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    冷镀锌油漆的主要应用及未来发展趋势

    文章来源:梦能科技   浏览次数:2799

    前言

    在遭受重工业污染并伴随恶劣自然环境而形成的重腐蚀环境中,钢结构设备腐蚀迅速,每年因此造成的损 失超过了火灾、地震等造成的损失的总和。传统热镀锌、富锌涂料等防腐技术难以满足重工业长效持久的防护要求,有效免维护周期明显缩短,生产中用于防腐维护的成本大大提主,冷镀锌涂料足基于现代重工业要求开发的新型涂料,足以涂装的方式把锌粉涂覆在基材表面的新型材料?;ぜ际?,防腐性能优异,施工维修方便,已逐步在电力设施、石油化工设备、机场、桥梁等重点工程领域获得广泛应用。


    1、冷镀锌介绍

    冷镀锌涂料又名冷镀锌、涂膜镀锌,一般由超细锌粉、导电包覆树脂以及有机挥发溶剂组成。冷镀锌域于化学固化型涂料,它的漆膜特性足各组分之间以及与钢基体之间复杂的相互作用的综合体现。在涂刷过程中, 树脂上的极性官能团与锌粉、钢铁通过化学键紧密结合,同时树脂与空气屮的水和二氧化碳反应生成不溶性涂膜,并使已生成的锌盐聚合物转化为网状锌盐配合物,进一步提高涂层与基体间的结合力,得到致密牢固的涂膜。形成涂膜后,树脂将锌粉均匀包搜并作导电通道,使电子可沿若相互接触的粒子进行传递而使整个涂膜具有导电性。

    1.1 防腐机理
    在钢材料防护过程中,导电包覆树脂和超细锌粉共同作用,使冷镀锌涂层能同时提供阴极?;ず推琳媳;?, 并利用自修补效应强化防腐蚀效果。 冷镀锌涂膜完好无破损时,致密的涂层能有效隔绝空气、?;せ?,但涂膜一旦受损而露出钢铁基材时,锌粉与钢铁基材会通过导电网链迅速形成腐蚀原电池,锌的标准电位比铁低,较铁活泼,在腐蚀过程中锌作为阳极优先被氧化,钢铁基材作为阴极受到?;?。锌在氧化过程屮生成多种腐蚀产物,如ZnO、ZnCO3、等。这些氧化产物粒径小,表面活化能高,形成后会沉积在涂层间隙及缺陷中,使涂膜更为致密。致密的涂层不仅阻止了钢铁基材与腐蚀介质进一步接触,延缓了腐蚀,而且提高了涂膜的机械强度,避免了涂膜再度受损。随着锌氧化物的形成,涂层与基材间的电位差降低,锌粉的损耗减慢,对钢铁基材的?;ぶ鸩揭云帘伪;の?。似当涂膜继续破损而雑出新鲜的金属锌时,电位差又立即增大,阴极?;ぶ匦缕鹬鞯甲饔?,并对钢结构基材提供后续防护。

    1.2 防腐性能
    冷镀锌性于本征型导电涂料,干膜锌含量在96%以上,能提供长效持久的阴极?;?,这是冷镀锌与富锌涂料的根本区别。 锌粉是冷镀锌中的唯一填料,通过优先氧化、缓蚀、屏蔽等方式阻止钢铁难被腐蚀。涂膜中锌粉含最较少时,锌粉间的树脂层较厚,锌粉间、锌粉与基材间无法有效接触,难以构成有效的导电网链进行阴极?;?, 冷镀锌并且随着锌粉的消耗,涂层表面出现坑洞,涂膜机械性能下降,屏蔽能力降低,无法实现对钢材的有效?;?; 但如果涂层中锌粉含量过高,则锌粉间的树脂层较薄,锌粉易滑移、脱落,力学性能反而下降,为避免上述缺陷,冷镀锌多采用高纯度(高于99.995%)、小粒径(3-5 微米)片状锌粉作为防锈填料。高纯度锌粉中不含金属杂质元素,避免了因锌粉本身形成微电池而造成的无谓损失,且小粒径片状锌粉施涂后呈堆叠嵌套结构,锌粉间排列紧密,接触面大,既使涂层致密,孔隙率低,电流导通性强,也解决了球状锌粉常见的滑脱问题,对涂 层有补强效果。冷镀锌的锌粉纯度高,有效含量大,使其防腐效果优于富锌涂料,而与热镀锌大抵相当,甚至在某些方面要优于热镀锌。如某国外公司通过Norsok M501标准体系认证得出以下结果:在4200h耐屮蚀盐雾试验中,热镀锌的腐蚀速率为0.110 mm/年,冷镀锌的腐蚀速率为0.035 mm/年,冷镀锌的防腐蚀能力是热镀锌的3倍。

