張 宇

寧波梅山島國(guó)際集裝箱碼頭有限公司

1 引言

水性漆是一種以水為主體材料的涂料，其中僅含有少量的低毒性醇醚類的有機(jī)溶劑，一般的水性涂料有機(jī)溶劑占比在5%～15%之間，在降低污染、節(jié)約資源方面效果顯著[1]。港機(jī)設(shè)備制造企業(yè)應(yīng)用水性漆，不但有利于改善環(huán)境污染，減少對(duì)人員傷害，而且還節(jié)約大量的資源和成本。

2 水性漆的應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來，隨著我國(guó)國(guó)民環(huán)保意識(shí)的不斷提升，以及國(guó)家新環(huán)保政策的推行，水性涂料由于其環(huán)保特性得到了長(zhǎng)足的發(fā)展[2]?，F(xiàn)階段，水性漆已經(jīng)在機(jī)械設(shè)備、家裝、建筑和民用產(chǎn)品等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，并將成為漆類未來發(fā)展的重要方向之一[3]。

涂裝工藝是將油漆涂裝到港機(jī)設(shè)備上以達(dá)到防腐和美觀的效果，是港機(jī)設(shè)備制造過程中必不可少的一道工序[4]。應(yīng)環(huán)保政策要求，國(guó)內(nèi)港機(jī)設(shè)備制造商開始逐漸提高對(duì)設(shè)備生產(chǎn)制造工藝的環(huán)保要求。而傳統(tǒng)油性漆在使用過程中造成了較大的環(huán)境污染和人工污染，水性油漆代替?zhèn)鹘y(tǒng)油漆的使用將全面降低涂裝給環(huán)境帶來的危害。為適應(yīng)工藝的改革，供應(yīng)商開始全面提高對(duì)水性漆的應(yīng)用和研發(fā)。

水性漆與溶劑型漆在性能、涂裝方式、環(huán)境要求等許多方面都有區(qū)別。在港機(jī)設(shè)備上，水性油漆代替?zhèn)鹘y(tǒng)油性漆在配方工藝、施工及應(yīng)用方面也存在差異，現(xiàn)從涂裝工藝角度重點(diǎn)討論水性油漆在港機(jī)設(shè)備上的應(yīng)用。

3 水性漆的常見的問題

水性漆在使用過程中存在不少的問題，其中主要包括了以下幾個(gè)方面。

(1)施工時(shí)間長(zhǎng)。水性漆的水含量較高，相較于傳統(tǒng)油性漆更加難以揮發(fā)，增加施工時(shí)長(zhǎng)，在高濕度環(huán)境中易造成涂裝流掛現(xiàn)象。

(2)生產(chǎn)成本較高。根據(jù)相關(guān)調(diào)查，水性油漆相比于傳統(tǒng)的油性漆成本更高，至少提高了30%，且在港機(jī)設(shè)備這類大型設(shè)備上，涂裝面積大，導(dǎo)致成本增加更高。

(3)設(shè)備改造成本大。水性漆在使用的過程中，不僅擁有著較高的生產(chǎn)成本，同時(shí)在設(shè)備改造成本方面也相對(duì)較高。水性漆對(duì)金屬具有高腐蝕性，在使用過程中易對(duì)涂裝設(shè)備造成腐蝕，金屬溶解后，使分散微粒析出，造成涂裝中的麻點(diǎn)現(xiàn)象。為了更好提高水性漆的成膜效果，需將設(shè)備改換成不銹鋼設(shè)備，或增加防腐蝕襯里。

(4)工藝要求高。水的表面張力是一般溶劑的2.5倍，導(dǎo)致水性油漆無法將鋼構(gòu)全部浸潤(rùn)，固化后易產(chǎn)生縮孔現(xiàn)象[5]。為防止缺陷產(chǎn)生，需在涂裝時(shí)添加表面活性劑來降低張力，提高浸潤(rùn)性能。

(5)粘度較差。水的粘度受剪切力影響變化很大，在受到高剪切作用時(shí)，水性油漆的粘度會(huì)下降很多，會(huì)對(duì)輸調(diào)漆系統(tǒng)帶來很大影響。

4 施工條件標(biāo)準(zhǔn)

由于水性漆存在上述特性，導(dǎo)致在噴涂施工時(shí)，水性漆與傳統(tǒng)溶劑型漆相比，需要不同的施工條件和施工工藝。

4.1 表面處理

港機(jī)設(shè)備中使用的主要材料是鋼鐵，水性漆施工前需保證鋼結(jié)構(gòu)的表面清潔。所有施工表面應(yīng)用適當(dāng)?shù)那鍧崉┏ニ械挠椭?、污跡，保持施工表面清潔干燥、無污染物。裸鋼表面進(jìn)行噴砂清理到Sa2.5級(jí)(ISO8501-1)或動(dòng)力工具除銹到St3級(jí)，并保持表面清潔干燥。

