CN106994436B - 一种基于单道厚膜技术制备水性重防腐涂层的涂装工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种的基于单道厚膜技术制备水性重防腐涂层的涂装工艺，采用高压无气喷涂体积固含量至80％以上防腐涂料，由于此工艺中降低了溶剂水的含量，减少了漆膜干燥过程中水分挥发量，提高了单道喷涂施工涂层干膜厚度和涂层致密度，提升了涂层的结合强度，可以制得单道施工涂层干膜厚度150～200μm，只需要单道涂覆就可以实现涂层在中等含盐度的工业或沿海区域中10年以上的防腐蚀能力，相对于现有技术中的多道涂装工序，极大的提高了生产效率。

Description

一种基于单道厚膜技术制备水性重防腐涂层的涂装工艺

技术领域

本发明涉及涂装技术领域，具体涉及一种基于单道厚膜技术制备水性重防腐涂层的涂装工艺。

背景技术

大型钢结构的使用环境一般都较为恶劣，再加上本身价值高，使用年限长，因此对耐蚀性、耐候性能等要求高。现有技术中通过对其大型钢结构表面进行喷涂处理，可以增强其防腐性能，从而增加其使用年限。传统的涂装方式以溶剂型涂料进行涂装，溶剂型涂料工业涂装生产中排放的挥发性有机化合物(VOC)，具有高VOC含量、高化学毒害性、高污染、易燃易爆等特性，对人类和环境具有多重危害性。人们长期吸入有机挥发物，会导致疲劳、丧失记忆以及神经***疾病，有许多还是致癌物或对中枢神经有麻醉作用；VOC直接排放到大气中，在紫外线的辐射下会产生光化学烟雾或形成酸雨，某些有机挥发物具有光化学臭氧产生潜能或具有高臭氧排空潜能，这些对大气造成了很严重的污染。

水性涂料最早在建筑领域得到广泛应用，以后才推广应用于钢结构工业防腐涂料。经过数十年的开发研究，水性工业防腐蚀涂料的性能得到长足的发展。水性涂料VOC含量极低，不仅减少了对大气环境的污染，还降低了对施工人员的身体伤害，而且有限空间内作业不会存在***安全隐患，具有绿色、健康、节能、安全的特点，符合HSE的发展核心理念。因此，立足于涂料源头，进一步研究水性防腐涂料在大型钢结构上应用成为了未来发展的趋势。

尽管在环保方面市场对水性涂料有很高需求，但是水性涂料中溶剂水具有润湿性差、零度易结冰且在低温和高湿条件下挥发速度慢、干燥时间长等缺点，其使用时环境控制要求高、单道膜厚薄、施工道次多、干燥速度慢，不利于降低施工成本和防腐性能，主要在防腐要求低的建筑墙体、汽车、家电、家具、五金等涂装领域得到了应用，在大型钢结构表面防腐工艺研究较少。

中国专利文献1(CN102091688A)中公开了一种集装箱水性涂料涂装工艺，包括依次进行的底漆的喷涂、面漆的喷涂与烘房烘干，底漆的喷涂又包括依次进行的车间底漆的喷涂以及整箱底漆的喷涂，在整箱底漆的喷涂完成后先进行整箱底漆烘干，再进行面漆的喷涂与烘房烘干。该方法虽然满足涂装的质量要求，但是其仅适用于构件小、结构相对简单的金属构件，不适用于大型钢结构件的防腐处理，其必须要室内涂装作业，并且要严格控制环境温度、湿度等条件，需要多道涂装施工、每道高温加热干燥，工艺工序比较复杂。

中国专利文献2(CN104289406A)中也公开了一种铁路货车水性涂料涂装工艺，采用了多道喷涂施工，每道膜厚不超过30μm，虽然其可以在常温下干燥，但是其需要多道喷涂施工，施工工序复杂，多道喷涂极大的降低了施工效率，而形成的涂层只适用于一般防腐领域。大型钢结构件具有体型庞大、结构复杂、防腐要求高等特点，采用上述方法基本不能适用于大型钢结构件，不能实现完全室内涂装，也不能满足涂层需要防腐10年以上的要求。

