浅析环氧云铁中间漆 FH-FX3178

摘要

环氧云铁中间漆属于钢铁、混凝土重防腐涂料。国内市场上现有的环氧云铁中间漆，施工后容易产生气孔，层间结合力较差，短短几年后涂层就发生老化，并没有起到预期的防腐的性能。为了满足市场的需求，急需研发一种防腐性能优异、封闭性、层间结合力强的环氧云铁中间漆。为此，上海法赫采用优化的材料配方与制备方案，研发了一种双组份环氧云铁中间漆FH-FX3178，环氧云铁中间漆FH-FX3178具有防腐能力强、抗紫外线强，封闭性好，附着力强，寿命长（15-25年）等特点，可广泛用于桥梁、铁路等钢铁或混凝土结构的防腐。

关键词：钢铁重防腐、环氧云铁中间漆、锈蚀、涂层配套

1引言

桥梁钢结构的长效防腐工程是一个系统工程，直接关系到桥梁的安全运行与使用寿命。钢结构的腐蚀与防护成为当今材料科学、涂料工业、钢结构制造业等领域的重大课题，引起人们极大的重视。目前，钢结构防腐的方法很多，如热浸涂锌、喷涂冷涂锌或粉末涂料涂装、采用外加电流或安装牺牲阳极保护法，不同防腐方法的应用不同。其中，涂装防腐涂料方法通过把钢结构与外界的腐蚀介质隔离达到防腐的目的，应用最广泛。涂层用途钢铁的防腐往往是配套使用的，即防腐底漆涂料、防腐中间漆涂料和防腐面漆涂料。其中防腐中间漆起着过渡和连接底涂与面涂作用，另外起着抵御紫外线，抗渗等作用。防腐中间漆应用最多的是环氧云铁中间漆。

    环氧云铁中间漆是由环氧树脂、云母氧化铁、防锈颜料、固化剂、助剂和溶剂等组成，广泛应用于高性能防腐涂层的中间漆或封闭层，可以用于镀锌钢材及铝合金表面作底漆，也可直接涂装在经过表面处理的钢铁表面。环氧云铁涂料作为钢结构防护涂层已有百年历史，19世纪开始广泛用作桥梁钢结构长效防护涂层体系的中间漆，至今已有成百上千个大型工程案例。国际上用云母氧化铁制备涂料的历史，可追溯至1889年法国巴黎埃菲尔铁塔的涂装上，至今已有120多年，澳大利亚的悉尼港大桥、英国伦敦Tower Bridge 塔桥、Humler悬索桥、德国Wuppertal铁道，也均以云铁为防锈颜料配制的涂料进行防护。

环氧云铁中间漆组份中的环氧树脂具有附着力强、收缩率小、配套性好、耐化学性优的特点，而云铁具有抗渗性好、屏蔽性好、耐紫外线好的特性，两者结合相得益彰，因此，德国、英国、日本等工业发达国家都将环氧云铁防腐涂料作为长效、重防腐涂层体系的中间漆，既增强涂层的防腐性和整体性，也延长了涂层体系的维修周期，节约投资。目前环氧云铁中间漆与环氧富锌底漆，氟碳、聚硅氧烷、脂肪族聚氨酯长效耐候、耐久的面漆配套已成为全球特大型跨海大桥防护的金典涂层配套体系。涂装在日本兵库本四明石海峡大桥、常盘桥、多多良大桥、莱岛海峡大桥上，寿命达20年左右；英国的新前进公路桥、土耳其博斯普鲁斯桥采用云铁中间漆，寿命达15年之久，涂层风彩依旧；  

