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重防腐涂裝用聚氨酯、氟碳、聚硅氧烷3種面漆比較,簡介了當前重防腐涂裝所用的聚氨酯、氟碳、聚硅氧烷3 種面漆,并從涂料成膜機理、性能、施工等方面作了比較
2019年11月15日    閱讀量:7704    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

0 引言

自從改革開放以來,我國的經濟建設飛速發展,隨之一座座規模宏大的基礎設施拔地而起,創造了一個個建設記錄乃至奇跡!鋼結構建筑因具有可靠性高、輕質高強、適合機械化加工、工業化生產程度高、施工周期短以及密封性能好等特點,在工業與民用建筑中得到了越來越廣泛的應用。


從20 世紀90 年代我國自行設計建造的第一座特大型懸索橋——虎門大橋起,近到世界上跨度最大的鋼結構建筑——北京奧運主體育場“鳥巢”,再到上海世博會保留的永久性建筑——世界上最大雙向大跨度無柱展廳“中國館”,都是我國建筑史上的代表作品。


但是,易腐蝕是鋼結構的致命缺點之一,一旦被腐蝕,其強度等主要力學指標將顯著下降,嚴重降低鋼結構件和建筑的安全性和耐久性,因此在鋼結構防腐涂裝中主要采用多道防腐配套涂層體系中國建材網cnprofit.com


ISO4618—2006《色漆和清漆 涂覆材料的術語和定義》將多道防腐涂層體系定義為:“涂裝在底材上的所有涂層的總稱”;NACE(美國腐蝕工程師協會)將其定義為:“按照預定順序和道數在底材上涂裝的涂層”。


一般這種涂層體系由底漆、中間漆和面漆組成。底漆的作用是附著在底材上,為以后施工的涂料提供基底,保護底材免遭腐蝕等;中間漆的作用是增強整個涂層體系的屏蔽性,減少外界的腐蝕介質滲透,增大干膜厚度,起承上啟下作用;


面漆的作用是保持良好的保光保色性,不易粉化,具有指定的光澤,裝飾性強等。本文針對目前鋼結構防腐涂裝中普遍采用的代表當今和未來發展趨勢的3 種高性能面漆:聚氨酯涂料、氟碳涂料和聚硅氧烷涂料進行歸納和比較,以便鋼結構防腐涂裝相關人員(包括設計、施工、質量控制、涂料供應商)對此有個正確的了解。


1 聚氨酯涂料

脂肪族聚氨酯涂料是一種高性能的長效重防腐蝕涂料,在大部分嚴重腐蝕環境中得到廣泛的應用。目前應用最多的配套涂層體系是:富鋅(有機或無機)底漆1 道/ 環氧云鐵中間漆1~2 道/ 聚氨酯面漆2 道,總干膜厚度約200~350 μm。這一配套涂層體系十多年來已廣泛用于橋梁、建筑、石油化工、電站、船舶和海上設施等處于嚴重腐蝕環境的各種鋼結構的防腐涂裝,并被證明是行之有效的。其涂層體系的防護期,一般沿海地區約10 a,內陸地區可達15 a 以上。例如老人牌無機富鋅底漆/ 環氧封閉漆/ 環氧云鐵中間漆/ 聚氨酯面漆所組成的防腐配套涂層體系,經國家涂料質量監督檢驗中心多次檢測,結果如下:

● 耐中性鹽霧試驗: 4 392 h,達到1 級(良好級);8 000 h,達到2 級(合格級);

● 濕熱試驗:1 000 h 漆膜無變化,評為1 級;

● 人工加速老化試驗:1 000 h 不起泡、不脫落、不開裂、不生銹;

