1、日本重防蚀涂装工艺概况文邦伟(国防科技工业自然环境试验研究中心 ,重庆 400039)摘 要 概述了日本实用的重防蚀涂装工艺以及为了评价重防蚀涂装体系优劣而进行的自然环境考核试验 ,列举了日本部分重防蚀涂料标准。侧重介绍了一批日本桥梁、贮存罐、化工、海洋工程等的防蚀措施。关键词 日本 ;重防蚀涂装 ;涂料 ;涂装 ;腐蚀中图分类号 :TG172. 3 ;TG172. 5 文献标识码 A 文章编号 1001 - 3660(2005) 04 - 0012 - 03Survey of Heavy Anticorrosive Painting Process in JapanWEN Bang2wei(
2、The Natural Environmental Test and Research Center of Defence Technology Industry , Chongqing 400039 , China) Abstract The heavy anticorrosive painting process applied in Japan and the natural environmental test for es2timating the coating system were reviewed. Some standards of heavy anticorrosive
3、coating in Japan were listed. The an2ticorrosive methods of bridge ,container ,chemical industry ,marine project and so on in Japan were discussed emphati2cally. Key words Japan ; Heavy anticorrosive painting ; Coating ; Painting ; Corrosion收稿日期 2005 - 02 - 01作者简介 文邦伟 (1967 ) ,男 ,四川万源人 ,高级工程师 ,主要从事环
4、境试验技术研究和产品环境防护开发设计工作。0 引 言日本是一个四面环海的狭长岛国 ,处于海洋大气包围的严重腐蚀环境中。日本腐蚀调查委员会采用 Hoar 方法计算出1997 年日本腐蚀损失为 5. 258 万亿日元 ,占 GNP 的 1. 02 %1 。日本历来十分重视各种设备、设施的防腐蚀工作 ,如二战后日本为连接国内主要岛屿 ,大力发展铁路和高速公路 ,修建了几条跨海大桥 ,其中一项工程总长为 180km ,包括 19 座桥梁 ,盐雾腐蚀十分严重 ,从研究、设计和施工前后花费了 30 年时间才完成 ,所有工程都采用了重防蚀涂装工艺。日本一些公司如日本涂料(株 )和神东涂料 (株 )设有重防腐
5、涂料课 (部 ) ,国内有关重防腐涂料的研究成果和应用实例等在报刊、杂志上频繁出现 ,并有“重防腐涂料的实践”专著出版。尽管日本是一个重防蚀涂装技术水平很高的国家 ,但为了提高防蚀技术水平 ,仍然从其他国家引进更先进的技术 ,如田迈化学工业 (株 ) 引进美国专利生产的 300 单组份无机富锌底漆 ,按 ASTM - B - 117 标准可耐 10 000h 盐雾试验而无变化 2 。日本腐蚀损失占 GNP 的比例仅为我国 2000 年实际腐蚀损失约占 GNP5 %的五分之一左右 ,由此也可看出日本在腐蚀控制方面所作的巨大努力和显著成效。1 日本重防蚀涂料标准日本从 1995 年开展了工业标准与
