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当低表面处理涂料

发布时间:2021-09-10 08:13:59 阅读: 来源:锅炉管厂家
当低表面处理涂料

低表面处理涂料

低表面处理涂料,首先要与带锈涂料区别开来。带锈涂料的主要作用是涂覆于残留锈蚀的钢铁表面,而本文所介绍的低表面处理涂料,不仅可以带锈涂刷,还可以涂覆于其它种类的旧涂层上面。在英文中,这类涂料叫做Surface-tolerant Coating,直译过来为表面容忍性涂料涂料。

由于这一类涂料的特殊性,如果对于文字有所曲解,就会带来不良后果。比如以前的带锈涂料,很多人就以为对于锈蚀产物可以不加处理地用涂料涂刷,或者就是对于锈蚀的处理程度有着不同的认识。低表面处理涂料,我们必须理解到底可以容忍的底材表面是处于什么状态,这是最为重要的。比如说,底材表面可能覆盖有氧化皮、锈蚀、各种成分的旧涂层、水分、盐分或者油污等。这类涂料还可能要求在施工中能够容忍高温、低温、相对湿度以及表面潮气等。在使用低表面处理涂料前,对于这些因素都要作认真细致的考虑。

在实际的涂装施工中,有很多情况下不可能对钢材进行完全的彻底的喷砂处理,除了钢结构本身的特别情况外,还有日益严格的环保法规和卫生安全条例等。比如桥梁的维修涂装,如果进行喷砂就会影响公众,就会污染水源等。

低表面处理涂料的使用,主要会对在对不可能完全达到喷砂级别Sa 2 1/2;(ISO )的情况下,又要达到高级别的防腐蚀保护要求。另外一个的要求就是低表面处理涂料要能够涂覆在还可以用洛氏或表面洛氏硬度计测试管材内壁的硬度不同种类的旧涂层上面而不会产生相容性问题。因此,在这种情况下的讨论,低表面处理涂料主要指是那些可以涂覆在手工或动力工具打磨的表面(St2/St3),旧涂层表面和高压水喷射除锈表面的涂料产品。

由于低表面处理涂料主要是应用于涂装维修方面,所以这类涂料产品还必须比其它类的涂料产品更能适应多种气候和施工环境。那些标准的车间内施工要求并不适合于低表面处理涂料。高湿度、低温、风力、灰尘以及底材和涂层上的露水微凝等,都可能是钢结构现场施工时会遇到的问题。

高压水喷射除锈在涂装维修时已经越来越多地受到了关注,因为它不会象喷砂那样产生大量灰尘而引起环保问题,也无须搭建严格的围护结构。在船舶维修方面,高压水喷射除锈有着很多的应用,并且取得了极大的成功。低表面处理涂料在高压水喷射除锈表面的应用实践表明它是最为适合的涂料产品。

在介绍不同的低表面处理涂料的防腐蚀机理之前,我们有必要了解低表面处理涂料可能要涂覆的不同表面及其特点。

打磨处理到St2和St3级的表面

在国际标准ISO 中所阐述的表面处理标准,打磨处理的标准为St2和St3级。这两个级别的书面阐述为:

St2彻底的手工和动力工具除锈

在不放大的情况下进行观察时,表面应无可见的油脂和污垢,并且几乎没有附着不牢的氧化皮,铁锈、油漆涂层和异杂物。参见照片B St2、C St2和D St2。

St3非常彻底的手工和动力工具除锈

同St2,但表面处理要彻底得多,表面应具有金属底材的光泽。参见照片B St3、C St3和D St3。

尽管它的描述为彻底的除锈,但是在相对应的照片中,我们可以清除地看到还是有一部分锈蚀残留物的。

就锈蚀本身来说,组成成份、厚度、与底材的附着力在各种情况下会有很大的差异。铁锈具有包容性,它会从大气中聚集很多的杂物,包括水汽、灰尘、盐份、油污和烟灰等。

锈蚀中所包含的这些成分,有些是肉眼不可见的,使用手工或动力工具除锈并不能彻底地清除,在除锈过后,其残留物的水平很可能对涂层还具有不良影响。对于那些严重锈蚀的钢材,特别是在厚重锈皮下面和蚀坑的底部,最会积聚可溶性盐份等最具有危险性的杂质。这种情况下,使用高压水除锈是比较好的方法。不过,高压水除锈对于复杂钢结构的干燥和在冬天低温下也有这笔77万英镑的资金由政府机构InnovateUK公司和英国工程和物理科学研究委员会提供其操作上的局限性。

