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[转帖]FEVE腐氟碳防面涂层缺陷分析（2010-03-16 11:13:06）

标签：常温固化FEVE氟碳涂料 脂肪族异氰酸酯 氟碳面漆 聚酰胺固化剂  

常温固化FEVE氟碳涂料具有优异的耐候性和防腐性能,对氯离子、氧气、水分子的屏蔽效果好,对酸性大气环境容忍性高,非常适用用于暴露在大气中的配套长寿命防腐面漆。FEVE氟碳涂料自开发成功以来,对其性能和应用研究报导较多,但对氟碳面漆的施工性能研究较少,特别是对涂料施工过程、使用过程中存在的问题报导较少。只有正确分析FEVE氟碳防腐面漆的施工缺陷,提出预防措施,才能更好地发挥氟碳防腐涂层的功效。

1FEVE氟碳涂料在施工中的问题

1.1固化剂组分增稠、凝胶

常温固化FEVE氟碳涂料所用固化剂一般为脂肪族异氰酸酯。异氰酸酯对水非常敏感,在水作用下,会发生交联反应,使其黏度增大,严重时出现凝胶现象。固化剂组分引入的水分可能发生在固化剂分装时,固化剂的稀释也会由于采用的溶剂中含有水分而引入固化剂中,包装密封不严也会引入水分。在小构件多次涂装过程中,由于固化剂组分反复打开,特别是反复使用后密封不严,就特别容易出现增稠、凝胶现象。当固化剂出现增稠现象,即使没有发生凝胶,也要禁止使用。

1.2夹杂

涂料施工过程中由于喷砂四散的磨料渣或空气中含有的灰尘粘附在漆膜中,形成漆膜的夹杂缺陷。夹杂缺陷影响涂层的防腐性能并影响美观。造成这种现象的主要原因是现场施工过程中喷砂处理和配漆工艺工段不能彻底分开所致,北方地区春季常见的沙尘暴天气、以及炼钢厂等粉尘污染严重的场所也会导致夹杂缺陷发生。夹杂现象在现场的维修工程作业中更加严重。由于现场施工喷砂和喷漆交叉作业不可避免,四散的磨料渣必然污染漆膜。改善的方法是涂料施工后尽可能干透,再进行喷砂作业,同时对被污染的表面进行清洁处理后再进行下一道油漆施工,如果能够采用遮掩方法,施工中注意风向,就可以使漆膜表面受污染的状况降低到最小。

1.3流挂

造成流挂的原因是漆膜过厚或溶剂挥发太慢。喷涂过程中加入过量的稀释剂或喷枪距离喷涂面太近都会引起流挂。采用大口径喷枪、喷幅过宽,而操作人员缺乏经验,也会导致流挂。氟碳涂料因为设计厚度较薄,一般不会出现流挂现象。出现流挂现象主要是由于不正确的喷涂方式所致,主要发生在一些不规则喷涂面或狭小的不易喷涂的作业面,为了局部达到设计厚度,造成相邻部位的过喷现象。由于流挂部位的氟碳涂膜过厚,往往出现干不透的现象,漆膜附着力差,遇到外力后容易出现破损。在喷涂过程中出现流挂现象,应迅速用漆刷抹平。如果漆膜已经固化应打磨平整,再重涂。

1.4飞喷和干喷

飞喷是指涂料只有漆雾粒子到达被涂物表面,形成像砂纸一样的涂层表面,干喷指到达被涂物表面前液体涂料已经变干,形成粉状一样的涂膜,用手擦拭有明显掉粉现象。

造成飞喷和干喷的主要原因是:(1)不正确的喷涂方式:喷涂时喷枪距离被涂物表面太远,溶剂挥发过多;喷枪成弧形或倾斜状,在喷幅边缘处干喷严重;喷涂压力过高,过度雾化;喷幅过宽,导致雾化粒子四处飞散。(2)不利的环境条件:如高温、大风天气,过度的通风等,造成溶剂挥发过快以及漆雾粒子四处飞散。解决飞喷和干喷相应办法为:喷枪与被涂物表面尽可能垂直,保持合适的距离(30～40cm),选用幅宽小一些的喷枪,采用合适的喷涂压力;尽量避免高温和大风天气施工,或采取遮掩措施。在车间施工氟碳面漆基本上不会出现干喷和飞喷现象,干喷和飞喷现象经常出现在现场施工时,特别是桥梁防腐的最后一道面漆,由于四周无遮挡风力较大,造成严重的飞喷和干喷现象。对于表面存在的飞喷和干喷粒子应处理干净,再进行涂装。如果飞喷粒子留在表面,涂装下道涂层时形成不连续涂膜,影响层间附着力和防腐性能。

