摘要：介紹了幾種低處理表面涂料的優(yōu)、缺點，探討了在生銹后的處理表面，完整舊涂層和高壓水噴射除銹等不同表面的性能，及在各種腐蝕環(huán)境下的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：高性能；低處理表面；涂料
1 什么是低處理表面涂料
低處理表面涂料，首先要與帶銹涂料區(qū)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，本文所介紹的低處理表面涂料，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，根據(jù)業(yè)內(nèi)習(xí)慣，稱之為低處理表面涂料。我們必須理解到底可以容忍的底材表面是處于什么狀態(tài)，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。在使用低處理表面涂料前，對于這些因素都要做認(rèn)真細(xì)致的考慮。
低處理表面涂料的使用，主要針對在不可能完全達(dá)到噴砂級別 Sa 2.5(1SO 8501 — 1 ： 1988) ，又要達(dá)到高級別的防腐蝕保護(hù)要求的情況下。另外一個要求就是低處理表面涂料要能夠涂覆在不同種類的舊涂層上面而不會產(chǎn)生相容性問題。因此，在這種情況下的討論，低處理表面涂料主要是指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(chǎn)品。
由于低處理表面涂料主要是應(yīng)用于涂裝維修方面，所以這類涂料產(chǎn)品還必須比其它類的涂料產(chǎn)品更能適應(yīng)多種氣候和施工環(huán)境。高壓水噴射除銹在涂裝維修時已經(jīng)越來越多地受到了關(guān)注，在船舶維修方面，高壓水噴射除銹有著很多的應(yīng)用，并且取得了極大的成功。低處理表面涂料在高壓水噴射除銹表面的應(yīng)用實踐表明它是最為適合的涂料產(chǎn)品。
2 典型的應(yīng)用表面
在介紹不同的低處理表面涂料的防腐蝕機理之前，我們有必要了解低處理表面涂料可能要涂覆的不同表面及其特點。
2.1 打磨處理到 St2 和 St3 級的表面
在國際標(biāo)準(zhǔn) ISO 8501 — 1 ： 1988 中所闡述的表面處理標(biāo)準(zhǔn)，打磨處理的標(biāo)準(zhǔn)為 St2 和 St3 級。就銹蝕本身來說，組成成分、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、鹽分、油污和煙灰等。有關(guān)鐵銹的一些情況見表 1 和表 2 。
表 1 手工處理后的表面鐵銹厚度
手工處理的質(zhì)量 鐵銹的厚度 / μ m 手工處理的質(zhì)量 鐵銹的厚度／μ m
清理前 200~300 一般的清理后 40~50
輕微清理后 80~120 重度清理后 20~30
表 2 鐵銹厚度和雜質(zhì)
鐵銹類型 厚度／μ m 雜質(zhì)來源 鹽分含量／ (g/kg)
新產(chǎn)生的閃銹 20 碳酸鉀礦 140
老的銹蝕 300 水罐 28
工業(yè)環(huán)境 19
注：銹蝕中所包含的水分，根據(jù)其厚度和老化時間為 (10~300)g ／ kg 。
銹蝕中所包含的這些成分，有些是肉眼看不見的，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(yán)重銹蝕的鋼材，特別是在厚重銹皮下面和蝕坑的底部，最后積聚可溶性鹽分等最具有危險性的雜質(zhì)。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(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)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(fā)生問題。在手工處理到 St2 級的表面，使用高固體分低溶劑環(huán)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(huán)氧涂料將銹包容住的效果，就會被加入的大量稀釋劑所破壞了，稀釋劑會滲透進(jìn)鐵銹從而減弱其附著力。視其涂層厚度，通常在 (3~6) 個月內(nèi)涂層就可能發(fā)生剝落和鋼材返銹等問題。在對打磨到 St2 ／ St3 級的鋼材表面，使用低處理表面涂料時，永遠(yuǎn)要記得是涂料滲透進(jìn)鐵銹，將它包容才會產(chǎn)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道漆的維修使用的，因為它不像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(zhuǎn)鋼絲刷打磨時，很容易對表面產(chǎn)生拋光作用，在這種的光滑表面上涂漆，總不如在粗糙表面那樣對涂層有良好的附著力。但是，在ISO8501 — 1 ： 1988 中 St2 ／ St3 并沒有說明粗糙度的問題。在美國的 SSPC 標(biāo)準(zhǔn)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 μ m 以下 ) 。
2.2 舊涂層表面
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(zhì)，如成分和特性等。
舊涂層的附著力測試主要有拉開法 (1SO 4624) 、劃格法 (ISO 2409 ， ASTM3359 — 95a ) 、劃 X 法 (1SO2409 ， ASTM3359 — 95a ) 。