6、国际标准的整合 ,于 1999年 5 月公告了制定的新标准“ J IS K 5600 涂料通用试验方法”、“ J IS K 5601 涂料成分试验方法” 3 。日本工业标准规定焦油环氧树脂涂料是主要用于桥梁、钢管、铸铁管、船舶外板、船舶内各种储罐、油罐、钢板、混凝土表面等防止海水、淡水、高湿度腐蚀的一类长效可靠厚涂涂料 ,在其 J IS K 5664 - 1995 焦油环氧树脂涂料技术指标中规定了涂层耐酸性、耐碱性、耐湿性、耐盐雾等 l7 项性能指标 4 。另外 ,还有日本工业标准 J IS K 5551 - 2002富锌新漆标准、 J IS K5639 - 1989 氯化橡胶防腐涂料、 J
7、IS K 5657- 2002 钢结构用聚氨酯涂料、 J IS K 5658 钢结构用氟树脂涂料和日本国铁标准 JRS 66053 - 10A - 13ARIC钢梁用环氧富锌防锈漆等重防蚀涂料标准。2 日本重防蚀涂料涂装工艺2. 1 涂膜的耐久性 5涂膜的耐久性与涂料种类 、涂装体系、涂覆次数及涂膜厚度有很大的关系。图 1 为膜厚与涂膜早期老化的关系曲线 ,表 1为环境对应的涂膜耐用年限。表 1 环境与涂膜耐用年限环境 涂膜耐用年限 (平均重涂周期 / 年 )海岸地区 3. 9工厂地区 6. 0乡村地区 6. 9山谷地区 7. 8文邦伟 日本重防蚀涂装工艺概况12 图 1 膜厚与涂膜早期老化的
8、关系2. 2 桥梁防蚀工艺日本高速公路钢桥有 7 000 余座 ,每年需对 8 %以上的涂装进行更新 ,1995 年花费 70 亿日元之多 6 。表 2 列举了日本桥梁常用重防蚀涂装工艺。表 2 日本桥梁重防蚀涂装工艺 7 - 13涂装工艺 应用实例无机富锌 75 m 流平罩面漆 (10 15 m) 2 道环氧底漆 (60 m + 60 m) 环氧云铁漆 40 m 2 道聚氨酯漆或氯化橡胶漆(40 m + 40 m) ,总膜厚 260 300 m京滨大桥、京南大桥 ,预计寿命 20 年无机富锌环氧系或聚氨酯系 氟涂料 ,总膜厚 2 000 m。关西新机场联络桥、横跨东京湾公路厚膜无机富锌环氧聚
9、氨酯涂料 濑户内海新两国桥 (15年无异常 )厚膜无机富锌涂料厚膜型环氧树脂底漆氟涂料用中涂 氟树脂面涂料 ,共 7 层总膜厚 350 m ,2 道有机富锌厚涂漆 (20 m+ 75 m) 2 道厚涂层明石海峡大桥 (预计寿命 100 年 )环氧树脂漆 (60 m + 60 m) 环氧树脂漆30 m 氟树脂漆 25 m ,总膜厚 250 m 本 - 四联络桥梁外表面环氧树脂底漆 40 m 2 道环氧树脂中涂(65 m + 65 m) 氟化乙烯树脂面涂 25 m及防滑式氟化乙烯树脂面涂 (宽约 40cm)来岛海峡大桥主缆无机富锌底漆 20 m 厚浆无机富锌漆75 m厚浆环氧漆 (160g/ m2
10、 ,三聚磷酸铝作颜料 ) 2 道厚浆环氧漆 ( 60 m +60 m) 2 道聚氨酯漆 (30 m + 30 m)本州四国桥梁磷化底漆 (130g/ m2 ) 喷涂 2 道铅系列防锈涂料 (170g/ m2 + 170g/ m2) 刷 2 道涂结露涂料 (120g/ m2 + 120g/ m2)高速铁路桥梁水性无机富锌底漆 2 道水性双组分环氧底漆中间层 2 道水性双组分聚氨酯面漆VOC 可降低 98 % ,符合日本桥梁新设 C - 2 标准2. 3 贮存罐 、化工 、海洋工程防蚀日本由于绝大部分资源都依赖进口 ,几乎所有的重要物资都实施储备制度。日本尽管是世界上原油自给率最低的国家 ,却是世
