水性涂料在港机产品的施工应用

水性涂料在港机产品的施工应用

陈林

（上海振华重工（集团）股份有限公司， 上海 200125）

【摘要】水性涂料以其优异的环保性能、媲美溶剂型涂料的防腐性能，近几年来逐渐成为涂料行业的生力军。为提高港机钢结构防腐用水性涂料施工的可靠性，通过对其施工过程的质量控制、易发问题产生的原因分析以及提出改进方法，促进水性涂料的进一步推广。

【关键字】水性涂料；施工

0.引言

港机产品长期处于高盐雾高湿度的海洋环境，涂层防护体系及涂料使用寿命关系着港机产品的可靠性和耐久性。溶剂型涂料作为至今使用历史最为悠久的产品，质量稳定，施工便捷，性价比高，广泛应用于港机产品。随着环保政策的不断完善，淘汰高挥发性溶剂型涂料，推广使用低VOCs涂料势在必行。上海振华港机重工有限公司（以下简称公司）作为重型机械装备制造龙头企业，自2014年起开展水性涂料的施工，主要使用水性环氧涂料，用于板材预处理流水线及成型构件箱体内的涂装防护。

1.水性涂料的涂装工艺要求

水性环氧涂料的成膜过程比溶剂型的更严格，因为这个过程有两步，一是水的挥发，二是漆基聚合交联。如果固化速度高于水分的挥发速度，漆膜中就会含有水分，性能也会有所降低。这使得施工时的温度、相对湿度和通风等条件的控制比溶剂型的更严格。

1.1环境条件

目前公司岸桥产品箱梁内部使用的水性涂料产品主要由五家主要涂料供应商提供，目前各油漆品牌的水性漆的产品说明书中对相对湿度的要求不统一。国际、常州、海虹要求相对湿度为低于80%，佐敦、特奈麦克要求相对湿度低于85%。底材表面温度不得低于5℃，最高不超过40℃。涂料温度不得低于10℃，不满足条件施工可能导致各类涂层弊病产生。

1.2储存条件

为确保水性涂料施工性能、防腐性能的最佳化，水性涂料储存温度要保持10℃-35℃，涂料使用温度应大于10℃。

1.3预涂

预涂是指对于喷涂难以到达的区域（角钢背面、钢板边丝、扇形孔、人孔及焊缝等）提前手工涂漆，确保涂料附着，避免锈蚀产生。通常采用刷子进行预涂，对于预涂量较大的区域可以使用辊筒配合刷子共同施工，但辊涂后必须用刷子进行梳理，保证涂料均匀润湿底材。

图1-2 水性涂料预涂

为确保水性涂料的有效遮盖（指避免漏涂和保证后续涂装的施工膜厚），要求预涂膜厚必须大于50um。预涂要进行来回往复刷涂，以确保底材被涂层完全覆盖。

1.4通风

水性涂料在固化过程中会不断挥发水分，造成箱体内部空间相对湿度增高，而湿度增高亦不利于涂料中水分的挥发，因此箱体内水性涂料施工时通风除湿对它的固化至关重要，要求一端送风一端排风或两端送风中间排风的通风方式，且通风持续到施工完成之后至少2小时以上（在黄梅季节和寒冬季节通风时间应增加到4小时以上），以此保证通风的质量。

图1-3 水性涂料喷涂后通风

2.水性涂料的施工过程检测

2.1对被涂物表面处理状态检查

从钢板出厂到钢结构成型的过程中，钢材表面出厂时牢固附着的氧化皮会破损产生锈蚀，还会附着粉尘、盐分、油污、笔迹及其他污染物。为使涂料牢固附着在钢材表面，必须通过表面处理去除锈迹及污染物，否则就会影响涂料与钢板之间的附着力，降低工件的使用寿命。

在涂装行业中一直有着“三分涂料，七分施工”的说法，而在这“七分”的施工中，有研究标明表面处理质量在影响涂层质量的各因素中占比达到50％左右，由此可见被涂物涂装前的表面处理质量的重要性。

