李運德

（北京紅獅漆業(yè)有限公司，北京 101111）

我國鋼結構設施及設備經(jīng)歷了近30年的高速發(fā)展期，目前仍然處于較快的發(fā)展階段，這不但造成了新建鋼結構增量部分的擴張，更使存量鋼結構設施及設備不斷積累，從而促進了鋼結構防腐涂料特別是鋼結構維修保養(yǎng)涂料的較快發(fā)展。一般情況下，徹底的表面 處理是防腐涂料獲得優(yōu)異防腐性能的前提條件。但在實際防腐涂裝實踐中，鋼結構的表面處理有時達不到應有的清潔度(這在鋼結構維護防腐涂裝時更為常見)。因此，適用于非理想狀態(tài)處理表面的防腐涂料便應運而生，這類涂料被稱為低表面處理涂料。

1 低表面處理涂料的性能特點

1.1 低表面處理涂料的作用機理

低表面處理涂料來源于其英文名稱 surface- tolerant coatings，是指能夠用在非理想狀態(tài)表面、并且能夠保持良好性能的一類涂料。這類非理想狀態(tài)表面含有銹蝕產物、可溶性鹽分、水分和油污的一種或幾種復合污染物，舊漆膜表面特別是醇酸類舊漆膜也屬于非理想狀態(tài)表面的一種。

低表面處理涂料必須對非理想狀態(tài)表面有足夠的適應性，能夠形成連續(xù)的封閉性涂層，并通過對鐵銹的鈍化、轉化，使鐵銹形成無害的穩(wěn)定成分。低表面處理涂料主要有以下幾種作用機理：

(1) 相容性。涂料對被涂表面有著優(yōu)異的潤濕鋪展性能，能夠形成連續(xù)的致密涂膜，并能與基材緊密接觸，產生良好的附著力。不同的污染表面要求涂料具有相應的適應性。對于銹蝕表面，要求涂料能夠潤濕滲透到銹蝕產物內部，與銹蝕產物一起形成連續(xù)致密的涂膜，對銹層產生包覆隔絕作用；對于帶水或帶油表面，要求涂料對水分或油分有很好的置換或融合作用，保證涂料與基材的界面接觸，從而代替水或油對界面的接觸；對于舊涂層表面，要求涂料不咬起、不破壞舊涂層，并且保持與舊涂層優(yōu)異的附著力。

(2) 屏蔽性。外來腐蝕因子穿透涂層到達涂層和基材界面后，基材腐蝕才可能發(fā)生。因此，涂膜要有足夠的致密性和厚度，才能有效阻止外來腐蝕介質的侵入。屏蔽性對任何類型涂料都是很重要的性能。對于低表面處理涂料，由于基材表面含有比通常涂裝情況下更多的不利成分，外界腐蝕因子的侵入更容易使涂層早期失效。這種屏蔽性不僅體現(xiàn)在涂層早期，也體現(xiàn)在涂層和銹蝕產物反應后形成的致密產物。當屏蔽性不能滿足要求時，覆涂屏蔽性能好的面涂層能夠更好地發(fā)揮低表面處理涂料的性能。

(3) 鈍化穩(wěn)定作用。通過涂料中的鉻酸鹽、磷酸鹽等活性防銹顏料的作用，使得銹蝕產物穩(wěn)定。一般的作用機理是：這些活性顏料在水分的作用下緩慢水解，形成配位陰離子，配位陰離子與活潑的鐵氧化合物反應形成穩(wěn)定的雜多酸配合物，只有當水分滲入后才會發(fā)生水解反應。因此，這種水解反應過程持續(xù)的時間很長，使活性顏料保持較長的活化期，鈍化反應過程持續(xù)較長的時間。