中国专利文献3(CN102974522A)中也公开了一种将水性涂料应用于工程机械金属部件的涂装工艺，依次包括以下步骤：(1)将工程机械关键部件的基材进行预处理，以去除部件表面上的油污和锈蚀；(2)涂覆水性带锈涂料，以去除所述部件的基材表面的浮锈；(3)喷涂水性防腐蚀底漆，漆膜闪干、表干或烘干后，对涂膜外观和性能进行检验；(4)喷涂水性纹理面漆，经过流平后再喷涂一次水性面漆，待漆膜干燥后进行检验、包装。该发明中省略了中涂层，仅存在底漆和面漆，涂覆面漆后需要高温烘烤，工艺还是较为复杂，对环境要求高仅适用于底盘、起动机、驾驶室、承重件等小型结构件，不能适用于大型钢结构件，更不能满足涂层需要防腐10年以上的要求。

进一步的，为了简化涂装工艺，中国专利文献4(CN102218386A)公开了一种金属表面除锈除漆及防腐的防护方法，包括以下步骤：金属表面清洗；用毛刷在表面翻新的金属表面均匀涂刷1道防锈底漆，再用高压无气喷涂机向金属表面喷涂防护材料；配合适当的面漆可在自然条件下10年以上不生锈，通过高压无气喷涂技术，无需多次喷涂，无需添加稀释剂，成本低，效率高。但是其同样需要底漆和面漆的配合才可以实现满足需要的防腐效果，并且施工温度必须在零上5度，工艺程序比较复杂，对环境要求高，不适于冬天使用。

因此，为降低对涂装环境要求，大型钢结构的水性涂装工艺应具有环境控制要求低、涂层厚道数少、工序简单、涂层防腐能力强等特点，本领域急需一种适用于大型钢结构的水性重防腐涂装工艺。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种环境控制要求低、单道涂层厚、工序简单、涂层防腐能力强的制备水性重防腐涂层的涂装工艺。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于单道厚膜技术制备水性重防腐涂层的涂装工艺，包括以下步骤：

(1)除油步骤：去除待喷涂表面油污；

(2)表面清理步骤：去除包括氧化皮、铁锈和油漆涂层的附着物；

(3)预涂步骤：对难以均匀喷涂区域预涂水性重防腐涂料；

(4)喷涂步骤：高压无气喷涂水性重防腐涂料；

(5)涂层养护步骤：通风干燥；

(6)缺陷修补；

水性重防腐涂料体积固含量为80％以上。

进一步地，水性重防腐涂料体积固含量为85％～95％。

进一步地，难以均匀喷涂区域包括自由棱边、拐角或焊缝等。

进一步地，水性重防腐涂料为无机物杂化水性防腐涂料。

进一步地，水性重防腐涂料为重防腐涂料形成的150μm以上膜厚涂层在中等及以上含盐度的工业或沿海区域具有不低于10年防腐蚀能力，中等及以上含盐度的工业或沿海区域为ISO12944-2规定的腐蚀级别达到C4及以上的腐蚀环境。

进一步地，除油步骤包括采用中性清洗剂或生物可降解的环保清洗剂清洗待喷涂表面油污。

进一步地，表面清理步骤包括将待喷涂表面打磨清理至St2以上或喷砂清理至Sa2.5以上。

进一步地，预涂步骤包括采用先滚涂、后来回刷涂方式，对难以均匀喷涂区域预涂水性重防腐涂料，确保喷涂区域润湿，干膜厚度为50～100μm。

进一步地，还包括涂料稀释步骤，涂料稀释步骤为在喷涂前向涂料中添加0～15％水作为稀释剂，混合均匀，混合温度为10～25℃，熟化5～10min。

进一步地，高压无气喷涂采用压力比45:1～65:1的高压无气喷涂泵，压力比优选为50：1～60：1，更优选为56：1；4.5～6bar进气压力；250～340bar雾化压力进行喷涂施工，以实现控制一道喷涂涂层干膜厚度为150～200μm。

