05涂料技术.doc

Coatings Technology 1 (IPC) CD-Rom Project Module 5 Basic Level Page 23 腐蚀及腐蚀的控制许多物品和构件涂漆主要是为了装饰；即：改变其外观。使用保护涂料时，其目的则是为了保护表面免遭腐蚀。当然，大多数涂料施工在表面上起着保护和装饰双重作用。基本了解腐蚀过程将有助于使检查人员懂得为什么要使用保护涂料，并学会应用将碰到的各种配套。每个人都亲眼目睹过一种或多种形式的腐蚀。在工作场所和日常生活中有许多关于腐蚀的实例。定义NACE按如下定义腐蚀：腐蚀是一种材料(通常为金属)因与周围环境发生反应而变坏的现象。该定义范围甚广，并说明除了金属以外，其它材料例如：混凝土，木材和塑料等也会变坏或遭受腐蚀。对于本讨论，我们将主要关注用于建造业的钢材以及其它金属的电化学腐蚀。（在本大纲的高级单元中，我们将研究混凝土的腐蚀并发现钢筋混凝土的损坏往往由于增强(钢)筋遭受腐蚀而造成。）腐蚀是一种遵循科学规律的自然现象或过程，所以我们不应对腐蚀发生的现实情况感到惊奇。几乎所有材料暴露于自然环境中都会变坏。例如：铁或钢暴露于空气和水中时，我们会看到锈在几小时内逐步显现出来，出现我们所熟悉的红棕色氧化铁。有时甚至会在几分钟内产生腐蚀。如果是其它材料，例如：用铜，黄铜，锌，铝或不锈钢代替铁，也会发生某种程度的腐蚀，但可能所花时间较长。这些材料腐蚀速率降低的一个原因是由于铜，锌，铝或铬形成了保护性金属氧化物。这种氧化层虽然相当薄，但对不断的侵蚀形成了一种保护屏障，因而降低了腐蚀速率，使其几乎处于停止状态。这种自然过程称作钝化。无论是氧化物，碳酸盐，氯化物，硫酸盐，还是其它化合物，这一表面层的形成是耐腐蚀的主要因素，特别是如果表面层能有效地将金属与所处环境隔离开来。 这种自然形成的涂层必定是既具耐扩散性又具耐水性。不幸的是，铁或钢不形成这种有效的屏障。所生成的锈可渗透氧气和潮气，使钢材继续锈蚀。如果不另采取措施进行保护，金属最终必将遭至损坏。在大多数情况下，保护涂料用于在金属表面上生成人工保护层并延长金属的有使用寿命。通常认为金属的腐蚀与电化学有关。电流通过电解质，从金属的某些区域流向另一些区域，电解质即为任何能导电的溶液，例如：海水，硬水，甚至钢质底材上的潮气。注意：蒸馏水或去离子水不能有效导电，所以不能起电解质的作用我们称这种腐蚀过程为电化学反应(有时也称作电池作用)，这是一种涉及电流流动的化学反应。腐蚀电池的要素电化学腐蚀的发生必须存在四个基本要素:l 阳极l 阴极 l 金属通道(或外部导体)l 电解质我们可通过普通干电池的图画来说明这一腐蚀过程，干电池依靠电化学腐蚀产生电力。注意四个要素的存在。这里所展示的是:l 一个电解质(潮湿氯化铵和氯化锌)l 一个负电极(锌盒),在腐蚀电池中相当于阳极l 一个正电极(碳石墨),在腐蚀电池中相当于阴极l 一根导线，在腐蚀电池中相当于金属通道让我们仔细看一下每个部分。 电解质电解质是一种液体，或腐蚀介质，能导电。大多数电解质都基于水，实际上，电解质含有离子，这些离子为带正电荷或带负电荷的物质的颗粒。阳极阳极是金属遭受腐蚀的部分，即：溶解于电解质中。溶解的金属以正电荷离子的形式进行这项工作。留下的电子进入电解质，通常与电解质中的离子结合。他们存在于阳极表面上，导致紧邻区域进行负电荷放电。金属通道在电池实例中，阳极上的多余电子通过导线和灯泡流向阴极，点亮线路中的灯泡。当金属表面发生腐蚀时，总有一条金属通道，连接阳极(或阳极区域)至阴极(或阴极区域)。如果没有金属通道，就不会发生腐蚀反应。在电池实例中，没有连接阳极和阴极的连续金属通道(导线)在这种情况下，通过灯泡电池就不会放电。阴极阴极是电极上活性较小的区域(电极为金属表面，或在这种情况下是碳棒)，电子在该处遭受消耗。电反应在阴极处继续进行，确切地说，是阳极的对立面。该反应通常使电解质电离成离子形式，例如：氢离子(以气体释放)和氢氧根离子。这些离子常常与(阳极的)溶解金属结合形成诸如氢氧化亚铁(在铁或钢的情况下)，接着进一步反应变成氧化铁或锈。这样，腐蚀循环即完成。如果缺少腐蚀电池四个要素中的任何一个，都不会发生腐蚀。 钢结构上的腐蚀钢结构发生腐蚀时，腐蚀电池的四个基本要素都存在。 钢能导电，所以可在钢表面上的阳极区域和阴极区域之间提供其自己的金属通道。由于钢不是完全均匀和同质的金属，单块钢板表面上可有许多阳极区域和阴极区域。l 钢板l 传导电流l 提供自己的金属通道l 表面上有许多阳极区域和阴极区域l 腐蚀(当接触潮气时)阳极区域和阴极区域是由于钢板上各区域相互之间的电势不同(可能仅仅是微小的差别)所形成的。因此，在产生腐蚀电池的四个必备要素中，钢板已具备三个。这种相同情况也存在于大多数其它金属中。当裸钢板因露水或雨水变湿时，水可起着电解质的作用。 如果钢板暴露于大气中，大气中或钢板表面上的化学物质很可能与水相结合，在钢板表面上形成更有效的电解质。 