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水性铁锈转化底漆的性能优势
王峰 刘智韬
（上海路丰助剂有限公司，上海 200949）
摘要：新的高性能水性铁锈转化底漆由复合转化剂接枝的新型水性树脂组成，对锈蚀具有较好的转化效果，能够形成坚硬且附着力良好的耐腐蚀膜层，在大型钢结构件上替代喷砂、抛丸工艺，在不降低防腐能力的前提下，既能降低成本，又有极好的环保及社会效益。
关键词：铁锈转化防锈底漆 钢铁防腐 化学转化 水分散体树脂
1．前言：目前国内石油石化行业的储罐及大型机械设备、钢结构的防腐主要沿用喷砂或抛丸后进行涂装的老工艺,虽然防腐效果较好,但喷砂、抛丸工艺也存在着复杂结构件有死角、耗费电能高、粉尘污染、噪声污染、成本高等诸多缺点,而且仅能在新的储罐或设备安装前进行喷砂、抛丸，然后涂底漆再进行焊接安装，全部安装完成，最后涂装中涂和面漆。所以即使使用喷砂、抛丸也仅能用于新的储罐或设备，对大量的旧的已经锈蚀的储罐、设备或钢结构，由于不能拆卸，无法进行喷砂或抛丸，只能采用手工工具除锈，除锈效果很差。在400倍显微镜下观察锈层，可见锈层呈现为蜂窝状的海绵体，空隙内仍可以储存无机盐、水气、空气等腐蚀介质，所以在此基础上进行涂装，涂装效果可想而知。为替代喷砂、抛丸工艺及对旧储罐、设备、钢结构等翻新的需要，国内外都进行了水性铁锈转化底漆的广泛研究,已经形成商品化的产品也很多,但大部分效果都不理想,比较简单的配方有采用常温磷化液、硅溶胶、有机酸等单独或复配使用,这类产品对钢铁锈蚀的转化性能较差,成膜能力也较差,在市场上使用很少。稍微复杂一点的配方选用聚乙烯醇缩丁醛等水溶性树脂拼入磷酸和有机酸等,该配方储存稳定性差,长期保存有白色沉淀析出,树脂的性能差,膜层的抗性及防腐能力均不理想。要想真正使水性铁锈转化底漆的防腐性能接近或达到某些溶剂型涂料水平，必须选用疏水单体合成的水分散体树脂做配方， 但国内除我们以外还没有这类产品问世,影响了市场对铁锈转化产品的信心。我公司前后历经十年时间,开发出了采用改性的水分散体丙烯酸树脂与复合转化剂搭配的新一代水性铁锈转化产品,产品为白色乳状液,涂于铁锈表面后转化为黑色有机铁高分子化合物,其对基体附着力、防腐性、与其它涂层的层间附着力等综合性能优良,能替代喷砂、抛丸的涂装前处理工艺,通过对转化底漆转化后微观结果的观察，可见其已完全破坏疏松铁锈的蜂窝状结果，转化成坚实致密的实心膜层，有效防止了由于铁锈中储存的有害物质对涂层的由内而外的损害，可以在除锈等级St2级的钢铁表面经过复合涂装，达到长期的防腐效果。经过常州国家涂料质量监督检验中心测试,单独的底漆对锈蚀的转化层经养护后盐雾试验时间达72小时(GB/T 1771-91),3%盐水浸泡时间达320小时(GB/T9274-88甲法),好于一般的防腐底漆,现已在国内外很多重点项目上使用,取得了良好的经济效益和社会效益。
2．产品原理：其依靠高分子胶束上接枝的复合有机酸基团，将铁锈还原成具有防锈能力的钝化成分，同时高分子胶束在整个金属基体上发生分子级的重新排列，通过交叉成膜形成一张致密的大网，因为膜层直接与基材通过化学键结合，而且膜层的分子级重新排列使颗粒间几乎没有空隙，因此膜层具有高封闭性、高除锈性能、高附着力，从而彻底解决除锈后涂装前的二次生锈问题以及除锈不彻底造成短期内的二次腐蚀问题。
3．施工要求：
3.1基材的除锈标准：按照国际标准手工除锈至St2级即可
3.2水性铁锈转化底漆的施工要求：本产品原液使用，不允许在下雨的天气以及高湿度及气温低于露点条件下施工，由于WX－618是水性体系，干燥时间较长，在上述条件下施工会导致短时间内返锈。一般日平均气温高于25度（含25度），漆膜需养护不少于24小时。低于25度，养护不少于48小时。
4．水性铁锈转化底漆（WX－６１８）与红丹底漆、铁红底漆横切面微观结构比较：
实验方法：选取自然生锈半年以上的热轧铁板三块，将表面人工除锈至St2级标准，分别涂刷水性铁锈转化底漆、红丹底漆、铁红底漆，养护２４小时后涂刷绿色丙烯酸自干漆，养护２４小时后将三块样板分别切割一小块，将横切面用晶相砂纸打磨后由热塑型树脂镶嵌成标准试块，在６００倍光学显微镜下拍照。
三块样板效果分别见下图：
铁板金属基体
红丹底漆
铁锈层
单组分丙烯酸面漆

