新型耐高温阻烧延车间底漆的开发与应用试验报告 张涛1 ，张中秋 1 ，张驰 1 ，吴小成 2 ，王晓民 2 ，杜贵铅 2 ，郭利雄 2
(1.广州中国科学院工业技术研究院，2.广州中船龙穴造船有限公司；511458)
摘
要：通过改良优化配方，产品优化升级成功制备出新型耐高温阻烧延车间底漆，耐高温达 1200℃，烧延面积小，焊接性能好，大大减少二次除锈重涂的工作量，在很大程度上降低制造成本；耐高温阻烧延车间底漆施工操作简单、方便、环保，并且采用醇类溶剂作为稀释剂，对操作工人身体无毒害。该材料填补国内车间底漆应用中的诸多不足，具有广阔的市场前景和很高的经济效益及社会效益。
关 键词：车间底漆；耐高温性；阻烧延性；二次除锈重涂
Abstract: The new shop primer, which has excellent high temperature resistant performance and outstanding burnt extend resistant performance, was successfully prepared through improved formula and product optimization and upgrading. The workload of secondary rust cleaning and recoat and manufacturing cost were cut to the bone cause this new shop primer has an excellent high-temperature resistance(can arrive 1200℃), small size of burnt extend and unique welding performance. This new shop primer was comparatively simple to construct, convenient and environmentally friendly, what’s more, it is no risk to the operator. This new shop primer will make up some shortfall which issues from traditional shop primer, and will be wide market and vast economic and social efficiency. Key words: shop primer, high temperature resistance, burnt extend resistance, secondary rust cleaning and recoat
1 1. . 引言 车间底漆，又称预处理底漆或者保养底漆，是钢板或者型钢经抛丸预处理后在流水线上喷涂的一层防护涂料。车间底漆的主要作用是为经过预处理的钢材提供保护，防止钢材在储存、运输、加工，甚至到船台合拢期间产生锈蚀，从而大大减轻分段或船台涂装的工作量。因此被广泛应用于海洋船舶、海上石油平台、跨海大桥等大型钢结构的建造上 [1-4] 。
依据 GB/T 6747-2008 的规定，船用车间底漆分为含锌粉和不含锌粉两类。含锌粉底漆常用的有环氧富锌底漆和无机锌底漆(又称硅酸锌底漆)；不含锌粉底漆常用的是磷化底漆和环氧无锌底漆。国内造船企业多近海岸，周期较长，需要 6~12 月不等，且多为露天建造，因此，造船主要采用防腐蚀性能更佳的含锌底漆。而其中，无机锌底漆以其优良的导电性、防锈性、快干性，适应工厂车间预涂流水线作业的要求而被广泛使用 [5] 。
目前，国内普遍使用的普通无机锌车间底漆的效果并不十分理想 [5] ，焊切时在 400℃左右时就会汽化，变得千疮百孔，防护层很快失效。由于在焊切部位的漆膜有较大面积的损害而生锈；即使在漆膜完整的区域，在放置一段时间后也会有较多的“白锈”出现，因此增加了二次处理的时间和工料。
