富锌底漆锌含量面面观
赛化云防腐蚀技术总监 51防腐蚀论坛资深版主 张作华
钢结构在大气环境中，防腐最为典型的涂层结构为富锌底漆，云铁中间漆，聚氨酯面漆或者其他耐候面漆（如丙烯酸，氯化橡胶，氟碳，聚硅氧烷等）。富锌底漆作为钢铁阴极保护首选底涂料被广泛应用于钢结构，储罐，管道，桥梁，海洋平台，高速铁路，风电塔筒，高压线杆等领域，特别是跨江跨海钢铁桥梁箱梁的底漆涂装保护，使用率几乎达到98%以上。富锌底漆除了对钢铁具有阴极保护作用外，还有屏蔽和自修复效果，在耐热性能，耐溶剂性能及耐化学品性能，导静电性能等方面具有诸多的优点，是名副其实的安全，环保，友好型防腐蚀涂料。
富锌底漆中锌粉的锌元素电位比钢铁低，因此涂覆富锌底漆后，钢铁作为阴极等到保护，从而阻止了腐蚀的继续进行，延长了钢铁使用年限。所以，锌含量对于阴极保护的作用非常重要；但是防腐界许多施工人员对于锌含量的认识比较模糊，经常误认为油漆中的锌粉含量越高越好。实际情况不是这样，因为富锌底漆中的锌含量是漆膜干燥后的实际含量，如果锌粉含量越高，油漆中的树脂含量就会降低，导致成膜物质减少，就会极大的影响油漆与钢铁之间的附着力。因此，富锌底漆的质量高低，实际就是平衡锌粉含量和树脂之间的比例关系。
除了锌粉含量的多少会影响防腐性能和附着力，另外锌粉中的锌的纯度也会对防腐性能产生影响，如果锌粉纯度不高，锌粉内部不同的金属同样存在着电位差，可能形成“二级原电池”加剧锌粉的自身腐蚀，消耗锌粉，从而降低了阴极保护的能力，导致涂层早期失效。富锌底漆中锌粉含量和全锌含量也是不同的概念，用于涂料中的锌粉不可能100%，它会含有一定的氧化锌，氧化铅，以及其他一些非金属成分和金属元素。富锌底漆中即使投入了90%的锌粉也不可能测出90%的锌粉，如果测量非常正确，也只能测出其中98%的全锌和96%的单质锌。此处所谓的“全锌”就是单质锌和化合物存在的锌（如氧化锌）在内的所有的锌元素；而金属锌就是指单质锌。一些国际国内标准规定了锌粉具体的“全锌”含量限制，如ASTM D520-2005 TypeII规定全锌含量不小于98%；ISO3549-2002规定全锌含量不小于98%；GB6890-2000二级规定全锌含量不小于98%。标准对锌粉全锌含量规定为富锌底漆的锌粉选择和材料质量控制提供了可靠的依据保证。
富锌底漆中锌粉标准在ASTM D520规定下，对于锌粉含量标准SSPC-Paint20-2000有三个等级：L1锌粉质量在油漆干膜中≥85%；L2锌粉质量在油漆干膜中77%-85%之间；L3锌粉质量在油漆干膜中65%-77%之间。富锌底漆中锌粉标准在ISO 3549规定下，ISO 12944-2007规定锌粉质量在油漆干膜中≥80%。我们国家HG/T 3668-2009《富锌底漆》标准中规定金属锌的含量也分为三个等级，即一级为不挥发分中金属锌含量≥80%；二级为不挥发分中金属锌含量≥70%；三级为不挥发分中金属锌含量≥60%.从含量划分可以看出，我们国家的标准是对金属锌含量的规定，而上述相关国际标准中是对锌粉含量的规定，必须区分开来。 无论是国际标准或者国内标准，都规定了比较高的锌粉或者金属锌含量，目的就是提高阴极保护能力，实现钢铁长效的防腐蚀效果。如果富锌底漆中锌含量低，那么锌粉颗粒就不可能形成完整的锌粉层，成膜后的导电性能差，阻碍了锌粉的电化学保护作用，防腐效果不明显或者实现不了；但是锌粉含量过高，成膜物质就会减少，漆膜与钢铁附着力就会大大降低，水或者其他腐蚀介质渗透到锌粉表面，会引起锌腐蚀，体积增大，导致涂层起泡，耐水性能降低，最终使得涂层失效。因此，平衡锌含量和成膜树脂占比是决定富锌底漆优异品质的的重要条件和基础，国际标准和国家标准强制性规定锌含量是有必要的，也是防腐技术人员必须充分掌握和了解的知识。 防锈底漆中，当锌粉含量在40%-60%之间时，属于“非富锌底漆”只能使用于大气腐蚀C1,C2环境条件下的钢铁基材的防锈。笔者认为这种低锌粉含量的底漆可以进行暂时性的防锈保护，而非长效的防腐作用，如一些车间底漆，临时性钢铁保护底漆等；而与之相反的含锌粉含量非常高的“冷涂锌”则属于另一种“富锌底漆”了。“冷涂锌”含锌粉量高达95%-96%，其中成膜树脂只有4%-5%之间，如此少的树脂要对95%-96%的锌粉实现涂覆和钢铁的附着，而且不脱落，这是一般普通的富锌底漆树脂所不能实现的，只能通过对成膜树脂进行改性，并对钢铁表面进行有效的喷砂处理，提高粗糙度，使得锌层与钢铁基层“齿合”实现锚固效应，产生结合强度更高的金属键作用力，以此实现“冷涂锌”树脂与锌粉和钢铁基层的牢固附着。
虽然富锌底漆要实现长效的防腐效果必须平衡好锌粉含量及与树脂的占比，而且限于标准规定值范围之内；但是诸如“冷涂锌”这样的高含锌底漆已经不适用于树脂与锌粉含量的“平衡”和“占比”规定了。虽然冷涂锌是标准规定外的一种特殊防腐材料；但是大量的案列实践证明其确实能够实现理想的防腐效果，其中深奥的疑问和未解决难题有待涂料专家和防腐蚀技术人员深入探讨研究，笔者相信标准的制定必将与时俱进，新材料新工艺的出现是推动标准更加完善更加科学的最好的催化剂。总之，富锌底漆锌含量的控制及其标准的执行，对于提高钢铁基体的防腐年限和重大工程建设具有重要的经济价值和社会意义。
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[ 此帖被张作华在2023-01-18 16:10重新编辑 ]