4.2 施工環(huán)境

為了適應(yīng)水性漆的特性，在水性漆的施工過程中，需要保證良好的施工環(huán)境：①室外涂裝時(shí)必須保證天氣晴好，且溫度不得低于5℃，鋼構(gòu)底材的表面溫度需高于露點(diǎn)溫度至少3℃，相對(duì)濕度不得超過80%，以保證不會(huì)出現(xiàn)水汽凝結(jié)的現(xiàn)象；②施工期間需保證良好的通風(fēng)，尤其是干燥期間，需確保涂裝水性漆的表面均受到良好的通風(fēng)；③所有接觸水性漆及其組成部分的泵、管、槍等設(shè)備，都必須以合適的方式進(jìn)行徹底清潔，以避免金屬污染。

4.3 施工方式

水性漆的施工方式?jīng)Q定著水性漆的使用壽命和質(zhì)量，所以需選用適用于大型機(jī)械厚板鋼構(gòu)的施工方式。水性漆的施工方式主要為無空氣噴涂、空氣噴涂和刷涂，上海振華的港機(jī)設(shè)備其鋼結(jié)構(gòu)表面涂裝主要進(jìn)行空氣噴涂和無空氣噴涂，而在復(fù)涂或一些不適用的噴涂的位置時(shí)，主要通過刷涂來進(jìn)行。

無空氣噴涂推薦采用噴孔口徑為0.43～0.66 mm的噴涂設(shè)備，總輸出流體壓力一般采用25～35 MPa。

空氣噴涂適用噴孔口徑為1.2～2.5 mm的噴涂設(shè)備，空氣壓力一般推薦為0.3～0.6 MPa。

現(xiàn)階段，在港機(jī)設(shè)備中水性漆主要應(yīng)用于箱體內(nèi)壁，要求用無空氣噴涂1遍150 μm水性漆，但考慮到厚度調(diào)節(jié)和固化速度等問題，在實(shí)際應(yīng)用過程中采用噴涂2遍75 μm的水性漆以保證漆膜質(zhì)量。

4.4 固化時(shí)間

不同的水性漆的成分與量均會(huì)產(chǎn)生不同的固化時(shí)間，某公司的水性環(huán)氧富鋅底漆固化時(shí)間見表1。

表1 水性環(huán)氧富鋅底漆固化時(shí)間

表1的數(shù)據(jù)是基于既定的膜厚范圍，在受控的實(shí)驗(yàn)室溫度以及低于70%相對(duì)濕度的環(huán)境中測(cè)定的。其中，表(觸)干是指用手指輕壓而無指印殘留或無黏著的狀態(tài)；可踩踏干燥是指在涂層可以允許正常步行而不留下永久足印、痕跡或其他物理損壞的最短時(shí)間；干燥后復(fù)涂最短間隔是指可以施工下道涂層的推薦最短時(shí)間間隔；干燥/固化至可使用指的是涂料可永久暴露于特定環(huán)境/介質(zhì)的最短時(shí)間。

由表1可以看出，底材溫度越高則固化時(shí)間越快。由于現(xiàn)階段環(huán)保法的要求，為減少油漆涂裝對(duì)環(huán)境的影響，所有的涂裝工作需由之前的室外搬到室內(nèi)進(jìn)行，所以底材的溫度基本略低于室溫，固化時(shí)間也會(huì)有一定的延長(zhǎng)。

5 常見缺陷及工藝改進(jìn)

為避免和減少水性漆的成膜缺陷，主要研究了下列幾項(xiàng)常見的問題。

5.1 開裂

開裂是水性油漆成膜時(shí)常見的一種漆膜缺陷，主要出現(xiàn)在溫度較低的區(qū)域和季節(jié)。在港機(jī)設(shè)備的涂裝中出現(xiàn)開裂的原因主要有以下3點(diǎn)：①環(huán)境溫度過高，風(fēng)速較大導(dǎo)致的迅速干燥；②水性漆膜厚度過高導(dǎo)致開裂；③環(huán)境溫度未達(dá)到水性漆成膜最低的溫度要求。以上原因的本質(zhì)，還是因?yàn)槠崮ぶ械乃趾窟^高，揮發(fā)后在漆膜間出現(xiàn)縫隙導(dǎo)致的。

面對(duì)不同原因的開裂情況，可以有不同的措施去解決問題：①避免在高溫烈日直射下和大風(fēng)環(huán)境下施工，現(xiàn)在涂裝均要求在室內(nèi)作業(yè)，已盡可能避免了這種環(huán)境因素導(dǎo)致的開裂；②水性漆在刷漆的時(shí)候，一次施工盡量不要涂刷過厚，并控制好下一次涂刷的時(shí)間以減少開裂情況；③在室內(nèi)涂刷時(shí)，需要控制好環(huán)境和材料的溫度，確保一定要高于水性漆成膜的最低溫度要求5℃。在運(yùn)用工藝解決開裂的同時(shí)，水性漆制造方能否開發(fā)出新型技術(shù)，例如將水在揮發(fā)時(shí)，出現(xiàn)其他物質(zhì)和空氣產(chǎn)生反應(yīng)來填補(bǔ)水分揮發(fā)的空間，或者直接由水發(fā)生一定的反應(yīng)變?yōu)椴粫?huì)對(duì)環(huán)境和人類造成傷害的物質(zhì)，成為水性漆膜的組成部分，這也將減少開裂所造成的風(fēng)險(xiǎn)。

