醇溶性无机硅酸锌车间底漆的制备
周晓红，田献明，杨一沫，岳文慧 （ 西北永新涂料有限公司，甘肃兰州 730046）
0 引言
车间底漆又称钢材预处理底漆或保养底漆，通过对经过抛丸处理的钢材表面进行保护，防止钢材在加工（焊接和切割）、组装期间产生锈蚀，从而大大减缓后期涂装时的除锈工作量，广泛用于船舶、海洋工程、桥梁和重型机械设备等防腐领域。醇溶性无机硅酸锌车间底漆是目前应用较广的一种车间底漆。本文对该底漆作一介绍。
1 醇溶性无机硅酸锌车间底漆的特点
1 醇溶性无机硅酸锌车间底漆的特点
1.1 基本特性
醇溶性无机硅酸锌车间底漆，以正硅酸乙酯为成膜物质，锌粉为防锈颜料，两组分混合施工后，在醇类溶剂挥发的同时，正硅酸乙酯中的烷氧基吸收空气中的潮气并发生水解反应，交联固化成硅酸锌铁和硅酸锌的复盐，牢固地附着在钢材表面起到保护作用。醇溶性无机硅酸锌车间底漆是钢材预处理中重要的车间底漆，膜厚15 μm 即具有室外6~12个月的防锈能力。
醇溶性无机硅酸锌车间底漆中含有大量的锌粉粒子，与钢铁表面紧密接触，锌粉与空气中的CO2、SO2 或者Cl-（离子）接触生成锌的各种难溶碱式盐，填没涂层中的空隙，增加屏蔽性，起到牺牲阳极的保护作用。
醇溶性无机硅酸锌车间底漆通过与空气中的水气反应而固化，涂膜干燥快，施工适应性好，具有优良的低温固化性，耐水性和耐油性好，防锈性能优异，漆膜可经受400℃高温，能与大部分涂料体系配套使用，具有良好的阴极保护作用。
醇溶性无机硅酸锌车间底漆是钢结构常用的一种重防腐底漆，在保证优异抗蚀性的同时，可以在零度以下的环境温度施工，具有低成本、低毒、低污染等特点，且具有良好的施工性和防腐效果，广泛用于桥梁、储罐、石化钢结构、远洋船舶、海洋工程和电力设施等的防腐蚀。
1.2 防腐蚀机理
1.2.1 电化学保护和化学防腐蚀
醇溶性无机硅酸锌车间底漆通过电化学保护和化学防腐蚀而对金属起到防腐蚀作用。电化学保护是因为锌比铁的化学活性更大，更容易失去电子，而作为牺牲阳极来保护铁。当水分渗入到钢铁等基层上时，就形成了无数个由锌和铁组成的原电池。由于锌的电极电位（-0.763 V）比铁的电极电位（-0.409 V）低，所以锌为阳极，铁为阴极，铁便受到阴极保护。化学防腐蚀是因为涂膜形成致密的配合物涂层，对有害物质渗入到被保护基层起到阻隔作用。
1.2.2 涂膜的自修补
1.2.2 涂膜的自修补
当涂膜局部出现机械损伤或漏涂等缺陷时，在一定几何尺寸范围内由于电流的流动可以对钢基材起到保护作用。在防腐蚀电流流过的同时，锌的产物沉积到漏（露）出的钢铁表面上，可填充涂膜的孔隙，封闭涂膜的损伤部位，形成保护膜，即自修补。
2 试验部分
2.1 原材料
醇溶性无机硅酸锌车间底漆专用树脂（E702-1树脂），固含量（13±2）%，工业品，武汉巴司特化学新材料有限公司；500 目锌粉，长沙；磷铁粉；氧化锌；防沉剂；分散剂；丁醇；乙醇。
2.2 配方
醇溶性无机硅酸锌车间底漆配方见表1。
2.3 生产流程
（1） 检查配料盆是否洁净干燥；
（2） 将E702-1 树脂倒入配料盆中，开启搅拌，转速为500 r/min，加入润湿分散剂，搅拌均匀，缓慢加入防沉剂，搅拌15~20 min，使其达到活化效果；
（3） 在搅拌状态下，缓慢加入防锈颜料，搅拌至无干粉，将盆壁清理干净；