进一步地，通风干燥中，当环境温度低于10℃时通风温度为20～35℃，当环境温度高于10℃时通风为常温。

综上，现有技术中涂装重防腐涂层都是采用固含量低的防腐涂料，对于水性涂料而言，水溶剂含量越高、干燥难度越高，需要通过多道施工才能达到所需膜厚，工艺复杂，耗时较长；并且多道涂层中各层之间的结合强度低于单道涂层的强度，容易降低涂层的使用寿命。通过本发明提供的基于单道厚膜技术制备水性重防腐涂层的涂装工艺，采用高压无气喷涂体积固含量80％以上防腐涂料，由于此工艺中降低了溶剂水的含量，减少了漆膜干燥过程中水分挥发量，提高了单道喷涂施工涂层干膜厚度和涂层致密度，提升了涂层与大型钢结构表面的附着力，可以制得单道施工涂层干膜厚度150～200μm，即只需要单道涂覆就可以实现涂层在中等含盐度的工业或沿海区域中10年以上的防腐蚀能力，极大的提高了涂装效率。

具体实施方式

现在详细介绍本发明的较佳实施方式。虽然本发明的描述将结合各个实施方式一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该几种实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

本发明提供了一种基于单道厚膜技术制备水性重防腐涂层的涂装工艺，包括以下步骤：

(1)除油步骤：去除待喷涂表面油污；

(2)表面清理步骤：去除包括氧化皮、铁锈和油漆涂层的附着物；

(3)预涂步骤：对难以均匀喷涂区域预涂水性重防腐涂料；

(4)喷涂步骤：高压无气喷涂水性重防腐涂料；

(5)涂层养护步骤：通风干燥；

(6)缺陷修补；

水性重防腐涂料体积固含量为80％以上。

本发明通过采用高压无气喷涂体积固含量至80％以上防腐涂料，由于本发明的工艺中降低了溶剂水的含量，减少了漆膜干燥过程中水分挥发量，提高了单道喷涂施工涂层干膜厚度和涂层致密度，提升了涂层与大型钢结构表面的附着力，可以制得单道施工涂层干膜厚度150～200μm，只需要单道涂覆就可以实现涂层在中等含盐度的工业或沿海区域中10年以上的防腐蚀能力，极大的提高了涂装效率。

进一步地，优选水性重防腐涂料体积固含量为85％～95％。当固含量过低时，由于涂料中水分过多，常温干燥需要的时间增长，特别是在环境温度为-5～10℃的冬季时，难以干燥，不能涂装；水分过多还会导致单膜厚度下降，不能达到10年防腐所需要的厚度；并且水分过多意味着涂料粘度过低，在喷涂过程中容易产生流挂，干燥过程中还易开裂，最终影响涂层整体外观质量。对涂料的上限没有特殊的限定，一般市售卖的涂料都可以满足本发明中涂料固含量上限的要求。涂料固含量也不能过高，涂料固含量过高，可能会存在成膜物质难以均匀分散的风险，在寒冷的冬季粘度可能会过高，从而影响喷涂效果。

进一步地，难以均匀喷涂区域包括自由棱边、拐角或焊缝等。进一步地，对水性重防腐涂料的种类没有特殊的限定，只要其150μm以上膜厚涂层在中等以上含盐度的工业或沿海区域具有不低于10年防腐蚀能力即可。中等及以上含盐度的工业或沿海区域为ISO12944-2规定的腐蚀级别达到C4及以上的腐蚀环境。可以选择现有技术中常见的有机和/或无机水性涂料。例如，水性环氧涂料、水性环氧富锌涂料。从附着力优异的角度考虑，优选采用无机物杂化水性防腐涂料。