表2-1 涂装质量的影响因素和所占比例

公司水性涂料施工前的表面处理方式主要有喷砂、动力工具打磨和手动清理三种方法，首选方法是喷砂处理（冲砂或抛丸），而动力工具打磨和手动清理主要是使用在不便于进行喷砂的部位，例如大型构件对接烧焊区域或室外构件涂层损伤区域的涂层修补。无论采用哪种处理方法，目的都是去除钢材表面污染物形成清洁表面，并在表面形成一定的粗糙度，增加涂装比表面积，确保涂料施工后具有良好的防腐蚀性能和附着力。

2.2对涂料的核查

构件涂料施工前，检验员要核实涂料的型号、颜色、生产日期、批号、有效期等信息，在开盖后要检查涂料有无分层、结块、结皮、增稠、凝胶等异常现象以及经搅拌后是否能混合成均匀状态。

2.3对喷涂设备的检查

喷涂设备，从大型预处理流水线自动喷涂设备到小型无气喷涂的喷枪嘴型号大小，都直接影响涂料的喷涂质量，因此，涂料施工前需对喷涂设备进行检查，工作压力、涂料流速、枪嘴型号等各方面都需符合所喷涂涂料的技术要求，为涂膜成型提供最佳条件，保证涂层质量。

2.4对施工环境变化的监控

水性涂料施工过程中，环境空气温度、相对湿度和钢板温度等指标必须满足该涂料说明书的要求，环境条件的变化会影响涂装施工的最终质量。例如相对湿度会影响涂料中水分的挥发、温度会影响涂料的黏度等，必须进行严格控制。

2.5对施工现场作业状态的监控

水性涂料从开桶搅拌、喷涂施工到完成固化，每一个环节出现偏差都可能会影响涂层最终质量，必须安排专人进行全过程把控。

2.5.1混合搅拌

开桶后使用电动或风动搅拌器对基料和固化剂单独进行充分搅拌，固化剂加入基料过程中继续搅拌，两组分混合后视粘稠度加入适量清水，持续搅拌，熟化5分钟后在喷涂过程中保证搅拌的持续性，避免涂料沉淀。

2.5.2湿膜的检测

在喷涂开始时喷枪手首先进行试喷涂，在试喷涂后立即用湿膜卡测量湿膜厚度，根据涂料固体含量和水的添加比例，计算出干膜厚度范围是否满足工艺要求。喷涂过程中喷枪手要多次测量湿膜厚度并及时调整到最优值，以便使干膜厚度达到工艺要求。

图2-1 水性涂料喷涂后测量湿膜

2.5.3监控喷涂过程

一旦发现涂层弊病，立即分析其产生的原因，尽可能使涂层缺陷在湿膜状态下采取正确的方式来修正，减少涂层干燥以后的返修工作量。

2.6对整体涂装质量的评价

水性涂料喷涂施工结束后，检验员需要利用各种检测仪器对涂层的外观质量、固化情况、干膜厚度等各项指标进行检测，以判断涂装质量。

3.水性涂料易发问题的原因分析及施工建议

3.1易流挂

涂料施工于垂直的表面时，因加水过多、喷涂过厚、温度下降或涂料抗流挂性差等原因导致涂料因重力原因向下滑动，形成形状不一的上薄下厚的不均匀涂层，主要有大面的幕状流挂和局部的条状流挂两种。

图3-1 水性涂料流挂

流挂一般都发生在垂直的被涂物表面，主要是由于涂料稀释比例不当，导致涂料过稀，喷嘴压力过大或喷枪与被涂物距离过近，造成涂料超过自身能承受的张力而慢慢往下流淌，形成流挂。

非常轻微的流挂只是影响涂层的外观，并不影响其使用性能，可视具体情况而定。严重的流挂会导致局部涂膜过厚，会影响涂层的正常干燥固化，进而影响涂层最终的防腐性能，需用手工砂纸或动力工具打磨去除表面超厚的涂层后补涂。检查涂料的粘度是否合适，改善清洁水的添加比例，检查喷嘴大小与说明书是否相符。

3.2油漆开裂

涂层表面出现漆膜不连续的外观变化，表面出现细微的裂纹或类似龟壳的裂纹，而严重的开裂则可以穿透本道涂层，致使漆膜完全破损，引起涂层的早期失效。

图3-2 水性涂料开裂

水性涂料的开裂现象一般出现在平面的焊缝及过焊孔区域，主要是由于受涂料自流平作用，此处涂膜容易堆积，如在涂层固化时环境温度、湿度发生变化时，涂层内部应力发生变化导致涂层开裂。