1.5针孔、漏点

不正确的走枪方式是引起针孔、漏点的重要原因,倾斜的喷涂在幅宽的边缘容易出现针孔和气泡,喷涂压力过大、喷枪距离太远、过度通风和大风容易产生针孔和漏点。过厚的涂膜中,空气会截留在涂膜中,在逃逸过程中会产生针孔。针孔的后果就是导致点蚀。相对于喷涂,辊涂更容易产生气泡,应尽量避免用辊涂方式施工氟碳面漆。对于产生气泡的部位立即用辊子再压一遍或用刷子将气泡赶走。对于针孔和气泡部位先要进行打磨,然后用涂料封闭这些缺陷,并达到设计厚度。

1.6缩孔、凹穴、麻点

涂料施工后,湿膜在流平过程中出现回缩,成小圆形裸露出底材或底层。产生缩孔的主要原因是湿膜上下部分的表面张力不同。在成膜过程中,当上层湿膜的表面张力低于下层湿膜的表面张力时就会发生缩孔。由于湿膜上粘附有异物粒子。这些异物粒子在湿膜上展布,把四周的涂料排斥开而形成凹坑状如火山口,故称为“凹穴”。能明显看到在凹穴的中间有异物粒子存在,故由称为“麻点”。引起这些缺陷的原因主要包括:漆膜表面有油污、杂质;不恰当的消泡剂或过量使用消泡剂;环氧类中间漆采用了质量不过关的聚酰胺固化剂,形成油面;油水分离不彻底等。解决方法是采用合适的流平助剂和消泡剂,赋予涂料合适的表面张力;避免异物污染被涂物表面;涂装前打磨底材或用溶剂擦拭底材以提高底材的可润湿性。

1.7浮色、发花

由于FEVE氟碳树脂的颜料润湿分散性较差,容易出现浮色发花现象。采用一般的辊涂和刷涂方法更容易出现浮色发花现象,而喷涂方法在喷涂过程中已经挥发了一部分溶剂,涂料“贝纳德涡流”现象明显降低。解决浮色、发花问题应从涂料的配方着手,各种填料粒子的粒径匹配、沉降速度的一致性是要重点考虑的问题。颜料需采用金红石二氧化钛,在选择解絮凝分散助剂的同时,也可考虑可控絮凝助剂的选择,使不同种类的颜料粒子形成共絮凝结构也可有效避免浮色现象。采用合适的流平助剂可明显减少发花问题。

1.8二道面漆咬底

在施工第二道面漆时,将第一道面漆咬起,漆膜出现发皱、附着力下降的现象。这种现象在丙烯酸聚氨酯面漆施工过程中偶尔也会出现。旧涂膜面漆翻新时有时也会出现新面漆将旧面漆咬起的现象。出现咬起现象的主要原因是面漆与中间漆的附着力不好、面漆的固化不良。中间漆完全固化后再涂面漆影响附着力;环氧中间漆采用不良的聚酰胺固化剂,固化后漆膜表面有油腻感影响层间附着力;中间漆在高湿环境下施工或施工后遭受雨淋,表面会形成一层碳酸胺盐影响层间附着力。氟碳面漆在高湿环境下施工或配比不当、搅拌不均会使氟碳面漆固化不良。如果出现咬起现象,只能将第一道面漆全部处理干净后重新涂装。

1.9涂膜过厚

氟碳面漆设计膜厚一般较薄,从成本角度考虑一般不会涂厚。但是也存在一些涂厚的特殊情况,在一些“视景区”或监理检测部位,为了漆膜饱满美观的需要加厚了面漆;涂层体系的底漆、中间漆膜厚不够,涂完面漆后检测总厚度不够,于是直接加涂面漆;在一些局部区域不便于喷涂的部位,由于多次扫枪,造成局部区域厚度增加等。FEVE氟碳涂料漆膜过厚造成的主要问题是涂层表面已干,但漆膜内部不干,甚至经过长达1个月时间的养护,漆膜还是软的,这种情况将会造成涂层附着力差,造成日后涂层脱落。由于FEVE的溶剂释放性和交联密度要低于传统的丙烯酸聚氨酯涂料,漆膜过厚造成的危害比丙烯酸聚氨酯面漆更为严重。

2涂料使用过程中的问题

2.1起泡

底涂层局部存在异物而导致面涂层局部附着力降低,当外来水汽渗入后就容易产生起泡现象。这些异物可能是外来的油性污染物,或由于配方中采用了不恰当的助剂、劣质的固化剂。还有一类是渗透压起泡,底涂层含有水溶性颜填料或表面受到盐分污染,在高湿环境下,当内外蒸汽压差大于涂层间的结合力时就会起泡。

