防腐涂料基础知识（7）涂膜(层)干燥与固化

7 涂膜(层)干燥与固化

    涂膜(层)干燥与固化在涂装工艺中占有重要地位，是将涂料转变成具有防腐蚀功能的连续性的、致密完整的涂膜的过程，是使防腐蚀涂膜达到理想的防腐蚀效果的关键步骤。涂膜采用的干燥方式由涂料的成膜机理所决定，可分为物理性干燥和化学性干燥两种；按其固化的机理又可分为非转化型和转化型两大类。挥发性涂料和热塑性粉末涂料是依靠溶剂的挥发或熔合作用形成致密的涂膜；而热固性涂料粉末则必须通过化学反应或固化反应才能形成固态的涂膜。

    物理性干燥是涂料依靠溶剂挥发而干燥成膜。这类涂料的特点是：干燥迅速、层间互容，可没有涂装时间间隔的限制，可以在较低的温度环境下施工，但涂膜不耐溶剂。常见的挥发性涂料有沥青树脂涂料、硝基涂料、过氯乙烯涂料等。

化学性干燥是成膜物质与空气中的氧或水蒸气反应，或者是与固化剂进行各种化学反应，变成高分子聚合物或缩合物而固化成膜，例如环氧树脂涂料、聚氨酯涂料等。这类涂料的涂膜坚韧、附着力强、耐腐蚀性好，但低温固化困难，存在涂层间的附着问题。

7．1 涂膜干燥的方法

    一般来说，涂膜干燥的方式有如下三种：自然干燥、加热干燥和特种辐射方式干燥。特种方式干燥可采用光辐照、电子辐射固化等。

    (1)自然干燥及自然干燥的环境要求

    自然干燥是利用空气的对流，使溶剂蒸发、氧化聚合或与固化剂反应成膜的干燥方法。它是常见的一种干燥方式，在室内、室外均可进行，无须任何干燥设备。适用于挥发性涂料、气干性涂料、自干性固化剂型涂料。干燥时将被涂物放置在常温环境下，涂膜自身逐步干燥。自然干燥特别适用于大面积的涂装作业，但该种涂料的涂装受制于涂膜的厚度和干燥环境，包括气温、湿度、光照、通风等因素的制约，一般干燥时间较长，环境的洁净程度也对涂膜的质量有影响。

    采用自然干燥方式的室外涂装施工，对涂装施工的环境的要求如下：

    ①气温不宜低于5oC：

    ②相对湿度不宜大于85％；

    ③应无3级以上的大风，风天、雨天、雪天、雾天等应停止施工。

    如果在室内喷涂，最好控制室温在20～25oC除此之外，室内还应有良好的通风条件。涂装作业还要求比较好的光线条件，室内的光线较差时，应增加具有防爆功能的照明设备。在室外施工时，气温过高也会影响涂装效果。一般认为，当钢材表面的温度大于40％时，会使溶剂挥发太快而造成涂膜起泡，因此夏季进行涂装施工应避免钢表面的暴晒。

    对湿度的限制是因为在85％的湿度以下时，钢材表面不会产生水汽的凝聚，即凝露。而如产生凝露则在潮湿的钢材表面的涂装都会造成附着力的失败。

    (2)加热干燥

    加热干燥也称烘干，是现代化涂装的主要涂膜干燥方式。又可分为低温烘干、中温烘干和高温烘干。固化温度低于100oC称之为低温烘干，主要用于对自干性涂料的强制性干燥，一般为60—80oC；中温烘干的烘干温度在100～150oC，用于缩合聚合反应固化成膜；高温烘干的烘干温度在150oC以上，适合于粉末涂料等。

    聚合反应成膜、交联固化聚合成膜的涂料需要外加热量，且外加热量制约成膜反应和成膜的质量。一些受制于自然环境的温度的自然干燥的涂装，为了加快涂装进度也会采用加热干燥。加热干燥时应根据涂料性能选择烘干工艺和设备。

    加热干燥的优势是：

    ①可加快涂膜干燥的速率，提高涂装的效率；

    ②可缩短涂装作业时间、减少施工占地；

③采取一定的措施后，可减少对环境的污染；

    ④增强涂膜的物理性能和强度指标。

    缺点：耗能高、设备投资大。

    加热干燥的方式目前采用对流、辐射和电感应三种形式。

    加热干燥设备主要为：烘干室或烘干箱，烘干设备的加热方法可采用对流式、辐射式和电感应干燥三种形式；对流式干燥可采用的能源为蒸汽、燃气、燃油、电。

    (3)辐射式干燥

    辐射式干燥是用指紫外线、电子束固化有机涂料成膜的技术。辐射式干燥的能源通常采用红外线和远红外线，即为热辐射加热。辐射加热使用红外线、远红外线辐射到物体，使底材和涂膜同时加热，而使涂膜固化。在固化过程中升温速度快，热效率高，涂层质量好。