钢材表面上的锈蚀无论附着牢固与否,涂料覆盖上去后,很多情况下都会发生问题。在手工处理到St2级的表面,使用高固体份低溶剂环氧涂料施工时,由于使用的是刷涂,又是在冬季低温,那么工人会加入大量稀释剂以增加刷涂的可操作性。在这种情况下,原本可以用厚浆型环氧涂料将锈包容的住的效果,就会被加入的大量稀释剂所破坏了,稀释剂会渗透进铁锈从而减弱其附着力。视其涂层厚度,通常在3-6个月内涂层就可能发生剥落和钢材返锈等问题。

在对打磨到St2/St3级的钢材表面,使用低表面处理涂料时,永远要记得是涂料渗透进铁锈,将它包容才会产生良好的效果,而不是稀释剂。刷涂和无气喷涂是最好的施工方法,而辊涂是不适于第一度漆的维修使用的,因为它不象刷涂和无气喷涂那样良好的渗透性,而不能将残锈有效地润湿渗透。

使用旋转钢丝刷打磨时,很容易对表面产生抛光作用,在这种的光滑表面上涂漆,总不在粗糙表面那样对涂层有良好的附着力。但是,在ISO 中St2/St3并没有说明粗糙度的问题。在美国的SSPC标准中,SP11是专门针对打磨粗糙度问题的,SP11打磨到裸露的金属表面须具有一定的粗糙度(Rz 25微米以下)。

维修涂装时,很多情况下新的涂层必须覆盖在旧涂层表面。这时需要考虑两个问题,旧涂层的附着力和旧涂层的性质,如成份和特性等。

旧涂层的附着力测试主要有两种方法,拉开法(ISO 4624)、划格法(ISO 2409,ASTM a),划X法(ISO 2409,ASTM a)。

拉开法是最适合于旧涂层附着力测试的方法。它对于涂层的附着力有着定量的描述(N/mm2),并且它能清楚地看到涂层拉开的后的涂层系统的具体情况,即涂层的弱点是在于底漆还是在面漆,以及相应的面积范围。拉开法测试的工具,如型号Elcometer 106,很方便携带,使用也非常简单。如果拉开法显示出附着力为2N/mm2以上,则说明旧涂层的附着力适宜于进行良好的覆涂。

划格法作为拉开法的补充,也需要在现场进行测试。不过,划格法对于漆膜厚度有着限制,最高干膜厚度为250微米。划X法则没有漆膜厚度限制。要想获得良好的覆涂性能,测试结果应该为(ASTM 3359)和GT 。不过,有的时候划格法与划X法的结果可能不理想,而拉开法会取得较好的结果。在这三种方法中,如果结果不一致,以拉开法为最佳的参考方法。

旧涂层的成份,即主要类别及其相应的特性,对于低表面处理涂料的覆涂也有重要的影响。我们需要知道旧涂层的成膜物质(树脂),是化学固化还是物理干燥;热塑性还是热固性;粉化程度及其强度;等等。旧涂层和新涂层系统的化学性能必须进行测试以确定是否相容。新旧涂层的兼容性主要通过低表面处理涂料的溶剂和树脂对旧涂层的有否局烈反应来判断。还有的问题就是在旧涂层上进行覆涂会使得最终涂层显得非常厚。因此,需要对新覆涂的涂层进行有效的膜厚控制,最终的总膜厚需要减去原有旧涂层的厚度。

低表面处理涂料应该对各种旧涂层有着很好的兼容性,包括溶剂型和水性涂料。是否真的与旧涂层相容,可以先行进行小块试验来确定。

高压水喷射除锈(Waterjetting)在重防腐方面虽然还没有十分普遍,但是在表面处理方面的地位越来越重要。20世纪80年代高压水喷射除锈开始进行研究和应用。许多涂料公司开发了相应的低表面处理涂料适应于高压水喷射除锈的表面。到现在为止,已经有很多的文件和标准来阐述低表面处理涂料和高压水喷射除锈方面的技术。现代的高压水喷射除锈是采用的超高压水力喷射UHPWJ(Ultra High-pressure Waterjetting)设备,它所能达到的表面清理清洁度和生产率与开放式喷砂相似,UHPWJ所产生的压力在170Mpa以上,通常为250Mpa左右。高压水喷射除锈的优点和缺陷如表3。