近年来，随着国民经济和基建设施建设步伐的加快，我国建造了大量的钢结构或混凝土桥梁，如杭州湾大桥、舟山连岛工程的5座大桥等。它们的建成有利于推动区间和国家经济发展，使我国的建桥技术达到了世界先进水平。在桥梁建设中，桥梁的防腐蚀涂料和涂装是桥梁养护工程的关键。20世纪，尤其进入21世纪，我国三大重点工程—奥运鸟巢、杭州湾跨海大桥、青藏铁路线上桥梁均采用环氧云铁中间漆，至今几乎囊括全国重大工程钢结构防护的所有涂层体系都无一例外地采用了环氧云铁中间漆。从广东虎门大桥、江阴长江大桥到南京长江二桥、大胜关长江大桥、苏通长江大桥，从重庆万州长江大桥、天兴洲长江大桥、郑州黄河大桥到舟山连岛工程跨海大桥等。

我国目前在建、已建的钢铁结构都需要进行钢铁防腐养护，国内市场上现有的环氧云铁中间漆，广泛存在施工后容易产生气孔，层间结合力较差，短短几年后涂层就发生老化，并没有起到预期的防腐的性能。为了满足市场的需求，上海法赫研制一种环氧云铁中间漆FH—FX3178，具有防腐能力强、抗紫外线强，封闭性好，附着力强，寿命长（15-25年）等特点，可广泛用于桥梁、铁路等钢铁或混凝土结构的防腐。本文主要研究内容：

（1）FH—FX3178环氧云铁中间漆的防腐功能和作用。

（2）影响FH—FX3178环氧云铁中间漆性能的因素分析。

（3）FH—FX3178环氧云铁中间漆的制备。

（4）FH—FX3173环氧富锌防锈底漆的施工和应用等。

2.环氧云铁中间漆FH—FX3178在防护涂层体系中的功能和作用

云铁的化学成分是a—Fe2O3，在云铁粉中含量达85%~90%，PH6.7~7.5，其片状结构类似云母，厚度仅几微米，具有优异的耐酸性、耐碱性、耐溶剂性、耐高温性（500℃）和防锈性，无毒性，我国的原料广、价格低。它在涂层中与环氧树脂结合，突出的功能和作用是：

1、片状云铁均匀分布在涂层内，可有效阻挡腐蚀介质对涂层的渗透，延缓介质对成膜物及被涂基材的侵蚀，提高涂层的防腐性能。

2、片状云铁的作用，涂膜表面有较好的粗糙度，有利于底涂层和面涂层的粘结，增强层间附着力。对于经典钢结构防护涂层体系的层间附着力大于等于10Mpa。

3、 在合成树脂中，环氧树脂的收缩率较低（0.3%），加入片状云铁，进一步降低涂层的收缩率。

4、在长效重防腐涂层体系中，片状云铁最重要的功能是抵御光线（紫外线）对涂层中合成树脂成膜的破坏。当今长效防护涂层体系为：富锌底漆—环氧云铁中间漆—FEVE氟碳面漆，由于氟原子电负性高，原子半径小，其与碳原子形成的氟碳键在有机化合物共价键中的键能最大。研究发现：在涂膜固化过程中，氟原子发生迁移而富集到涂膜表面，起到屏蔽保护作用，使涂层免受紫外线和化学介质的破坏、侵蚀。当紫外线照到FEVE外涂层上，除少量被吸收外，95%的紫外光透过FEVE氟碳面漆到达环氧云铁中间涂层，经片状云铁的屏蔽和反射，保护或衰减光对成膜物的破坏和老化，延缓涂层体系的使用寿命。如果不用片状云铁或者涂层中片状云铁的含量过低，环氧云铁中间漆的屏蔽功能下降，势必加速紫外光和化学介质对整个涂层体系的破坏作用。

实践表明环氧云铁中间漆在涂层配套防腐性能起着重要作用：如不涂刷氧化铁中间漆，在环氧树脂底漆上直接涂覆FEVE氟碳涂料，在室外条件下，不到一年，涤棉涂层间即产生粉状物，层间附着力也大幅下降。

