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摘要：指出了熱鍍鋅鋼管的防腐蝕優(yōu)勢，分析了粉末涂料在熱鍍鋅鋼管表面附著力差的原因。通過對粉末體系的篩選，樹脂的選擇，以及脫氣劑、硅烷偶聯(lián)劑等助劑的添加，最終得到在熱鍍鋅鋼管表面具有優(yōu)異水煮附著力的粉末涂料產(chǎn)品。

0.引言

人們很早以前就認識到鋅對于鋼鐵有著優(yōu)異的腐蝕保護性能涂料在線coatingol.com。早在1840年，熱浸鍍鋅工藝就在法國首先開發(fā)出來，用以保護鋼板和鋼管。此項工藝技術(shù)經(jīng)過不斷改造，至今仍廣泛使用。20世紀40年代和50年代，澳大利亞和美國的工程技術(shù)人員先后研制成功了富鋅漆，使“冷鍍鋅”成為可能[1]。冷鍍鋅和熱鍍鋅在本質(zhì)上是不同的，冷鍍鋅是把鋅鹽溶液通電進行電解，將其中的鐵離子和鋅離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，操作環(huán)節(jié)少，過程簡單，但是由于冷鍍鋅再加工的過程中不需要進行加熱，所以冷鍍鋅上鋅量要比熱鍍鋅少很多，所以冷鍍鋅的耐腐蝕性比較低，在遇到油污、潮濕等惡劣的環(huán)境時，耐腐蝕性就會變?nèi)酢Ｋ栽诳垢g的管道產(chǎn)品中，一般選擇熱鍍鋅。在熱鍍鋅的制作過程中，一定要嚴格控制工藝，保證鍍鋅層的質(zhì)量，尤其是附著力。若是鋅層出現(xiàn)脫落的現(xiàn)象，便會導(dǎo)致鋼板裸露，失去防腐效果[2]。隨著鋼管耐腐蝕要求的提高，結(jié)合現(xiàn)有的涂裝技術(shù)，一些涂覆鋼管廠提出“鋼管+鍍鋅層+粉末涂層”的三層防護。由于鍍鋅管是在鋼管表面覆蓋了鋅層，鋅的電極電位高于鋼鐵，鋅層與大氣在腐蝕的環(huán)境中形成了一層鈍化膜，一定程度上減緩了鋼鐵的腐蝕。粉末涂料涂覆于鍍鋅層之上，根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的需求，可定制防腐、耐候、耐熱、耐化學(xué)品等性能優(yōu)異的粉末涂料產(chǎn)品，為鋼管增加了一層的防護。因此，“鋼管+鍍鋅層+粉末涂層”構(gòu)成的三層防護系統(tǒng)，進一步延長了鋼管的使用壽命。

1.試驗部分

1.1 試驗原材料

環(huán)氧樹脂A，環(huán)氧樹脂B；酚類固化劑；雙氰胺；聚酯樹脂A、聚酯樹脂B、聚酯樹脂C、聚酯樹脂D、聚酯樹脂E、聚酯樹脂F(xiàn)；流平劑；填料；聚乙烯蠟A；聚酰胺蠟B；硅烷偶聯(lián)劑。

1.2 涂料的制備

按照配方準確稱取各成分原材料，放入混合機中高速混合，然后通過雙螺桿擠出機擠出冷卻，將冷卻后的料片經(jīng)咖啡磨粉碎后用180目篩網(wǎng)過篩得到成品粉末涂料。

1.3 工件的制備

工件類型：DN=50 mm鍍鋅鋼管；前處理方式：輕噴砂，除去鋼管表面的氧化鋅等雜質(zhì)，保留鋅層；噴涂工藝：15 min@180 ℃預(yù)熱、20 min@200 ℃后固化；涂層厚度：250~350 μm。

1.4 檢測方法

1.4.1 鍍鋅層性能檢測方法實驗采用的熱鍍鋅鋼管的鍍鋅層性能應(yīng)符合標準GB/T 3091—2015《低壓流體輸送用焊接鋼管》中條款5.9關(guān)于鍍鋅層的要求。