高压水喷射除锈的优点和缺陷

优 点

不需要粒状喷射材料(减少了材料费)

可以有效地除去可溶性盐份

使用的时候对环保有利

安全性与开放式研究和开发投入相对照较高喷砂相比要好得多,不能产生粗糙度,只会恢复原有的粗糙如果管线流出度

缺 点

会形成闪锈

难于对复杂结构进行喷射除锈

要在合适的气候条件下进行

在高压水喷射除锈的表面进行涂漆最大的问题就是表面会有闪锈(flash rust)。形成的闪锈量有着不同的因素,包括除锈到涂漆间的时间段,气候条件和空气流通等有很大关系。对于多大闪锈量可以接受,很多涂料厂家制订了自己的判别标准。可以参阅的标准有ISO 8501-4,NACE No.5/SSPC SP12等。

闪锈与通常所说的锈蚀有很大的区别。锈蚀拽的是经过数周、数月和数年的锈层,并且受到盐分、灰尘、油脂等的严重污染。闪锈是在高压水喷射除锈后瞬间产生的,它是干净没有受过的污染的,对涂层没有太大的害处。我们知道氧化铁也是很多涂料普遍采用的颜料,因此这种闪锈不会是太大的问题。唯一要注意的就是闪锈的量,如果太多的话就会象灰尘一样对涂层的附着力产生不良影响。

低表面处理涂料的基本要求

低表面处理涂料必须符合以下基本要求:良好的渗透力和附着力;缓蚀性能;对旧涂层的影响较小;足够的柔韧性;可以容忍较差的气候条件。

新涂层必须对残锈、具有微孔和毛细孔的旧涂层等表面具有很好的渗透力。也就是说,涂层中必须有一部分树脂基料可以有效地渗透进这些材质。涂料必须含有低分子量的树脂,以及相当的干燥时间,来保证足够的渗透行为。为了保证这个渗透时间,除了树脂本身的干燥特性外,在颜料的选用中,可以采用叶展型铝粉和云母氧化铁等。

缓蚀性能主要是依靠涂料配方中的磷酸盐、铬酸盐、氧化锌和红丹等防锈颜料来获得的。

涂料配方中采用中性的溶剂,高固体份少溶剂和无溶剂涂料,选用合适的树脂等,都可以有效地减轻新涂层对旧涂层不良影响(如咬底、起皱等),从而增加两者间的相容性能。

涂层的柔韧性是非常重要的指标,它可以容忍新旧涂层间的膨胀系数,并且增加了抵抗涂膜开裂的性能。选用合适的树脂和适当的交联度以及使用叶展型颜料等,可以使涂膜获得有效的柔韧性。

低表面处理涂料通常是在野外施工的,并非在具有良好温湿度控制的车间内进行。因此这类涂料须具有低温施工性能,能够容忍一定的相对湿度,甚至是底材上和施工完后的漆面的露水微凝。

在传统涂料系统中,亚麻油红丹漆的防锈效果证明比其它,无论是采用了红丹还是磷酸锌颜料的合成树脂涂料要好。尽管亚麻油红丹漆干燥较慢,但是它的渗透润湿作用非常好,能容忍低表面处理的钢材,亚麻油红丹生成的铅皂起到了缓蚀作用。

长油度醇酸红丹漆相比之亚麻油红丹漆来说,提高了干燥性能和硬度,使用较为广泛。但是长油度醇酸树脂不耐水和化学品,因此不能用于水下环境和化学环境。

红丹漆由于其毒性,很多国家已经限制了它的使用。英国的国际油漆公司(International Paint)在1978年进行了一项试验,锈蚀钢材打磨到St2级,用水冲洗后再刷除锈粉后涂漆,冲水是为了除去盐份。这种表面处理方法是实际施工中所能达到的最好结果。与亚麻油红丹漆+氨酯油改性长油度醇酸面漆(干膜厚度75微米)相配套的涂层作对比试验,

这个试验还表明:

(1)磷酸锌底漆的防锈效果要强于那些为了成本而降低红丹含量以及为提高干燥性能而进行改性的红丹漆系统;

(2)桐油酚醛系统有着良好的表面润湿性,但是在薄漆膜状态下的保护效果不佳;

(3)试验结果与实际的结果是一样的;

(4)钢梁作为试件最适宜于进行试验,而平板很容易产生误导;