3、影响环氧云铁中间漆FH-FX3178性能的因素分析

3.1环氧云铁中云铁含量对涂料性能的影响

片状云铁均匀分布在涂层内，可有效阻挡腐蚀介质对涂层的渗透，延缓介质对成膜物及被涂基材的侵蚀，提高涂层的防腐性能。更重要的是片状云铁可以反射紫外线能力，保护涂料免受紫外线的老化作用。这点和环氧富锌底漆相似，环氧富锌底漆中要求锌含量大于70%以上才能很好的发挥电化学防腐作用，对于环氧云铁中间漆，同样要求云铁含量达到一定量，一般云铁的含量控制大于50%。原联邦德国铁路系统防腐涂料TL91800规定：云母氧化铁涂料配方中云铁占总配方量的质量百分数为52%，云铁占颜料质量百分数为83.9，黏度60s。我国铁科院研发的云铁防腐涂料配方中，云铁的质量百分数为56%。

3.2环氧云铁中云铁的颗粒大小与形状对涂料性能的影响

云铁太粗（大于等于100微米），则涂层粗糙，既影响施工平整度，又消耗过多面漆；而云铁太细（细度小于等于50微米），则破坏片状结构，即丧失或减弱了其屏蔽作用。因此细度应控制在70~90微米左右合适。

云铁的形状采用鳞片状的原料，有相关研究发现鳞片状的云铁在漆膜中像鱼鳞状分布，增加了涂料的抗渗、抗紫外线能力。

3.3环氧云铁中间漆厚度与涂装道次对涂料性能的影响

当前重防腐工程施工中，为追求施工进度，要求中间漆一道喷涂厚度达120微米，甚至150微米，产品的不挥发成分大于等于80%，甚至达90%，产品的粘度大于100KU，而云铁的质量百分数降低到30%，甚至更低，片状颜料减少，其防腐性和耐久性也随之消弱。同时，对于一道成型厚的漆膜，由于涂料中有挥发性的溶剂，喷涂涂膜厚度越大，不仅固化速度慢，固化程度降低，而且溶剂逸出后，留下的孔隙、气孔，使涂层密实程度差，影响涂层的质量。

长效涂层体系设计中间层厚度120~150微米，两道次成型。每道次的涂层厚度60~75微米。

4、环氧云铁中间漆FH-FX3178的制备

环氧云铁中间漆FH-FX3178由环氧树脂、片状云母氧化铁、阻沉淀剂防锈添加剂、溶剂、固化剂等组成的双组份屏蔽性较高涂料。

   环氧云铁中间漆FH-FX3178是一种双组份防腐中间漆，包括A组份和B组份，A组粉包括固化剂、助溶剂、云母氧化铁、合金粉、纳米硫酸钡、分散剂、消泡剂、增稠剂等；B组份包括环氧树脂、中和剂、纯净水。