● 耐酸、耐堿試驗:5%H2SO4 溶液中8 h,合格,5%NaOH 溶液中60 h,合格。

就聚氨酯面漆及其配套涂層的耐鹽霧性指標而言,國家有關行業標準一般規定為1 000 h(如HG/T3656—1999《鋼結構橋梁漆》、TB/T 2773—1997《鐵路鋼橋用面漆供貨技術條件》等),因此,該配套涂層體系的耐鹽霧性與國內同類產品相比性能優異,被國內外鋼結構工程廣泛采用,受到普遍好評。隨著國民經濟的發展和人民生活水平的提高,人們對防腐蝕提出了更高的要求,既要提供長效保護(如有的工程要求達到20 a 或更長的保護期),又要安全、健康,符合環保的最新要求;既要優化環境,又要講究成本和效益。在這方面,除了各種新型重防腐涂料的研發外,近幾年在聚氨酯涂料更新換代產品氟碳涂料和聚硅氧烷涂料方面進行了大量的研究。但由于聚氨酯涂料及其配套涂層相對優異的性價比和施工性,目前在大型鋼橋等眾多重防腐涂裝中仍唱主角,占據主導位置。


2 氟碳涂料

20 世紀90 年代,日本較多使用氟碳涂料作為鋼結構橋梁的防護面漆,并取得成功,例如1999 年日本建成的明石海峽大橋(跨度1 990 m 懸索橋)、多多羅大橋(跨度890 m 的斜拉橋),其鋼梁、鋼塔均采用氟碳面漆。


眾所周知,氟原子具有最高的電負性以及除氫原子以外的最小原子半徑,因此氟碳聚合物具有極高的穩定性。在氟碳聚合物中,氟原子包圍在碳鏈外,形成緊密的保護層,使其不易受到外界的侵襲;又因為氟碳聚合物中大量的F—C 鍵,是一種高鍵能(460.2 kJ/mol)化學鍵,因此具有優異的保光性、保色性、耐候性、耐熱性、耐腐蝕性、耐化學品性、耐沾污性、耐摩擦性等性能。目前,用于制漆的氟碳樹脂品種有十幾種,老人牌氟碳面漆555CN 是采用氟乙烯- 烴基乙烯基醚共聚物(FEVE)為主要成膜物質的新型氟碳樹脂涂料。


FEVE 是一種由氟烯烴結構單元與不同的烴基乙烯基醚結構單元交替排列而成的非結晶態聚合物。市場上常見的品種有日本旭硝子公司的聚三氟乙烯和大金公司的聚四氟乙烯兩種。老人牌氟碳面漆555CN 是一種雙組分、常溫固化型氟碳涂料,附著力強,表面能低,具有超強的保光保色性、耐候性、抗沾污性、耐洗刷性等性能,并且具有可清洗、雨雪自潔的特點,其最低成膜溫度為-10℃。


根據HG/T 3792—2005《交聯型氟樹脂涂料》規定,溶劑可溶物氟含量≥ 18%,否則漆膜性能將大為下降。由于氟碳樹脂只有在含氟的溶劑中才能較好的溶解,要生產低VOC(揮發性有機化合物)的產品有一定難度,同時它的反應物可能仍然會含有異氰酸酯,所以在環境友好以及施工性能等方面還需要進一步改進。而聚硅氧烷涂料在各種大型工業環境中的應用,顯得更為合理和環保。


3 聚硅氧烷涂料

利用有機- 無機混接技術,使兩種材料形成共享一個化學鍵的聚合體,是聚硅氧烷的主要化學反應。混接技術主要有4 個方面:有機基體、無機基體、互穿網絡和真接枝。通過混接技術,聚硅氧烷涂料實現了將有機物的最佳特性(如容易加工、撓性、柔韌性、光澤和常溫固化)和無機物的最佳特性(惰性、硬度、附著力、耐化學品性、耐高溫性、耐候性、耐紫外線和耐磨性)有機地結合在一起。


常見品種有脂肪族環氧改性聚硅氧烷、丙烯酸改性聚硅氧烷、丙烯酸尿烷改性聚硅氧烷、硅溶膠混接物及有機硅溶膠等。目前國內市場上主要是前兩者。環氧改性聚硅氧烷將環氧樹脂優異的黏結力和防腐性與聚硅氧烷突出的保光保色性巧妙地結合于一體,達到“強- 強”聯合的效果,更符合重防腐涂裝的要求;