因为在锈层或氧化膜等表面存在有油污，如果不清除干净就会影响涂层对大型钢结构表面的附着力和黏结程度，甚至造成涂刷困难，涂料沾不上而滑落。也会影响涂层的干燥性能，造成慢干或不干的情况出现。即使涂料形成涂膜后，在使用过程中会出现鼓泡、破裂甚至剥落，严重时甚至会造成片脱落的情况，影响涂层的耐蚀性和寿命。因此，对于重防腐涂料，涂装前必须除油。

现有技术中，除油一般有几种办法：有机溶剂除油、化学除油、电化学除油和乳化清洗除油。最常用的是化学除油和有机溶剂除油。化学除油利用油脂在碱性介质中发生皂化作用，分别将皂化油污除去，因此，也叫热碱除油法，这种除油效果最好。有机溶剂除油是利用溶剂对油脂的溶解作用而清除油污的办法，只适用于轻度油污的工件。常用汽油、丙酮、苯类等溶剂，溶剂毒性大，易于着火，除油不太干净。

因此，本发明中优选采用除油效果好的化学除油，进一步地，基于环保和成本的考虑，优选采用中性清洗剂进行清洗，清洗剂呈中性，对各种材质的设备的腐蚀较小，同时其储存的稳定性较好；除油还优选生物可降解的环保清洗剂进行清洗，减少对环境的污染。

进一步地，金属表面如果残存有氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物，可能会影响涂层的结合强度和耐久性，因此喷涂前需将待涂装表面需要打磨清理至St2以上，即彻底的手工和动力工具除锈，钢材表面应无可见的油脂和污垢，并且没有附着不牢的氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物；或喷砂清理至Sa2.5以上，即非常彻底的喷射或抛射除锈，钢材表面无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈、油漆涂层等附着物，任何残留的痕迹仅是点状或条状的轻微色斑。当涂装表面达到St2或Sa2.5以上时，更利于提高涂层与大型钢结构表面的附着力。

进一步地，对难以均匀喷涂区域，包括自由棱边、拐角或焊缝等，都需要预涂，可以常用现有技术中常见的刷涂或者滚涂等方式，没有特殊的限定。刷涂施工速度相当缓慢，但特别适用于预涂均匀喷涂的复杂部位；滚涂的速度比刷涂快，然而滚涂不容易控制漆膜厚，同刷涂一样，滚涂一般不能获得较高的膜厚；优选采用先滚涂、后来回刷涂方式，确保喷涂区域充分润湿，优选预涂部位干膜厚度可以达到50～100μm，更优选70～80μm。厚度过低时，由于后继喷涂过程中难以对上述区域进行充分的喷涂，最终总的干膜厚度过低，造成自由棱边、拐角或焊缝等难以均匀喷涂区域结合强度和防腐性能较差，易于产生针眼，并且自由棱边、拐角或焊缝等区域都是涂层应力集中的区域，下涂层会被咬脱离，涂层呈绉纹胀起；预涂涂层过厚，容易产生流挂、垂流与流痕等缺陷。

进一步地，防腐涂料粘度过高时，容易造成高压无气喷涂机堵塞，不利于施工，根据施工情况的需要，可以选择是否对涂料进行稀释，并且至多添加15％水作为稀释剂，稀释剂用量过多，会降低单道涂膜的厚度，并且会使涂膜的内部结合力和致密性下降，最终影响涂层的的附着力和耐久性。出于对涂料稳定性的考虑，优选去离子水作为稀释剂，避免普通水中含有的Ca²⁺、Mg²⁺等金属离子破坏涂料内部的平衡状态，产生结块。进一步地，可以根据涂料的具体种类和施工环境选择合适的混合温度，没有特殊的限定。优选混合温度为10～25℃，该温度可以保证涂料的稳定性的前提下加快混合时间。混合后，涂料需要放置一段时间后，黏度逐渐下降最终才趋于稳定，该过程即为涂料的熟化，优选熟化时间为5～10min。

进一步地，高压无气喷涂采用压力比45:1～65:1的高压无气喷涂泵，压力比优选为50：1～60：1，更优选为56：1；4.5～6bar进气压力；250～340bar雾化压力进行喷涂施工，以实现控制一道喷涂涂层干膜厚度为150～200μm。