水中的化学盐类(硫酸盐,氯化物等)产生电解质。活性随着盐类浓度而增加。纯水是一种很差的电解质，但如果存在化学盐类(例如：海洋环境中的氯化钠)，他们则会溶解于水，随着所溶解的化学物质浓度的增加，而产生更有效的电解质。盐(氯化钠)存在于海洋环境中，存在于油和气的生产及提炼所产生的水中，同时还存在于许多公路所使用的防冻盐中。其它常见的化学盐类还有从工业焚烧含硫产品所产生的硫酸盐。腐蚀产品在正常情况下，钢板表面阳极上的铁原子释放电子，作为腐蚀电路的一部分。电子通过金属通道抵达阴极。电离过程使电子通过电解质返回阳极，这样，就完成了整个电路。金属(铁)原子变成了带正电的亚铁离子，与阴极表面所产生的带负电的氢离子发生反应。亚铁离子和氢离子之间(在电解质中)的反应生成氢氧化亚铁。氢氧化亚铁再与氧气反应在钢板表面上生成氧化铁(锈)的表面层。也可能发生其它反应，这取决于金属，电解质以及存在于电解质中的其它可溶性化学物质。腐蚀电池腐蚀会发生在非常小的局部区域，可能比针尖还小。钢表面很可能有许多腐蚀电池，使锈看上去均匀地布满整个表面。如果阳极和阴极在一段时间内处于同一位置，那么腐蚀则集中于该处，而形成点蚀。点蚀麻坑形成后，腐蚀电池集中并固定在点蚀麻坑内，加速了该处金属的腐蚀速率。结果腐蚀在点蚀处渗入直至穿透金属。腐蚀会因氧化皮的存在而加剧。在新铁板和钢板上可见到以蓝黑色氧化铁层的形式存在的氧化皮，某些氧化皮甚至比母体金属还要坚硬。氧化皮对于铁板或钢板是正电，所以对其母体金属来说是阴极。当水分存在时，形成腐蚀电池，作为阴极的氧化皮则促进了作为阳极的裸钢区域的腐蚀。这就是为什么在涂料施工前要从钢板表面除去氧化皮的非常重要的原因之一。我们不希望加剧表面上的腐蚀或在涂层内留下活性腐蚀电池。环境因素对腐蚀的影响高湿度，潮气或死水会由于电解质的产生而引起腐蚀。钢板浸入水中，通常会遭受腐蚀。潮湿环境比干燥环境更易发生腐蚀。通过将密闭空间(例如：船舶的压载舱或储槽)的空气去湿，可降低腐蚀速率。氧气，和水一样，会加快腐蚀速率。腐蚀可发生在缺氧环境，但反应(和金属的损坏)通常要慢得多。在掩埋或浸渍条件下，与金属某一区域接触的电解质比与另一区域接触的电解质含有更多的氧。与较高氧气浓度接触的区域相对于另一表面来说是阴极。这样就形成了氧气浓度电池，导致腐蚀迅速发生。化学盐类，可通过增加电解质的效率而增加腐蚀速率。在部分国家，将盐(氯化钠)洒在路上用以溶化冰，这些盐会吸湿(即：将水从空气中吸去)，同时粘附在车辆或桥梁上，常年助长腐蚀的不断发生。低温下，腐蚀速率减慢；但在高温下腐蚀速率趋于加快。化学物质及气体，例如：硫化氢会与空气中或表面上的潮气反应，形成酸性或碱性溶液。酸性和碱性电解质都会加快腐蚀速率。环境与腐蚀腐蚀速率受环境影响。常见的环境条件有:（1）化学/海洋环境(海上钻油机和船舶) 这是一种很严酷的环境，导致非常迅速地锈蚀。空中浮游的盐类和化学污染物会加快腐蚀速率。高湿度和海水提供电解质，也加速了腐蚀过程。（2）化学/高湿度(沿海炼油厂)这是一种高腐蚀环境，由于气体，化学物质和高湿度环境都会促进腐蚀。（3）海洋/高湿度(平台管道飞溅区域) 这种环境由于存在潮气和盐粒子，提供了活性电解质。飞溅区域(通常规定为中潮至高潮以上12英尺之间的区域)是众所周知遭受高度腐蚀的区域。（4）化学/低湿度(内陆炼油厂) 低湿度环境比高湿度环境不易遭受腐蚀。但是，气体和化学物质都会加速腐蚀。（5）乡村地区/低湿度(内陆乡村铁路桥梁) 这种情况是这里所列五种情况中腐蚀最少的环境，因为空气清洁，无空中浮游物，而且不存在潮气，不能形成电解质。亚利桑那，怀俄明和西得克萨斯就属这样的乡村地区。这样的地区还有伊拉克和沙特阿拉伯的沙漠石油设施，以及大多数干燥和非工业化区域。腐蚀的影响腐蚀的影响包括对安全，费用和外观方面的影响。安全遭受腐蚀的结构物存在各种形式的不安全因素。必须支撑极端负载重量的桥梁和建筑物就是很明显的例子。 食品工业和饮料工业不允许发生腐蚀，因为金属腐蚀会污染产品，所以常采用涂料和衬里保护操作容器和金属制食品容器。费用重新涂装和处理锈蚀钢板的费用通常大大高于初期保护钢板表面免受腐蚀的费用。1994年一年，美国用于腐蚀方面的费用估计为3，000亿，约占国民生产总值(GNP)的4.5%。其它发达国家在腐蚀方面的费用在其GNP中也占相似的比例。外观脱皮的涂层和锈蚀的钢板在任何环境中看起来都十分刺眼。对于许多工程师或设施业主来说，油漆其建造物主要是因为外观上的原因。根据上述所有原因，可以说预防腐蚀的发生是极其重要的。液体施工的涂料引言本课程主要关注的是对施工在钢板表面上用于预防锈蚀或至少缓解锈蚀过程的涂料进行检查。用于该目的的大多数涂料都是传统型的，以液体形式提供并施工在表面上，然后变成固体保护涂膜。现在让我们集中注意力于这些涂料以熟悉一些常用的专用名词和概念。涂料专用名词常用的涂料专用名词有:l 颜料l 基料l 溶剂l 固化机理 l 涂料体系涂料的定义首先，让我们对涂料下一个定义。