———————————— 作者简介：张涛，男(1986-)，北京科技大学硕士毕业，现从事新材料开发及海洋腐蚀与防护技术研究。E-mai:
本文中的耐高温阻烧延车间底漆是为适应现代造船业技术要求而设计研发的新一代车间底漆。其显著特点是：漆膜耐热性能优异、防锈性能优良，对焊接、切割无不良影响，施工性能良好。由于焊接、切割和火工校正部位的涂层烧损面积极小，可大大降低二次除锈和重涂面积，有利于降低造船成本，缩短造船周期。同时，由于涂层具有极好的耐热性能，切割或焊接作业时，几乎不产生烟雾，可以有效防止操作工人患上“锌热病”，从而降低职业病的危害。
. 2. 实验方法 2.1 耐高温阻烧延车间底漆的制备 2.1.1 A 组分( ( 转化液) ) 的制备 将聚硅酸乙酯(Si-40)与乙醇、异丙醇按一定比例混合，加入一定量的氯化锌(ZnCl 2 )试剂，在缓慢搅拌的条件下滴加 5%磷酸-丁醇(或盐酸-丁醇)溶液，直至ZnCl 2 完全溶解，此时，聚硅酸乙酯开始水解，停止搅拌，放置 24h 后包装。
2.1.2 B 组分( ( 漆料) ) 的制备 首先，将乙醇、正丁醇按一定比例配成混合溶剂，在不断搅拌的情况下，缓慢加入聚乙烯醇缩丁醛，不能有包团现象发生，使其完全溶解。其次，将醇溶性有机硅树脂、环氧树脂与缩丁醛溶液按比例混合，在缓慢搅拌的同时，将 SF-612、SF-420、SF881B、SF-108、SF-118、TM-007 等助剂和 TM-490、TM-560(高温成膜剂)按投料比依次加入，在高速分散机上分散均匀后，
用篮式砂磨机研磨至≤20μm 细度。再次，将一定量的磷铁粉、超细锌粉加入研磨后的溶液中，分散均匀后，调整粘度，抽检合格后包装。
. 3. 性能测试 3.1 物理性能试验 将A组分(转化液)与 B 组分(漆料)按 1∶4混合均匀后，再加入一定量的稀释剂(乙醇、异丙醇与正丁醇按一定配比在配制成的混合溶液)调整粘度，在0.4~0.6MPa 压缩空气下进行喷涂，基材采用经过 # 400砂纸打磨后的马口铁片。
图 图 1 涂层物理性能测试 根据 GB/T 6747-2008、GB/T 1720-89、GB/T 13452.2、GB/T 1732-93 对涂层进行物理性能检测。图 1 是喷涂耐高温阻烧延车间底漆并进行常规物理检测后的照片。
# 1 是室温自然干燥后的涂层表面照片，涂层厚度为 18±2μm，从照片中可以看出，涂层表面平整，说明涂料有很好的流平性。
# 2、 # 3、 # 4 是涂层物理性能检测结果照片，涂层附着力测试(划格法)0 级，耐冲击性达到 50kg · cm，柔韧性 1mm，均满足或超过国家标准的规定要求。
3.2
耐 腐蚀性能试验 根据国标 GB/T 1771-2007 对耐高温阻烧延车间底漆涂层做盐雾加速腐蚀试验。
图 图 2
h 500h 盐雾试验试样表面电 镜 照片
a. 盐雾试样； b/c. 金相显微镜照片
图 2 为测试样经过 500h 盐雾腐蚀试验的表面电镜照片和局部放大照片( × 50)。从表面电子照片(a)中可以看出没有划痕的试样表面完整，没有明显的腐蚀痕迹，而带划痕的两块试样都有明显的锈迹，尤其是划痕处有较多的锈迹，表明由于划痕造成涂层的不完整，腐蚀优先从划痕处开始。(b)图为没有划痕试样在金相显微镜下放大的照片。从图中可以明显看到经过500h 后涂层依然保持完好，没有破坏，没有出现锈点；(c)图为试样划痕处在金相显微镜下放大的照片，从图中可以看到划痕处受到了较严重的腐蚀，但是腐蚀并没有明显向划痕两边扩延的趋势，表明耐高温阻烧延车间底漆有着良好的耐盐雾腐蚀性能。因此，结合(a)图和(c)图可以得知带有划痕的试样划痕处附近的锈迹并不能代表该区域受到了严重的腐蚀，而是由于划痕腐蚀产生的锈迹流淌到涂层表面所形成的。
3 3 .3 氧- - 乙炔火焰切割 试验
为了验证耐高温阻烧延耐车间底漆的工艺性能，图 3 是现场工程师对涂装传统车间底漆(a)和耐高温阻烧延车间底漆(b)的钢板进行氧-乙炔火焰切割试验。
2 3 4 1 (a) (b) (c)
图 图 3 阻烧延耐高温车间底漆氧乙炔火焰切割试验