    紫外线固化时采用波长为300～450um紫外线，涂料应采用光固化的光敏涂料，而且是透明的。辐射在常温下进行，固化时间很短，光固化涂料一经照射，其内的光敏剂就会产生游离基，引发聚合反应而使涂料在短时间内固化成膜。一般生产上采用高压水银灯紫外线荧光灯。

    电子束固化是采用高能量的电子束照射涂膜，使涂膜内的分子产生活性基团，引发聚合放应而使涂膜固化。涂料可以是不透明的。

    电感应干燥则采用电感应烘炉，使用时将涂有涂膜的金属物体如钢管，放入电感应烘炉内，电磁能使钢管本身受热再传给涂膜而促成涂膜的固化干燥。该法的耗能高，适用于外形简单的工件，如钢管。

    涂装施工中常根据涂膜由湿膜状态变为干膜的干燥的过程分为表干、实干和固化三个阶段。用于涂料的性能检测。

    表干：手指轻触涂膜不粘手，或虽然涂膜仍发粘但无涂料粘在手上。

    实干：手指用力推涂膜不移动。

    完全干燥(固化)：手指甲用力刻涂膜，涂膜上不留痕迹。

    涂装作业中还可以将涂膜的固化程度作如下的分级：

    触指干燥：轻触涂膜涂料不附手指。

    不粘尘干燥：干燥到不粘尘土的程度。

    表面干燥：干燥到无粘尘的状态。

    半硬干燥：轻压涂膜涂料不附手指。

    全硬干燥：强压涂膜涂料不附手指。

    打磨干燥：干燥到可以打磨的程度。

完全干燥：无缺陷的完全干燥状态

7．2 与涂装相关的环境因素

    (1)温度

    温度对涂装施工的影响是比较大的，尤其对采用自然干燥法的涂料施工。有些涂料如环氧系列的涂料，受固化反应的温度条件的限制，不可在5oC以下的环境温度下施工，因为在这样的温度下，环氧树脂不固化。

    对化学固化型涂料而言，自然干燥与环境温度的关系是十分紧密的。这是因为温度每上升10℃，固化时间可缩短一半。对不同树脂的涂料品种，温度过低则难以产生固化反应，涂膜不固化。环氧系涂料的涂装应在10℃以上施工为佳。聚氨酯类涂料的涂装对环境温度的要求可略低于环氧系涂料。

    涂料涂装时应更加注重底材的温度，因为涂膜的干燥发生在底材表面。对钢结构而言，无论是冬季还是炎热的夏季，底材表面的温度与环境温度都有很大的差异。例如：夏季在沙漠地区的涂装施工，钢表面的温度可达60％以上甚至更高，会引起挥发性涂料的快速挥发而产生气泡和针孔。在低温条件下，则会由于涂料粘度的增大无法施工，或者在钢材表面产生凝露，影响涂层的粘结质量。

    (2)相对湿度和露点

    相对湿度是指在一定的大气条件下，定量空气中所含的水蒸气的量与该温度下同样体积的空气所能容纳的最大水蒸气的量之比。

    当相对湿度超过85％时，当气温下降时，被涂物表面的温度会低于气温(钢结构表面在这种情况下的温度常常会低于气温)，其表面就会结露。这也是涂装时规定环境湿度不能超过85％的原因。

    露点是指在该环境温度下和相对湿度条件下，物体表面刚刚开始产生结露的温度。如果被涂物的表面湿度比露点高3℃以上，则认为被涂物表面是干燥的，可以进行涂装；如果被涂物表面的温度接近露点或低于露点，则认为其表面是潮湿的，应采取去湿，或使被涂物表面升温的措施后，方可进行涂装作业。

    (3)采光与照明

    采光和照明的要求是为了更清楚地检查和控制涂膜的质量。室内、室外等不同的作业场合都应注意采光和照明的适度，以利于涂装工作人员对涂膜的控制以及对涂装工艺中的任一施工环节的质量的监督。

    (4)防尘与通风

    空气中的尘埃对涂装是十分有害的，室外作业时在大风的环境下，应停止涂装作业。特别应想法去除空气中大于10um以上的尘埃。室内作业时，应保持室内空气的流通。所以，应保证对室内的送风量大于排风量。因为涂膜的干燥要向室内挥发溶剂。而且应使排入的空气经过除尘、除湿。