波形護欄環氧鋅基涂層制備及其長期性能研究

李棟 王文新 田青業 李得斌 王海軍 雷鵬斗 王暉

（1甘肅省酒泉公路局，甘肅 酒泉 735000；2甘肅省交通規劃勘察設計院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

高速公路是交通運輸的樞紐和城市間聯系的紐帶，在區域經濟發展中起到關鍵作用。加強高速公路防腐蝕保護技術的研發，減少高速公路運行和維護的壓力，減少因腐蝕造成的資源浪費，提升高速公路可持續發展能力，是交通運輸領域中重點開展綠色交通運輸基礎設施建設和養護關鍵技術及裝備研究的要求，根據《公路波形梁鋼護欄》（JT/T 281-2007）和《公路交通工程鋼構件防腐蝕技術條件》（GB/T 18226-2015）中的要求，本文制備了不同鋅含量的環氧鋅基底漆，并研究了不同鋅含量環氧鋅基底漆的長期性能，改善了高速公路波形護欄的腐蝕問題。

1 材料與方法

1.1 原材料

1）主劑

環氧樹脂E-44是用途最廣、用量最大的品種，用E-44配以常溫固化劑及活性稀釋劑，就能以簡便的手工操作使玻璃布牢固地粘貼在被襯材質的表面，形成環氧玻璃鋼防腐層，因而廣泛應用于化工廠、酒廠、污水處理裝置等要求防腐的場合。環氧樹脂E-44也適合制備無溶劑或少溶劑涂料，該涂料防腐能力強，施工時對環境污染小。

2）固化劑

低分子量聚酰胺固化劑是環氧樹脂的優良固化劑和增韌劑，調節縮合產物的分子量，可使其適合于各種環氧膠粘劑。與脂肪多胺相比，其反應活性相似，揮發性小，毒性較低，對各種材料的粘接性良好，低分子聚酸胺主要用于室溫固化的雙組分環氧膠粘劑。

3）鋅粉

深灰色粉末狀金屬鋅，可作顏料，遮蓋力極強，具有很好的防銹及耐大氣侵蝕的作用，常用來制造防銹漆、強還原劑等。

4）滑石粉

滑石粉可增加產品形狀的穩定，增加張力強度、剪切強度、撓曲強度，降低變形、伸張率、熱膨脹系數。

5）觸變劑

觸變劑在施工時高剪切速率下有較低黏度，有助于涂料流動并易于施工；在施工之前及低剪切速率下有較高黏度，可防止顏料沉降和濕膜流掛。

6）稀釋劑

稀釋劑采用二甲苯和正丁醇以一定的比例配制。

1.2 試驗方法

1）附著性測試

附著性測試符合《色漆和清漆 拉開法附著力試驗》（GB/T 5210-2006）的要求，在與已涂底材平面的垂直方向上施加拉伸應力，該應力以均勻的且不超過1MPa/s的速度穩步增加，使破壞過程在90s內完成。記錄破壞試驗組合的拉力，破壞強度由破壞力除以試柱面積來表示。

2）耐鹽霧測試

耐鹽霧測試符合《色漆和清漆 耐中性鹽霧性能的測定》（GB/T 1771-2007）的要求。試驗溶液為質量濃度為（50±5）g/L的氯化鈉溶液，每塊試板的受試面朝上，與垂線夾角是20°±5°，鹽霧箱內溫度為（35±2）℃，應定期檢查試板，檢查試板時應快速，在任一24h內鹽霧箱停止時間不超過30min，不允許使試板變干。在試驗周期結束后，從設備中取出試板，用清潔的溫水沖洗以除去試板表面上的試驗溶液殘留物。

3）耐濕熱測試

耐濕熱測試符合《漆膜耐濕熱測定法》（GB/T 1740-2007）的要求。試板垂直懸掛于擱板上，試板的正面不允許相互接觸，將擱板放入預先調到溫度為（47±1）℃、相對濕度為（96±2）%的調溫調濕箱中，當溫濕度達到設定值時，開始計算試驗時間。連續試驗48h檢查一次。兩次檢查后，每隔72h檢查一次。

4）耐酸性測試

耐酸性測試符合《色漆和清漆 耐液體介質的測定》（GB 9274-1988）的要求。使用點滴法測試環氧鋅基涂層的耐酸性，將試板置于水平位置，并在涂層上滴加數滴試液，每滴體積約0.1mL，液滴中心至少間隔20mm，并且至少離試板邊緣12mm。達到規定期后，如果是水溶液就用水徹底清洗，如果是非水溶液，就用對涂層無損害的溶劑徹底沖洗，并立即檢查涂層的變化現象。

2 試驗結果分析

2.1 環氧鋅基涂層附著性

分別制備鋅含量為0%、30%、45%、60%、75%的環氧鋅基涂層，并用拉開法測試其在不同基材表面的附著性，測試結果如圖1所示。

圖1 不同鋅含量環氧鋅基涂層的附著力

從圖1可知，隨著鋅含量的增大，環氧鋅基涂層在不同基材表面的附著力逐漸下降，說明鋅的加入對環氧鋅基涂層的附著力有負影響，同時也說明環氧鋅基涂層的附著力主要是由環氧樹脂提供的。環氧鋅基涂層在濕面的附著性和鋼材表面的附著性差不多，主要原因是隨著時間延長，水分和溶劑都揮發了，所以對附著性影響不大。此外在浮土表面的附著性先增大后減小，主要是因為浮土剛開始也是一種填料，可以增強其附著性，后面隨著鋅含量增大附著性也下降。油污對環氧鋅基涂層的影響比較大，其抗拉強度都在0.5MPa以下。根據HG/T 3668-2009《富鋅底漆》中規定，富鋅底漆的附著力大于6MPa，根據HG/T 4844-2015《低鋅底漆》中規定，低鋅底漆的附著力大于5MPa，從圖1可以看出，環氧鋅基涂層在鋼材、浮土、濕面的附著性均大于10MPa，滿足規范的要求，而在油污表面的附著性遠遠不能滿足規范的要求，這也為現場施工提供了有利的指導。