从图中可以明显看出传统车间底漆在经过火焰切割后单边烧延为 4cm，双边烧延为 8cm；而耐高温阻烧延车间底漆的单边烧延仅为 1cm，双边烧延仅为2cm。
因此，耐高温阻烧延车间底漆比传统车间底漆的阻烧延性能提高了75%。并且传统车间底漆在进行氧乙炔火焰切割时产生大量的烟雾，严重影响工人的身体健康；而耐高温阻烧延车间底漆在进行切割时几乎不产生烟气，既保护了工人身体健康，也减少了锌的汽化量，使涂层能够对基材提供长效保护。耐高温阻烧延车间底漆是在传统车间底漆的基础上通过技术集成创新、产品优化升级，针对传统车间底漆的种种缺陷而设计研发的，通过不断地配方优化试验，按照国家标准对产品进行严格测试，使产品的性能不断提升。因此，耐高温阻烧延车间底漆有着较强的实用性和对传统产品的替换性。
. 4. 结果与讨论 耐高温阻烧延车间底漆之所以比传统的车间底漆在性能上有很大的提高，主要是因为耐高温阻烧延车间底漆通过新材料的开发与应用，突破了传统车间底漆所遇到的技术瓶颈。
首先，采用磷酸水解聚硅酸乙酯。传统的硅酸乙酯的水解一直都是以盐酸为催化剂，但是，盐酸是一种强酸，并且在水解后的硅酸乙酯溶液中会有氯离子的残留，由于氯离子对金属有着较强的腐蚀作用，因此，用盐酸水解的硅酸乙酯配制成的车间底漆会首先受到氯离子的腐蚀，并且是从涂层内部腐蚀，更容易使涂层失效；而磷酸是一种弱酸，并且对金属有磷化作用，使金属表面生成一层磷化膜，可以和涂层一起对金属进行保护，因此，新型耐高温阻烧延车间底漆能够保护钢材长达 6~12 个月。
其次，硅酸乙酯水解液是一种无机硅树脂。无机硅树脂具有耐高温、硬度高等特点，但同时脆性较大；而有机硅树脂是一种以Si-O-Si为主链的线型聚合物，具有突出的热稳定性和很好的柔韧性。新型耐高温阻烧延车间底漆采用有机硅树脂改性硅酸乙酯为基料，涂层有良好的结合力和优异的柔韧性，弥补了传统的无机锌车间底漆附着力和柔韧性欠佳的缺陷。
再次，新型耐高温阻烧延车间底漆采用珐琅质材料(TM-490、TM-560)作高温二次成膜物。普通硅树脂最高使用范围 300~400℃，超过此温度范围，硅树脂就会逐渐分解失效。而高温二次成膜剂恰好接续了硅树脂膜在高温下的失效过程形成新的保护膜(一种瓷膜)。并且在熔融状态的瓷膜包覆着锌粉粒子，隔绝空气，阻止锌粉的氧化，在氧-乙炔火焰切割或焊接时几乎不产生烟雾，大大改善了工人的作业环境，同时也减少了环境污染。因此，推广使用新型耐高温阻烧延车间底漆，可以体现企业“以人为本，保护环境”的绿色经营理念。
. 5. 结束语 综上所述，新型耐高温阻烧延车间底漆采用耐高温树脂作为成膜物、降低锌粉含量，通过有机硅树脂对聚硅酸乙酯改性，并且以珐琅质材料为高温二次成膜剂，使涂层体系具备了优异的工艺性能。涂层的耐热性能达到 1200℃以上，烧损面积比传统涂层缩少了四分之三，重涂面积减少了 75%，大大节省了材料消耗，降低了制造成本。
广州中国科学院工业技术研究院与广州造船龙穴造船有限公司以产学研合作形式开展的“海洋与船舶腐蚀与防护新技术与产品集成研发”的联合攻关项目，“E0611 耐高温阻烧延车间底漆”是其中新技术产品之一，积极推广应用，替代传统无机锌车间底漆，将会产生巨大的经济效益和良好的社会效益。
(b) (a)
参考文献 [1] 李敏等．车间底漆的研究进展及发展趋势[J]．涂料技术与文摘，2008,(8)：11-14． [2] 戚欣海．上平台涂装施工中车间底漆保留条件的探讨[J]．腐蚀与防护，2011,32(1)：63-65． [3] 刘新．水性无机硅酸锌车间底漆[J]．中国涂料，2007,22(7)：50-51． [4] 张静．无机硅酸锌车间底漆在冶金设备涂装中的应用[J]．现代涂料与涂装，2011,14(6)：38-40． [5] 李梅林．新一代的耐高温车间底漆特点及其应用[J]．上海造船，2007,(1)：50-51． [6] 徐清钢．有机硅树脂的制备与改性研究[D]．山东轻工业学院，2010． [7] 董晓娜等．新型无溶剂有机硅耐高温树脂的制备及性能研究[J]．广东化工，2010,37(3)：89-91．