(5)短油度醇酸磷酸锌底漆,采用合适的溶剂,得到相当好的结果;

(6)实际维修涂装过程中采用重铲和轻微的钢丝刷除锈,也能取得较好的防锈结果。

具有良好耐蚀性能的红丹的使用受到了限制,取代它的是磷酸锌,因此,醇酸磷酸锌防锈底漆是目前具有一定前途的产品。上面所提到的短油度醇酸树脂磷酸锌底漆,采用低挥发生的芳香族溶剂,加入60%的磷酸锌颜料,PVC为40%。该涂料不仅可以用于手工除锈St2的表面,还能用于大多数涂料表面,并且是唯一可以使用环氧树脂、聚氨酯树脂和氯化橡胶涂料进行复涂的产品。

改性环氧涂料被认为是低表面处理涂料中性能最好的涂料品种。目前市场上广泛使用的以下几种,焦油环氧涂料、碳氢树脂改性环氧树脂涂料(Hydrocarbon Modified Epoxy)、内部增塑环氧树脂涂料和改性酚醛胺固化环氧树涂料。

焦油环氧涂料被认为可以涂刷于打磨处理的钢材表面,因为焦油有着很好的渗透性而环氧树脂涂料又有着很强的附着力。

碳氢树脂改性的环氧树脂涂料由于低分子树脂的作用,具有卓越的表面润湿性和表面渗透力,因此带来了优良的表面附着力和优异的耐久性。它采用的是外部增塑的技术路线。这类涂料作为低表面处理涂料,可以涂覆于St2的表面,并能用于高压水除锈后具有一定的闪锈的表面。这类涂料的体积固体份含量可高至80-100%,降低了VOC,被称为Mastic环氧涂料,目前已经成为了维修涂装时的首选涂料产品。Mastic环氧涂料可以在一次喷涂时得到很高的干膜厚度100-400微米,节省涂装时间,减少涂装费用。在维修旧漆膜时方便的很,可以在醇酸和环氧等涂料上面覆涂,对于热塑性的氯化橡胶等涂料,则要严格控制旧涂层厚度,并且如果以涂层有破损的话,该处会是一个薄弱点。

改性液态环氧树脂涂料,使用内部增塑交联的环氧树脂和铝粉颜料,固化剂采用芳香胺的DDM(4,4’-二胺基二苯基甲烷),是低表面处理涂料中的重要品种。与纯环氧涂料和碳氢树脂改性环氧涂料相比,它的柔韧性相当好。在长期重涂性方面,它也要强于碳氢树脂改性环氧涂料。因为碳氢树脂改性涂料采用有胺固化剂在低温高湿或通风不良的情况下,有着胺起霜的问题,会影响与后道涂层的附着力。

在对暴露于外部环境6个月的氯化橡胶涂料加上用醇酸面漆涂覆一半面积的试样,分别用内部增塑环氧涂料和碳氢树脂改性环氧涂料复涂,经过五天的热循环测试(52℃/8小时,-20℃/16小时,)和两天的浸水试验,结果表明2-13个循环后碳氢树脂改性环氧涂料就开始出现漆膜缺陷,而内部增塑环氧涂料在20个循环后还没有出现问题。这说明使用内部增塑性环氧涂料可以涂覆于醇酸树脂涂料,特别是氯化橡胶类涂料表面,而不会引起明显的的开裂,多年来的应用实践也证明了这一点。

对经喷砂处理后分别涂上内部增塑环氧涂料和碳氢树脂改性环氧涂料,在长达18个月的沿海环境暴露后,碳氢树脂改性环氧涂料所表现出来的耐蚀性能要好得多。这在实际的使用中,可以把碳氢树脂改性环氧涂料作为大气环境和浸水环境下的通用型涂料来使用。

卡德莱固化剂是由腰果壳油改性的天然长链取代酚醛胺,其结构上的长碳链,不仅提高了固化体系的柔韧性,而且提高了固化体系的憎水性,降低了水的表面张力,从而增大了该固化体系在被涂表面的流动性和渗透性。当用这种固化剂和环氧树脂配伍成的涂料用于锈蚀和带水表面时,可以很好地渗入锈表面,并将水分挤出锈和钢铁表面,随溶剂一起挥发,对湿表面有很好的附着力,从而特别适用于带湿和带锈表面的涂装,而且该固化剂还具有低温固化性能。

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