环氧底漆在钢铁底材附着力影响研究

摘要：高固体环氧底漆是环保涂料的一大种类，在钢铁上具有良好的附着力和防腐蚀性，广泛应用于钢铁防腐，其良好的附着力是涂料具有优良的长期保护性能的重要保障。主要讨论了施工应用中底材处理、固化剂加量、漆膜厚度、环境湿度等对高固体环氧底漆附着力的影响。

关键词：高固体；环氧底漆；附着力

引言

随着经济的飞速增长，钢铁的生产和消费迅速增加，整个钢铁行业也得到了快速增长。同时，每年因为各种原因对钢铁的腐蚀造成设备损坏和报废，带来了巨大的经济损失和资源、能源浪费[1]，因此，钢铁应用中防腐工程越来越受到人们的重视。钢铁的腐蚀主要是受周围介质的作用而损坏，在腐蚀时，钢铁表面发生化学或电化学多相反应，使金属变成离子状态，金属材料的强度、韧性等力学性能降低，破坏内部结构，缩短设备的使用寿命，甚至造成设备报废。在钢铁防腐工程中，防止金属腐蚀的方法和途径很多，迄今为止采用防腐涂料是最主要、最有效、最经济、应用最普遍的防腐方法，其中环氧底漆的防腐性能尤为突出，被广泛应用于钢铁的防腐保护。随着地球气候的恶化，世界各国和地区已相继出台了严格限制包括涂料在内的化工产品中挥发性有机化合物（VOC）含量水平的法律法规，而我国随着雾霾等环境问题日益严重，在2016年国家工信部联合财政部也发文宣布实施《重点行业挥发性有机物削减行动计划》，因此，高固体环氧底漆已成为钢铁防腐的主流产品[2]。高固体环氧底漆具有较低的VOC排放，在钢铁表面具有良好的附着力，涂料中含有防锈颜料，可以有效防止钢铁腐蚀，因此高固体环氧底漆的附着力对涂层防腐蚀性能至关重要，良好的附着力可以充分发挥涂料对环境腐蚀的抵抗力。在实际应用中，影响涂层附着力的因素很多，我公司某一客户使用高固体环氧底漆时，出现附着力很差的现象，采用划格法检测附着力评定为5级，本文将模拟现场施工方式，从不同固化剂配比、底材处理、漆膜厚度、高湿度环境下施工等方面入手，探讨对高固体环氧底漆附着力的影响。

1试验部分

1.1试验材料和仪器

高固体环氧底漆，石家庄市油漆厂；环氧固化剂，君江；膜厚仪，BYK；拉拔仪，AT-A，美国狄夫斯高有限公司；调温调湿箱，606B，杭州蓝天化验仪器厂；电子天平，JK202，北京朗科兴业称重设备有限公司；单刃刀具、手把式放大镜、透明胶带、75mm×150mm碳钢板，3M。

1.2检测标准及方法

划格法检测附着力参考GB/T9286—1998，拉拔法检测附着力参考GB/T5210—2006，按照施工工艺要求，将碳钢板喷砂处理至Sa2.5级；将高固体环氧底漆按比例混合均匀后，调节至喷涂黏度，在已处理好的碳钢板上喷涂不同膜厚；将喷涂好的样板放置在调温调湿箱中，在不同的环境湿度下进行固化；待完全固化后，检测其附着力。

2结果与讨论

2.1底材处理

底材处理是决定钢铁涂层寿命的首要因素，目前应用最广泛的底材处理方法是喷砂清洁、采用动力工具和手工工具清洁。采用喷砂清洁表面等级及动力和手工工具清洁度等级要求见表1~2。通过手动打磨和喷砂处理将样板进行不同程度的处理，然后喷涂高固体环氧底漆，检测附着力结果见表3。由表3可以看出，底材处理等级越高，高固体环氧底漆的附着力越好。底材未经过处理的样板A，表面存有油污等污染物，同时也比较光滑，所以出现附着力极差，呈整体剥落现象；其余底材处理较好，附着力评定合格，喷砂处理等级Sa1的样板和手工打磨St2、St3的样板，附着力相对较差，而喷砂处理Sa2.5级的样板，由于底材处理最为理想，附着力也是最好。底材处理的根本目的就是为涂料提供最大的附着力。底材处理有两个主要功能：一是清除钢铁表面的铁锈、氧化皮、油污、灰尘等污染物，使钢铁表面露出具有反应性的原本表面，与底漆接触产生最大的附着力；二是增加表面的粗糙度，粗超表面的有效面积是平滑表面的2~3倍，增加表面积可以增加反应场所，使底漆的附着力增大[3]。

