環氧底漆在鋼鐵底材附著力影響研究

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摘要：高固體環氧底漆是環保涂料的一大種類，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、環境濕度等對高固體環氧底漆附著力的影響。

關鍵詞：高固體；環氧底漆；附著力

引言

隨著經濟的飛速增長，鋼鐵的生產和消費迅速增加，整個鋼鐵行業也得到了快速增長。同時，每年因為各種原因對鋼鐵的腐蝕造成設備損壞和報廢，帶來了巨大的經濟損失和資源、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的作用而損壞，在腐蝕時，鋼鐵表面發生化學或電化學多相反應，使金屬變成離子狀態，金屬材料的強度、韌性等力學性能降低，破壞內部結構，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、最經濟、應用最普遍的防腐方法，其中環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，世界各國和地區已相繼出臺了嚴格限制包括涂料在內的化工產品中揮發性有機化合物（VOC）含量水平的法律法規，而我國隨著霧霾等環境問題日益嚴重，在2016年國家工信部聯合財政部也發文宣布實施《重點行業揮發性有機物削減行動計劃》，因此，高固體環氧底漆已成為鋼鐵防腐的主流產品[2]。高固體環氧底漆具有較低的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揮涂料對環境腐蝕的抵抗力。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氧底漆時，出現附著力很差的現象，采用劃格法檢測附著力評定為5級，本文將模擬現場施工方式，從不同固化劑配比、底材處理、漆膜厚度、高濕度環境下施工等方面入手，探討對高固體環氧底漆附著力的影響。

1試驗部分

1.1試驗材料和儀器

高固體環氧底漆，石家莊市油漆廠；環氧固化劑，君江；膜厚儀，BYK；拉拔儀，AT-A，美國狄夫斯高有限公司；調溫調濕箱，606B，杭州藍天化驗儀器廠；電子天平，JK202，北京朗科興業稱重設備有限公司；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；將高固體環氧底漆按比例混合均勻后，調節至噴涂黏度，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溫調濕箱中，在不同的環境濕度下進行固化；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，高固體環氧底漆的附著力越好。底材未經過處理的樣板A，表面存有油污等污染物，同時也比較光滑，所以出現附著力極差，呈整體剝落現象；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

高固體環氧底漆分為甲、乙兩個組分，甲組分采用雙酚A型環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，在常溫下可與環氧樹脂中的環氧基發生交聯反應，形成穩定的、致密的網狀結構，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（環氧基）∶n（活潑氫）=1∶1計算[4]。將高固體環氧底漆以不同固化劑用量配漆后，制板，放置在調溫調濕箱中固化，相對濕度調至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，環氧樹脂中的環氧基無法完全參與交聯反應，不能形成致密的網狀結構，因此附著力極差，尤其是固化劑加量為理論值的一半時，呈整體剝落現象。當固化劑加量在理論值的1.0~1.2倍時，整個涂層表現出良好的附著力。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環境濕度的影響

在涂料應用施工中，一般設計要求環境相對濕度超過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，高固體環氧底漆的附著力就會越好。未經處理的底材，高固體環氧底漆的附著力很差，與客戶現場現象一致。2）高固體環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，容易出現附著力較差，固化劑加量到理論值的50%時，涂層整體出現剝落現象，與客戶現場現象一致。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，環境濕度對高固體環氧底漆的附著力沒有影響。5）通過對施工現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，確定了現場最有可能的影響因素，并針對此原因與客戶進行溝通，發現客戶在現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：化學工業出版社，2013.

[4]譚竹洲.涂料工藝[M]北京：化學工業出版社，1997.

[5]張學敏.涂裝工藝學[M].北京：化學工業出版社，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