环氧云铁中间漆A组份的制备方法，包括如下步骤：

（1） 将环氧固化剂、助溶剂、分散剂、消泡剂加混合搅拌5-10min。

（2） 采用400-600转/分边搅拌边加入云母氧化铁、合金粉、纳米硫酸钡，并分散20-30min。

（3） 采用助溶剂将其他合金粉充分润湿后加入容器中，搅拌5-10min。

（4） 加入水性增稠剂、润湿剂，搅拌5-10分钟。

环氧云铁中间漆B组份的制备方法，包括如下步骤：

将环氧树脂加入容器中，采用去蒸馏水将中和剂稀释后加入环氧树脂中，将PH值控制在8-9之间，搅拌5-10分钟即可：

将A组份：B组份=100：30进行配比，喷涂施工。

5、环氧云铁中间漆FH-FX3178的特点

• 在喷砂钢板上具有优异的附着力，在适当处理的镀锌钢材及铝合金上也具有优良的附着力。

• 对富锌底漆及金属喷锌层附着力优良且兼具封闭性能。

• 具有良好的耐磨性、防锈性能和耐久性。

• 表面有一定的粗糙度。与环氧、氯化橡胶、聚氨酯等涂料，具有很好层间结合力。

• 由于其具有很好的配套性能，也可与醇酸系列涂料配套能达到良好的层间附着力。

• 由于它含有片状颜料，用可发挥优良的屏蔽效应，具有很好隔离防锈作用，也可直接作底漆使用。

• 涂层屏蔽性较高，较好的封闭耐热性和防腐蚀性能。

6、环氧云铁中间漆FH-FX3178的应用

FH-FX3178漆膜机械强度高，附着力强，具有较高的封闭性、耐热、防腐蚀性能好，在富锌底漆和钢铁的喷涂层上有优异的附着力和封闭性能，优异的耐盐雾、盐水性能，对工业和化学大气具有较好的耐候性、与后道漆具有良好的层间附着力，并具有优异的耐久性。可作为环氧富锌底漆等高性能防锈漆的中间漆层，可以增强整个涂层的保护性能，也可以作为钢铁上合金喷层的封闭涂层，也可用于混凝土结构的防腐。

下图是环氧云铁中间漆FH-FX3178在钢铁结构和混凝土结构上的防腐应用。

                               图1.环氧云铁中间漆的应用

6.1用于混凝土结构防腐涂料

混凝土结构采用涂料进行涂覆则可有效降低成本，不过现有的混凝土结构用的涂料使用效果不佳，对混凝土结构的防腐保护作用也较弱。

采用上海法赫研发的环氧云铁中间漆FH-FX3178进行配套养护方案：包括环氧封闭漆底层、腻子中间层、环氧云铁防锈漆中间层及氟碳面漆层，所述环氧封闭漆底层涂覆于所述混凝土结构外表面，所述腻子中间层喷覆于上述腻子中间层外表面，所述氟碳面漆层涂覆于上述环氧云铁防锈漆中间层外表面。通过环氧封闭漆底层、腻子中间层、环氧云铁防锈漆中间层及氟碳面漆层等复合层状结构使得混凝土表面具有优良的防腐防护效果。

6.2用于钢铁结构防腐涂料

环氧云铁防锈中间漆防腐性能优异，具有很好的配套性能，当前，国内外大型桥梁钢结构防腐配套主要有两种：第一种是重防腐涂料涂层体系，如杭州湾大桥扶栏的配套方案：第二种是电弧喷锌、铝层与防腐涂料形成的复合涂层体系，如川、鄂交界的四渡河特大桥钢箱梁外侧的配套。

表一、杭州湾大桥扶栏重防腐配套方案

前几年，我国很多桥梁钢结构采用了电弧喷锌、铝作为底层，复涂重防腐涂料。该复合涂层收到了很好的防腐蚀效果。如武汉君山大桥、上海棵株山大桥、巫山大桥等。总体上，我国大部分的桥梁钢结构还是通过重防腐涂料的配套涂层来进行防腐。

表二、四渡河特大桥钢箱梁配套方案

7、环氧云铁中间漆FH-FX3178的参数和技术数据

7.1环氧云铁中间漆参数

干燥时间

复涂间隔 

熟化时间（混合后）

适用期时间（混合后）

7.2环氧云铁中间漆技术指标

漆膜颜色及外观：各色（符合GSBG51001-94标准），漆膜平整

干燥时间（23±2℃）：表干≤2　　实干≤24（h）

粘度（涂-4杯23±2℃）: ≥60（s）

附着力: ≤2级

柔韧性: ≤1（mm）

冲击强度: ≥50（kg.cm）

耐盐水性（3%NaCl，25℃，72 hr） 不起泡，不生锈，不脱落

干膜厚度 30-60um

理论用量 90-180g/㎡

闪点 27℃

包装规格：甲组份20公斤罐装。乙组份2公斤罐装。

保质期：12个月。

8、环氧云铁中间漆FH-FX3178的施工与注意事项

8.1环氧云铁中间漆FH-FX3178的施工

    施工说明：表面处理—已涂装富锌底漆或铁红环氧底漆、红丹环氧底漆的表面。要保持被涂物表面清洁干燥，并除尽油污杂物。镀锌钢材用风动或者电动工具打磨除尽油污杂物和锌盐。对铝合金表面采用轻扫喷砂或用砂纸打毛，清扫干净，再涂此涂料。直接做钢铁底漆用时，喷砂处理达GB8923所规定的Sa2.5级或动力工具及手工除锈达St3级。