涂料是一种澄清的或着色的成膜材料，用以施工在表面上，保护表面免受环境影响。涂料的分类通常，涂料可分为有机涂料和无机涂料,大多数涂料为有机涂料。有机涂料由活的材料制成，例如：油桐树(桐油)，蓖麻子(蓖麻油)，亚麻子(亚麻油)，鱼(鲱鱼)，或由曾经活的材料制成，例如：煤，石油等,这些涂料都含有碳。无机涂料采用无机基料制成，例如：硅酸钠硅酸钙，硅酸锂和硅酸乙酯。(硅酸乙酯是有机物，不是无机物，但其通常包括在无机基料清单中。在硅酸乙酯锌涂料的固化过程中，乙醇挥发，剩下的亚铁硅酸锌基料是无机物。)涂料的成分传统型涂料有二种主要成分组成:l 颜料l 漆料颜料颜料是一种独立颗粒状固体，用于使涂料具备特定的保护性或装饰性。颜料不溶解于涂料；无论在液体涂料中或固体涂膜中，都保持固体状态，以独立的颗粒存在。颜料这一专用名词还用于描述惰性填充料，例如：白垩，滑石粉，或云母等，这些填充料用于改善涂膜的性质。填充料除了可增加涂膜的体积外，还可调节诸如光泽，密度或颜料体积浓度(PVC)等特性。 注意:我们将在本大纲的高级单元涂料技术2中再详细讨论这些性质漆料漆料是涂料的液体部分，由溶剂，基料和任何所需的液体助剂组成。基料这一词汇通常是指用以提供成膜部分的树脂或树脂混合物。基料和颜料组成了干涂膜。大多数涂料都以其成膜树脂(基料)命名。颜料的作用在涂料中加入颜料，可以:l 提供防锈性能l 降低涂膜的渗透性l 遮盖表面(不透明性)l 提供颜色l 保护涂膜免受紫外光和气候的影响l 增强涂膜的机械性能颜料还有其它作用，包括:l 自身清洁和控制粉化l 控制光泽较大颗粒的颜料可降低光泽l 有助于涂料基料的干燥l 提供所期望的面漆，例如：金属光泽或各种光泽l 有助于油漆的储存性l 增加粘稠度，便于施工厚涂层l 提供电化学效应，实现牺牲阳极保护作用l 增强层间附着力(增加颜料的尺寸也可增强对现有涂层的附着力)颜料品种数以百计，颜料的性质随生产商，生产方法和许多其它因素的变化而变化。商业上可供的颜料由美国国家色漆，清漆和喷漆制造商协会(the National Paint, Varnish, and Lacquer Manufacturers Association)在其颜料索引中公布。虽然颜料的危险性各不相同，但应将所有颜料都看作是有害的并采取合适的安全措施，避免摄入或吸入。例如：在将锌粉混入无机锌富锌涂料时应佩戴合适的防毒面具。颜料的形状颜料的形状是一个重要特性，它会影响涂料的物理性能。一些常见的形状有：（1）球状颜料球状颜料是块状的。通常加入颜色(例如：钛白粉)或属牺牲型的颜料(例如：金属锌)。在实践中，使用最多的是球状颜料。（2）针状颜料(针形颜料)针状颜料，例如：氧化锌或玻璃纤维，用于增强和巩固涂膜并提供色彩。过去，经常在涂料中加入石棉纤维，增加强度(内聚力及一些触变性)。虽然现已不再使用，但在进行涂装修补，除去现有涂层时，可能会发现石棉颜料。（3）片状颜料片状颜料，例如：云母，铝片，玻璃片和云母氧化铁，在涂料干燥时重叠在一起，增加了涂层的紧密度，使潮气不能渗透。漆料的组成漆料由基料(树脂)加上溶剂和助剂组成。这是液相涂料的所有构成成分，可划分为二个组成部分：l 非挥发性成膜部分(基料)l 挥发性溶剂助剂可能是挥发性的或非挥发性的，这取决于其在配方中的用途。基料树脂通常，按涂料的主要树脂命名涂料，例如：环氧涂料，乙烯涂料等(大约只有一种情况例外，那就是底漆同时也使用颜料名称时，例如：环氧富锌涂料或红丹涂料)。树脂可有天然树脂或合成树脂，但最普遍的还是有机物(即：基于碳的有机化合物)。大多数树脂需要添加溶剂以便于施工。为了在底材上形成保护性涂膜，基料树脂必须从柔韧的液体形式(便于施工)转变成粘着的固体形式，以附着在表面上并保护表面。正是由于这种从一种形式转变成另一种形式的能力，使得树脂适于用作涂料的基料。为了适于在防锈涂料中使用，基料应：l 具备良好的润湿性和附着性l 能抵御水蒸气和氧气通过l 能容忍施工过程中的变化l 能耐使用环境的化学和物理变化l 在可接受的时间内干燥，以防表面污染l 形成保持其使用特性(柔韧性，抗张强度，硬度等)的稳定涂膜在选择涂料的过程中，最关键的决定很可能即是对基料的选择。溶剂大多数涂料都含有溶剂。溶剂可分为：l 主溶剂(活性溶剂)l 助溶剂l 稀释剂溶剂因下列多种原因而加入涂料：主(活性)溶剂溶解树脂，制成树脂溶液并用作涂料的漆料。许多合成树脂都是固体的，包括大多数醇酸树脂，某些环氧树脂，氯化橡胶树脂和乙烯树脂。助溶剂通常与主溶剂一起使用，以帮助:l 使涂料易于施工l 控制挥发速率l 提高最终涂膜的质量稀释剂是诸如水这样的溶液，与活性溶剂一起使用，以稀释包装容器中的涂料。稀释剂不能溶解树脂。稀释剂与活性溶剂一起使用，可提供比仅用活性溶剂更光滑，更坚韧的涂膜。使用稀释剂(例如：水)作为辅助溶剂的技术，可用于生产诸如水稀释型醇酸或环氧等涂料。