    1.3 实用性能
    冷镀锌防腐性能与热镀锌相当,且其可操作性及安全性甚至比富锌涂料优秀,具体表现为:
    (1)涂料为单组分包装,使用方便,无混合使用期的限制。施工方式灵活便捷,可刷、可喷涂,制得的涂层致密、可控。
    (2)重融性好,配套性强,既可单独作防腐涂层,也可与环氧树脂、丙烯酸酯、聚氨酯等组成复合涂层。
    (3)可直接用于混凝土钢筋防腐,也可用于热镀锌、电弧喷锌层的修补、加厚,特别适用于镀锌钢件焊接 安装后电焊缝的修补。
    (4)涂料本身不含重金属成分,不含卤代烃、酮类等毒性大的有机溶剂。
    (5)触变性好,可不加稀释剂,经充分搅拌即可涂装施工;固体分含量高,一次无气喷漆可获得较高膜厚, 减少有机溶剂挥发量,有利于环境?;?。
    (6)附着力强,对基材的表面预处现要求低(见表1)
    综上所述,冷镀锌防腐性能优异,施工方便,有效解决/当前锌防护措施中常见的锌利用率低,危害环境, 伤害身体,工艺繁琐等问题,是一种高效环保的新型钢结构防腐技术。

    2、冷镀锌的应用现状

    2.1 冷镀锌的发展过程
    早在20世纪50年代,英国剑桥大学就已提出冷镀锌的概念,即“热镀锌的常温化”,并在20世纪60年代 由英国、美国等国开始研发。敁初冷镀锌仅被认为是富锌涂料的补强,其研究拘泥于富锌涂料的发展,研究重心仅是研发与锌粉附着能力更好的树脂。1972年,达克罗技术的第一个实用专利申请成功并迅速实现工业化大规模应用。达克罗技术是一种将片状锌粉配成涂液后涂范在钢铁基材上,再利用高温使锌粉熔融固化形成?;げ愕姆栏ひ?,烧结后相互重叠的锌粉能形成瓦片状堆叠结构,使?;げ阒旅?,并提供优异的阴极?;?。达克罗与冷镀锌是2种完全不同的技术,但片状锌粉的应用给尚处于初级阶段的冷镀锌技术带來了新的思路, 同年,冷镀锌树脂技术取得进展,所得涂层触变蚀较强,无需烘干即可得到干燥的涂膜。1975年,瑞士研发出第一款苒正意义上的冷镀锌产品,开创了世界上直接喷出金属的历史,该产品干层锌含量约为93%,符合欧洲DIN50.976(1980)所述的阴极防腐性能标准,从此冷镀锌逐步获得发展、应用。近30年來,冷镀锌涂料发展迅速,最终被定义为干膜锌含最高于90%,以阴极?;の鞯牡プ榉滞苛?,并从常锌涂料种类中分离出來。
    我国冷镀锌研发、生产、应用起步较晚,前期主要是少数国外公司的产品在国内零星应用,直至2005年前后,国内才出现冷镀锌的自主研发和生产。冷镀锌刚引进我国仅用于钢结构的紧急修补,随后逐步应用于恶劣环境下的钢结构防腐。到现在为止,除在水工钢闸门、海洋平台桩腿上普遍使用之外,杭州湾跨海大桥的钢筋,新白云国际机场、上海磁悬浮列车轨道的功能件,粤海通道的钢护弦,重庆轻轨钢箱梁等重大项目也在大量使用了冷镀锌。众多的工程业绩证明了冷镀锌是高科技新材料,广阔的市场前景也推动了国内冷镀锌涂料的研究和发展。
    但冷镀锌在我国使用历史短,人们对其认识不足,以致不法商家借机炒作,市场上不乏鱼目混珠的现象,因此,制定规范、统一的冷镀锌行业标准,明确冷镀锌概念,避免与富锌涂料混淆,对促进行业技术进步,引导行业健康、有序发展具有重要意义。为此,全网涂料与颜料标准化技术委员会于2014年开展了冷镀锌涂料标准的制定工作,并于2015年7月进行了公示,新标准编号为HG/T4845-2015,将于2016年1月1日正式颁布实施。该标准的主要技术指标见表2。