(4) 銹蝕轉化作用。含有銹蝕轉化劑的低表面處理涂料通過磷酸-單寧酸、磷酸-亞鐵氰化鉀等體系與鐵銹反應，轉化成一層致密的鐵化合物。這層化合物非常穩(wěn)定，起到對基材的屏蔽、保護作用。與鈍化穩(wěn)定機理不同，在銹蝕轉化瞬間轉化劑即開始反應，并且在較短時間內完成與鐵銹的轉化反應，在外觀上可以明顯看到涂膜顏色的漸次變化，最終漆膜會變黑。當添加其他顏料時，顏色變化不明顯。

實際應用的低表面處理涂料具備一種或多種作用機理。一般情況下，低表面處理涂料的配方設計均要考慮涂料的潤濕、滲透性。只有對基材表面有良好的潤濕、滲透性，才能夠排除、置換、吸收和融合水、油污染物，能夠與銹層一起形成牢固、均勻、連續(xù)的涂膜，保持對基材足夠的附著力。這是低表面處理涂料發(fā)生作用的基礎。此外，低表面處理涂料中一般含有鈍化緩蝕顏料或銹蝕轉化劑，這些成分可以把活潑的銹蝕產物轉變成穩(wěn)定的化合物，最終成為漆膜的一部分。

1.2 低表面處理涂料的類型及性能特點

1.2.1 按作用機理分類

按照上述作用機理，可將低表面處理涂料分為4類：滲透型、屏蔽型、穩(wěn)定型和轉化型。

國內學者通常按照作用機理將低表面處理涂料分成滲透型、穩(wěn)定型、轉化型和功能型4 類[1-4]。滲透型側重于對銹蝕產物的滲透、包覆、隔絕；穩(wěn)定型側重于對銹蝕產物的鈍化穩(wěn)定；轉化型側重于對銹蝕產物的轉化穩(wěn)定；功能型主要是指多種機理的復合作用，以及對特殊表面(如帶水、帶油表面)的適應性。

1.2.2 按SSPC-TU 1 Surface Tolerant Coatings for Steel 分類

按照SSPC-TU 1 Surface Tolerant Coatings for Steel(2004年11月1日修訂版)的表述，低表面處理涂料主要分為兩大類：銹蝕抑制型涂料和屏蔽型涂料。銹蝕抑制型涂料主要是指油酯類、醇酸類和水性丙烯酸類涂料，有許多類型的防銹顏料可供選擇，相應地也有不同的腐蝕抑制機理。這些產品具有較低的黏度，保持對銹層的優(yōu)異的滲透和包覆性能。銹蝕抑制型涂料主要用在舊涂層以及含有銹蝕物、可溶性鹽的表面。一些油酯類和醇酸類涂料對帶油表面有一定的容忍性。腐蝕抑制型涂料上覆涂屏蔽型面漆，防腐性能會加強。

屏蔽型涂料的主要作用機理是依靠涂層有效阻隔水汽、氧和離子滲透到涂層/基材界面。漆基和顏填料的選擇對實現(xiàn)優(yōu)異的屏蔽性能非常重要。雙組分環(huán)氧和聚氨酯涂料通過合理的配方設計可以獲得優(yōu)異的屏蔽性能。片狀填料，如鋁粉、云母粉、玻璃鱗片和云母氧化鐵能夠增強阻隔性能。采用片狀填料的最常見的屏蔽型涂料是環(huán)氧類和濕固化聚氨酯類。屏蔽型涂料常用在舊涂層以及含銹蝕產物和可溶性鹽表面。一些專門設計的屏蔽型涂料有時可用在含油或含水表面。

其他的低表面處理涂料還包括滲透性底漆、帶狀涂料、銹轉化涂料。典型的滲透性底漆是低黏度、不含顏料的雙組分環(huán)氧和聚氨酯，在其上涂覆屏蔽型涂料。帶狀涂料提供對水、氧的屏蔽作用，有些也含有銹蝕抑制劑，它們主要用于銹蝕管道的涂裝。銹轉化涂料一般由銹蝕轉移劑(如丹寧酸)和耐酸的漆基(如乙烯基類乳液)組成，酸性組分穩(wěn)定銹蝕產物，漆基則形成漆膜。銹轉化涂料通常還需在其上涂覆屏蔽型涂料。