    配料：双组份A:B=100:30（重量比），甲组份开启包装后充分搅拌均匀。按重量比加入乙组份并再次充分搅匀，通过熟化后使用。

    施涂方法：

    高压喷涂（无气喷涂： 喷咀口径：0.4～ 0.5mm，喷出压力：20～25MPa；空气喷涂： 喷咀口径：2.0～ 3.0mm，空气压力：0.3～0.4MPa）、刷涂和滚涂。通常推荐客户在24小时-7天之内复涂。户外施工完毕之后应在7天之内复涂耐候性面漆。超出7天应对底漆、中间漆表面做彻底清洁并打磨再复涂。

    适用期：8h（20℃）温度越高，适用期越短。

    配套涂料：前道：铁红环氧底漆、富锌环氧底漆、红丹环氧底漆、无机硅酸锌底漆、环氧封闭漆等、亦可直接涂装在经过表面处理的钢铁表面或经打毛后的铝锌金属表面。后道：聚氨酯面漆、氯化橡胶面漆、丙烯酸面漆、环氧面漆、醇酸面漆等。

工具清洗：环氧稀释剂

8.2环氧云铁中间漆FH-FX3178的注意事项

    施工注意事项：底材温度需高于露点以上3℃。相对湿度不大于85%。施工与固化期间需通风换气，气温低于5℃时，不宜室外施工。室内施工应采取不影响安全的升温措施，或选用冬用型云铁环氧中间漆。在相对湿度大于85%的情况下，如果工期要求必须进行涂装，则在后道漆施工前，需用砂纸对前道涂层作打毛处理。

    该涂料为溶剂型涂料,为避免事故或危险发生,应采取最低限度的安全措施如下:

    1、此涂料为易燃物,并含有挥发性易燃溶剂,,故必须远离火星和明火,严禁在作业场所吸烟,并采取有效措施,防止火星产生(如采用防爆电器设备,杜绝静电积累,避免金属撞击等)本产品说明书中所列涂料及溶剂的闪点是引起燃烧的最低温度. 施工场所应尽量进行通风良好,为消除使用过程中的爆炸隐患,应保证足够的通风量以维持气体/空气比例不超过最低爆炸极限的10%,通常每千克溶剂需要200立方米通风量,(与溶剂种类相关)就能维持最低爆炸极限10%的工作环境。

    2、采取有效措施以防止皮肤和眼睛与涂料接触(如使用工作服,手套,护目镜,面罩及涂防护油等)如产品不慎接触到皮肤,应用温水及肥皂或适当的工业清洁剂彻底清洗,如眼睛受到污染,用清水冲洗至少10分钟,并立即就医。

    3、建议佩戴通风面罩以避免吸入漆雾和有害溶剂气体,尤其在通风不良环境下施工时,细心处理旧漆桶以免污染环境。

9、结论

上海法赫研发的FH-FX3178环氧云铁中间漆含有较高颜料体积浓度的片状颜料，成膜后颜料能平行定向重叠排列类似“鱼鳞片”的搭接结构，因此具有较高的封闭性、耐热性和防蚀性能（放总结里面）。同时具有环氧树脂的附着力强、收缩率小、配套性好、耐化学性与云铁的抗渗性好、屏蔽性好、耐紫外线好的特性，防腐寿命长（15-25年）等特点，可广泛用于桥梁、铁路等钢铁或混凝土结构的防腐。

参考文献

[1]马庆麟.涂料工业手册.化学工业出版社

[2]李国英,等.重防腐涂料[M].化学工业出版社

[3] 虞光年.防腐涂料和涂装[M].化学工业出版社