1.4.2 粉末涂層性能檢測方法

參照CJ/T 120—2016《給水涂塑復(fù)合鋼管》的標準要求，制作工件進行24 h@95 ℃水煮附著力檢測，劃一個15mm×30 mm的長方形進行評級。

按下列分級標準評定長方形內(nèi)涂層的附著力等級：

1級—涂層明顯地不能被撬剝下來；

2級—被撬離的涂層小于或等于50%；

3級—被撬離的涂層大于50%，但涂層表現(xiàn)出明顯的抗撬離性能；

4級—涂層很容易被撬剝成條狀或大塊碎片；

5級—涂層成一整片被剝離下來[3]。

需要特別指出的是，CJ/T 120—2016標準中檢測的是鋼管內(nèi)涂層的附著力，本實驗參照該標準的檢測方法，均測試鍍鋅鋼管外涂層的水煮附著力。

2.結(jié)果與討論

2.1 粉末涂料在熱鍍鋅鋼管上附著力差的原因分析

眾所周知，粉末涂料在鍍鋅管上的附著力，尤其是水煮之后的附著力，在行業(yè)中一直是一個難題。但在鍍鋅管產(chǎn)品中，若鋅層或粉末涂層的附著力出現(xiàn)問題，對鋼管的防護作用將大打折扣。查找大量文獻發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致粉末涂料在熱鍍鋅鋼管上附著力差的原因主要有：

(1) 鍍鋅工藝的影響：鍍鋅前，基材表面的殘留物過高會導(dǎo)致鍍鋅層脫落，鋼管在退火爐中停留的時間過長并在進入鋅鍋后具有較高的溫度也會在一定程度上造成鋅層的脫落等；

(2) 鍍鋅層太厚，鍍鋅層中混入氣體，烘烤時膨脹，導(dǎo)致涂層表面出現(xiàn)大量針孔，嚴重時造成涂膜脫落；

(3) 鍍鋅層具有一定的活性，在高溫下易與粉末涂料中部分基團發(fā)生反應(yīng)，影響涂層固化，導(dǎo)致涂層附著力下降；

(4) 鋅的二次生成物，堿式復(fù)鹽易溶于水，水煮后膨脹，影響涂層附著力。

2.2 粉末體系對鍍鋅管附著力的影響

在我們常見的粉末涂料各體系中，聚酯羥烷基酰胺體系固化過程有大量水分子放出，造成針孔，不利于厚涂；丙烯酸、聚氨酯、氟碳等體系成本較高，通常也不用于管道的涂裝；所以實驗選取了環(huán)氧雙氰胺、環(huán)氧酚類、環(huán)氧聚酯體系和聚酯TGIC體系進行對比，各粉末體系配方、固化涂層在鍍鋅鋼管上的水煮附著力性能檢測對比，如表1和圖1。

實驗結(jié)果顯示：環(huán)氧雙氰胺體系、環(huán)氧酚類體系、環(huán)氧聚酯體系在輕噴砂的熱鍍鋅鋼管上經(jīng)95 ℃水煮24 h后測試附著力，涂層成一整片被剝離下來，附著力評級均為5級；而聚酯TGIC體系水煮附著力較好，表現(xiàn)出明顯的抗撬離性能，附著力2級。

為防止實驗出現(xiàn)偶然性，影響結(jié)果判定，按上述配方和工藝條件，再次進行驗證實驗，檢測結(jié)果與上述實驗一致。

2.3 聚酯種類對鍍鋅管附著力的影響

上述實驗發(fā)現(xiàn)，聚酯TGIC體系在輕噴砂的鍍鋅鋼管上經(jīng)95 ℃水煮24 h后，附著力較好。在此基礎(chǔ)上繼續(xù)開展實驗，考察不同種類聚酯對鍍鋅鋼管附著力的影響。具體實驗及檢測結(jié)果如表2和圖2。

實驗結(jié)果顯示：不同種類的聚酯在輕噴砂的熱鍍鋅鋼管上經(jīng)95 ℃水煮24 h后，附著力有較大的差異。其中聚酯樹脂B和聚酯樹脂C經(jīng)95 ℃水煮24 h后測試附著力，涂層成一整片被剝離下來，附著力評級為5級；而聚酯樹脂D、聚酯樹脂F(xiàn)和聚酯樹脂A相似，經(jīng)95 ℃水煮24 h后測試附著力，涂層表現(xiàn)出明顯的抗撬離性能，附著力2級。

2.4 脫氣劑對鍍鋅管附著力的影響

考慮到管件鍍鋅層中有氣體殘留，烘烤時若氣體不能及時排出，會增加涂層的孔隙率，進而影響涂層性能。實驗選擇水煮附著力較好的聚酯樹脂A，搭配市面上代表性的脫氣劑安息香、聚乙烯蠟A和聚酰胺蠟B，增加涂層脫氣性能，并檢測水煮附著力。實驗如表3和圖3。