进一步地，喷涂后需要对涂层进行养护，包括通风干燥步骤，当环境温度低于10℃时，优选通风温度为20～35℃，加快干燥时间，当环境温度高于10℃时，选择常温通风即可。

进一步地，干燥完成后还需要对可能的缺陷进行修补，可以选择固含量更低的涂料对缺陷的位置进行来回刷涂。

下面进一步结合具体的实施例对本发明的内容进行详细的描述。

【实施例1】

环境温度为-5～10℃的冬季时，港口机械非密闭箱体内表面涂装水性重防腐涂料的工艺：

1.箱体内表面油污区域采用生物可降解清洗剂清洗除油；

2.焊缝区域动力工具打磨清理至St2；

3.难以均匀喷涂的区域进行预涂，干膜厚度50～100μm；

4.喷涂施工前进行涂料混合，添加5％水、混合涂料及水温为10～25℃、熟化8～10min，采用压力比为65:1的高压无气喷涂泵、以300～340公斤的雾化压力进行水性重防腐涂料喷涂施工，控制湿膜厚度180～240μm；

5.涂层干燥时对箱体内部通热风处理，热风温度为25～30℃；

6.涂层干燥后对涂层缺陷进行修补。

【实施例2】

环境温度为25～35℃的夏季时，港口机械非密闭箱体内表面涂装水性重防腐涂料的工艺：

1、箱体内表面油污区域采用生物可降解清洗剂清洗除油；

2、焊缝区域动力工具打磨清理至St2；

3、难以均匀喷涂的区域进行预涂，干膜厚度50～100μm；

4、喷涂施工前进行涂料混合，添加15％水、熟化5～6min，采用压力比为45:1的高压无气喷涂泵、以250～280公斤的雾化压力进行水性重防腐涂料喷涂施工，控制湿膜厚度190～260μm；

5、涂层干燥时对箱体内部通风处理，风温为环境温度；

6、涂层干燥后对涂层缺陷进行修补。

【实施例3】

环境温度为10～20℃的春季时，港口机械非密闭箱体内表面涂装水性重防腐涂料的工艺：

1、箱体内表面油污区域采用生物可降解清洗剂清洗除油；

2、焊缝区域动力工具打磨清理至St2；

3、难以均匀喷涂的区域进行预涂，干膜厚度50～100μm；

4、喷涂施工前进行涂料混合，添加5％水、熟化8～10min，采用压力比为65:1的高压无气喷涂泵、以300～340公斤的雾化压力进行水性重防腐涂料喷涂施工，控制湿膜厚度180～240μm；

5、涂层干燥时对箱体内部通风处理，风温为环境温度；

6、涂层干燥后对涂层缺陷进行修补。

上述实施例中所得数据如表1所示：

表1

从表1中可以看出，本发明中的涂装工艺适用于各种天气气候，对环境要求小，只需要单道涂膜，就可以达到需要的涂膜厚度，干燥时间短，有效的缩短了施工时间，外观质量好，无漏涂、无流挂、无开裂，并且涂料附着力高，可在自然环境下20年不脱落，耐久性好。

【实施例4-6】

涂料固含量如表2中所示，其他工艺步骤以及气候条件与实施例3相同。

对比例1

涂料固含量如表2中所示，其他工艺步骤以及气候条件与实施例3相同。

表2

从表2中可以看出，当防腐涂料体积固含量为70％时，其干燥所需要的时间大大延长，涂层外观质量达不到要求，单道涂膜厚度下降，不能够达到10年防腐的效果，并且附着力低，进一步造成涂层耐久性下降。随着涂料固含量的增加，干燥时间减少，由于涂层内部致密性增加，涂料附着力也随之增加；当防腐涂料体积固含量为95％时，附着力相对于固含量为90％的实施例有所下降，这是因为涂料可能分散不均匀，并且单道膜厚过高，即使涂料中水含量下降，涂层底部水气溢出缓慢，造成涂层底部出现缺陷，影响了和大型钢结构基材的附着力。