舊涂層的成分，即主要類別及其相應(yīng)的特性，對于低處理表面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(zhì) ( 樹脂 ) ，是化學(xué)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(tǒng)的化學(xué)性能必須進(jìn)行測試以確定是否相容。新舊涂層的兼容性主要通過低處理表面涂料的溶劑和樹脂對舊涂層的是否有劇烈反應(yīng)來判斷。還有的問題就是在舊涂層上進(jìn)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(jìn)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。低處理表面涂料應(yīng)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，可以先進(jìn)行小塊試驗來確定。
2.3 高壓水噴射除銹表面
高壓水噴射除銹 (Water jetting) 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(jì) 80 年代高壓水噴射除銹開始進(jìn)行研究和應(yīng)用。許多涂料公司開發(fā)了相應(yīng)的低處理表面涂料適應(yīng)于高壓水噴射除銹的表面。到現(xiàn)在為止，已經(jīng)有很多的文件和標(biāo)準(zhǔn)來闡述低處理表面涂料和高壓水噴射除銹方面的技術(shù)。現(xiàn)代的高壓水噴射除銹是采用的超高壓水力噴射 UHPWJ(Ultra High — pressure Water jetting) 設(shè)備，它所能達(dá)到的表面清理清潔度和生產(chǎn)率與開放式噴砂相似， UHPWJ 所產(chǎn)生的壓力在 170MPa 以上，通常為 250MPa 左右。高壓水噴射除銹的優(yōu)點和缺陷見表 3 。
表 3 高壓水噴射除銹的優(yōu)點和缺陷
優(yōu) 點 缺 點
不需要粒狀噴射材料 ( 減少了材料費 ) 不能產(chǎn)生粗糙度，只會恢復(fù)原有的粗糙度
可以有效地除去可溶性鹽分 會形成閃銹
使用時對環(huán)保有利 難于對復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行噴射除銹
安全性與開放式噴砂相比要好得多 要在合適的氣候條件下進(jìn)行
在高壓水噴射除銹的表面進(jìn)行涂漆最大的問題就是表面會有閃銹。形成的閃銹量有著不同的因素，與除銹到涂漆間的時間段、氣候條件和空氣流通等有很大關(guān)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(biāo)準(zhǔn)。可以參閱的標(biāo)準(zhǔn)有 ISO 8501 — 4 ， NACE No.5 ／ SSPC SPl2 等。
閃銹與通常所說的銹蝕有很大的區(qū)別。銹蝕指的是經(jīng)過數(shù)周、數(shù)月和數(shù)年的銹層，并且受到鹽分、灰塵、油脂等的嚴(yán)重污染。閃銹是在高壓水噴射除銹后瞬間產(chǎn)生的，它是干凈沒有受過污染的，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(chǎn)生不良影響。
3 低處理表面涂料的類型
3.1 低處理表面涂料的基本要求
低處理表面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；對舊涂層較小的影響；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(xì)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(jìn)這些材質(zhì)。涂料必須含有低分子量的樹脂，以及相當(dāng)?shù)母稍飼r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，高固體分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(biāo)，它可以容忍新舊涂層間的膨脹系數(shù)，并且增加了抵抗涂膜開裂的性能。選用合適的樹脂和適當(dāng)?shù)慕宦?lián)度以及使用葉展型顏料等，可以使涂膜獲得有效的柔韌性。
低處理表面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(nèi)進(jìn)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。
3.2 傳統(tǒng)涂料系統(tǒng)
在傳統(tǒng)涂料系統(tǒng)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或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，機理是亞麻油紅丹生成的鉛皂起到了緩蝕作用。
長油度醇酸紅丹漆與亞麻油紅丹漆相比，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(xué)品，因此不能用于水下環(huán)境和化學(xué)環(huán)境。
具有良好耐蝕性能的紅丹由于它的毒性，很多國家已限制使用。取代紅丹的防銹顏料是磷酸鋅，因此，醇酸磷酸鋅防銹底漆是具有一定前途的產(chǎn)品。短油度醇酸樹脂磷酸鋅底漆，采用低揮發(fā)性的芳香族溶劑，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。醇酸磷酸鋅底漆在試驗中的效果要強于那些為了降低成本而降低紅丹用量的所謂改性紅丹底漆。