在某些情况下，稀释剂用于降低成本。在施工中，稀释剂应在大多数主溶剂挥发完之前离开涂膜，否则将产生劣质涂膜。溶剂在涂料中的使用量因树脂的类型和施工过程而变化。溶剂的使用量变化范围很广，在一些高固体环氧涂料中，几乎不含溶剂，而在象乙烯涂料(仍在世界上某些国家中使用)或磷化底漆中，溶剂用量可占漆料重量的约75%。 挥发份的含量采用漆料的重量百分比或体积百分比来表示。当以体积百分比为基础进行计算时，乙烯类涂料的挥发份可占涂料总体积的高达90%。注意:乙烯涂料中溶剂的高百分比含量(即：高VOCs)已降低了其在美国和其它国家的使用量。施工时在涂料中加入溶剂，将降低涂料的粘度以及采用普通施工方法所能取得的湿膜厚度。同样，由于稀释，干膜厚度也将降低(实际上是体积固体份百分比的降低)。这就是反对过度稀释涂料的主要原因，无论是在寒冷天气为能进行施工而稀释涂料，或是为节约的假象而稀释涂料。加入稀释剂同时还会增加溶剂残留的危险性，而在残留溶剂从涂料中挥发时，则会影响涂膜的形成。溶剂的特性溶剂有二个影响其在涂料中使用的主要特性：溶解力：溶解其它化合物(例如：树脂)的能力挥发度：在很大程度上决定挥发速率，即：溶剂离开涂料的速度。为进行施工而稀释涂料，只应使用涂料配套中规定的溶剂。如要使用不同的溶剂必须征得涂料生产商技术代表的书面同意。挥发速率溶剂的挥发度是仅次于溶解力的最重要的特性，挥发度在很大程度上决定挥发速率。二者之间不是正比关系，因为具有较强挥发度的成膜物降低了溶剂的释放速率。挥发速率影响涂料的流平，流动，流挂，湿边时间和光泽等特性。最佳挥发速率因施工方法不同而变化很大，喷涂最快，刷涂中等，流涂和带式浸涂的挥发速率最慢。挥发速率的变化还取决于所使用的是传统型有气喷涂，还是无气喷涂。如果采用浸涂或流涂施工，挥发速率会影响涂料的流挂性(在底部无滴挂)和色线现象。如果是烘烤型面漆，溶剂的挥发度则是引起起泡，缩孔和针孔的一个重要因素。溶剂的挥发速率范围有宽有窄，可进行选择以改善特定涂料的施工特性。表17按溶剂的化学分类列出了一些常用溶剂并展示了其闪点和挥发速率。挥发速率通常采用与醋酸正丁酯进行比较的方式来表示，醋酸正丁酯的闪点为38C(100F)并指定其挥发速率为1。挥发速率是在实验室条件下，由已知量的测试溶剂与已知量的醋酸正丁酯一起挥发来进行测定的。醋酸正丁酯的挥发时间(分钟)除以测试溶剂的挥发时间即为挥发速率。数值为0.5表示测试溶剂的挥发速度只有醋酸正丁酯的一半，而数值为4则表示其挥发速度是四倍之快。表中所展示的挥发速率只是指纯溶剂，而不是涂膜中所使用的混合溶剂。脂烃溶剂 这类溶剂也称作石蜡溶剂，这些溶剂属开链型化学结构(也称作直链型)。这类溶剂中最常用的是松香水和V.M and P漆用溶剂汽油。松香水有时也称作漆工用石脑油。它是一种高沸点石油产品，用于溶解油类，沥青和醇酸。表1列出了一些常用脂烃溶剂及其某些特性。表 1脂烃溶剂溶剂挥发速率(醋酸正丁酯 = 1)闪点 ()闭杯闪点仪硝基纤维素型涂料稀释剂 (Lacquer diluent)4.06C (43F)V. M. & P. 漆用溶剂汽油1.513C (55F)松香水200#溶剂汽油 (无味的)0.1055C (131F)芳烃溶剂这些烃类溶剂具有一个闭链，六碳基团(通常称作苯环结构)作为分子的主要部分。该族中最简单的化合物是苯，该族中还有甲苯，二甲苯和一些高沸点同系物。这些溶剂是活性溶剂，用于氯化橡胶，煤焦沥青和某些醇酸涂料，并与其它溶剂一起用作环氧，乙烯和聚氨酯涂料的稀释剂。表2列出了一些芳烃溶剂及其某些特性。表 2 芳烃溶剂溶剂挥发速率(醋酸正丁酯 = 1)闪点 ()闭杯闪点仪苯 (Benzene)5.012C (10F)甲苯(Toluene)2.05C (41F)二甲苯 (Xylene)0.628C (82F)高闪点石脑油 38C (100F) 注意:苯和甲苯过去使用很多，现因安全和对健康的危害性问题已限制使用。酮类溶剂酮类溶剂是丙酮族和甲乙酮等含氧的烃类溶剂。这些溶剂是乙烯涂料最有效的溶剂，并且常用于环氧树脂和其它树脂的配方中。表3列出了一些酮类溶剂及其某些特性。表 3 酮类溶剂溶剂挥发速率(醋酸正丁酯 = 1)闪点 ()闭杯闪点仪丙酮910C (14F)甲乙酮(MEK)44C (25F)甲基异丁基酮 (MIBK)1.622C (72F)甲基异戊基酮 (MIAK)0.540C (104F)环己酮0.254C (129F)二丙酮醇0.215C (59F)酯类溶剂酯类溶剂也是含氧的烃类溶剂，但酯类溶剂具有独特的，令人愉快的香蕉味。醋酸乙酯是一些合成树脂的极佳溶剂，包括：纤维素酯，丙烯酸，聚醋酸乙烯酯和聚醋酸丁烯酯等树脂。乙二醇乙醚乙酸酯(醋酸溶纤剂)大量用于热塑性丙烯酸面漆，并以甲基丙烯酸树脂涂料的最佳慢挥发溶剂而著称。和其它一些溶剂一样，由于安全和对健康的危害性问题，醋酸溶纤剂已不象过去那样广泛使用。 注意: 溶纤剂是Union Carbide公司的商品名称。