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富锌底漆及其涂装 李敏风，顾薇霞，胡唐骏 1 富锌底漆概述 1．1 富锌底漆的作用 按 IS01294：2007 国际标准，在 C4、C5、C5—1 的腐蚀环境下，必须使用富锌涂料作为底 漆，以提高涂层的防腐年限在富锌底漆中，锌起到了阴极保护作用 另外，牺牲的锌形成 Zn2+与空气中的水分和二氧化碳反应生成碳酸锌【Zn(OH)2 ·3ZnCO3 ]等 产物，这些不溶于水、不导电的腐蚀产物填充在漆膜的空隙中，如某点锌粉已消耗(或有漏 点或缺损)则腐蚀产物就会沉积在此处而形成致密的膜，阻挡并屏蔽腐蚀因子透过，从而进 一步延长防锈蚀的时间，这些反应的结果即所谓富锌底漆具有自修复性能 不论水性无机富锌底漆还是环氧富锌底漆，均具有阴极保护作用和自修复性能 1．2 富锌底漆的类型 富锌底漆的类型如下：在我国重点工程的重防腐涂料配套设计中，以环氧富锌底漆、水性自固化无机富锌底漆和 醇溶性无机富锌底漆 3 种为主 (1)环氧富锌底漆 有机富锌底漆中最常用的是环氧富锌底漆环氧富锌底漆是以锌粉为防锈颜料、环氧树脂 为基料、聚酰胺树脂或胺加成物为固化剂，加以适当的混合溶剂配制而成的，其中锌粉含 量很高，以形成连续紧密的涂层而与金属接触。

环氧富锌底漆的附着力依赖于树脂对钢铁表面的黏结力，属物理吸附，初始附着力较好 由于环氧富锌底漆中的有机质导电性能较差，与无机富锌底漆相比要获得同样的阴极保护 效果，环氧富锌底漆干膜中的锌含量应该更高些 不管是新建还是现场维修的施工，除醇酸漆之外，环氧富锌底漆可与绝大多数油漆相兼容， 是多道涂层系统中很好的底漆，环氧富锌经常用作临时底漆，用于大型钢结构维修它干 燥迅速、重涂问隔相对较短、附着力好、耐碰撞、耐热可达 120～140 ℃，耐磨性能也很 好 (2)水性自固化无机富锌底漆 水性无机富锌底漆是以硅酸钾为主的成膜反应物质与锌反应生成硅酸锌网状结构而完成漆 膜的固化，因此水溶性无机富锌底漆需利用空气中的二氧化碳和湿气与硅酸钾进行反应， 在生成碳酸盐的同时，锌粉也同硅酸钾充分反应成为硅酸锌高聚物它保留了对水的敏感 性，直到水完全从漆膜中挥发，因此其固化受温度和湿度的影响较大 水性无机富锌底漆的耐腐蚀性远优于环氧富锌底漆据美国国家航空航天总署(NASA)报告 (表 1)，在各类富锌底漆中，耐腐蚀性最佳的为水性无机富锌底漆，它在海洋大气条件下的 使用寿命至少为 25 年另外，水性无机富锌底漆由于硅酸盐在同锌粉反应的同时，还会与金属铁反应形成很强的 化学键结合(硅酸锌铁络合物)，附着力好，从而可抵抗水、海水、有机物、氯化物的侵蚀， 耐蚀性能较好。

与环氧富锌底漆相比，无机富锌底漆具有更强的耐热性，长期可耐 400℃，瞬间可耐 800 ℃焊接、切割等热加工烧损面积小、蔓延应在 10～25 mm 当水性无机富锌底漆干膜中锌含量不小于 74％时，其电阻率一般为 103 ～108 Ω·cm(符合 石油部防静电标准)，远低于一般导电涂料(106 ～108Ω·cm)，即水性无机富锌底漆消除静 电的性能远好于一般导电涂料据报道，在各类大型原油储罐、溶剂储罐和燃油储罐中采 用无机富锌底漆涂装成功的实例已经很多，运行情况良好，见表 2耐有机溶剂性强是水性无机富锌涂料的一个突出性能，几乎在所有烃类溶剂(包括原油、燃 料油、汽油、甲苯、二甲苯以及其它脂肪烃和芳香烃石油产品)中都不溶对许多强溶剂， 如醚、酮、一级氯化烃均具有很强的抵抗能力 环氧富锌底漆属有机类，显然对原油等的抵抗性能远不及水性无机富锌底漆 由于水性无机富锌底漆以水为稀释剂，零 VOC 排放，无闪点、不燃、不爆、无味、无毒、 无污染，不但保障了工人的健康和环境的舒适感，而且无需采取任何防火措施，大大简化 了施工条件，既节省了费用又提高了效率和安全性 在配套性能上，水性无机富锌底漆除油性漆和醇酸漆不能配套外，可与目前普遍使用的环 氧、丙烯酸、聚氨酯、乙烯类漆配套，如涂环氧过渡漆(或称封闭漆)则可与更多的面漆配 套，且效果更佳。