2.2脱皮、剥落

面漆的脱皮和剥落主要是由于面漆和底涂层附着力不好引起的。引起层间附着力不好的因素包括:底涂层表面被污染;底涂层完全固化后涂面漆;树脂结构和涂料配方问题。为了获得较为规整的交替共聚物,并获得较高的氟含量,FEVE氟树脂倾向于低酸值、低羟基值,羟基含量较低所需要异氰酸酯固化剂的量也少,这样FEVE氟碳树脂中含有的与环__氧树脂之间形成较强分子间作用的基团就少,因而FEVE涂层与环氧涂层的附着力要弱于丙烯酸聚氨酯涂层与环氧涂层的附着力。不同类型的FEVE氟碳树脂,和环氧涂层的附着力也会存在差异,附着力的好坏取决于共聚单体的类型、Tg、相对分子质量以及交联剂的类型。提高氟碳涂层对环氧涂层体系附着力的方法包括:采用过渡氟碳中涂漆;如果固化剂的相容性没有问题,选用极性高的缩二脲层间附着力优于极性低的三聚体;底涂层表干后就施工氟碳面涂层有利于涂层之间的分子链缠绕;尽量避免涂层过厚和面涂层的划伤,过厚的涂层当存在破损时很容易沿破损处撕开(FEVE氟碳涂层的抗裂缝开裂能较低)。

2.3锈蚀

氟碳涂层具有优异的耐候性能和防腐性能,但是仅靠氟碳涂层并不能解决所有问题。防腐问题更多地依靠合理的涂层体系设计和正确的施工。目前采用氟碳涂层出现早期锈蚀的实例并不鲜见,90%的原因要归于不正确的施工,其中表面处理包括结构预处理不到位是最重要的因素。例如,本单位曾经为北京某过街天桥供应材料,现场施工刚过3个月,边棱处便出现锈蚀,紧邻的一个过街天桥是同一个施工队施工并采用了不同厂家相同的涂层配套,也出现了相同的锈蚀问题。这次锈蚀的主要原因是边棱处未作相应的倒角处理。

2.4变色、粉化

FEVE氟碳面漆具有相当高的保光、保色性能,是目前耐候性最突出的常温固化型防腐面漆,但是作为有机材料毕竟还会老化,片面夸大其耐候性会引起困惑。

不同结构的FEVE耐候性差异明显:氟单体和乙烯基醚的共聚物可保持在海洋大气环境下8～12年不粉化,氟单体和乙烯基酯的共聚物在海洋大气环境下仅能维持2～4年不粉化。在不同的曝晒地区,耐候性也产生巨大的差异:在内陆普通大气环境下,氟单体和乙烯基酯的共聚物也能维持5～10年不粉化。如果FEVE氟碳涂料中混拼入羟基丙烯酸树脂,耐候性会明显下降。因此,针对FEVE的保色、保光性问题,要根据氟碳涂料的树脂类型、颜料品质、使用环境等因素具体问题具体分析。

2.5表面污染

笔者用国内外知名FEVE氟树脂生产厂家的树脂制备成高光白漆,进行户外的大气曝晒试验。结果表明:各种FEVE的耐沾污性都很差,并不比对照样丙烯酸聚氨酯好。虽然FEVE氟碳涂料具有比一般防腐面漆低的表面能,但是FEVE涂膜与水的接触角一般在85～95°,更容易产生污染。如果配方不做专门调整,长期耐沾污性甚至还不如丙烯酸涂料和丙烯酸聚氨酯涂料。长期曝晒后,丙烯酸类涂料漆膜会粉化,粉化的漆膜有自清洁作用。提高涂层耐沾污性的方法分为两种:一是提高涂层表面与水接触角,形成类似荷叶效应的超疏水表面;一是在漆膜表面形成亲水化涂层,使得污物容易被水冲走。目前,FEVE氟碳涂料形成耐沾污性表面比较成功的方法是在涂料中加入特殊助剂,这些助剂会逐渐迁移到漆膜表面,使漆膜表面亲水化。该项技术的关键是漆膜能在短期内形成亲水化表面,并能长期保持。日本旭硝子通过在FEVE涂料中加入“防雨筋”的特殊助剂形成亲水化表面;日本大金通过在FEVE涂料中加入“小泡泡型亲水化剂”获得亲水化表面。

3结语

氟碳涂料具有优异的耐候性能,与电化学保护类底漆、环氧云铁中间漆组成目前最耐久的长寿命涂层体系。只要加强施工管理、正确施工,氟碳涂料就会最大限度地发挥它的功效,可保护底涂层10年以上,从而实现涂层保护体系的长效性、经济性。【作者：李运德,冯庸,张亮 (北京航空材料研究院,北京100095) 】