酯类溶剂也用作乙烯涂料的助溶剂，并常用于环氧涂料和聚氨酯涂料的配方。表4列出了一些酯类溶剂及其某些特性。表 4 酯类溶剂溶剂挥发速率(醋酸正丁酯 = 1)闪点 ()闭杯闪点仪醋酸乙酯 acetate (95%)4.113C (55F)醋酸正丙酯2.318C (64F)醋酸正丁酯1.038C (100F)醋酸戊酯(95%)0.441C (106F)乙二醇乙醚乙酸酯(醋酸溶纤剂)0.257C (134F)醇类溶剂醇类溶剂是含氧烃类溶剂，是诸如酚醛等高极性基料的良好溶剂。某些醇类溶剂也用于环氧涂料。表5列出了各种醇类溶剂及其某些特性。表 5 醇类溶剂溶剂挥发速率(醋酸正丁酯 = 1)闪点 ()闭杯闪点仪甲醇6.016C (61F)乙醇2.324C (75F)丙醇1.031C (88F)异丁醇(91%)1.619C (67F)丁醇0.546C (115F)环己醇0.168C (154F)醇醚类溶剂/乙二醇醚诸如乙醚等醚类溶剂，因为非常易燃，所以通常不用作合成树脂的溶剂，但它们是某些天然树脂(例如:油和脂肪等)的极佳溶剂.通常用于保护涂料的醚类溶剂是醇醚，例如：乙二醇一丁醚，一般称作溶纤剂(UnionCarbide公司的商品名称)。在这一牌号下出售多种乙二醇醚。溶纤剂对于许多油类，树胶，天然树脂和诸如醇酸，乙基纤维素，硝基纤维素，聚醋酸乙烯酯(PVA)聚乙烯醇缩丁醛和酚醛等合成树脂都是良好的溶剂。溶纤剂挥发速度慢，在许多喷漆中用以改善流平性及光泽。溶纤剂与其它溶剂一起使用，有助于形成高闪点溶剂。表6列出了一些乙二醇醚类溶剂及其某些特性。表 6 醚醇(乙二醇醚)溶剂挥发速率(醋酸正丁酯 = 1)闪点 ()闭杯闪点仪乙二醇一甲醚 (甲基溶纤剂)0.546C (115F)乙二醇一丁醚 (丁基溶纤剂)0.0674C (165F)乙二醇一乙醚 (溶纤剂)0.354C (130F)乙二醇0.0674C (165F)其它溶剂四氢呋喃是一种具有极强溶剂特性的环状醚，用于溶解诸如丙烯酸酯，苯乙烯，聚氯乙烯，橡胶和环氧等树脂涂料。硝基烷也是许多合成树脂的良好溶剂。这一族的主要溶剂是2硝基丙烷，其低毒，挥发速率与醋酸正丁酯大约相同，用于溶解硝基纤维素，丙烯酸和环氧树脂；甲苯和2硝基丙烷混合在一起，是氯醋共聚树脂的极佳溶剂。表7列出了这些溶剂的特性。表 7 其它溶剂溶剂挥发速率(醋酸正丁酯 = 1)闪点 ()闭杯闪点仪四氢呋喃6.015C (5F)2硝基丙烷1.138C (100F)溶液析出当溶剂加入树脂，其量不断增加时，通常在某一点上树脂开始沉淀或析出。这种稀释极限值以沉淀开始时不挥发份的百分比来表示，通常是树脂与溶剂相容程度的一种指示。 使用了不正确的溶剂时，可见到粘质的，不规则状析出物。这种现象称作溶液析出。如果发生溶液析出现象，检查人员应阻止使用该涂料。在大多数情况下，这种涂料不能采用任何正常方法进行施工。美国关于挥发性有机化合物(VOCs)的规定大多数美国和其它国际团体都有限制排放至大气的挥发性有机化合物(溶剂)的规定。许多涂料制造商已重新制定了其产品配方以符合这些规定。在施工前加入溶剂稀释涂料，会使符合规定的涂料的VOC超过限定的数值，应尽可能予以避免。注意:这一问题在本大纲的安全单元中进行讨论。写这篇文章时，只有美国，英国和荷兰有适当的VOC规定。欧共体关于这方面的规定很快将会成为法律。涂装检查人员可能会被要求检查现场涂料是否符合VOC规定。如果允许进行稀释，而且已在现场稀释，检查人员则必须能测定稀释的最高量，以使其仍然符合VOC规定。为了进行这项计算，检查人员必须了解:l 所允许的VOC含量l 所加入的稀释剂的量l 活性/混合涂料的VOC溶剂的安全问题溶剂的安全问题有二种类型的危害需要予以关注：火灾危害和对健康的危害。火灾危害闪点溶剂的闪点是溶剂液面上存在的足够蒸汽可被着火源(例如：火焰)点燃的最低温度。除了明火外，着火源还有静电火花，鞋子上的铁钉和打磨操作所产生的火花，吸烟带来的火源或许多其它火源。闪点越低，从液体中释放的蒸汽量就越大，蒸汽点燃的危险就越大。可以说，溶剂的闪点越低，溶剂的易燃性就越高。爆炸下限(LEL)：是空气中的溶剂蒸汽可被点燃的最低浓度。爆炸上限(UEL)：是空气中的溶剂蒸汽可被点燃的最高浓度。对健康的危害虽然一些溶剂比另一些溶剂对健康更具迅速和直接的危害，但所有溶剂都对健康有害，因此应按规定使用。应始终穿戴经核准的防毒面具和防护服装，特别是当使用溶剂或在密闭区域工作时。注意在美国由国家职业安全与卫生协会(NIOSH)-核准防毒面具。由职业安全卫生局(OSHA)提供在工作场所保护工人的有关规定。由NIOSH提供安全工作所需要的设备和操作方面的建议。在讨论关于溶剂的安全问题时，你会得知下列一些专用名词：TLV允许浓度根据适用的安全规定(例如：OSHA规定)，工人在一段时间内许可吸入的空气中的气体或烟雾的浓度。TWA/TLV 时间称重平均值/ 允许浓度在规定时间内，例如：每天8小时或每周40小时，空气中的气体或烟雾的平均浓度。