虽然一般来说水性无机富锌底漆的配套性能不如环氧富锌底漆，但目前可配套的面漆品种 仍很多，完全能满足防腐工程的需求 (3)溶剂型无机富锌底漆 溶剂型自固化无机富锌底漆，以醇类溶剂为主，因此也称之为醇溶性无机富锌底漆，以正 硅酸乙酯水解预聚体作为成膜物，加入溶剂、超细锌粉、硅铁粉、增稠剂和助剂等组成双 组分涂料，它与钢铁有着很强的附着力；防锈能力强、耐曝晒、防风化、耐腐蚀、耐水、 耐盐水、耐盐雾；耐溶剂、油品和其它化学品，并且导电性能良好，可以作为储罐内壁涂 层使用，可以长期耐 400℃高温，作为高温漆中的重要品种，既耐高温又是优异的防锈底 漆溶剂型无机硅酸锌车间底漆还是钢材预处理中最为重要的车间底漆品种，l5 um 即具 有室外 6～12 个月的防锈能力 溶剂型无机富锌底漆中含有大量的锌粉粒子，与钢铁表面之间紧密接触，起到牺牲阳极保 护作用锌粉与空气中的 CO2 、SO2 或者 Cl-接触生成锌的各种难溶碱式盐，会填没涂层 中的空隙，增加屏蔽性紫外线对无机富锌涂层的作用也比有机涂层要小得多，因此耐老 化性能要强于有机涂层 单一涂层相比，无机富锌底漆比环氧富锌底漆的防腐性能要好得多；多道涂层系统的钢结 构防腐蚀体系中，环氧富锌和无机富锌的防腐性表现基本一样。

从施工角度和施工速度来看，环氧富锌底漆更为合适 无机富锌底漆在耐热和耐溶剂、耐化学品性能以及导静电方面优于环氧富锌底漆，但是漆 膜的柔韧性和施工性能较差无机富锌底漆在施工时有一些特殊的要求，比如其固化要依 靠较高的相对湿度，表面多孔性要求进行雾喷技术等，而环氧富锌底漆的施工要求相比之 下简单得多环氧富锌和无机富锌底漆在施工方面的优缺点见表 31．3 有关富锌底漆锌粉含量的规定 为了确保在富锌底漆中锌粉同钢铁能紧密结合而起到导电和牺牲阳极的作用，必须使用纯 度很高的锌粉 国家标准 GB／T 6890-2000《锌粉》中规定的化学成分见表 4用于制造富锌底漆的通常是一级或二级锌粉 对于富锌漆中锌粉的含量占干膜总质量的百分比，不同国家有不同的规范和标准 (1)国际标准 ISO 12944～5：1998 第 5．2 条中规定，富锌底漆不挥发分中锌粉含量不得低 于 80％ (质量分数)，锌粉颜料要符合 ISO 3549 的规定 (2)中国部颁标准 HG／T 3668-2000 中规定不挥发分中的金属锌含量：无机富锌底漆不低于80％ ；有机富锌底漆不低于 70％ (3)美国钢结构协会标准 SSPC SSPC—Paint 20：2002 中规定了 2 类富锌底漆：类型 I 无机 富锌漆；类型Ⅱ有机富锌漆；并且按干膜中的锌粉质量规定了 3 类涂料：Level 1≥85％ ；77％ ≤ Level 2<85％ ：65％ ≤Level 3 <77％ 。

(4)英国标准 BS 4652：1995 中规定，干漆膜中锌粉含量(质量分数)不能低于 85％ 5．3 富锌底漆喷漆环境 各种富锌底漆对喷漆环境条件的要求各不相同，应按产品说明书中规定的要求操作施工 就普通型环氧富锌底漆来说，固化成膜的最低温度在 10℃左右；它还与水性无机富锌底漆 相同；喷漆施工时，相对湿度 RH 小于 85％ ；钢材表面温度必须大于露点温度 3 ℃ 由于醇溶性无机富锌底漆需依靠一定的湿度和温度进行固化，时间较长，要求较高在气 温 20℃，RH 为 65％ ～75％ ，固化时间在 24 h 以上；若施工时 RH 为 65％，喷漆 2～4 h 后，必须用喷洒清水的办法来保持漆面湿润，帮助固化完成；为防止无机硅酸锌底漆漆 膜开裂，喷漆后的工件不能处于高湿度、通风很差的环境下富锌涂料综述 奏国治，王顺 富锌涂料包括无机富锌涂料和有机富锌涂料，对钢铁具有电化学保护作用，防锈性能优良； 耐海水、耐油、耐盐类、耐大气腐蚀，导电性好，不影响焊接施工 无机富锌涂料可长期在400℃以上高温环境中使用；有机富锌涂料可做重防腐涂料的底漆，如“环氧富锌底漆+环 氧云铁漆+氯化橡胶面漆”构成的重防腐涂料配套体系，使用寿命可达 7～l5 年。

