。
低表面處理涂料的基本要求 
低表面處理涂料必須符合以下基本要求:良好的滲透力和附著力;緩蝕性能;對舊涂層的影響較小;足夠的柔韌性;可以容忍較差的氣候條件。 
新涂層必須對殘銹、具有微孔和毛細孔的舊涂層等表面具有很好的滲透力。也就是說,涂層中必須有一部分樹脂基料可以有效地滲透進這些材質。涂料必須含有低分子量的樹脂,以及相當的干燥時間,來保證足夠的滲透行為。為了保證這個滲透時間,除了樹脂本身的干燥特性外,在顏料的選用中,可以采用葉展型鋁粉和云母氧化鐵等。 
緩蝕性能主要是依靠涂料配方中的磷酸鹽、鉻酸鹽、氧化鋅和紅丹等防銹顏料來獲得的。 
涂料配方中采用中性的溶劑,高固體份少溶劑和無溶劑涂料,選用合適的樹脂等,都可以有效地減輕新涂層對舊涂層不良影響(如咬底、起皺等),從而增加兩者間的相容性能。
涂層的柔韌性是非常重要的指標,它可以容忍新舊涂層間的膨脹系數,并且增加了抵抗涂膜開裂的性能。選用合適的樹脂和適當的交聯度以及使用葉展型顏料等,可以使涂膜獲得有效的柔韌性。
低表面處理涂料通常是在野外施工的,并非在具有良好溫濕度控制的車間內進行。因此這類涂料須具有低溫施工性能,能夠容忍一定的相對濕度,甚至是底材上和施工完后的漆面的露水微凝。
在傳統涂料系統中,亞麻油紅丹漆的防銹效果證明比其它,無論是采用了紅丹還是磷酸鋅顏料的合成樹脂涂料要好。盡管亞麻油紅丹漆干燥較慢,但是它的滲透潤濕作用非常好,能容忍低表面處理的鋼材,亞麻油紅丹生成的鉛皂起到了緩蝕作用。 
長油度醇酸紅丹漆相比之亞麻油紅丹漆來說,提高了干燥性能和硬度,使用較為廣泛。但是長油度醇酸樹脂不耐水和化學品,因此不能用于水下環境和化學環境。 
紅丹漆由于其毒性,很多國家已經限制了它的使用。 英國的國際油漆公司(International Paint)在1978年進行了一項試驗,銹蝕鋼材打磨到St2級,用水沖洗后再刷除銹粉后涂漆,沖水是為了除去鹽份。這種表面處理方法是實際施工中所能達到的最好結果。與亞麻油紅丹漆+氨酯油改性長油度醇酸面漆(干膜厚度75微米)相配套的涂層作對比試驗, 
這個試驗還表明: 
(1)  磷酸鋅底漆的防銹效果要強于那些為了成本而降低紅丹含量以及為提高干燥性能而進行改性的紅丹漆系統; 
(2)  桐油酚醛系統有著良好的表面潤濕性,但是在薄漆膜狀態下的保護效果不佳;
(3)  試驗結果與實際的結果是一樣的; 
(4)  鋼梁作為試件最適宜于進行試驗,而平板很容易產生誤導; 
(5)  短油度醇酸磷酸鋅底漆,采用合適的溶劑,得到相當好的結果; 
(6)  實際維修涂裝過程中采用重鏟和輕微的鋼絲刷除銹,也能取得較好的防銹結果。 
具有良好耐蝕性能的紅丹的使用受到了限制,取代它的是磷酸鋅,因此,醇酸磷酸鋅防銹底漆是目前具有一定前途的產品。上面所提到的短油度醇酸樹脂磷酸鋅底漆,采用低揮發生的芳香族溶劑,加入60%的磷酸鋅顏料,PVC為40%。該涂料不僅可以用于手工除銹St2的表面,還能用于大多數涂料表面,并且是唯一可以使用環氧樹脂、聚氨酯樹脂和氯化橡膠涂料進行復涂的產品。
改性環氧涂料被認為是低表面處理涂料中性能最好的涂料品種。目前市場上廣泛使用的以下幾種,焦油環氧涂料、碳氫樹脂改性環氧樹脂涂料(Hydrocarbon Modified Epoxy)、內部增塑環氧樹脂涂料和改性酚醛胺固化環氧樹涂料。 
焦油環氧涂料被認為可以涂刷于打磨處理的鋼材表面,因為焦油有著很好的滲透性而環氧樹脂涂料又有著很強的附著力。 
碳氫樹脂改性的環氧樹脂涂料由于低分子樹脂的作用,具有卓越的表面潤濕性和表面滲透力,因此帶來了優良的表面附著力和優異的耐久性。它采用的是外部增塑的技術路線。這類涂料作為低表面處理涂料,可以涂覆于St2的表面,并能用于高壓水除銹后具有一定的閃銹的表面。這類涂料的體積固體份含量可高至80-100%,降低了VOC,被稱為Mastic環氧涂料,目前已經成為了維修涂裝時的首選涂料產品。Mastic環氧涂料可以在一次噴涂時得到很高的干膜厚度100-400微米,節省涂裝時間,減少涂裝費用。在維修舊漆膜時方便的很,可以在醇酸和環氧等涂料上面覆涂,對于熱塑性的氯化橡膠等涂料,則要嚴格控制舊涂層厚度,并且如果以涂層有破損的話,該處會是一個薄弱點。
改性液態環氧樹脂涂料,使用內部增塑交聯的環氧樹脂和鋁粉顏料,固化劑采用芳香胺的DDM(4,4’-二胺基二苯基甲烷),是低表面處理涂料中的重要品種。與純環氧涂料和碳氫樹脂改性環氧涂料相比,它的柔韌性相當好。在長期重涂性方面,它也要強于碳氫樹脂改性環氧涂料。因為碳氫樹脂改性涂料采用有胺固化劑在低溫高濕或通風不良的情況下,有著胺起霜的問題,會影響與后道涂層的附著力。 
在對暴露于外部環境6個月的氯化橡膠涂料加上用醇酸面漆涂覆一半面積的試樣,分別用內部增塑環氧涂料和碳氫樹脂改性環氧涂料復涂,經過五天的熱循環測試(52℃/8小時,-20℃/16小時,)和兩天的浸水試驗,結果表明2-13個循環后碳氫樹脂改性環氧涂料就開始出現漆膜缺陷,而內部增塑環氧涂料在20個循環后還沒有出現問題。這說明使用內部增塑性環氧涂料可以涂覆于醇酸樹脂涂料,特別是氯化橡膠類涂料表面,而不會引起明顯的的開裂,多年來的應用實踐也證明了這一點。
對經噴砂處理后分別涂上內部增塑環氧涂料和碳氫樹脂改性環氧涂料,在長達18個月的沿海環境暴露后,碳氫樹脂改性環氧涂料所表現出來的耐蝕性能要好得多。這在實際的使用中,可以把碳氫樹脂改性環氧涂料作為大氣環境和浸水環境下的通用型涂料來使用。 
卡德萊固化劑是由腰果殼油改性的天然長鏈取代酚醛胺,其結構上的長碳鏈,不僅提高了固化體系的柔韌性,而且提高了固化體系的憎水性,降低了水的表面張力,從而增大了該固化體系在被涂表面的流動性和滲透性。當用這種固化劑和環氧樹脂配伍成的涂料用于銹蝕和帶水表面時,可以很好地滲入銹表面,并將水分擠出銹和鋼鐵表面,隨溶劑一起揮發,對濕表面有很好的附著力,從而特別適用于帶濕和帶銹表面的涂裝,而且該固化劑還具有低溫固化性能。



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