而丙烯酸改性聚硅氧烷,則是丙烯酸樹脂與聚硅氧烷兩者的保光保色性“疊加效應”,適合于耐久性要求。但是問題的關鍵不在于以什么樹脂進行改性,而在于涂料中硅氧烷樹脂的含量,即Si—O 鍵的含量。


國家涂料質量監督檢驗中心對老人牌聚硅氧烷配套涂層體系(老人牌無機富鋅底漆/ 環氧云鐵中間漆/ 聚硅氧烷面漆)進行了耐候性和防腐性檢測,結果如下:


 


● 人工加速老化試驗(GB/T 1865—2009):按保護性漆膜綜合評定(GB/T 1766—2008),6 000 h,0 級;9 000 h,1 級;9 300 h,2 級;

● 耐鹽霧試驗(GB/T 1771—2007):按GB/T1740—2007 評定,10 000 h 漆膜無變化,1 級。老人牌聚硅氧烷涂料55000 是由脂肪族環氧、丙烯酸尿烷與硅氧烷三者混接而成的環氧聚硅氧烷涂

料,具有高固體分(85%)、低VOC(160 g/L)、高光澤,以及優異的耐候性、保光保色性和耐化學品性。其他生產和供應聚硅氧烷涂料的還有阿麥隆(Ameron)的PSX700 ;阿克蘇/ 國際(Akzo/International)的Interfine 979 ;佐敦(Jotun)的Jotacote PSO 等。


4 3 種面漆性能的比較

以老人牌聚氨酯、氟碳、聚硅氧烷3 種面漆產品為例,其主要物理參數和漆膜性能比較見表1。

表1 聚氨酯、氟碳、聚硅氧烷3 種面漆性能比較

重防腐涂裝用聚氨酯、氟碳、聚硅氧烷3種面漆比較,簡介了當前重防腐涂裝所用的聚氨酯、氟碳、聚硅氧烷3 種面漆,并從涂料成膜機理、性能、施工等方面作了比較 中國建材網,cnprofit.com


注:以老人牌產品為例。


5 結語

(1) 聚氨酯涂料仍唱主角。

近年來我國大型重防腐涂裝工程實踐表明:雙組分丙烯酸聚氨酯面漆以其優異的性價比,在橋梁、風機、水電、火電、石化裝置、大型油庫、海洋工程、民用機械等領域得到成功應用,積累了豐富的施工經驗。筆者認為聚氨酯涂料仍將在重防腐涂裝中唱主角,而且成功業績廣泛而豐厚。

(2) 目前的氟碳涂料急待改進。

關于氟碳涂料,2005 年頒布了HG/T 3792—2005《交聯型氟樹脂涂料》標準,規定溶劑可溶物氟含量≥ 18%,一般國家重點工程項目要求氟含量提高至≥ 24%。但在實際中個別企業以較低的氟含量充當氟碳涂料,顯然達不到氟碳涂料的高性能要求。當前氟碳涂料在施工中暴露出以下兩方面問題:其一:低固含量、高VOC,不符合環保要求,當務之急是提高涂料的固體分或開發水性氟碳樹脂;其二,重涂性需進一步改進,以利于重涂二道面漆和維修涂裝。

(3) 聚硅氧烷涂料是一種環境友好型高性能面漆。

聚硅氧烷涂料是一種高固含量、低VOC、環境友好型高性能面漆,因其Si—O 鍵與F—C 鍵鍵能均較高,呈現優異的性能,在歐美受到重視。我國有些重點工程,如首都機場T-3 航站樓大型鋼結構等,采用聚硅氧烷涂料并取得成功。當前應加大聚硅氧烷涂料的宣傳和推廣力度,并盡快制定國家行業標準。


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