（4） 将配好的漆浆研磨至细度50 μm 以下，检测漆浆细度合格后，在搅拌下缓慢加入磷铁粉和锌粉，按比例补加适量乙醇和丁醇，搅拌40~60 min 后，用5∶1 乙醇/ 丁醇调整黏度合格后，过筛，包装，即为A 组分；
（4） 将配好的漆浆研磨至细度50 μm 以下，检测漆浆细度合格后，在搅拌下缓慢加入磷铁粉和锌粉，按比例补加适量乙醇和丁醇，搅拌40~60 min 后，用5∶1 乙醇/ 丁醇调整黏度合格后，过筛，包装，即为A 组分；
（5） 将A 组分与B 组分按质量比2∶1 混合。
2.4 性能指标
醇溶性无机硅酸锌车间底漆的性能指标见表2。
3 结果与讨论
影响醇溶性无机硅酸锌车间底漆性能的因素主要有：树脂基料、锌粉、磷铁粉、防锈颜料、防沉剂、助剂及稀释剂7 个参数，其中树脂基料起着主要的作用。
3.1 树脂基料的选择
通过对国内树脂生产厂家的醇溶性无机硅酸锌底漆所用树脂进行咨询、索样、制漆考察，选用了武汉巴司特化学新材料有限公司的E702-1 和E702-2醇溶性无机硅酸锌底漆专用树脂，以及武汉现代工业技术研究院赫斯特科技有限公司的E777-2 系列醇溶性无机硅酸锌底漆专用树脂，以上树脂均以硅酸乙酯为主要成膜物，其技术指标比较见表3。
在相同施工参数下，对漆膜外观和施工性进行考察表明：E702-1 树脂的漆膜外观和施工性均好于其它两种树脂。本实验终选用武汉巴司特化学新材料有限公司的E702-1 醇溶性无机硅酸锌底漆专用树脂作为树脂基料。
3.2 锌粉的选择
具有一定反应活性的锌粉，对车间底漆的防锈性能很重要。为确保锌粉在车间底漆中能够同底材紧密附着，而起到导电和牺牲阳极作用，干膜中的锌含量（质量分数）应不小于74%，锌粉的细度应在325 目以上（以500 目为佳）。高品质的锌粉呈规则球状颗粒，表面氧化少，颗粒均匀，有利于提高产品的防锈性能。
不同厂家的锌粉对车间底漆防锈性能的影响见表4。
由表4 可见：长沙500 目锌粉的防锈性能好，满足1 000 h 漆膜不起泡、不生锈、不开裂、不脱落的技术指标。综合考虑锌粉品质、价格等因素，选用长沙500 目锌粉。
3.3 磷铁粉的选择
磷铁粉是一种无毒、无臭的深灰色粉末，相对密度6.5，具有良好的导热性和导电性，在常温下具有一定的防锈性能，耐磨性好，附着力强。在车间底漆中，磷铁粉可以部分代替锌粉，因其价格低廉，可降低成本。另外，加入稳定的导电颜料磷铁粉，能使漆膜内形成导电通路，提高其阴极保护作用；还能提高底漆的焊接特性，减少底漆在焊接、切割中所产生的锌雾，改善工作环境，提高劳动保护。磷铁粉用量对防锈性能的影响见表5。
由表5 可见：磷铁粉具有良好的防锈性，在车间底漆中用于代替部分锌粉，是一种有效的方法。根据技术指标的要求，本实验配方中，磷铁粉与锌粉的质量比不高于7∶63 时，不影响车间底漆的防锈性能。
3.4 防锈颜料的选择
3.4 防锈颜料的选择
氧化锌的折射率较高，具有吸收紫外线的能力；其着色力和遮盖力仅次于锌钡白和钛白粉，具有良好的耐光性和耐热性；能与涂料中的羧酸根离子形成配位化合物，从而降低涂膜对水的敏感性。因此，氧化锌可提高漆膜的耐候性和抗粉化性，可使涂膜柔韧、牢固、不透水，从而能防止金属的锈蚀。氧化锌用量对防锈性能的影响见表6。
由表6 可见：在车间底漆中加入适量的氧化锌，可以提高车间底漆的防锈性能。
3.5 防沉剂的选择