2.2固化剂比例的影响

高固体环氧底漆分为甲、乙两个组分，甲组分采用双酚A型环氧树脂作为主要成膜物，乙组分为聚酰胺固化剂。聚酰胺固化剂含有活泼的氨基，在常温下可与环氧树脂中的环氧基发生交联反应，形成稳定的、致密的网状结构，使涂料具有良好的附着力和防腐性能。聚酰胺固化剂理论用量按照n（环氧基）∶n（活泼氢）=1∶1计算[4]。将高固体环氧底漆以不同固化剂用量配漆后，制板，放置在调温调湿箱中固化，相对湿度调至50%，待完全固化后检测整个涂层的附着力，结果见表4。当固化剂加量不足理论值时，环氧树脂中的环氧基无法完全参与交联反应，不能形成致密的网状结构，因此附着力极差，尤其是固化剂加量为理论值的一半时，呈整体剥落现象。当固化剂加量在理论值的1.0~1.2倍时，整个涂层表现出良好的附着力。固化剂在理论值的1.5倍时，附着力会有所下降。在应用中，综合考虑各种因素，设计固化剂的用量通常为理论值的1.0~1.2倍比较适宜。

2.3膜厚的影响

在实际应用中，人工喷涂施工时，由于工人的喷涂习惯不同，或者工件的不规则形状等原因，造成涂层膜厚不易控制，部分漆膜较厚的情况。在理论固化剂比例的情况下，喷涂不同的膜厚，检测结果见表5。GB/T9286—1998适合检测膜厚＜180μm的涂层，当膜厚＞180μm时，若采用划格法检测附着力，用单刃刀具划格，漆膜划开处形变较大，附着力等级会下降，如样板J附着力变成2级，这时应该采用拉板法，按照GB/T5210—2006检测附着力更能体现涂层附着力的好坏，膜厚的差异不会对涂层附着力造成明显的影响。

2.4环境湿度的影响

在涂料应用施工中，一般设计要求环境相对湿度超过85%时是不适宜进行涂装施工的，这是因为相对湿度太高，会将产生的水分凝聚在钢铁表面，不但会使除锈清洁的钢铁表面很快重新生锈，还会生成水气薄膜，从而降低涂料的附着力。按照施工工艺，相对湿度50%和95%的环境下喷涂制板，检测结果见表6。测试结果涂层附着力均为1级，评定为合格。高固体环氧底漆选用的固化剂是聚酰胺固化剂，这类固化剂可以在湿度较高和较潮湿的钢铁表面施工，也可以制成水下施工的涂料，因此，使用聚酰胺固化剂时，单独环境湿度因素不会对涂层附着力有明显的影响。

3结语

1）底材处理的清洁程度直接影响涂层附着力的好坏，表面处理等级越高，高固体环氧底漆的附着力就会越好。未经处理的底材，高固体环氧底漆的附着力很差，与客户现场现象一致。2）高固体环氧底漆固化剂比例对整个涂层的附着力影响较大，当固化剂加量较小时，容易出现附着力较差，固化剂加量到理论值的50%时，涂层整体出现剥落现象，与客户现场现象一致。3）施工时，漆膜的薄厚不会影响到附着力，只会影响固化时间的长短。4）当采用聚酰胺固化剂时，环境湿度对高固体环氧底漆的附着力没有影响。5）通过对施工现场可能造成涂层附着力差的原因进行分析，并进行模拟试验进行情景还原，确定了现场最有可能的影响因素，并针对此原因与客户进行沟通，发现客户在现场进行油漆配比时没有任何的计量工具，进而确定了造成附着力问题的原因，为以后处理施工现场的问题提供了解决思路。

参考文献：

[1]官仕龙.涂料化学与工艺学[M].北京：化学工业出版社，2013.

[2]范增军，张国芳，王建刚，等.工程机械用高固体分丙烯酸聚氨酯面漆的制备与性能研究[J].中国涂料，2018（7）：35-40.

[3]李荣俊.重防腐涂料与涂装[M].北京：化学工业出版社，2013.

[4]谭竹洲.涂料工艺[M]北京：化学工业出版社，1997.

[5]张学敏.涂装工艺学[M].北京：化学工业出版社，2002.

作者：何志彤 李天航 孙腾远 陈正 李盼亭 单位：石家庄市油漆厂