2.2 環氧鋅基涂層耐鹽霧性能

不同鋅含量的環氧鋅基涂層在鹽霧箱中的耐鹽霧腐蝕情況如圖2所示。

圖2 環氧鋅基涂層的耐鹽霧性能

圖2所示為不同鋅含量環氧鋅基涂層在經歷600h鹽霧腐蝕的情況。由圖2可知，隨著鋅含量增多，環氧鋅基涂層的耐鹽霧性能變差，根據HG/T 3668-2009《富鋅底漆》中規定，大于80%鋅含量的富鋅底漆的耐鹽霧性大于600h，70%-80%鋅含量的富鋅底漆的耐鹽霧性大于400h，60%-70%鋅含量的富鋅底漆的耐鹽霧性大于200h，根據HG/T 4844-2015《低鋅底漆》中規定，低鋅底漆的耐鹽霧性大于120h。根據試驗觀察，不同鋅含量環氧鋅基涂層在鹽霧腐蝕456h時開始出現起泡現象，說明環氧鋅基涂層的耐鹽霧性均能滿足規范要求，耐鹽霧性能良好。

2.3 環氧鋅基涂層耐濕熱性能

不同鋅含量的環氧鋅基涂層的耐濕熱性能如圖3所示。

圖3 不同鋅含量環氧鋅基涂層耐濕熱性能

圖3所示為不同鋅含量環氧鋅基涂層在經歷1776h濕熱腐蝕的情況。由圖3可知，環氧鋅基涂層表面沒有發生明顯變化。根據GB/T 18226-2015《公路交通工程鋼構件防腐技術條件》中規定，環氧鋅基涂層耐濕熱性經1000h濕熱試驗后，涂層表面應無起泡、脫落、生銹、剝離等現象；劃痕部位兩側蔓延距離不大于1mm。由此可見，環氧鋅基涂層的耐濕熱性能優異。

2.4 環氧鋅基涂層的耐酸腐蝕性能

使用點滴法測定了不同鋅含量的環氧鋅基涂層的耐酸性能，測試結果如圖4所示。

圖4 不同鋅含量環氧鋅基涂層耐酸性能

由圖4可知，不同鋅含量環氧鋅基涂層的耐酸性能隨著鋅含量的不同而變化，沒有加鋅時環氧鋅基涂層與硫酸的反應最慢，說明涂層具有一定的屏蔽效果，加了鋅的環氧鋅基涂層在1天之后就開始發生置換反應，4天之后反應完全形成了一層鈍化膜，說明涂料金屬防腐的作用原理可以分為三個方面：陰極保護作用、陽極鈍化作用和涂層的屏蔽作用。涂膜的陰極保護作用在于如果涂層含有對被保護金屬能成為犧牲陽極的金屬顏料，且金屬含量很高，以使涂層中金屬微粒之間、金屬微粒與被保護金屬之間達到電接觸的程度，就能使基體金屬免受腐蝕。涂膜的陽極（鈍化、緩蝕）作用在于：在涂層中含有具有鈍化、緩蝕的化學型防銹顏料時，在有微量水存在時，就會從涂層中離解出具有緩蝕功能的離子，通過各種機理使腐蝕電池的一個或兩個電極極化，抑制腐蝕進行。涂層的屏蔽隔絕作用在于使基體和環境免受其腐蝕。根據電化學腐蝕原理，帶涂層保護的金屬會發生腐蝕，是因為在涂層和金屬的界面存在水、氧、離子等適合離子流通（導電）的途徑。因此，要防止其金屬發生腐蝕，就要求涂層具有屏蔽隔絕作用，阻擋水、氧、離子等適合離子從外界腐蝕環境透過涂層到達金屬界面。富鋅底漆除主要有陰極保護作用外，也有相當的屏蔽隔絕功能，因為鋅是一種容易氧化的金屬，涂層中的鋅腐蝕后生成的氧氧化鋅和碳酸鋅混合物具有一定的水溶性和強堿性，能起到密實涂層的空隙和缺陷，產生屏蔽隔絕的效果。

3 結論

本文制備了不同鋅含量的環氧鋅基涂層，并研究了環氧鋅基涂層的長期性能，得出以下結論：

1）不同鋅含量環氧鋅基涂層在濕面、浮土和干凈鋼材上均具有良好的附著性，但在油污表面的附著性急劇下降，在工程應用中要除去油污以保證足夠的附著性；

2）不同鋅含量環氧鋅基涂層的耐鹽霧性能較好，且鋅含量越低，其耐鹽霧性能越好；

3）不同鋅含量環氧鋅基涂層的耐濕熱性能優異，在濕熱環境下1776h后基本無變化；

4）不同鋅含量環氧鋅基涂層的耐酸性較好，當鋅含量較低時，環氧樹脂可以起到屏蔽作用，當鋅含量較高時，鋅會起到陰極保護作用和陽極鈍化作用，涂層也可以產生屏蔽作用。

5）鋅含量較低時環氧鋅基涂層也具有很好的耐久性，在實際生產中可以降低鋅含量，降低環氧鋅基涂層的成本，節約成本。