STEL/TLV 短期暴露允许值无论时间长短，工人许可暴露于空气中的气体或烟雾的最高浓度。重要注意事项: 必须谨慎管理所有溶剂。应按当地政府和联邦政府的规定储存溶剂。如果检查人员对任何现场的溶剂或涂料管理事宜或者对防护服装或防毒面具有任何疑问，应立即通知安全监督人员。助剂其它材料，其中有许多类似于颜料，但却称作助剂，因下列原因而加入涂料：l 调节稠度l 改善涂膜丰满度l 使涂膜导电(用于混凝土上)l 减少沉淀l 改善柔韧性l 阻止霉菌l 提供抗静电性l 提供耐磨性和防滑性 诸如砂子，金刚砂和氧化铝等助剂加入涂料之中可提供防滑性 诸如聚四氟乙烯(PTFE)或TFE碳氟化合物等特殊助剂加入涂料之中可减少摩擦固化进程引言基本了解涂料形成保护涂膜时其干燥和硬化的各种方式，对于涂料检查人员是很有用的。涂膜形成的方式将会影响涂料施工的许多实际问题。“固化”一词用于描述涂料从液体状态至固体状态这一进展过程。应注意的是“固化”一词在本文的上下文中可能会造成误解。该词汇较准确地用于描述了一种化学反应的结果，而许多涂膜的形成并没有这种反应。但常规用法使我们对所有成膜反应只适应一个词汇固化。了解固化的方式对于施工人员和涂装检查人员是很重要的。检查人员的工作可能是在进一步施工其它涂层前，证实所施工的各道涂层已充分固化，或确定涂层是否已可投入使用。有许多涂层必须在其完全固化以前进行复涂，这就可能会要求检查人员在复涂前证实涂层尚未完全固化。固化涂料的类型涂料制造工业认为涂料固化基本上可分为二大类：l 非转化型l 转化型非转化型涂料仅靠溶剂挥发而固化。非转化型涂料所使用的树脂在涂料硬化时不改变其化学结构，并且非转化型涂料可再溶于原先用于溶解树脂的溶剂。转化型涂料尽管其中也有挥发，但主要靠多种聚合类型中的一种进行固化。转化型涂料所使用的树脂在涂料固化时经历了化学变化，所以干燥的涂膜不易再溶于原来施工中所使用的溶剂。转化型涂料通常通过下列方式之一进行固化：l 仅靠溶剂挥发(例如：硝基纤维漆的干燥)l 溶剂挥发加上聚合反应非转化型(溶剂挥发固化)涂料仅通过溶剂挥发而固化的涂料是将树脂溶解于合适的溶剂中制成的，例如将乙烯树脂或氯化橡胶树脂溶解于甲苯或二甲苯中。施工时，这些涂料依靠简单的溶剂挥发形成涂膜。树脂保持不变，可再溶于其原来的烃类溶剂中，而无论涂膜时间有多久。挥发固化的涂料不应采用不同类型而含有强溶剂的涂料复涂在其上。因为上层溶剂会侵蚀底层涂料，引起再溶解和/或起泡现象。挥发型涂料可施工在不同类型的底涂层上。例如：乙烯涂料可施工在环氧底漆上。但是，如果环氧涂料表面坚硬而且光滑，则会导致层间附着力不好。为使涂料充分固化，所有溶剂必须全部挥发，所以挥发型涂料不应施工太厚的涂膜。如果施工过厚涂膜，可能会有溶剂残留在涂层内部。残留溶剂处在溶剂挥发后最终变为空隙，在完整的涂层上形成一个薄弱点。一些常见的仅通过溶剂挥发而固化的涂料有：氯化橡胶涂料天然橡胶或聚烯烃与氯气反应所形成的弹性体。这些材料必须采用其它耐性好的树脂进行改性，以提高固体份，降低脆性并增加附着力。氯化橡胶涂料往往固体含量较低(虽然也有高固体配方)，通常施工干膜厚度为1密耳至3密耳(25微米至75微米)的薄涂层。氯化橡胶大约在180(80)开始软化并在 257(125)分解。氯化橡胶涂料不应在环境温度高于140F(60C)的情况下使用。乙烯涂料将氯化聚乙烯共聚物溶于合适的溶剂，例如甲乙酮而制成。甲苯和二甲苯作为稀释剂与甲乙酮一起使用。乙烯涂料固体含量也较低，必须施工1密耳至3密耳(25微米至75微米)的薄涂层。丙烯酸涂料热塑性丙烯酸和甲基丙烯酸及其酯类，或丙烯腈的共聚物。这些涂料与乙烯涂料结合使用可提高其保色性及户外耐候性。沥青涂料通常是以天然状态(硬沥青)或石油蒸馏残渣而存在的产品(地沥青)。煤焦沥青是煤的干馏的副产品。虽然地沥青和煤焦沥青具有各自独特的性质，但许多工业用户还是将其都看作是沥青。地沥青涂料通过将铺路沥青溶解于脂烃溶剂(例如：松香水)中制成，而煤焦沥青涂料则是通过将煤焦沥青溶解于芳烃溶剂(例如：二甲苯或甲苯)中制成。地沥青涂料和煤焦沥青涂料都是高固体涂料，可成功地施工每道湿膜厚度为15密耳至25密耳(400微米至625微米)的厚涂层。由于美国联邦政府，州政府和地方政府关于VOCs(挥发性有机化合物)的现行规定，诸如氯化橡胶和乙烯类的低固体份涂料迅速退出市场。世界上的一些工业区域仍然在使用这些涂料，但是一些涂料用户认为，随着世界范围内对环境的关注，10年以后将不再供应这二种涂料以及大多数其它低固体份溶剂型涂料。当用于多道涂层体系时，溶剂挥发型涂料融合在一起，形成单一的固体涂膜，而不是层状涂膜。这些涂料的主要优点是易于维修涂装。溶剂挥发型涂料通常被看作是仍然保持了其原有的大部分特性，除非发生了化学变化，例如：紫外光的影响，增塑剂的渗移等。乳胶涂料凝聚是一种成膜机理，通常发生在挥发型固化涂料中。