11、界第三大能源消费国 ,其境内消费的石油有 95 %以上依赖进口 ,石油储备是日本战略储备的重中之重。到 1996 年 ,日本已经相继建成了 10 个国家石油储备基地 ,还从民间租借了 21个石油储备设施。石油储备的方式主要有海上油罐方式、半地上油罐方式和地下岩洞油库等储藏方式。因此 ,对贮存罐等设施的防蚀就显得特别重要。日本贮油罐内壁采用富锌底漆 环氧类、富锌底漆 焦油环氧类、乙烯酯类 玻璃片衬里等方法 ;罐外壁则预涂 30 m 以上无机富锌底漆 ,中间层用附着力和耐候性均好的环氧 ,面层用耐候性好的聚氨酯和氯化橡胶类 ;罐顶采用环氧富锌漆 环氧 聚氨酯 14 。海洋工程和化工设施都处于特别严
12、酷的腐蚀环境中 ,对这些工程和设施的保护日本也是非常重视的。日本化工、海洋工程常用重防蚀涂装工艺见表 3。表 3 日本化工 、海洋工程常用重防蚀涂装工艺 15 - 18涂装工艺 总膜厚 P m长暴型磷化底漆 2 道铅系防锈涂料 2 道醇酸磁漆 140长暴型磷化底漆 2 道铅系防锈漆 酚醛树脂漆 2道氯化橡胶漆 195无机富锌 4 道氯化橡胶漆 175厚浆无机富锌 酚醛锌黄涂料 2 道酚醛树脂涂料 2 道氯化橡胶涂料 290无机富锌或厚浆无机富锌 2 道环氧树脂涂料 2 道聚氨酯涂料 200 255厚浆无机富锌 2 道环氧树脂涂料 环氧改性酚醛漆 2 道聚氨酯涂料 295厚浆无机富锌厚膜乙烯树脂
13、涂料乙烯树脂涂料 255厚浆环氧富锌 2 道聚酯 - 玻璃鳞片 2 道含氟涂料 805厚膜无机富锌 75 m 环氧树脂涂料 125 m 200厚膜无机富锌 75 m 环氧树脂涂料 25 m 氯化橡胶涂料 125 m 225厚膜无机富锌 75 m 2 道环氧树脂涂料 (125 m +125 m) 325厚膜无机富锌 75 m 2 道焦油环氧树脂 (200 m +200 m) 475薄膜有机 (或无机 )富锌超厚浆无溶剂环氧衬覆 厚膜型无机质富锌漆 75 m 2 道环氧树脂涂料(300 m + 300 m) 675厚膜型无机质富锌漆 75 m 2 道煤焦油环氧树脂涂料 (200 m + 200 m
14、) 475厚膜型无机质富锌漆 75 m 2 道聚氯乙烯树脂涂料(200 m + 200 m) 475有机质富锌底漆 15 m 拌有片状玻璃的聚酯树脂涂料 2 道 (500 m + 500 m) 1 015环氧类和聚酯类底漆玻璃鳞片涂料 200 1 0002. 4 重防蚀涂装环境考核试验日本广岛市产业振兴中心和中国西南技术工程研究所在重庆酸雨和广岛海洋大气环境投放了一批日本工厂实际生产用重防蚀涂装工艺试样进行环境影响规律的对比研究 ,根据 3 年的试验结果 ,推荐在酸雨地区对钢铁具有较好保护作用的涂装体系 (防蚀性和装饰性保护层 )为“热浸 Zn 环氧底漆 聚氨酯面漆”和“厚膜无机富锌漆 环氧底
15、漆 环氧底漆 聚氨酯中涂漆聚氨酯面漆”。表 4 为试样的具体涂装工艺。为了对发电设施、结构物防护工艺进行优选 ,日本在其国内3 个地点对一批重防蚀涂装工艺进行了自然暴露考核试验 ,具体涂装工艺见表 5。第 34 卷 第 4 期 表 面 技 术 Vol. 34 NO. 42005 年 8 月 SURFACE TECHNOLOGY Aug. 2005 13 表 4 日本环境试验用试样重防蚀涂装体系 19 应用环境 涂 镀 工 艺 总膜厚 P m一般环境(桥梁、储罐等户外钢铁构造物 )一般防锈漆邻苯二甲酸系中间漆邻苯二甲酸系面漆长期暴露形磷化底漆 2 道红丹防锈漆 邻苯二甲酸系中间漆邻苯二甲酸系面漆
16、长期暴露形磷化底漆 2 道碳氮化铅防锈漆邻苯二甲酸系中间漆邻苯二甲酸系面漆长期暴露形磷化底漆 2 道一氧化二铅防锈漆邻苯二甲酸系中间漆邻苯二甲酸系面漆长期暴露形磷化底漆 2 道碱式铬酸铅防锈漆邻苯二甲酸系中间漆邻苯二甲酸系面漆129214194203223工厂地区(桥梁、储罐等户外钢铁构造物 )长期暴露形磷化底漆 2 道碱式铬酸铅防锈漆酚醛系云母氧化铁 (MIO) 氯化橡胶中间漆氯化橡胶面漆厚膜无机富锌漆短期曝露形磷化底漆酚醛系铬酸锌底漆酚醛系云母氧化铁氯化橡胶中间漆氯化橡胶面漆厚膜有机富锌漆 2 道氯化橡胶系底漆 氯化橡胶系中间漆氯化橡胶系面漆22318399强腐蚀环境 (桥梁、储罐等户外钢