1.2.3 按成膜物分類

按照市場上常用的低表面處理涂料品種所用成膜物進行分類，主要包括以下品種：

(1) 環(huán)氧類。該類涂料的作用機理主要體現(xiàn)在滲透性、屏蔽性和對銹蝕產物的鈍化穩(wěn)定。厚膜型低VOC品種涂料主要以屏蔽性為主要作用機制，可以制備成底面合一涂料。此類涂料適用于帶銹表面，對含水表面和舊漆膜也有一定的適應性。配方設計有如下幾種思路：一、選擇與底材適應性好的固化劑，增強對基材的附著力，如某些多氨基酰胺固化劑、腰果油改性胺固化劑；二、采用鋁粉、云母氧化鐵等片狀填料，以增強漆膜屏蔽性和對非理想狀態(tài)表面的適應性(高固含和片狀填料還能夠增加對舊涂層的適應性)；三、通過環(huán)氧樹脂改性，提高涂料的柔韌性和增加對銹層和舊涂膜的適應性。環(huán)氧類低表面處理涂料是低表面處理涂料的最主要類型。

(2) 醇酸類。這類涂料往往具有較低的黏度，對銹蝕產物具有較好的滲透包容性，并通過加入大量的鈍化緩蝕類型填料獲得對銹蝕產物優(yōu)異的鈍化穩(wěn)定作用。早期的醇酸紅丹漆屬于這一類，但由于紅丹有毒性，現(xiàn)已漸漸被無毒環(huán)保的磷酸鹽類防銹顏料所取代。

(3) 聚氨酯類。該類涂料以滲透性、屏蔽性和鈍化穩(wěn)定性為作用機理。通過樹脂選型，可以制備具有一定柔韌性的涂料，增加對銹層和舊漆膜的適應性。單組分濕氣固化型聚氨酯涂料對潮濕基面有很好的適應性。

(4) 水性丙烯酸類。以滲透性和鈍化穩(wěn)定性為主要作用機理。彈性厚膜涂料品種對復雜構件的銹蝕有很好的適應性。

以上提到的是穩(wěn)定型涂料品種，它們占據(jù)市場的主流，同時市場上也存在少量的銹轉移型帶銹涂料，其主要成膜物為水性氯偏樹脂乳液、環(huán)氧樹脂和聚乙烯醇縮丁醛等。

1.3 化工行業(yè)標準《低表面處理環(huán)氧涂料》的技術要求

該標準適用于低表面處理環(huán)氧涂料。這類涂料用于非理想狀態(tài)表面(包括不能徹底除銹、高壓水噴射、濕噴砂或附著良好的舊漆膜等表面)時，尚能保持較好的性能。該標準技術指標見表1。其中，附著力、耐水性和耐鹽霧性是以帶銹鋼板為基材進行測試。

表1 低表面處理環(huán)氧涂料技術指標 Table 1 Technical indexes for surface-tolerant epoxy coatings

底材制備方法如下：將熱軋鋼板(牌號由供需雙方商定)進行噴砂處理，其除銹等級達到GB/T 8923.1- 2011《涂覆涂料前鋼材表面處理 表面清潔度的目視評定 第1 部分：未涂覆過的鋼材表面和全面清除原有涂層后的鋼材表面的銹蝕等級和處理等級》中規(guī)定的Sa2?級，表面粗糙度達到GB/T 13288.1-2008《涂覆涂料前鋼材表面處理 噴射清理后的鋼材表面粗糙度特性 第1 部分：用于評定噴射清理后鋼材表面粗糙度的ISO 表面粗糙度比較樣塊的技術要求和定義》中規(guī)定的中級；將經(jīng)過噴砂處理的鋼板按GB/T 1771-2007《色漆和清漆 耐中性鹽霧性能的測定》的規(guī)定進行14 d鹽霧試驗，取出后用約50 °C 的熱水邊沖邊用尼龍刷刷洗3 min，再用自來水邊沖邊用尼龍刷刷洗5 min，然后在(105 ± 2) °C 條件下烘1 h；用氣動旋轉鋼絲刷(4 寸氣動角磨機裝上鋼絲刷，氣壓約0.2 MPa)打磨除去鋼板表面的浮銹，保留牢固附著的銹跡；用高壓空氣吹去表面浮灰后立即施涂制板。