在这些涂料中，树脂颗粒被皂状材料包裹，然后分散于水中，水的作用是输送工具而并非真正的溶剂。这种混合物称作乳液。当水挥发后，树脂颗粒融合(凝聚)在一起，形成稳定的涂膜。 这些涂料一经固化，虽然会溶于强溶剂中，但不会再溶于水中。 凝聚型(挥发型固化)涂料包括：l 丙烯酸乳液l 乳胶乳液一些现代化水性涂料采用改性聚合树脂，例如：环氧乳液 就这些涂料说来，水挥发了并发生了凝聚，但随之而来的是部分聚合反应，形成了更具耐性的涂膜。水性涂料(例如：乳液)正在变得越来越重要，因其配制的高性能，耐化学涂料符合VOC规定。用于可称作乳液的涂料的树脂混合物通常是高分子量物质。在环氧乳液中，罐中的树脂分子量可能较低，但通过固化形成交联，达到高分子量。高分子量的树脂因其较高的分子量通常不易再溶解。使用水性涂料时，需特殊关注的事宜如下：这些涂料在完全固化前，不应暴露于诸如露水，雨水或喷雾之类的潮气中。如暴露于潮气中会出现条痕，可洗去和流挂等弊病，并对底材形成不合适的保护。液体成分在运输，储存，或施工时不应处于冻结温度之中。冻结很可能会破坏乳液，导致涂料组份分离。聚合固化型涂料当二个或更多树脂分子结合在一起，形成单个较复杂的分子时，就发生了聚合。聚合是一种化学反应，在反应中，许多称作单体的相似化学基团结合在一起组成了一个化合物。单体的主要特性有：l 内部稳定l 能以化学方式连接在一起树脂内部的单体在称作聚合的过程中连接在一起，是今日之涂料最常见的固化方式。聚合的类型聚合的发生有四种主要类型： l 氧气诱导l 化学诱导l 热诱导l 潮气诱导应该注意的是，其它形式的诱导反应也确实存在，例如：将玻璃粘合在一起时，某些粘合剂就采用紫外光诱导固化。聚合反应可形成长链分子(线状连接)或较复杂的三维分子(交联)。这种交联的结果形成刚性，三维分子结构作为底材上的涂膜。交联聚合过程越有效，固化树脂的强度就越大，耐化学性也就越好。例如：乙烯单体(C2H4)连接在一起，聚合成常见的聚合物聚乙烯，在聚乙烯中有多达1，400个乙烯单体连接在一起。聚乙烯是一种热塑性材料，可用于涂装埋入式管道，作为挤压护套，烧结粉料或胶带包裹。许多用于涂料的树脂是通过完成聚合反应进行固化的部分扩展聚合物。聚合反应可说成是生产合成树脂的反应，或者可说成是涂料混合及施工后的固化过程。聚合过程的一个重要特性是完全聚合物的玻璃化温度(Tg)。Tg关系到固化涂料的流动性和脆性；我们将在本大纲的高级单元(涂装技术2)中再进行详细讨论。随着时间的推移，有些聚合继续进行，涂膜变得更象玻璃，更坚硬而且弹性更小。这种作用可说成是提高玻璃化温度。氧气诱导聚合涂料这种类型的涂料通过称作氧化交联的过程利用大气中的氧气形成固体涂膜。由于为便于施工通常加入一些溶剂，所以该过程有溶剂挥发现象。许多氧化型涂料，例如：醇酸涂料的主要成分是植物油，象亚麻油，桐油，豆油和脱水蓖麻油，也有鱼油，象鲱鱼油。涂膜的形成依靠油与氧气反应生成交联状结构。为了加速油与氧气之间的反应，在生产中加入少量称作干燥剂的金属催化剂。常用的干燥剂有钴，铅和锰的化合物。 由于涂膜的形成依靠空气中的氧气进入湿涂膜与油反应，所以固化需花费相当长的时间。形成坚固的涂膜可能需要2天至好几天的时间。由于空气中的氧气只能进入涂膜表面，所以对施工的湿膜厚度(WFT)有所限制。最高湿膜厚度大约为5密耳(125微米)，相当于2至3密耳(50微米至75微米)的干膜厚度。如果湿膜厚度高于该数值，氧气不能完全渗入湿膜底部，导致涂膜顶部为固体，而底部为液体的状况。这样会使涂膜顶部(与空气的界面)缩拢和起皱，并要花费很长时间才能使底部涂层转变成固体状态(与底材或原有涂层的界面)。和大多数化学反应一样，反应速度随温度升高而加快。这样，温度高时，涂料干燥就快。由于反应依靠从空气中到达表面的氧气，所以定期更换表面上的空气也可加速反应。另一方面，如果由于湿度或其它因素，表面上形成了潮气薄膜，这将会降低吸收氧气的速度，也就延长了干燥时间。腊和油的污染将会产生类似的，但更显著的影响。氧化型涂料的生产商通常在涂料储存罐中加入少量物质阻止氧化反应。但这只在满罐时及在规定的储存期内才有效。如果从罐中倒出一些涂料并再将盖子封住，涂料将与罐中的氧气反应，在剩下的涂料的顶部形成一层坚固的漆皮。在使用涂料前，必须完全除去这种漆皮并过滤涂料。大多数氧化型涂料中所用的油类会与碱发生反应生成皂，该过程称作皂化。氧化型涂料通常不适用于会遭至严重腐蚀的环境。氧化型涂料不适于施工在诸如新的混凝土等碱性表面上，也不适于施工在诸如无机锌或热浸镀锌等锌涂装表面上，因为这些涂料会皂化并从底材上剥落。氧化型涂料的涂膜会受丙酮，甲乙酮，醋酸乙酯等强溶剂的侵蚀。这些溶剂会使涂膜发胀和起皱。通常不推荐在氧化型涂料的干膜上复涂含有强溶剂的涂料，例如：乙烯涂料和环氧涂料等。通过氧化作用而固化的涂料包括： l 醇酸涂料l 干性油涂料l 环氧酯涂料l 油改性聚氨酯涂料l 油改性酚醛涂料化学诱导聚合涂料这些涂料由树脂与固化剂，活化剂，转化剂或催化剂反应而形成。