無機富鋅底漆在石化防腐工程中的應用及技術要點

■曾偉偉，馬 剛，尹武英 ■中建安裝工程有限公司西南公司，四川 成都 610041

1 前言

石油化工管道、鋼結構和設備處于酸、堿等強腐蝕環境下，面臨著強烈的腐蝕作用。如何有效的減緩腐蝕效應，延長工程的使用壽命，降低工程的維護成本，是一項十分必要而有意義的工作。無機富鋅底漆作為一種優良的防腐底漆，可以有效的減緩腐蝕作用，提高涂層的防腐年限，保證工程的使用壽命。

無機富鋅底漆通過和鋼材表面結合形成保護層，并且通過屏蔽、緩蝕、電化學保護等方法來消除和減緩腐蝕效應。無機富鋅底漆作為長效型防腐涂料涂裝配套體系的底漆，相比其它品種底漆具有防腐性能強，耐熱性優良，附著力好，耐候性好，不影響焊接施工、無毒等優點。無機富鋅底漆已成為船舶、橋梁、海上鉆井平臺、碼頭、管道、貯罐等重防腐涂料領域中的主要配套底漆品種。

2 無機富鋅底漆的分類及防腐機理

2．1 無機富鋅底漆的分類

無機富鋅底漆分為水性無機富鋅底漆和溶劑型無機富鋅底漆。水性無機富鋅底漆是以硅酸鉀為主的成膜反應物質與鋅反應生成硅酸鋅網狀結構而完成漆膜的固化成膜。水性無機富鋅底漆是后固化型無機富鋅底漆;溶劑型自固化無機富鋅底漆，以醇類溶劑為主，因此也稱之為醇溶性無機富鋅底漆，以正硅酸乙酯水解預聚體作為成膜物，是一種自固化型無機富鋅底漆。

2．2 無機富鋅底漆的防腐蝕機理

無機富鋅底漆的防腐機理是基于金屬鋅對鋼鐵的陰極保護作用。因為金屬鋅的電化學活性(其標準電極電位為-0．4V)比鐵(-0．76V)活潑，所以當水分入侵涂層時，在陽極區鋅由于失去電子而被腐蝕掉，在陰極區的鋼板表面不斷得到電子，從而受到保護。同時，鋅作為犧牲陽極形成的氧化物還可以對涂層起到一種封閉作用，加強了對涂層的保護。

無機富鋅底漆的電化學反應方程式如下:

無機富鋅底漆的防腐蝕機理，主要有電化學保護和化學防護兩類［1］。

電化學保護:金屬鋅比鐵活潑，容易失去電子，在微電池中鋅作為犧牲陽極，失去電子變成離子鋅，使鐵得到了保護。

化學防護:鋅在涂層表面會反應形成碳酸鋅、氯化物及絡合物等，這些生成物結構致密，是極難溶的穩定化合物，沉結在涂層表面，能有效地防止氧、水和鹽類的侵蝕，起到防銹的效果，使鐵得到保護。

3 無機富鋅底漆在涂裝過程中的施工要求

防腐施工質量好壞對油漆涂層的抗腐蝕性能影響極大。在實際施工過程中由于施工方法不當或操作錯誤而達不到預期防腐效果。因此必須嚴格控制過程的施工質量，按設計文件和施工規范施工，從而達到要求的防腐效果。影響無機富鋅涂料施工性能的主要因素有施工中配合比的控制、鋼材的表面處理、施工環境［2］等因素。

3．1 涂刷施工前的實驗工作

無機富鋅底漆組分配比的準確性對涂層的施工質量有重要影響。在施工前必須重視配比確定的實驗工作。要在結合現場實際施工條件的條件下，依據產品使用說明書，通過配比實驗，考察不同配比條件下油漆涂層技術參數的變化，確定最佳配比。

在環境溫度為25℃、無風條件下。考察不同甲乙組分的配比對表干時間和附著力［3］的影響，實驗結果見圖3-1。通過配比實驗，在最佳配比條件下，漆膜的的干燥時間、附著力、耐鹽水性等技術指標都達到較優效果。

3．2 表面處理的影響

圖3-1 甲乙組分配比對表干時間和附著力的影響

施工過程中管道在涂刷涂料前，都已經部分發生了腐蝕，金屬表面覆蓋著一層金屬氧化皮或者鐵銹。如果金屬氧化皮或者鐵銹不清除或者除銹不徹底，都會造成后期漆膜表面的返銹問題。涂料的性能通常與表面處理的清潔程度成正比。表面必須清潔，不得有水、油脂或受任何污染。尤其是油污類污物，應徹底清除，否則涂層會出現剝落，涂層的附著力會降低，達不到預期的防銹效果［2］。通常表面處理的方法有手工、動力工具打磨和噴射處理等，不同的處理方式所帶來的效果是不同的，見表3-1。

在其他施工條件一定的條件下，不同除銹處理質量對涂刷無機富鋅底漆60天后管道表面的返銹的影響如圖3-2和圖3-3所示。由圖可知，表面處理不徹底或者除銹后未有效清除殘留的鐵銹，會造成嚴重的返銹問題。

表3-1 不同處理方式對附著力的影響

3．3 施工環境的影響

現場的空氣濕度、溫度和風速等條件都會對涂料涂層的物理性能和漆膜外觀成形質量產生影響。當存在溫度高、濕度低，有風、陽光直射這些條件時，由于干燥速度過快就會出現諸如刷涂拉絲、過多的鋅粉粘附在涂裝工具上，噴涂時則會出現干噴的現象，同時會導致涂料黏度迅速增加，涂層容易過厚，厚則易裂。