由于锌粉和磷铁粉密度较大，而黏结剂组分黏度低，如将锌粉、磷铁粉直接加入到黏结剂组分中，锌粉和磷铁粉极易沉淀。为了使锌粉、磷铁粉与黏结剂混合后沉淀速度减缓，易于施工，必须进行锌粉的防沉处理。常用的防沉方法是在漆液中加入防沉剂，本实验初期选用超细二氧化硅、有机膨润土等进行防沉性能研究（表7）。
研究发现：加入超细二氧化硅对锌粉和磷铁粉的防沉作用不大，锌粉和磷铁粉在溶液中终形成坚硬的沉降层；而加入有机膨润土，辅以适当的助剂，可以使锌粉在溶液中形成体积较大、松软的沉淀层，一经搅拌即可均匀分散，因此可使锌粉浆在贮存时保持良好的贮存稳定状态；同时有机膨润土能形成网状结构，赋予涂料结构黏度，具有触变性，在涂料施工时，由于其良好的防沉作用，锌粉、磷铁粉的沉淀速度大为降低，较好地保证了涂料在施工过程中的均一性。本实验终确定选用有机膨润土（配方量的1%）作为防沉剂。
3.6 助剂的选择
车间底漆生产、预混和施工时会产生大量的气泡，气泡往往使漆膜留下缩孔、针孔、鱼眼等缺陷，因此需要加入消泡剂。另外，车间底漆喷涂施工后常温干燥成膜，也容易受外界因素影响而使漆膜出现橘皮、缩孔等弊病，因此需要加入流平剂。消泡剂和流平剂二者配合使用，可以起到相辅相成的效果。
3.7 稀释剂的选择
混合溶剂的选择是很重要的，既要考虑溶剂与基料的混溶性，又要考虑到溶剂的挥发速率，还要兼顾成本问题；溶剂挥发太快会出现针孔等弊病；挥发过慢，影响漆膜干性。丁醇和乙醇是醇溶性无机硅酸锌车间底漆的良溶剂，将这两种溶剂配用，使其在涂料成膜过程中形成一定的挥发梯度，形成良好的漆膜，达到该产品的性能指标。丁醇与乙醇不同配比对漆膜干性及外观的影响见表8。
由表8 可见：1# 配方较为理想。
4 施工注意事项
4.1 底材的处理
底材的表面处理是决定涂层附着力优劣的关键因素，对整个涂层质量有较大影响。为了保证涂料中的锌粉和磷铁粉与底材充分接触，产生导电作用，并起防锈作用，要求底材表面必须清洁，不能存在水、油脂或任何污染，尤其是油污类污物，否则，涂层的附着力降低，漆膜出现剥落，达不到预期的防锈效果。底材表面处理的方法：底材表面除去油污，再以喷丸、喷砂等方法除去铁磷、铁锈等，达到GB/T8923—1988《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》中Sa 2.5 的要求，并且表面粗糙度要控制在25~61 范围内，喷涂前用压缩空气除去砂砾、尘土等杂质。
4.2 甲、乙组分混合
车间底漆的甲、乙组分是分开包装的，使用前要先将二者混合，乙组分不能直接倒入甲组分中，必须先用电动器搅拌甲组分，在搅拌的同时缓慢地把乙组分倒入甲组分中，并机械搅拌至混合均匀为止。建议在施工过程中不断进行搅拌，防止锌粉和磷铁粉沉淀。两组分混合后，应在6 h 内用完，否则会胶化，不能再使用。
5 结语
（1） 该底漆产品生产工艺稳定，施工简便。
（2） 该底漆产品适用范围广，可广泛用于冶金、集装箱、各类交通车辆、工程机械钢板的预处理，特别适用于钢结构防锈，可满足不同用户的需求。
（3） 该底漆产品干燥迅速，附着力好，防腐性能优异，对焊接和切割无不良影响；又因为快干，常温下能在5 min 内干燥，符合钢材自动预处理流水线连续生产的需要，机械性能好，耐热性能优异，热加工损伤面积小，耐溶剂性强，应用前景广阔。