2 低表面處理涂料的施工應用

2.1 低表面處理涂料的用途

選擇低表面處理涂料有多種原因。它們可用在不能實現(xiàn)理想涂裝狀態(tài)的表面，例如不能進行噴砂除銹的場合。低表面處理涂料也用在舊涂層表面，有時用在含鉛涂料上面以便延長涂層的使用壽命。受地理位置和工況條件的限制，一些鋼結構會被污染物污染，并且難以完全除去，例如化冰鹽和海鹽離子在噴砂除銹后仍然存在于鋼結構表面，有些環(huán)境條件下只能采用低表面處理涂料，例如由于霧、冷凝、滲漏導致的表面水分沉積。

有時，采用低表面處理涂料是為了降低表面處理成本。雖然低表面處理涂料用在非理想狀態(tài)表面會降低其使用壽命，但與一般涂料相比，性能受損要小得多。在我國的現(xiàn)實涂裝實踐中，存在施工不規(guī)范的場合，雖然設計要求表面處理達到Sa2?，但實際的表面處理是Sa2 級，甚至僅達到Sa1 級。這種表面處理達不到要求的情況在石油石化、電廠、建筑鋼構、設備制造等領域都普遍存在。涂料供應商優(yōu)先推薦低表面處理涂料，可以在一定程度上規(guī)避表面處理不到位所帶來的風險。

低表面處理涂料通常適用的涂裝表面包括：

(1) 手工除銹表面；

(2) 噴砂除銹達不到Sa2?的表面；

(3) 舊漆膜表面；

(4) 高壓水或濕噴砂表面(帶閃銹)；

一是提供可以直接服務于教學、科研過程的知識傳播學習與互動共享空間，比如各實習基地、教學實踐課堂、創(chuàng)新團隊的構建等；

(5) 含有可溶性鹽的表面；

(6) 含水表面；

(7) 含油表面。

不是任何一種低表面處理涂料均能滿足所有的表面要求。低表面處理涂料對不同的污染物有一定的選擇性。需要根據(jù)基面具體污染狀況，選用適宜的涂料品種。

低表面處理涂料適用于多種應用領域，一般性應用包括：

(1) 既有鋼結構的一般性維護，如建筑鋼結構以及石油石化、電廠等領域，一般采用醇酸類涂料；

(2) 新建鋼結構或處理等級達不到要求時(除銹Sa2 級、甚至Sa1 級的)，采用低表面處理涂料可以獲得更好的性能；

(3) 一些大型建筑鋼結構、維修維護周期較長的，可采用低表面處理環(huán)氧涂料再覆涂屏蔽型面漆的方式進行維修；

(4) 一些均勻銹蝕、要求防腐等級不是很高的場合，也可以考慮采用銹轉移底漆、再覆涂屏蔽型面漆的方式進行施工；

(5) 一些內部建筑鋼結構采用水性丙烯酸類型的低表面處理涂料 + 水性丙烯酸面漆的方式，可很好地滿足環(huán)保需求。

2.2 低表面處理涂料的表面處理要求

低表面處理涂料最適用的基材是帶銹表面和舊涂層，而在具體的應用領域，這些表面也可能伴隨著可溶性鹽、水和油的存在。例如，銹蝕的橋梁可能有銹、可溶性鹽和舊涂層同時存在，而石油設施銹蝕涂層中可能存在油污，工業(yè)大氣氛圍下的銹蝕表面可能存在可溶性鹽。低表面處理涂料的作用經(jīng)常被誤解和夸大，從而由于表面狀態(tài)過差而導致涂層早期失效。高含量的可溶性鹽，不相容的或附著力差的舊涂層，以及嚴酷的曝露環(huán)境是導致低表面處理涂料失效的主要原因[5]。

