前 言
近十多年来，热喷涂http://www.sunspraying.com/kepuyuandi/repentu/20120914/1347588345484.html金属复合涂层技术在国内钢结构桥梁中的应用不断拓展，以其防腐寿命长、工艺简单易行、生产效率高、环保等特点，被越来越多的桥梁建设项目所采用，如总跨度世界第一的西堠门大桥、中国第一座跨海大桥东海大桥以及杭州湾跨海大桥、青岛海湾大桥等。但试验研究证明，热喷涂金属涂层存在着大量孔隙，孔隙相互连接可以从涂层表面延伸到钢铁基体表面，为腐蚀介质进入基体界面提供了通道，从而加快电化学反应进程，使腐蚀速率加快，因此现有热喷涂金属涂层都首先需要进行封闭处理。封闭涂料覆盖并渗透至金属涂层孔隙中，可对孔隙进行封闭处理，封闭涂层本身具有较高阻抗值，降低金属涂层的腐蚀速率并延缓金属涂层腐蚀发生的时间。国内外大量研究结果和现场应用实例都表明，经过封闭处理的复合涂层比单纯的金属电弧喷涂层使用寿命延长1～3倍[1]。
热喷涂http://www.sunspraying.com/kepuyuandi/repentu/20120914/1347588345484.html金属涂层最早采用喷刷低黏度的乙烯树脂、硝基涂料、醋酸共聚物、苯酚树脂、改性醇酸树脂、酚醛树脂、改进型环氧树脂等液体封闭剂进行封闭;后来在环氧底漆的基础上进行改进用作封闭涂料，效果得到了一定提高。目前国内还没有高性能金属涂层封闭产品，笔者研究的纳米改性环氧封闭涂料是一种专用于为热喷涂锌、铝及其合金涂层封孔的封闭产品，利用纳米粒子具有的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子效应等特殊性质，对传统封闭涂料进行改性，提高涂层封闭性能(渗透性、屏蔽性、耐蚀性)[2]，涂料中纳米相粒度小于100nm，可以很好地渗入到金属喷涂层的孔隙中并封住孔隙，具有高渗透性、高附着力和高耐蚀性。
摘要:介绍了纳米改性环氧封闭涂料的制备工艺，包括纳米浓缩浆制备与测试表征、纳米改性环氧封闭涂料产品的制备与测试表征;试验表明纳米封闭涂层的物理机械性能以及耐盐雾性能得到显著提高，该产品在工程应用中取得了较好效果。
关键词:封闭涂料;纳米材料;热喷涂;涂层;分散
1 试验部分
1.1 纳米浓缩浆的制备
称取环氧树脂48 g、混合溶剂[m(二甲苯)∶m(正丁醇)∶m(双缩水甘油醚)=5∶4∶1]34 g、无机纳米复合材料[m(纳米氧化硅)∶m(纳米氧化钛)∶m(纳米氧化铁红)=2∶1∶2］20 g、分散剂(DP-150)2 g、偶联剂(KH-550)1.5 g、防沉剂(CP-88)1.5 g，将混合溶剂和树脂混合后低速搅拌均匀，加入分散剂、防沉剂、偶联剂，完全均匀分散后加入无机纳米材料，使用高剪切乳化分散机搅拌90 min，再用超声波分散机分散30 min，砂磨机研磨分散180 min，过滤后制得纳米浓缩浆，备用。
1.2 纳米改性环氧封闭涂料的制备
A组分制备:称取上述纳米浓缩浆10 g、环氧树脂40 g、混合溶剂［m(二甲苯)∶m(正丁醇)∶m(双缩水甘油醚)=6∶3∶1］34 g、氧化铁红7 g、钛白粉4 g、三聚磷酸铝4 g、分散剂(DP-150)0.4 g、流平剂(CF-1016)0.2 g、消泡剂(CF-1028)0.1 g、偶联剂(KH-550)0.3 g、防沉剂(CP-88)1.5 g，将树脂、混合溶剂低速搅拌分散均匀，加入分散剂、流平剂、消泡剂，混合分散均匀后加入纳米浓缩浆，在高剪切乳化分散机中高速分散30 min，加入颜填料再高速分散30 min，砂磨机砂磨过滤制得涂料A组分。B组分制备:将聚酰胺19 g、改性胺8 g与混合溶剂[m(二甲苯)∶m(正丁醇)=8∶2]13 g低速搅拌混合，过滤后即得。