5.2 流掛

流掛是涂裝后，水性漆立即向下流淌，造成涂層表面不均勻現(xiàn)象。雖然不會(huì)導(dǎo)致防護(hù)性能喪失，但是會(huì)導(dǎo)致水性漆膜厚度不均勻，嚴(yán)重的也會(huì)造成油漆開裂。形成流掛的原因主要有：①漆膜厚度過高導(dǎo)致附著性降低；②水性漆過度兌水導(dǎo)致漆膜過稀，附著度降低；③環(huán)境濕度太高，溫度太低。

針對(duì)漆膜附著力的問題，需要求在施工時(shí)控制好漆膜的濕度和厚度。主要從以下幾個(gè)方面控制：①在施工前，控制涂裝的工藝參數(shù)來保證漆膜的厚度，厚度過高時(shí)可將一道漆膜改成多道工序；②嚴(yán)格按說明書的要求進(jìn)行兌水；③在室內(nèi)涂裝時(shí)要求控制，環(huán)境的溫度和濕度，并且保證材料的干燥度。

5.3 閃銹

閃銹是水性漆直接涂覆刷在金屬材料上，由于水分含量高，揮發(fā)時(shí)間較長(zhǎng)，造成金屬結(jié)構(gòu)出現(xiàn)銹蝕的狀況。閃銹其本質(zhì)是一種電化學(xué)反應(yīng)，主要是金屬和氧氣的金屬氧化反應(yīng)，而水的存在則是為氧化反應(yīng)提供了催化劑。出現(xiàn)閃銹的場(chǎng)所必然具備屬性較為活潑的金屬結(jié)構(gòu)、過量的水和氧氣3種要素。解決方法如下：

(1)減少水分，加速水分的揮發(fā)。在施工中，可通過提高環(huán)境的溫度和降低空氣中的濕度來減少閃銹現(xiàn)象的出現(xiàn)，必要時(shí)，可以運(yùn)用烘干設(shè)備對(duì)刷完漆的構(gòu)件進(jìn)行烘干。

(2)選擇適合的厚度。水性漆膜的厚度越高，水分的揮發(fā)時(shí)間越長(zhǎng)，易造成閃銹現(xiàn)象的出現(xiàn)。施工時(shí)，建議減小漆膜的厚度或?qū)⒁坏榔崮ぷ兏鼮槎嗟纴硎┕ぁ?/p>

(3)降低電化學(xué)反應(yīng)的出現(xiàn)。閃銹是金屬氧化的表現(xiàn)，在選用金屬材料時(shí)，可以選用不易產(chǎn)生氧化反應(yīng)的金屬來減低閃銹出現(xiàn)的概率；當(dāng)PH值為9.5以上時(shí)，電化學(xué)反應(yīng)不易發(fā)生，涂料基本不產(chǎn)生閃繡現(xiàn)象。

5.4 縮孔

在水性漆的施工中，縮孔形成的主要原因是表面張力差。在實(shí)際操作中，造成縮孔現(xiàn)象的普遍原因有：①金屬結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)油污或其他雜質(zhì)；②兩道水性漆之間施工間隔時(shí)間過長(zhǎng)；③在噴涂水性漆前未對(duì)上一道漆進(jìn)行表面處理；④水性漆中消泡劑的選擇不當(dāng)。

為避免縮孔，在噴涂前對(duì)金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底打磨，并在打磨后盡快進(jìn)行水性漆的噴涂，避免二次污染；降低水性漆的施工間隔，并打磨上一道漆膜的漆面；還可選擇相容性較好的消泡劑。

5.5 氣泡

在施工中噴涂的水性漆膜表面呈會(huì)出現(xiàn)一些小氣泡，其產(chǎn)生的原因主要是：①在噴涂過程中壓力過低；②流平的時(shí)間不夠；③環(huán)境溫度太高。

可通過以下措施減少缺陷的發(fā)生：①增加噴涂時(shí)的空氣壓力；②選用合適的流平劑，增加水性漆的流平性；③盡量選擇在室內(nèi)噴涂，控制室內(nèi)環(huán)境溫度。

6 結(jié)語

水性漆在港機(jī)設(shè)備以及各種其他涂裝方面的應(yīng)用，已經(jīng)成為未來的發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)家在政策上對(duì)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的提高，使得水性漆將成為港機(jī)設(shè)備涂裝的主要選擇。隨著技術(shù)的發(fā)展，水性漆制造工藝和涂裝工藝的越發(fā)成熟，必將帶動(dòng)成本的下降和工藝缺陷的減少，水性漆這類的環(huán)保漆必將取代那些傳統(tǒng)高污染的油性漆，成為涂裝行業(yè)的優(yōu)先選擇。