17、铁构造物 )厚膜有机富锌漆 2 道环氧底漆 聚氨脂中间漆聚氨酯面漆厚膜无机富锌漆喷涂层环氧底漆环氧底漆聚氨酯中间漆聚氨脂面漆无机富锌漆 3 道焦油环氧180194258建设机械酚醛系铬酸锌底漆快干邻苯二甲酸中间漆快干邻苯二甲酸面漆环氧底漆聚氨酯中间漆聚氨酯面漆热浸锌环氧底漆聚氨酯面漆132178116铁道车辆 三道衬底不饱和聚酯树脂油灰蓝色漆酚树脂搪瓷 1 447表 5 日本自然暴露考核的电力设施重防蚀工艺 20涂装工艺 总膜厚 P m无机富锌漆 75 m 2 道环氧树脂涂料 (60 m + 60 m) 2 道聚氨酯树脂涂料 (30 m + 25 m) 250无机富锌漆 75 m 2 道环氧树
18、脂涂料 (60 m + 60 m) 2 道氟脂树脂涂料 (30 m + 25 m) 250无机富锌漆 75 m 2 道环氧树脂涂料 (60 m + 60 m) 2 道丙烯硅树脂涂料 (30 m + 25 m) 250无机富锌漆 75 m 2 道环氧树脂涂料 (60 m + 60 m) 有机硅 - 氨基甲酸酯树脂涂料 (30 m + 25 m) 250磷化底漆 15 m 2 道铅系防锈剂 (35 m + 35 m) 合成树脂调合涂料 2 种、中涂 P面涂 (30 m + 25 m) 140磷化底漆 15 m 2 道铅系防锈剂 (35 m + 35 m) 酚醛树脂云母状氧化铁涂料 (35 m)P2
19、 道氯化橡胶涂料 (35 m + 30 m) 120 1502. 5 其他重防蚀涂装为适应不良底材 ,日本 公司开发了系列低处理表面的薄锈面涂料 ,能将被涂面的锈固定。在距海岸 10km的自然暴露半年的生锈钢板上涂 2 道该薄锈面涂料 ,耐盐雾性能 15000h ,基料是特殊改性的环氧树脂 ;在严酷条件下 ,另一品种可在固定锈的同时还有 10 年以上的耐候性 ,兼有底、面漆功能 ,适用于钢板、镀锌面、不锈钢面、铝材 ,预期使用寿命 15 年。日本油漆公司推荐在港口建设大型设施、起重机设备等时 ,采用“ 1 道厚膜无机富锌底漆 1 道环氧底漆 2 道环氧中涂漆 2 道聚氨酯面漆”工艺 ,膜总厚
20、280 m ,其面漆重涂时间约 10年。日本铁道车辆用涂料主要采用环氧树脂底漆、不饱和聚酯腻子、聚氨酯树脂面漆及邻苯二甲酸树脂瓷漆等。在 l964 年开通的东海道新干线车辆上采用速干型、耐候性好的丙烯树脂瓷漆 ,大约连续使用了 25 年。近年来的高速车辆用涂料 ,强化底漆附着力 ,减小腻子质量比以有助于车体轻量化 ,开发了树脂结构致密、具有亲水性、涂料面上的污垢难以附着且易于脱落的氟树脂瓷漆 21 。日本硅胶树脂涂料株式会社 ,最近开发出无溶剂的无机质硅树脂涂料 ,具有无溶剂、不燃烧、无机质 (无机质成分大于95 %) 、高耐紫外线能力、可擦洗、可重涂的特点 ,可以保证涂膜10 年不粉化 ,可
21、用于大坝、铁塔、沿海工程、栈桥、船舶、隧道、道路 P桥梁等工程 ,钢材涂装后可以长达 35 年才需要重涂。日本的管线采用潮气固化聚氨酯涂料效果优良 ,具有如下优点 :在相对湿度 30 % 98 % 时均可施工 ;0 固化 ;固化速度快 ;喷涂层较厚也不发生泥裂 , 该涂料体系干膜厚度达560 m22 。日本油脂 BASF涂料公司与旭硝子公司开发出粉末涂料用氟烯烃 / 烯醚共聚树脂 ,所制成的粉末涂料的加速耐候性试验 5000h 光泽保持率为 92 % 98 % ,盐雾试验 2 000h 不变 ,其耐久性可望达 30 年以上 ,可用于高层建筑、桥梁、高速公路或大型构造物维护。2. 6 技术引进日