封闭涂料使用配比为mA∶mB=2.5∶1，混匀后静置10～20 min后使用。
1.3 封闭涂层试板制备
试验样板采用Q235钢板，尺寸为120 mm×50mm×4 mm，双面喷砂除锈达到Sa2.5级以上标准后电弧喷涂铝涂层(180～220 μm)，用上述纳米改性环氧封闭涂料涂装2道(干膜厚40 μm)，试样在室温下干燥7 d后，进行涂层性能的测试(盐雾试板封边采用纳米改性环氧封闭涂料浸涂两道处理)，同时采用知名品牌环氧封闭底漆使用同样工艺制作对比试样。
2 结果与分析
2.1 纳米粒子分散性及稳定性
图1为纳米封闭涂料的TEM图片，纳米粒子分散较均匀，有单个纳米粒子、数个纳米粒子颗粒，分散尺度绝大多数低于100 nm;静置30 d后纳米浓缩浆为色泽单一的均质液体，无分层、无溶剂析出等现象;说明添加的纳米无机物粉体得到了较充分的分散，纳米浓缩浆具有良好的稳定性。
2.2 纳米改性环氧封闭涂料封闭渗透效果
图2是热喷涂金属涂层孔隙内部纳米环氧封闭涂料的SEM图，图3为普通环氧封闭涂层的SEM图像。纳米改性环氧封闭涂料在实现纳米粒子稳定、可靠和均匀分散的同时，产品的细度和黏度也得到了严格控制，细度为30 μm、黏度(基料/涂4杯)22 s，其渗透性有了显著提高。经图2、图3对比可见纳米改性环氧封闭涂料已完全渗透到钢铁基体，实现整体立体性封闭，而普通封闭产品只是在表面形成层状的封闭涂层。通过其微区元素图谱也可以确认无机纳米粒子均已渗透到金属涂层的内部，前者不仅能有效组织腐蚀介质的侵蚀，即使封闭涂层出现破损，也能有效阻止腐蚀介质沿金属涂层孔隙形成的横向渗透、蔓延与侵蚀。
2.3 封闭涂层的附着力
采用拉开法测定结合强度，检测结果见表1。表1数据表明，纳米改性环氧封闭涂料涂层的结合强度平均约为19 MPa，是普通环氧封闭漆涂层的2倍以上。
2.4 封闭涂层的耐蚀性
采用耐中性盐雾试验检测封闭涂层的耐蚀性，3 000 h盐雾试验(划格)结果见表2。试验发现，大多数的普通封闭涂层试样，盐水从划痕处渗入金属层，并向两侧扩散，可导致涂层下金属出现局部氧化变色(图4a)、全面氧化变色(图4b)、涂层起泡甚至脱落(图4b、图4c)等问题(见图4)。破坏性试验表明，盐雾试验中涂层起泡脱落处位于封闭涂层底部(含已渗透的金属涂层)与未被渗透的金属涂层之间，主要由于未被渗透的金属涂层腐蚀产生大量氧化物所致，尚未引起底层金属的锈蚀。而纳米改性环氧封闭涂层试样(见图5)虽然划痕处阳极金属氧化物明显(图5a)，但并没有上述严重问题的出现。
3 试验应用
目前业内对热喷涂金属涂层封闭工艺的施工设计与质量控制还未得到充分的重视，防腐涂装施工文件一般要求封闭涂料喷涂1～2道，一些项目对封闭涂层甚至不作厚度要求。本试验研究表明喷涂工艺、涂装遍数甚至厚度等工艺要求是十分必要的，不仅要保证封闭涂料形成表面/表层的封闭，更应实现充分渗透，达到整体封闭的最优效果，解决现有复合涂层体系存在“一点破损整体即被破坏”的问题。封闭层施工成本及工程量的增加可以采用调整中间漆施工工艺来调控，如2道减为1道或加强底涂后取消中涂[3]。
纳米改性环氧封闭涂料在浙江舟山连岛工程——西堠门大桥钢箱梁上进行了试验应用，现场10余节箱梁的试验封闭涂装效果以及与中间漆配套施工性能得到了监理及专家组的一致认可，其技术水平被指挥部组织的专家委员会鉴定为国际领先。
4 结 语
通过预先制备纳米浓缩浆，将无机纳米粒子实现均匀、稳定的分散，制备出热喷涂金属涂层专用封闭涂料——纳米改性环氧封闭涂料，经过影像分析以及附着力检测、耐中性盐雾试验，证明其比普通环氧封闭涂料具有更好的渗透性、封闭性、附着力以及耐蚀性，应用试验也表明，其封闭效果及与中间漆的配套施工性能均良好。
图略
参考文献略
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