3.3 濕固化聚氨酯涂料
濕固化聚氨酯涂料在固化的時候，能與舊涂層表面或銹蝕中的濕汽進(jìn)行反應(yīng)，能夠在相對濕度 95 ％～ 98 ％的情況下，以及 0C 以下的低溫環(huán)境下固化。這種涂料產(chǎn)品在施工完后就能耐受表面凝露。濕固化聚氨酯涂料通常是單組分產(chǎn)品，這樣就避免了雙組分產(chǎn)品那樣可能的混合錯誤產(chǎn)生。目前大多數(shù)的濕固化聚氨酯涂料采用的都是 MDI 或高分子量 TDI 預(yù)聚物，因此它的體積固體分被限制在 50 ％～ 60 ％，并且生產(chǎn)過程中對濕氣的控制比較嚴(yán)格。
底漆系統(tǒng)要求粘度較低以便有良好的滲透性，漆膜也較薄，為 (30 ～ 40) ／μ m 。鋁粉是底漆系統(tǒng)中最好的防銹顏料，但是使用云鐵和鋅粉顏料的濕固化聚氨酯涂料在手工處理或者高壓水除銹鋼材表面也獲得了很好的防銹效果。濕固化聚氨酯涂料與低表面處理環(huán)氧涂料，涂覆在經(jīng)手工處理的銹蝕鋼材表面，在工業(yè)環(huán)境中暴露 4 年后發(fā)現(xiàn)，濕固化聚氨酯涂料的整體附著力要強，而低處理表面環(huán)氧涂料涂膜下有銹蝕。
3.4 改性環(huán)氧涂料
改性環(huán)氧涂料被認(rèn)為是低處理表面涂料中性能最好的涂料品種。目前市場上廣泛使用的有以下幾種：焦油環(huán)氧涂料、碳?xì)錁渲男原h(huán)氧樹脂涂料、內(nèi)部增塑環(huán)氧樹脂涂料和改性酚醛胺固化環(huán)氧樹脂涂料。
焦油環(huán)氧涂料被認(rèn)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(huán)氧樹脂涂料又有著很強的附著力。
碳?xì)錁渲男缘沫h(huán)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(yōu)良的表面附著力和優(yōu)異的耐久性。它采用的是外部增塑的技術(shù)路線。這類涂料作為低處理表面涂料，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分含量可高達(dá) 80 ％～ 100 ％，降低了 VOC ，被稱為 Mastic 環(huán)氧涂料，目前已經(jīng)成為了維修涂裝時的首選涂料產(chǎn)品。
Mastic 環(huán)氧涂料可以在一次噴涂時得到很高的干膜厚度 (100 ～ 400) ／μ m ，節(jié)省涂裝時間，減少涂裝費用。在維修舊漆膜時很方便，可以在醇酸和環(huán)氧等涂料上面覆涂，對于熱塑性的氯化橡膠涂料，則要嚴(yán)格控制舊涂層厚度，并且如果以后涂層有破損，該處將會是涂層系統(tǒng)中一個薄弱點。
改性液態(tài)環(huán)氧樹脂涂料，使用內(nèi)部增塑交聯(lián)的環(huán)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 ) ，是低處理表面涂料中的重要品種。與純環(huán)氧涂料和碳?xì)錁渲男原h(huán)氧涂料相比，它的柔韌性相當(dāng)好。在長期重涂性方面，它也要強于碳?xì)錁渲男原h(huán)氧涂料。因為碳?xì)錁渲男酝苛喜捎冒饭袒瘎┰诘蜏馗邼窕蛲L(fēng)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。
在暴露于外部環(huán)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(nèi)部增塑環(huán)氧樹脂涂料和碳?xì)錁渲男原h(huán)氧涂料覆涂，經(jīng)過5天的循環(huán)測試( 52℃／8h，20℃／16h)和2天的浸水試驗，結(jié)果表明(2～13)個循環(huán)后碳?xì)錁渲男原h(huán)氧涂料就開始出現(xiàn)漆膜缺陷，而內(nèi)部增塑環(huán)氧涂料在20個循環(huán)后還沒有出現(xiàn)問題。這說明使用內(nèi)部增塑性環(huán)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，而不會引起明顯的開裂，多年來的實踐也證明了這一點。
經(jīng)噴砂處理后分別涂上內(nèi)部增塑環(huán)氧涂料和碳?xì)錁渲男原h(huán)氧涂料，在長達(dá)18個月的沿海環(huán)境暴露后，碳?xì)錁渲男原h(huán)氧涂料所表現(xiàn)出來的耐蝕性能要好得多。這意味著在實際使用中，可以把碳?xì)錁渲男原h(huán)氧涂料作為大氣環(huán)境和浸水環(huán)境下的通用型涂料來使用。
4 結(jié) 語
高性能低處理表面涂料主要應(yīng)用在工業(yè)防腐蝕的維修涂裝方面，包括橋梁、海上石油平臺、石化廠等等。它使用在不可能進(jìn)行高等級的表面處理，比如不能噴砂到 Sa2.5 ，而只能進(jìn)行打磨 St2 ／ 3 級的情況下，仍然能夠使涂料系統(tǒng)獲得較高的防腐蝕效果。對于新發(fā)展的高壓水除銹技術(shù)，也是最好的適應(yīng)性涂料。
從環(huán)保意義上來講，高性能低處理表面涂料不僅避免了噴砂等容易造成環(huán)境危害的作業(yè)手段，而且在涂料的配方設(shè)計方面， V(3(2 含量也大大降低，特別是改性環(huán)氧涂料的體積固體分在 80 ％以上， VOC 降低到了 200g 幾左右，甚至更低。