22、本自己就是一个重防蚀涂装水平很高的国家 ,但为了提高防蚀技术水平 ,仍然从其他国家引进技术。如田迈化学工业(株 )引进美国专利生产的 300 单组份无机富锌底漆 ,按 ASTM - B - 117 标准耐 10 000h 的盐雾试验而无变化。日本 80 年代引进美国技术生产牌号为 ,该涂料为无溶剂型 ,可厚涂 (每道施工 1 2mm) ,速干 (1. 5mm 厚 ,10 30min 表干 ,5 101h 实干 ) ,低温固化 ( - 10 ) ,在地下埋件和大气暴晒条件下实验都获得 10 年以上应用数据。日本涂料 (株 ) 和住友商事 (株 )联合由西德 TIB 化学公司引进超速固化超厚膜型的
23、聚氨酯沥青重防腐涂料 ,该涂料为无溶剂型 ,采用双口喷涂施工。一次可喷 0. 5 2. 5mm ,20 ,10min 表干 ,8h 实干 ,可用于天然气管道、水管等。3 结 语重防蚀涂料涂装体系是以膜厚 、长效适用于严酷腐蚀环境为特征 ,利用重防腐蚀涂料能对各种钢铁起到“深度防护”效应。日本因其特殊的岛国地位 ,历来非常重视对各类设备、设施采取积极有效的防腐蚀措施 ,因此才能使因腐蚀造成的损失控制在最低限度。对照我国 2000 年实际腐蚀损失 5 000 亿人民币、约占 GNP5 %的现状 ,表明我国在通过采取先进的腐蚀控制技术来减少经济损失方面尚有非常大的潜力可挖 ,日本在此方面的经验是特别
24、值得我们学习和借鉴的。 参 考 资 料 1 腐食 currency1调查委员会 . 国 腐食 currency1 J .材料 环 境 ,2001 ,50 (11) :490(下转第 20 页 )文邦伟 日本重防蚀涂装工艺概况14 看 ,络合物将会有较好的配位数 ,配位数往往大于 6 ,到达 7、 8、9、 10 ,甚至高达 124 - 5 。 Ce3 + 能够与氧离子、氮离子形成含氧配体络和物和含氮配体络和物 ,在实验中 ,BTA 为含氮配体 ,Ce3 +和氮配体的配位能力较强 ,极有可能形成含氮配体络合物 ,因此在溶液中可能形成 Ce3 + 和 BTA 的络合物 ,并在基体表面吸附。在钝化过
25、程中 ,吸附 Ce 盐的络离子可能影响氧化膜的生长过程而改变膜的结构 ,从而提高钝化膜的耐蚀性 6 - 7 。同时 ,Ce 是化学活性很高的元素 ,具有极强的界面吸附性 8 - 9 。Ce 盐一方面具有很高的活性 ,具有极强的界面吸附性 ,它可以更好的把 Ce3 + 和 BTA 形成的络合物吸附在 Cu2O 氧化膜层正空穴上 ,另一方面与 BTA 形成的络合物影响氧化膜的生长过程而改变膜的结构。综合以上两方面的因素 ,加入 Ce 盐 ,其抗腐蚀的效果得到了明显的提高 10 - 12 。3 结 论1) 铜缓蚀剂中添加稀土铈盐进行中性耐盐雾试验得出 ,单一因子 Ce3 + 在紫铜的钝化中就表现出十
26、分显著的作用 ,并且与其它因子也有较好的协同效应。但是并不是随着 Ce3 + 含量的增加其钝化效果就越好 ,当含量大于 4gPL 时 ,反而会使钝化膜的性能下降2) 加稀土铈盐的钝化液的最佳配方及工艺为 :BTA 3. 5gPL ;CrO330gPL ;稀土 Ce 盐 2gPL ; H2 SO4 6mlPL ;温度 60 70 ;时间5min。3) 对添加稀土盐的铜缓蚀剂的作用机理探讨中 ,笔者认为当只添加单一稀土如 Ce3 + 时 ,一方面可以产生很强的界面吸附 ,另一方面稀土离子极有可能与有机配体形成络和物从而改变氧化膜的结构而提高了耐蚀性能。 参 考 文 献 1 郭稚弧 . 缓蚀剂及其应
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