对于涂料的轻微开裂，用手工砂纸清除表面裂纹涂层后补涂即可，而严重的开裂则必须将破损的涂层完全打磨去除，然后再按照要求重新补涂。控制膜厚，控制施工温度，水性涂料最佳施工温度在10℃以上，及时通风控制内部湿度。

3.3易闪锈（水作稀释剂，在通风差时，水分挥发速率低，对金属底材有腐蚀）

箱体内水性涂料施工后，因其溶剂为水，固化时需挥发水分，若遇到阴雨天等高湿天气，再加上通风效果不佳时，箱体内部空间长时间处于高湿状态，环境中水分的挥发速度小于涂料的固化速度，漆膜中就会残留有水分，对金属底材易产生腐蚀。

图3-3 水性涂料闪锈

对闪锈区域采用机械方法去除生锈涂层后进行补涂。为避免闪锈产生，要控制施工环境，进行强制通风作业，使涂料中水分快速逸出，降低箱体内湿度。

3.4胺析出变色

在高湿度、低温度或通风不良的环境下，水性环氧涂料干燥和固化过程减缓，涂料中胺可能会游离到涂层表层，与空气中的水汽发生反应，生成油脂性的反应物，这种物质进一步与二氧化碳反应生成氨基甲酸盐，导致漆膜表面形成一层白色或暗棕色的发黏物质。目前公司构件水性涂料出现胺析出的主要原因在于喷涂后立即转移到室外露天环境导致。

图3-4 水性涂料胺析出

用温水对表层的发黏物质进行彻底清洗，再用手工砂纸拉毛后补涂。为避免胺析出产生，喷涂后到固化完成期间，保持构件在车间内，保证通风，固化完成后再转移至室外环境。

3.5低温和高湿环境施工性能差

水的蒸发热和冰点一般都高于有机溶剂，因此水性涂料中水分的挥发速率易受到现场环境温度和湿度的影响，尤其是在低温高湿环境中，涂膜的固化过程明显减缓，作为溶剂的水分过慢挥发将会导致由收缩而产生的内部应力，并对涂层的附着性能、耐水性能、机械和化学特性产生负面影响。

冬天，室外施工区域温度通常是全天都低于10℃的，低温导致涂料黏度增大，难以正常施工，需要添加额外的稀释剂来降低黏度，但这又会增加涂料产生流挂的风险，而通过对涂料的加温可降低涂料黏度，提高施工效率。通常，本公司对涂料的加温采用两种方法，即防爆空调房储存和现场使用前水浴加温，一般把涂料加热到15℃-25℃时施工效果最佳。

图3-5 水性涂料施工前水浴加热

构件进车间内进行涂装也是解决冬季外场低温施工时风险的有效途径之一，既能减少涂料中VOCs的露天无处理排放，又能通过车间的温控系统对温度和湿度进行实时调节控制，避免涂料在低温高湿环境下涂装的各类质量风险。构件进车间施工相关数据。

图3-5 空调房内喷涂水性涂料

箱体内涂料喷涂至固化阶段均需通风，根据以往经验，大小不同的构件及环境温度湿度会有所差异。建议待2小时表干后，以每公升涂料12立方米的通风量、持续4-5小时为佳，并且送风与排风必须均衡搭配使用。另外，涂料固化过程中挥发的水蒸气上升到箱体顶部会发生冷凝现象，可以在箱体顶部区域放置抽（吸）风管，形成在低处进风口送风、在高处出风口排风的最佳风道，以此保证通风的质量。

解决方法：对涂料进行加热，构件进车间施工，冬季等低温天气需要对涂料进行保温储存，有条件的可使用防爆空调进行存放，若现场使用水浴加热器。

4.结论

综上所述，水性涂料因其特性在施工过程中会出现各种涂层弊病，在严格按照要求进行施工并做好固化过程中温度湿度和通风控制，在水性涂料自身性能的不断完善下，水性涂料的施工前景将更加广阔。

【参考文献】

[1]李荣俊编著.重防腐涂料与涂装[M].北京：化学工业出版社，2014: 142.

[2]刘新编著.防腐蚀涂料涂装技术[M].北京：化学工业出版社，2016：103.