具體表面處理要求如下：

(1) 銹蝕產物。手工除銹至St3 級、St2 級，噴砂除銹Sa2 級。松散的鐵銹和一些縫隙連接處的鐵銹對涂料的防腐性能有非常不利的影響，必須清除掉。一般情況下，低表面處理涂料隨表面處理等級的提高，防腐性能提高(轉化型涂料除外)。鐵銹至少應該處理到附著牢固的銹層。

屏蔽型、穩(wěn)定型涂料對銹蝕表面的適應性廣，對于銹蝕不均勻、附著牢固的氧化皮以及舊涂層，它均可以涂裝；對于無銹表面，它往往有更好的防腐性能。對于轉化型涂料，則要求銹蝕表面牢固、均勻，但對于舊涂層和無銹處，它則會產生不良影響。正是這一要求，限制了轉化型涂料的應用范圍。

(2) 舊涂層。對于舊涂層，可用高壓水、手工打磨、掃砂等適宜的方法除去松散的舊涂層表面。處理時，防止對舊涂層的過度破壞。涂裝前要確定舊涂層與底材是否牢固結合，不牢固的涂層必須徹底清除。要驗證低表面處理涂料對舊漆膜的相容性，因為良好的結合是必需的。在處理好的舊漆膜表面施涂一道低表面處理涂料，如果漆膜表面平整、無咬起、起皺等異常現(xiàn)象，并且與舊漆膜間劃格試驗≤1 級，則證明兩者相容。即使工程項目試驗證明與舊涂層相容性沒有問題，整個施工過程也要隨時注意涂層有無異常，因為舊涂層局部曝露的微環(huán)境可能會相差很大，造成不同的舊漆膜狀態(tài)。

(3) 可溶性鹽。過量的可溶性鹽分會引起涂層的滲透壓起泡，涂裝表面可接受的最大可溶性鹽分為：氯化物10 ～ 500 mg/m2，硫化物100 ～ 1 000 mg/m2。含鹽分高的鋼結構采用噴砂除銹后，可能還含有過量的鹽分，故可先用淡水沖洗，再進行噴砂，使表面可溶性鹽分降低。高鹽水除銹或濕噴砂除銹可以有效去除可溶性鹽分，并且低表面處理涂料對高壓水或濕噴砂表面具有很好的容忍性。

(4) 水和油。過量的水和油很難被低表面涂料進行很好地置換、吸收或轉移，從而造成漆膜的早期失效。一些水容忍型低表面處理涂料依靠溶劑或樹脂體系可以置換基材所含的水分。對于濕固化聚氨酯涂層，過量的水分產生過量的二氧化碳，從而造成漆膜出現(xiàn)針孔、氣泡現(xiàn)象?？梢姷乃话闶遣辉试S的，應該用干凈的抹布清理干凈?？梢姷挠哇E應該用溶劑清洗到可接受的程度。要特別注意的是，油脂類污漬很難被涂層吸收或置換，必須用溶劑清洗干凈。

2.3 低表面處理涂料的涂裝工藝

ISO 12944-5 Paints and Varnishes—Corrosion Protection of Steel Structures by Protective Paint Systems—Part 5: Protective Paint Systems 給出了不同腐蝕環(huán)境、預期防腐年限下推薦的涂層配套體系。這些涂層配套體系對表面處理有明確要求：銹蝕等級為A、B、C 級的低合金碳鋼，表面清潔度達到Sa2?。也就是說只有達到表面處理等級要求時，相應的涂層配套體系才能滿足一定腐蝕環(huán)境下的防腐年限。在這些涂層配套體系中，底漆分為“含鋅底漆”和“其他底漆”兩類，“其他底漆”是指那些含有磷酸鋅顏料或其他防銹顏料的底漆以及涂料不揮發(fā)分中鋅粉顏料的質量分數(shù)低于80%的底漆。對于選用“其他底漆”的配套體系，其涂層厚度、腐蝕等級和預期涂層壽命的關系見表2。