图１红丹底漆横截面微观结构

铁板金属基体
铁红底漆
单组分丙烯酸面漆
铁锈层

图2铁红底漆横截面微观结构：

铁板金属基体
WX-618底漆
单组分丙烯酸面漆

图3水性铁锈转化底漆微观结构

从以上图中可以明显看出，使用红丹和铁红底漆时，仅能覆盖铁锈，底漆和锈层无渗透及扩散层存在，这样即使涂装完成后，由于铁锈的蜂窝状结构内仍存在着大量的水分、氧气等腐蚀性介质，即使底漆已经将铁锈与大气完全隔绝，但由于铁锈内部腐蚀性介质的存在而造成腐蚀的继续发生，而WX－６１８水性铁锈转化底漆可以将锈层彻底转化，破坏了铁锈的蜂窝状结构，清除了铁锈中存在的氧气、水分等腐蚀性介质，将其转化为致密的高分子层，牢固附着于基材表面，整个封闭层致密性极高，对腐蚀性介质有更加优良的抗性。
５．成本分析
表一：除锈成本分析：数据来源《全国统一安装工程预算定额》（GYD-211-2000）（表１）
项目
手工
动力
喷砂
酸洗
WX－６１８
定额元/M2
５．５３
２．４８
２１．６５
３．６７
３．５
人工费占％
７７．８５
４８．２３
１３．１９
１６．４７
２５．００
材料费占％
２２．１５
２３．１７
７．７０
７８．７１
７５．００
机械费占％
０．００
２８．６０
７９．１１
４．８２
０．００
主要成本项
人工费
/
机械费
材料费
材料费
表二：底漆涂装成本分析（表２）
产品
项目
醇酸铁红底漆
酚醛红丹底漆
环氧富锌底漆
WX－６１８
处理面积M2
４－５
４－５
３－５
１６－２０

单位成本（元　/M2）　　　
２－２．５
３．５－４
６－１２
２．５

表三：喷砂后涂装WX－618的综合成本分析：
产品

项目
传统涂层
醇酸铁红底漆
WX－618水性铁锈转化底漆
（要求平整表面）
WX－618水性铁锈转化底漆
（非平整表面）
喷砂
Sa2.5级标准约20元
Sa1级标准约6元
（备注：Sa1级和Sa2.5级的差别在于表面是否存在氧化皮和锈蚀，Sa1级表面允许存在附着力良好的氧化皮或锈蚀，Sa2.5级表面无氧化皮或锈蚀，完全露出金属光泽，但由于喷砂本身的粗糙度在70-80µm,已超过附着力良好的锈蚀或氧化皮厚度，所以Sa1级和Sa2.5级的表面平整度基本相同）
不需要此工艺
电动钢丝刷去灰尘
不需要此工艺
不需要此工艺
0.5元
涂底漆
2.2元
2.5元
2.6元
防腐性能
一般（盐雾实验约30小时）
好（盐雾实验约72小时）
较好（盐雾实验约48小时）
环保性能
喷砂造成严重的粉尘污染，铁红醇酸底漆的溶剂对施工人员和环境均造成危害，且需要防火措施等
粉尘污染降低了60%，底漆为水性，保护施工人员和环境健康
完全无任何污染
总成本
约22.2元
约8.5元
约3.1元
结论
使用WX－618水性铁锈转化防锈底漆可以显著降低成本，提高施工效率，减少环节污染

