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(yīng)用于鋼鐵防腐，其良好的附著力是涂料具有優(yōu)良的長(zhǎng)期保護(hù)性能的重要保障。主要討論了施工應(yīng)用中底材處理、固化劑加量、漆膜厚度、環(huán)境濕度等對(duì)高固體環(huán)氧底漆附著力的影響。
關(guān)鍵詞：高固體；環(huán)氧底漆；附著力
引言
隨著經(jīng)濟(jì)的飛速增長(zhǎng)，鋼鐵的生產(chǎn)和消費(fèi)迅速增加，整個(gè)鋼鐵行業(yè)也得到了快速增長(zhǎng)。同時(shí)，每年因?yàn)楦鞣N原因?qū)︿撹F的腐蝕造成設(shè)備損壞和報(bào)廢，帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和資源、能源浪費(fèi)[1]，因此，鋼鐵應(yīng)用中防腐工程越來(lái)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(shí)，鋼鐵表面發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)多相反應(yīng)，使金屬變成離子狀態(tài)，金屬材料的強(qiáng)度、韌性等力學(xué)性能降低，破壞內(nèi)部結(jié)構(gòu)，縮短設(shè)備的使用壽命，甚至造成設(shè)備報(bào)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(jì)、應(yīng)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(yīng)用于鋼鐵的防腐保護(hù)。隨著地球氣候的惡化，世界各國(guó)和地區(qū)已相繼出臺(tái)了嚴(yán)格限制包括涂料在內(nèi)的化工產(chǎn)品中揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）含量水平的法律法規(guī)，而我國(guó)隨著霧霾等環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重，在2016年國(guó)家工信部聯(lián)合財(cái)政部也發(fā)文宣布實(shí)施《重點(diǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物削減行動(dòng)計(jì)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(duì)涂層防腐蝕性能至關(guān)重要，良好的附著力可以充分發(fā)揮涂料對(duì)環(huán)境腐蝕的抵抗力。在實(shí)際應(yīng)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(shí)，出現(xiàn)附著力很差的現(xiàn)象，采用劃格法檢測(cè)附著力評(píng)定為5級(jí)，本文將模擬現(xiàn)場(chǎng)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(duì)高固體環(huán)氧底漆附著力的影響。
1試驗(yàn)部分
1.1試驗(yàn)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(guó)狄夫斯高有限公司；調(diào)溫調(diào)濕箱，606B，杭州藍(lán)天化驗(yàn)儀器廠；電子天平，JK202，北京朗科興業(yè)稱重設(shè)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(cè)標(biāo)準(zhǔn)及方法
劃格法檢測(cè)附著力參考GB/T9286—1998，拉拔法檢測(cè)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(jí)；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(jìn)行固化；待完全固化后，檢測(cè)其附著力。
2結(jié)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(yīng)用最廣泛的底材處理方法是噴砂清潔、采用動(dòng)力工具和手工工具清潔。采用噴砂清潔表面等級(jí)及動(dòng)力和手工工具清潔度等級(jí)要求見(jiàn)表1~2。通過(guò)手動(dòng)打磨和噴砂處理將樣板進(jìn)行不同程度的處理，然后噴涂高固體環(huán)氧底漆，檢測(cè)附著力結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可以看出，底材處理等級(jí)越高，高固體環(huán)氧底漆的附著力越好。底材未經(jīng)過(guò)處理的樣板A，表面存有油污等污染物，同時(shí)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(píng)定合格，噴砂處理等級(jí)Sa1的樣板和手工打磨St2、St3的樣板，附著力相對(duì)較差，而噴砂處理Sa2.5級(jí)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(gè)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(yīng)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(yīng)場(chǎng)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(gè)組分，甲組分采用雙酚A型環(huán)氧樹(shù)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(shù)脂中的環(huán)氧基發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成穩(wěn)定的、致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，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(jì)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(duì)濕度調(diào)至50%，待完全固化后檢測(cè)整個(gè)涂層的附著力，結(jié)果見(jiàn)表4。當(dāng)固化劑加量不足理論值時(shí)，環(huán)氧樹(shù)脂中的環(huán)氧基無(wú)法完全參與交聯(lián)反應(yīng)，不能形成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此附著力極差，尤其是固化劑加量為理論值的一半時(shí)，呈整體剝落現(xiàn)象。當(dāng)固化劑加量在理論值的1.0~1.2倍時(shí)，整個(gè)涂層表現(xiàn)出良好的附著力。固化劑在理論值的1.5倍時(shí)，附著力會(huì)有所下降。在應(yīng)用中，綜合考慮各種因素，設(shè)計(jì)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(shí)際應(yīng)用中，人工噴涂施工時(shí)，由于工人的噴涂習(xí)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(cè)結(jié)果見(jiàn)表5。GB/T9286—1998適合檢測(cè)膜厚＜180μm的涂層，當(dāng)膜厚＞180μm時(shí)，若采用劃格法檢測(cè)附著力，用單刃刀具劃格，漆膜劃開(kāi)處形變較大，附著力等級(jí)會(huì)下降，如樣板J附著力變成2級(jí)，這時(shí)應(yīng)該采用拉板法，按照GB/T5210—2006檢測(cè)附著力更能體現(xiàn)涂層附著力的好壞，膜厚的差異不會(huì)對(duì)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(yīng)用施工中，一般設(shè)計(jì)要求環(huán)境相對(duì)濕度超過(guò)85%時(shí)是不適宜進(jìn)行涂裝施工的，這是因?yàn)橄鄬?duì)濕度太高，會(huì)將產(chǎn)生的水分凝聚在鋼鐵表面，不但會(huì)使除銹清潔的鋼鐵表面很快重新生銹，還會(huì)生成水氣薄膜，從而降低涂料的附著力。按照施工工藝，相對(duì)濕度50%和95%的環(huán)境下噴涂制板，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表6。測(cè)試結(jié)果涂層附著力均為1級(jí)，評(píng)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(shí)，單獨(dú)環(huán)境濕度因素不會(huì)對(duì)涂層附著力有明顯的影響。
3結(jié)語(yǔ)
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(jí)越高，高固體環(huán)氧底漆的附著力就會(huì)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(chǎng)現(xiàn)象一致。2）高固體環(huán)氧底漆固化劑比例對(duì)整個(gè)涂層的附著力影響較大，當(dāng)固化劑加量較小時(shí)，容易出現(xiàn)附著力較差，固化劑加量到理論值的50%時(shí)，涂層整體出現(xiàn)剝落現(xiàn)象，與客戶現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)象一致。3）施工時(shí)，漆膜的薄厚不會(huì)影響到附著力，只會(huì)影響固化時(shí)間的長(zhǎng)短。4）當(dāng)采用聚酰胺固化劑時(shí)，環(huán)境濕度對(duì)高固體環(huán)氧底漆的附著力沒(méi)有影響。5）通過(guò)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)可能造成涂層附著力差的原因進(jìn)行分析，并進(jìn)行模擬試驗(yàn)進(jìn)行情景還原，確定了現(xiàn)場(chǎng)最有可能的影響因素，并針對(duì)此原因與客戶進(jìn)行溝通，發(fā)現(xiàn)客戶在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行油漆配比時(shí)沒(méi)有任何的計(jì)量工具，進(jìn)而確定了造成附著力問(wèn)題的原因，為以后處理施工現(xiàn)場(chǎng)的問(wèn)題提供了解決思路。
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作者：何志彤 李天航 孫騰遠(yuǎn) 陳正 李盼亭 單位：石家莊市油漆廠