    2.2 冷镀锌的常见问题
    (1)冷镀锌与钢材间的附着力不桂。即便钢材表而清洁度符合ISO 850M:2007 Sa2.5、ISO 8503-1:20丨2要 求,粗糙度在40-70 pm之间,各类冷镀锌产品的附矜力仍相差悬殊,高的可达5.0 MPa,低的只冇1.0-1.5 MPa,不满足国家对防腐底漆的筮本要求(约3.0 MPa)。
    (2)涂层与其他漆层之间的配袞性能不佳。冷镀锌可以与环氧类、聚氨酯类等双纟JI分屮层漆配套使用,但 在具体施工时,常因配套漆溶剂极性过强,屮间漆喷涂过厚等造成冷镀锌层脱落,完全失去?;つ芰?。
    据不完全统计,我闽冷镀锌树脂的价格从60元/kg至160元/kg不等,进门树脂价格更为耑贵,冷镀锌在防 腐性能、施工性能上都优于富锌涂料,但施工成木远远超过富锌涂料。目前,片状锌粉也逐渐应川于富锌涂料 领域,并因高耐蚀性、锌资源节约性获得认nj,冷镀锌若想扩大应用范在性能、价格上都需而对富锌涂料 的巨大挑战。

    3、冷镀锌的发展趋势

    冷镀锌继承了传统锌防护方法的优点并避免了孔隙率高、施工不便、危害环境等缺点,是取代热镀锌、电弧喷锌(铝)的最好材料。该技术将向以下几个方面发展。
    锌粉填料:国际铅锌组织(ILZRO)的研究报告表明,锌粉的纯度直接影响涂层的防腐性能。目前高纯度片状锌粉的价格是球状锌粉的3~6倍,探究新的超细锌粉制造方法,提高锌粉纯度,降低锌粉粒径,既能提 高与树脂的附着能力,进而提高涂层的机械性能(尤其是耐磨性),也能降低冷镀锌的使用成本。总体而言,我国超细锌粉制备技术还处于实验摸索阶段,但已有部分方法获得突破,这些方法能快速制备高纯度、小粒径的锌粉,具有工业化大规模生产的潜力。
    施工:冷镀锌施工工艺研究应包括两方面,其中之一是涂装方式。冷镀锌可采用多种涂装方式并以无气喷涂法为主流,在常温下将喷漆压力控制在8~12MPa、喷枪口与基材距离控制在30~35cm时,喷涂就可取 得较好的涂装效果,但如何根据具体施工条件更改技术参数的研究还处于起步阶段。另一方面足冷镀锌的配套方案研究。在大多数工程中,冷镀锌都是作为底漆与典他涂料配套使用,配套漆的选择、各涂层厚度都会影响复合涂层的性能。从现有教训中可知,复合涂层中的冷镀锌膜厚应该控制在40~60微米内,在此基础上借鉴富锌涂料所设计的复合涂层,一般包括:冷镀锌环氧封闭剂20微米,环氧云铁层80微米,聚脲层80微米。而漆膜厚度仅为120~140微米的冷镀锌单涂层,防护效果就与240pm复合涂层大体相当,无需心配套性问题, 因此摆脱富锌涂料粢臼,寻找相容性更好的配套漆,并在此基础上重新设计复合涂层将是冷镀锌施工工艺研究的重心。

    4、结语

    冷镀锌是一种新型、长效、环保、便捷的重防腐?;し椒?,具有重融性、柔韧性、抗冲击性和耐磨性优异的特性。随着国家节能减排措施的相继出台,热镀粹、热喷锌将会被限制使用,冷镀锌作为替代热没镀锌的最理想材料,将在短吋间内占据热镀锌的大部分市场,成为建筑、电力设施、交通设施及海洋工程等钢结构防腐的首选方法。冷镀锌树脂性能的提高及锌粉制备技术的成熟,以及冷镀锌配套漆的不断发展,部会给冷镀锌产品带来新的活力,弥补现有材料的不足,丰富特种防腐材料的种类,为社会创造更好的价值。

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