从上表中可以看出，水性铁锈转化底漆（WX－６１８）无论作为除锈剂还是作为防腐底漆使用都具有明显的成本优势，而其除锈及防锈的二合一的功能更是使其成本优势明显。
表四：防腐能力比较
产品
项目
WX－６１８A高防腐型
C０６－１铁红醇酸底漆
红丹醇酸底漆
执行标准
QSVJD1-2006
HG/T2009-1991
HG/T3346-1999
实验方法执行标准
GB/T９２７４
GB/T９２７４
GB/T９２７４
实验方法
耐盐水性（浸入３％NａCI溶液中）
耐盐水性（浸入３％NａCI溶液中）
耐盐水性（浸入３％NａCI溶液中）
数据
３２０ｈ
标准要求不小于２４ｈ
标准要求不小于９６ｈ
从以上数据可以看出，水性铁锈转化底漆在锈蚀表面施工，其防腐性能仍远高于在喷砂等级达到Sａ２．５级的铁板上涂装铁红、红丹等传统防腐底漆的国家标准。
７．环保性能
水性铁锈转化底漆本身以水为溶剂，经过世界上权威的环保认证机构英国SGS和德国莱茵检测，不含重金属、联苯醚、甲醛等有毒有害成分，而且VOC极低，对施工者的身心健康及环境保护具有极为重要的意义，该产品如能在国内防腐行业广泛推广，将对降低能耗，降低粉尘污染起到明显效果，尤其是替代了传统的溶剂型底漆，使每年向大气的溶剂排放减少数十万吨，对减少光气的产生，保护臭氧层能起到积极意义。
８．施工案例
８．１广州某石油公司燃料油储罐防腐项目：
该项目的储罐都是旧罐，表面锈蚀较严重，原涂装方案是两道铁红底漆。业主要求新的涂装具有十年以上的防腐能力，方案如下：
1． 罐体用电动砂轮处理，去除所有的已产生鼓泡、松动的旧漆及浮锈。
2． 刷涂一道WX－618水性铁锈转化底漆。
3． 养护48小时后刷涂一道铁红防锈底漆。
4． 养护24小时后刷涂两道丙烯酸银粉漆。
以下为现场照片：

图4 涂装水性铁锈转化底漆照片

图5 施工完成的照片
8.2无锡洪富大桥护栏项目：
该桥护栏原防腐方案由无锡交通设计院设计，采用热镀锌防腐处理，委托无锡中瑞路桥公司进行生产。考虑到热镀锌工艺成本较高，无锡中瑞路桥公司委托无锡交通设计院对WX-618的性能进行评估，前后经过半年时间，进行了防腐性能、紫外光催化老化、各涂层层间附着力、耐冲击性能等的测试，证明WX-618完全能够满足设计要求，无锡交通设计院因此而变更了原设计，新的设计方案为：
3.1大桥护栏全部焊接完成后去除焊接的焊疤，将表面用砂纸打磨至St2级标准。
3.2刷涂一遍WX-618水性铁锈转化底漆。
3.3养护48小时后刷涂德国某品牌银粉防腐涂料一道。
3.4养护24小时后再刷涂德国某品牌银粉防腐涂料一道。
目前整个项目已经施工完成，其效果能够满足施工方要求，综合成本仅为热镀锌的20%。
以下为现场照片：

图六 大桥栏杆刷涂水性铁锈转化底漆并整体安装照片
8.3 成都某电力机械厂出口大型设备
该厂是隶属于国家电力公司的重点生产电站辅机及配件的专业厂，是具有现代化生产能力的国家骨干企业，由于该厂出口的机械设备上一直存在到目的地港口生锈问题，长期未能得到解决.经过现场分析，生锈主要是由于设备的结构尺寸大，所以氧化皮较厚，虽然经过喷砂，但氧化皮并不能彻底去除，而传统涂层必须在Sa2.5级钢铁表面才具有较好效果。由于WX－618对氧化皮有较好的转化能力，能解决现有问题。
以下为施工现场照片：

图七 出口设备涂装水性铁锈转化底漆效果图

综上所述，WX-618水性铁锈转化底漆显示了在防腐效果、施工便捷性、环保、降低成本等方面的综合优势，必将给钢结构防腐带来革命性的变化，为人类的健康和科技进步做出贡献。

作者姓名:王 峰 上海路丰助剂有限公司 021-66873218
刘智韬 上海路丰助剂有限公司 021-66873208
附：第一作者简介：王峰 1965年出生，本科学历，有二十几年表面处理产品的研发经验，1999年创建上海路丰助剂有限公司，目前已取得多项国家发明专利。