此外，疏松、多孔現象則是由于鋼件本身太熱，整個涂層中的水分迅速蒸發造成。疏松多孔的涂層孔隙率非常高，導致涂層陰極保護性能急劇下降。因此，在室外涂裝應盡可能避免高溫強日照而導致鋼件表面溫度過高。鋼構件中彎角處因重復噴涂和流掛現象而容易出現局部涂膜過厚，使涂膜與接合部表面張力不平衡，而引起接合部涂層開裂，這種現象在施工中經常出現。

因此在施工過程中必須嚴格按照產品說明的施工條件施工，避免不利施工條件造成防腐質量問題。

4 無機富鋅底漆噴涂過程中的問題

4．1 堵塞管道、噴槍

富鋅底漆在噴涂過程中，會出現輸料管道和噴嘴的堵塞。造成這一問題有三方面的原因:首先，由于涂料在使用前沒有經過過濾，造成雜質沉淀進而堵塞管道和噴槍;其次，使用過程中沒有攪拌，造成組分沉淀，吸入管道造成管道堵塞;最后由于噴涂過程中暫停時間過長或者管道過長，造成沉淀問題。

為了克服和避免輸料管道、噴槍的堵塞問題，在噴涂之前必須過濾，去除涂料中的雜質;使用專用噴涂機，管道不要太長(10～20m)，使用中連續攪拌;暫停施工時讓漆液在管道中回流，噴槍內部結構要簡單，調整進氣壓力。

4．2 富鋅底漆漆膜附著力差

油漆涂層的附著力分底漆與基材、底漆與中間漆或面漆間的層間附著力。附著力差導致漆膜不能附著在管道表面，發生脫落。

4．2．1 底漆與基材附著不良

由富鋅底漆的防腐機理可知，主劑同鋅粉反應時還會與基材反應;基材若殘存氧化皮、鐵銹等會阻礙主劑與基材的電位接觸，降低主劑的化學反應和極性附著。若基材過于光滑，也會影響涂層早期的機械附著。因此，基材表面須保證良好的清潔度和粗糙度，除銹達Sa2．5級，粗糙度為35～75μm。

4．2．2 層間附著力差

在底漆上涂覆環氧漆、聚氨酯漆時，底漆呈粉末狀、或面漆呈塊狀脫落。主要原因有:(1)出現干噴、底漆表面是一層鋅粉，面漆無法附著。(2)底漆固化不充分就施工中間漆或面漆。富鋅底漆鋅粉含量高，未固化時的內聚力很低，過早施工溶劑型涂料，溶劑滲透到未固化的底漆中，軟化了底漆。(3)面漆固化收縮的應力傳遞到未固化的底漆中，造成脫層;后道涂層越厚，固化時產生的收縮應力越大，脫層越嚴重。(4)富鋅底漆受空氣濕度的影響，當空氣濕度≥85%時，底漆表面會吸收空氣中的水分，導致后道涂料無法附著。

4．2．3 涂膜龜裂

高膜厚是涂層龜裂的主因。不同使用條件對底漆厚度有不同的設計要求:防銹底漆厚度為40～60μm，單道涂層為80～120μm，通常干膜厚在150μm內是安全的，發現漆膜過厚、流掛，應馬上用刷子進行修補［4］。

4．2．4 起泡、針孔

富鋅底漆涂膜呈多孔性，當溶劑型后道涂料噴涂在多孔隙的漆膜表面時，部分溶劑滲入孔隙，因減壓與瞬間的溶劑揮發導致表面溫度降低，隨后溫度升高，包含在底漆孔隙中的溶劑蒸汽和空氣膨脹，產生氣泡或針孔。環境溫度越高此現象越嚴重。為消除此缺陷，產品配套中要求施工封閉漆，其目的就是讓稀薄的封閉漆完全滲透到底漆中，一是起錨固作用，二是底漆孔隙被涂料填充，避免出現起泡、針孔等疵病［4］。因此施工時要做好溫度的測量工作，環境溫度過高，停止施工。

4．2．5 白銹

白銹是造成層間漆膜剝落的另一種原因。底漆中的鋅較活潑，和水接觸會形成Zn(OH)2(也叫白銹)，屬兩性化合物，微溶于水，無保護作用;在涂刷溶劑型面漆前一定要除去鋅鹽，可用水沖洗除去，干燥后及時噴涂封閉漆，再施工中間漆，最后再上面漆。另外，如果上層漆膜厚度不夠，水從上層漆膜較薄部位進入底漆表面，水會在底漆表面不斷擴散浸透并形成鋅鹽，導致上層涂膜大面積起小泡，漆膜成片剝離，所以配套涂層必須達到規定的漆膜厚度。

5 結束語

本文通過對無機富鋅底漆的性能、防腐蝕機理的介紹，對無機富鋅底漆在防腐方面的應用有了更深的了解。通過無機富鋅底漆施工中的技術要點和存在問題的討論，明確了無機富鋅底漆在施工中要注意的問題和施工技術要點，從而為提高防腐質量，延長工程使用年限提供了理論參考。

［1］涂料工藝編委會．涂料工藝［M］．北京:化學工業出版社，499．

［2］何麗芳，郭忠誠．水性無機富鋅涂料的應用研究［J］．表面技術．2006年2月，第35卷第1期:55-59．

［3］GB/T5210-2006色漆和清漆拉開法附著力試驗(idt ISO 4624:2002)．

［4］吳遠光．水性無機富鋅底漆的施工及其常遇見問題的分析與解決辦法［J］．技術與經驗交流．2012．10，第15 卷第10 期:28-30．