(注意：催化剂这一词汇有时用于表示活化剂或固化剂。事实上，催化剂用于启动或加速化学反应，或兼而有之，但催化剂不会成为最终产品的一部分。)通过化学诱导聚合而固化的涂料包括：l 环氧涂料l 聚氨酯涂料l 乙烯洗涤底漆(聚乙烯醇缩丁醛 PVB)这些涂料常常以二个或三个独立的成份供应，并在施工前于现场即时混合在一起。可对这些涂料的配方加以调节，产生以1:1为混合基础的独立组份，因为每个组份的体积相同。但是，通常较常见的是不同的组份具有不同的体积。较典型的混合比例为2:1,3:1,4:1，可能还有许多其它比例。热诱导聚合涂料通过热诱导聚合而固化的涂料包括：l 酚醛涂料l 环氧改性酚醛涂料l 硅涂料另一种热固化涂料是某种类型的粉末涂料，例如：熔融粘附环氧涂料，这种涂料将在本大纲(特殊涂料)的高级单元中进行讨论。烘烤型酚醛涂料和大多数硅涂料由其树脂在203F 至473F(95C至245C)的高温下交联而形成。这种称作缩合反应的交联过程，具有树脂聚合时生成水的特性。水解水解固化涂料由活性树脂与空气中的潮气结合形成坚硬的涂膜(耐化学侵蚀)。某些聚氨酯涂料和无机锌涂料就是通过水解过程形成的。涂料体系如下图所示，涂料有三种主要类型。单道涂层体系在单道涂层体系中，仅施工一层涂料。单道涂层最常用于：当仅需要短时间保护时，例如：当钢构件在工厂里涂装，只需保护至可进行适当喷砂清理时，然后在建造工地上再行涂装当施工涂层纯属装饰原因时，例如：涂装建筑物内部当涂料配方经特殊设计只用于单道涂层施工时，例如：煤焦沥青聚氨酯涂料或某些类型的富锌涂料单道涂层经常碰到的问题有：溶剂残留难于保持规定的涂膜厚度和涂膜的均匀性漏涂点比大多数涂料体系多一点的是，单道涂层可通过增加对焊接处，边和角的预涂大大改善其性能，但这在用户特别选择单道涂层体系时未必会发生。多道涂层体系多道涂层体系可由相同涂料一层以上的涂层所组成，通常以反差色进行施工。这种类型的体系通常可在涂料配方设计成同时用于底漆和面漆的时候见到。有多种漆系常常以这种方式施工，例如：环氧涂料。多道屏蔽涂层的使用是基于“不可渗透涂料”的概念。 屏蔽涂料应在表面上形成惰性屏蔽，不可渗透空气，水，氧气，二氧化碳，且不应让电子和离子通过。这种类型的涂料常用于浸渍使用，必须对所含的或周围的化学品呈惰性。屏蔽涂料必须：能抵御电流通过(即：具有良好的高绝缘强度)对所附表面具有良好的附着力 能很好地润湿表面，以防涂料底材界面上出现漏涂点不吸水或其它液体但是，应该记住的是，所有有机涂料都可渗透至某种程度。而上面所列出的这些性质都是所期望的，很可能不能完全达到其中任何一项。多道涂层体系也可由不同类型的涂料组成。不管何种类型的涂料一起使用，如要保证成功，这些涂料都必须相配套。这种类型的涂料体系(今日)最常在钢构件涂装中见到，例如：海上平台，通常有二种，偶尔也有三种不同类型的涂料。这种类型的体系有一个例子是：富锌底漆与环氧面漆，或环氧中间漆与聚氨酯面漆。底漆的类型底漆是用于多道涂层体系内部的一种涂料。底漆是施工在工件上的第一道涂层。底漆的作用是:附着在底材上为以后施工的涂料提供一个基础起着防锈剂，屏蔽涂料或牺牲阳极涂料的作用，保护底材免遭腐蚀底漆通常以其颜料命名，因为颜料在涂料中起着非常重要的活性作用。通常认为有三种类型的底漆：镀锌底漆(或牺牲阳极底漆)，防锈底漆和屏蔽底漆。镀锌底漆/牺牲阳极底漆镀锌底漆锌粉浓度高，很象镀锌，可对钢板底材进行活性保护。锌与钢板进行电接触，起着阳极的作用，牺牲自己，保护钢板。即使钢板表面有小面积的不连续处，例如：破裂或刮痕，镀锌底漆也可对钢板提供电化学保护。但这种保护有其局限性，只能从锌涂料的边缘向外延伸很短的距离。防锈底漆生产防锈底漆时，必须在涂料中加入防锈颜料。常用的防锈颜料有: 红丹 磷酸锌 偏硼酸钡 铬酸锶 铬酸锌由于许多传统防锈剂都基于重金属，所以防锈底漆的安全卫生事宜特别重要。屏蔽(非防锈性)底漆象大多数涂料一样，这种底漆也形成保护屏蔽。屏蔽底漆的范围可从高交联度的酚醛或环氧涂料到硝基纤维素型涂料。这些底漆与其面漆之间的唯一差别是对底漆配方进行了修改，以改善表面润湿性，因此也就提高了附着力。中间涂层(中涂层) 在多道涂层体系中加入中间涂层通常是为了增强整个系统的屏蔽特性。所有有机涂层都可渗透至某种程度，使水蒸气，氧气和其它蒸汽可透过固化的涂膜。虽然，一些树脂在这方面的性能比另一些树脂好，但大多数涂料体系随着颜料量的增加而更易渗透。中间涂层所用的材料通常加入某些颜料进行改性(例如：层状片状颜料)，以增加其耐水渗透性。由于使用了惰性填充料和增稠剂，提高了厚膜性，也增加了干膜厚度。在解释厚膜这一词汇时，应加以注意，因其无意间已有低渗透的意思，但事实上因为某些颜料的形状和数量可能会通过毛细作用促进水蒸气的传输。罩面涂层通常以罩面涂层的外观作为选择的条件。良好的保色性，不易粉化和高光泽都是通常所期望的。罩面涂层必须光