【实施例7-10】

预涂膜厚度如表3中所示，其他工艺步骤以及气候条件与实施例3相同。

对比例2-3

预涂膜厚度如表3中所示，其他工艺步骤以及气候条件与实施例3相同。

表3

从表3中可以看出，当预涂膜干膜厚度为50-100μm时，焊缝等难以喷涂区域附着力以及外观质量较好。当焊缝等难以喷涂区预涂膜厚度为30μm，涂膜厚度过薄，有漏涂、涂层不均匀，不能够达到10年防腐的效果；当焊缝等难以喷涂区预涂膜厚度为120μm时，由于该区域涂膜厚度过高，易形成应力集中点，涂膜有微裂纹和针眼等缺陷。

综上所述，本发明提供的基于单道厚膜技术制备水性重防腐涂层的涂装工艺，采用高压无气喷涂体积固含量至80％以上防腐涂料，由于此工艺中降低了溶剂水的含量，减少了漆膜干燥过程中水分挥发量，提高了单道喷涂施工涂层干膜厚度和涂层致密度，提升了涂层的结合强度，可以制得单道施工涂层干膜厚度150～200μm，只需要单道涂覆就可以实现涂层在中等含盐度的工业或沿海区域中10年以上的防腐蚀能力，相对于现有技术中的多道涂装工序，极大的提高了生产效率。

上述的说明是本发明中具体实施方式的实施例，用于更清楚地说明本发明的发明构思，但其并非是用于对本发明的权利要求范围的限定。根据本发明的发明构思，本领域技术人员能够容易变型和修改上述的实施例，这些属于本发明的发明构思内的变型和修改均包含在本发明后附的权利要求的范围之内。

Claims (7)

1.一种基于单道厚膜技术制备水性重防腐涂层的涂装工艺，其特征在于，包括以下步骤：

（1）除油步骤：去除待喷涂表面油污；

（2）表面清理步骤：去除包括氧化皮、铁锈和油漆涂层的附着物；

（3）预涂步骤：对难以均匀喷涂区域预涂水性重防腐涂料；

（4）喷涂步骤：高压无气喷涂水性重防腐涂料；

（5）涂层养护步骤：通风干燥；

（6）缺陷修补；

所述水性重防腐涂料体积固含量为85%~95%，所述水性重防腐涂料为无机物杂化水性防腐涂料，所述高压无气喷涂采用压力比45:1~65:1的高压无气喷涂泵、4.5~6 bar进气压力、250~340 bar雾化压力进行喷涂施工，一道喷涂涂层干膜厚度为150~200μm。

2.根据权利要求1所述的涂装工艺，其特征在于，所述水性重防腐涂料为重防腐涂料形成的150μm以上膜厚涂层在中等及以上含盐度的工业或沿海区域具有不低于10年防腐蚀能力。

3.根据权利要求1所述的涂装工艺，其特征在于，所述除油步骤包括采用中性清洗剂或生物可降解的环保清洗剂清洗待喷涂表面油污。

4.根据权利要求1所述的涂装工艺，其特征在于，所述表面清理步骤包括将待喷涂表面打磨清理至St2以上或喷砂清理至Sa2.5以上。

5.根据权利要求1所述的涂装工艺，其特征在于，所述预涂步骤包括采用先滚涂、后来回刷涂方式，对难以均匀喷涂区域预涂水性重防腐涂料，确保所述喷涂区域润湿，干膜厚度为50~100μm。

6.根据权利要求1所述的涂装工艺，其特征在于，还包括涂料稀释步骤，所述涂料稀释步骤为在喷涂前向涂料中添加0~15%水作为稀释剂，混合均匀，混合温度为10~25℃，熟化5~10min。

7.根据权利要求1所述的涂装工艺，其特征在于，所述通风干燥中，当环境温度低于10℃时通风温度为20~35℃，当环境温度高于10℃时通风为常温。