實驗結(jié)果顯示：在經(jīng)輕噴砂處理的熱鍍鋅鋼管上，聚乙烯蠟A和聚酰胺蠟B的加入，影響水煮附著力，經(jīng)95 ℃水煮24h后測試附著力，涂層成一整片被剝離下來，附著力評級為5級，不建議添加。安息香的加入，可以提高涂層的脫氣性能，且對水煮附著力影響不大，可適量添加。

2.5 硅烷偶聯(lián)劑對鍍鋅管附著力的影響

查閱文獻發(fā)現(xiàn)，硅烷偶聯(lián)劑具有特殊的YSiX3結(jié)構(gòu)，作用機理如圖4，X通常是氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基等，這些基團水解時即生成硅醇[Si(OH)3]，可以與金屬基底有效地結(jié)合在一起；Y是乙烯基、氨基、環(huán)氧基、甲基丙烯酰氧基、巰基或脲基，這些反應(yīng)基可與涂料中的活性基團進行反應(yīng)而結(jié)合。因此，通過使用硅烷偶聯(lián)劑，可在無機物質(zhì)和有機物質(zhì)的界面之間架起“分子橋”，把兩種性質(zhì)懸殊的材料連接在一起，提高了涂層的性能，增加了底材和涂層之間的粘接強度 [4]。

實驗選擇水煮附著力較好的聚酯樹脂A和脫氣劑安息香，添加配方總質(zhì)量分數(shù)5‰硅烷偶聯(lián)劑、10‰硅烷偶聯(lián)劑與空白樣進行水煮附著力對比，實驗方案及性能檢測結(jié)果如表4和圖5~6。

實驗結(jié)果顯示：在輕噴砂處理的熱鍍鋅鋼管上，硅烷偶聯(lián)劑的加入，可以進一步提高涂層的水煮附著力。經(jīng)95 ℃水煮24 h后測試附著力，涂層明顯地不能被撬剝下來，附著力評級為1級。但是10‰硅烷偶聯(lián)劑的添加量，會降低粉末的T g，影響粉末的儲存穩(wěn)定性，同時增加了配方成本。綜合考慮，建議在配方中添加質(zhì)量分數(shù)5‰的硅烷偶聯(lián)劑。

3.結(jié)語

(1) 熱鍍鋅鋼管具有優(yōu)異的腐蝕防護性能，搭配粉末涂料組成的“鋼管+鍍鋅層+粉末涂層”的三層防護系統(tǒng)，進一步延長了鋼管的使用壽命。

(2) 因為鍍鋅工藝控制不當(dāng)，鋅層太厚、鋅層中混入氣體、加熱后氣體沖破涂層影響涂層致密性，金屬鋅活性高、高溫下易與活性基團反應(yīng)，鋅鹽膨脹等因素，粉末涂料在鍍鋅層上的附著力受到極大影響。

(3) 在常見的粉末涂料體系中，聚酯羥烷基酰胺體系固化過程有大量水分子放出，不利于厚涂；丙烯酸、聚氨酯、氟碳等體系成本較高，通常也不用于管道的涂裝；對環(huán)氧雙氰胺、環(huán)氧酚類、環(huán)氧聚酯體系和聚酯TGIC體系進行對比發(fā)現(xiàn)，聚酯TGIC體系在噴砂處理的熱鍍鋅鋼管上表現(xiàn)出優(yōu)異的水煮附著力。

(4) 不同種類的聚酯樹脂在輕噴砂的熱鍍鋅鋼管上經(jīng)95 ℃水煮24 h后，附著力有較大的差異。使用時要通過實驗謹慎選取。

(5) 在經(jīng)輕噴砂處理的熱鍍鋅鋼管上，聚乙烯蠟和聚酰胺蠟的加入，影響水煮附著力，不建議添加。安息香的加入，可以提高涂層的脫氣性能，且對水煮附著力影響不大，可適量添加。

(6) 硅烷偶聯(lián)劑具有特殊的YSiX3結(jié)構(gòu)，其中X代表烷氧基團，水解后生成的硅醇可以與金屬基底有效地結(jié)合在一起；Y是其他的活性基團，可以與涂料中的活性基團進行反應(yīng)。在輕噴砂處理的熱鍍鋅鋼管上，硅烷偶聯(lián)劑的加入，可以進一步提高涂層的水煮附著力。