因此国内 外的船舶、海洋采油设施、热力管道、桥梁、石油化工设备管线及高架铁塔等防腐蚀措施 越来越多地采用富锌涂料作为防腐涂料 现分别介绍无机富锌料和有机富锌料， “供防腐工程设计时选用 一、富锌涂料电化学保护机理 在无机和有机富锌涂料中，采用大量的高纯度颗粒极细的锌粉作为填料，可起到电化学保 护作用锌比铁活泼，电位比铁更负，所以，在电解质溶液中锌原子容易失去电子变成阳 极 铁则成为阴极 在阳极区锌由于失去电子而被腐蚀掉．在阴极区钢铁表面不断得到电子， 从而得到保护，其反应过程如下： 阳极区 Zn→Zn2+ +e 一 0. 785V 阴极区 Fe2+ +2e →Fe 一 0.44V 因此，涂层即使局部遭到破坏．钢铁表面也不会遭到腐蚀，因为锌起到了牺牲阳极的作用二、无机富锌涂料 1．概述 无机富锌涂料的成膜物有水玻璃、硅酸乙酯及磷酸盐等，其中在国内外应用最广的是正硅 酸乙酯 以正硅酸乙酯作为成膜物的无机富锌料，与钢铁附着力强，有良好的防锈能力，耐高温可 达 400～ 600℃ ．耐日光曝晒，防风化，耐磨损，耐候性好，耐水．耐盐水，耐盐雾．耐 有机溶剂，耐汽油、煤油、柴油，干固快，可导电，可焊接。

在无机富锌涂料中，锌粉可 在涂层表面形成锌盐及锌的络合物，这些生成物是极难溶解的稳定物质，可以进一步防止 氧、水及盐类对钢铁的腐蚀，其化学应如下： (1)在自然环境中：Zn+2H2O→Zn(OH)2+H2↑ Zn(OH)2→ZnO+ H2O5 Zn(OH)2+2CO2→ 2ZnCO3·3Zn(OH)2+2H2O 5ZnO+2CO2+3H2O→2 2ZnCO3·3Zn(OH)2 (2)在海水中：2Zn+2NaCl+3H2O→ZnO·ZnCl2+2NaOH+2 H2↑ 以正硅酸乙酯作为成膜物的无机富锌料在工业大气、海水等自然环境下，对钢铁有很好 的防护作用，涂层寿命较长 由于能耐 400—600℃高温作用，也是当前品种不多的耐高温 漆 2．无机富锌料的组成 以硅酸乙酯为成膜物的无机富锌涂料，目前在市场上出售的有：WF．2 型无机富锌料和 YT 型硅酸锌涂料等它们主要是以硅酸酯低聚物为成膜物 为了提高漆膜附着力，减少脆性，加入了极性相似的高分子树脂，如聚乙烯醇缩丁醛树脂 作为聚硅酸乙酯的增韧剂，可使漆膜物理机械性能明显地提高；漆中还加入少量的触变 剂．如活性二氧化硅、石棉粉、有机膨润土等，可减少锌粉的沉淀；并加入少量的硅油， 增加漆膜的流平性；为了防止白锈生成，可加入少量的颗粒不超过 30tm~的片状铝粉。

(1)正硅酸乙酯成膜过程 正硅酸乙酯或其低聚物．在酸性条件下由醇类或酮类作溶剂，吸收空气中的水分或在反应 液中加人少量的水，会发生水解，反应生成较大分子量的聚合物，当溶剂挥发后生成膜， 其反应如下：低聚物吸收空气中的水分进一步发生反应，最后交联成高分子聚合物：三 有机富锌涂料 1．几种有机富锌涂料配方 有机富锌涂料是以环氧树脂为成膜物，以聚酰胺为固化剂，加入超细锌粉、溶剂组成，是 防腐工程上应用最广的底漆，常与环氧漆、氯化橡胶漆、环氧沥青漆、聚氨酯漆、乙烯酯 漆配套使用，构成重防腐长效涂料 五、结束语 富锌涂料由于所含锌粉的电化学保护作用，使其具有更加优异的防腐性能和特殊的导电、 可焊性实践证明：无论是元机还是有机富锌涂料，都能够满足许多领域的设备及设施的 防腐要求，其防腐效果优良，设计人员可根据具体情况放心选用锌粉漆综述顾根福 早在 100 多年前人们已经认识到锌能起到保护钢铁的作用，从此诞生了“热浸锌”工艺， 一直沿用至今，但由于设备及条件的限制，对大型钢铁构件、桥梁、输油、(水)管道、船 舶及海洋设施等需现场施工应用的大型工程带来的困难极大，科学发展推进了锌的应用， 1920 年后，澳大利亚和美国等国开始研发用锌粉漆保护钢铁，锌。