表2 選用“其他底漆”涂層配套體系中環(huán)境腐蝕等級和 涂層厚度、預期壽命的關系 Table 2 Relationship between atmospheric corrosion grade with thickness and life expectance of the coating matching system using other primer

按照“其他底漆”的定義，基于低表面處理涂料的定義和作用機理，低表面處理涂料可以參考這些涂層配套，尤其是以鈍化穩(wěn)定作用為主要機理的低表面處理涂料。由于表面處理等級的下降，防腐年限可能會有一定的降低。當表面處理為Sa2 級或手工打磨時，有兩種可能性需要考慮：一是同樣厚度下，防腐年限下降一個等級；二是為了獲得同樣的防腐年限，選用高一級的涂層厚度。

對于新建鋼結構，當表面清潔度達不到要求時，可選用低表面處理底漆代替一般的防腐底漆，其他涂層配套及施工工藝基本可按照正常的施工作業(yè)施工。

當?shù)捅砻嫣幚硗苛现饕糜阡摻Y構的維修或重涂工程時，應按照以下主要工藝點進行控制。

(1) 涂膜劣化評定和涂層選擇。涂層投入使用后，按照運行管理單位的規(guī)定定期檢查，進行涂層劣化評定，評定方法依據(jù)ISO 4628。根據(jù)漆膜劣化情況，選擇合適的維修或重涂方式。

(2) 維修涂裝要求：一、當面漆出現(xiàn)3 級以上粉化，且粉化減薄的厚度大于初始厚度的50%，或出于景觀要求時，應徹底清潔面涂層，然后涂裝與原涂層相容的配套面漆1 ～ 2 道；二、當涂膜處于2 ～ 3 級開裂，或2 ～ 3 級剝落，或2 ～ 3 級起泡，但底涂層完好時，應選擇相應的中間漆(低表面處理涂料)、面漆進行維修涂裝；三、當涂膜發(fā)生Ri2 ～ Ri3 銹蝕時，應徹底清潔表面，涂裝相應的中間漆(低表面處理涂料)和面漆。

(3) 重新涂裝要求：一、當涂膜發(fā)生Ri3 以上銹蝕時，應進行徹底的表面處理后涂裝相應的配套涂層，可選用低表面處理底漆；二、當涂膜處于3 級以上開裂、或3 級以上剝落、又或3 級以上起泡時，如果損壞貫穿整個涂層，則應進行徹底的表面處理，然后涂裝相應的配套涂層，可選用低表面處理底漆。

(4) 局部維修涂裝要點：先清理損壞區(qū)域周圍松散的涂層，延伸至未損壞區(qū)域50 ～ 80 mm，并修成坡口，表面處理至Sa2 級或St3 級，再涂裝適宜的低表面處理底漆和面漆。

(5) 整體重新涂裝要點：表面處理至Sa2?級或Sa2 級，采用低表面處理底漆(+ 中間漆)+ 面漆方式涂裝。

3 結論

在鋼結構防腐涂裝實踐中的確存在某種限制因素，使得表面處理要求達不到理想的清潔度，需要采用低表面處理涂料才能獲得較理想的防腐性能。低表面處理涂料對表面清潔度也有一定的要求，如果達不到基本的處理要求，就會導致涂層早期失效。低表面處理涂料有多種類型和作用機理，不同類型的低表面處理涂料對底材污染物的容忍性具有一定的選擇性，要根據(jù)污染物類型選擇合適的品種?？傊捅砻嫣幚硗苛蠈牡娜萑绦杂休^大程度的提高，但也要符合基本的施工要求，才能獲得理想的使用效果。

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