涂層起泡原因分析及控制措施

周 耀

（中化興中石油轉運（舟山）有限公司，浙江舟山 316000）

據有關資料表明，腐蝕是造成鋼材損失的主要原因之一，每年由于腐蝕造成的經濟損失相對較大，損失量約占產量的1/7。故而，做好鋼材防腐關系到日常安全生產、人身財產安全，甚至關系到了國家基礎工作興衰。防腐工作中除了表面處理外，最為主要的措施是油漆噴涂。很多腐蝕性環境中，防腐涂層對使用中的設備或鋼材具有良好的保護性能，但是涂層并不能100%保證設備或鋼材表面不受損，當涂層出現破壞或有質量問題時，設備或鋼材表面腐蝕還是會發生。

在新建石油儲罐外防腐過程中，發現罐體第一、二道抗風圈以及浮頂上表面出現底漆涂層產生不同程度起泡的現象，這不僅影響了該部位涂層的外觀效果，也對涂層的保護效果產生了極大影響。

1 起泡原因分析

1.1 起泡通常原因分析

涂層起泡是油漆涂層作業中一種常見的施工缺陷，在施工中，油漆涂層部分區域由于缺少一定的附著力，而造成該區域涂層脫離了基層表面，呈現出一種突起拱頂現象。涂層的氣泡中有的是干燥的，有的是潮濕的。涂層氣泡的個頭有大有小，其形狀大多數為半圓球形。

涂層氣泡的形狀大小一般同鋼材表面附著力、涂層氣泡中的氣壓、不同油漆涂層間的黏結力有關，相對應的涂層起泡原因就有很多，歸納起來可以分為如下幾種。

一旦鋼材表面沾染了粉塵、油漬、可溶性鹽等雜質污物，或鋼材表面較為潮濕、沾有液體，或鋼材不規則表面凹陷處有雜質，就會造成這些區域的一些涂層與鋼材表面結合附著不牢固，濕氣容易積聚，當溫度發生變化時，受熱膨脹產生的水汽就會造成涂層起泡。油漆涂層的漆膜厚度越厚，起泡的傾向性越大；當油漆涂層的漆膜厚度很薄且在潮濕環境中時，就會發生滲透現象，就此產生的滲透壓也會產生涂層氣泡。

1.1.2 涂層顏料水溶性高

油漆涂層在泡水、結露和高溫條件下會吸水膨脹、體積變大，當其內部產生的內應力大于附著力時，該涂層就會脫離底層而起泡。

經查閱相關資料，涂層的吸水量與涂層樹脂的極性有關。盡管多數涂層顏料不會溶于水，但有些顏料的水溶性較高，像鋅黃等，若是某些涂料中含有此項顏料，其涂層的吸水性就會隨之增強，進而極易出現起泡的情況。

1.1.3 滲透壓影響

油氣涂層本身就是一種半透膜的材質，考慮到鋼材與涂層之前會存在一些可溶性鹽（如硫化物、硫酸鹽等）、磷化處理未洗凈的殘留鹽，甚至皮膚接觸鋼材留下的皮脂分泌物質等，這樣就會形成了一個滲透系統。水在滲透壓的影響下，會不斷地滲透至鋼材和涂層之間，讓涂層不斷地鼓起，出現起泡現象（圖1）。

圖1 滲透壓引起的起泡現象

此外，經查閱相關資料，涂層的吸水能力與氧的滲透能力有關，氧可以溶入水中而透入（25℃時，每升蒸餾水可以溶解氧約5mL）。從鋼材的腐蝕表達式（4Fe+3O2+2H2O→2Fe2O3·H2O）來看，氧的滲透量增加會導致金屬腐蝕的加速。

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1.1.4 殘留于涂層內氣體的揮發

在涂料涂裝過程中，有約90%的溶劑會在施工過程中揮發到大氣中，但仍有10%的揮發性溶劑會殘留在濕膜中，而且還可能會殘留部分不易揮發的溶劑。其中，溶劑的殘留性與較多因素相關，除了與溶劑自身的揮發性和外部環境條件外，可能還會跟它們與溶質的相互作用以及顏料的吸附性等有關。

殘留的溶劑會像增塑劑一樣，讓涂料漆膜變軟。考慮到殘留的溶劑對水有一定的敏感性，導致涂膜對水的吸收和涂料中潮氣的轉移增強。要是涂料的黏結能力較弱，其耐水性就會下降，進而引起涂層的附著力缺失，涂層就會出現起泡。

1.2 現場實際原因分析

由于現場實際施工的儲罐高度在22m左右，噴涂設備放置于地面，高壓噴漆軟管過長（超過100米），導致噴涂壓力的損耗降低，厚漿型環氧富鋅底漆施工采用加入16%～23%的稀釋劑改變涂料的黏度，減小壓力損耗，以滿足槍嘴處涂料的霧化，但是該添加量極大超過了產品說明書推薦的5%，這也導致涂料黏度極大降低，使得涂料中含有的鋅粉快速沉淀。在噴涂剛開始時，導致施工后的涂層內鋅粉的含量偏高。隨著該桶涂料噴涂結束，涂層的鋅粉也隨著減少，這種情況會導致涂層內鋅粉分布不均勻，從而使涂層PVC含量不均勻，致使涂層緊密度不同。

在涂層緊密度高且膜厚較高的部位很容易造成涂層內部溶劑和稀釋劑擴散的速度減慢，在涂層表面結膜時，無法完全從涂層內揮發出來，而造成溶劑和稀釋劑的殘留。當太陽照射其涂層表面，導致涂層溫度升高，會使殘留的溶劑產生足夠的蒸氣壓而引起涂層的起泡。

2 涂層起泡控制措施

2.1 控制試驗

根據現場涂層起泡的原因分析，為解決該項涂層問題，從高壓噴漆軟管內徑及長度、噴漆槍嘴規格型號、稀釋劑加入比例、漆膜厚度等方面著手，選定2個時段、不同部位，進行13個噴涂試驗。試驗方案及位置見表1。

試驗位置和方案：

方案 試驗位置 泵壓比 管徑 稀釋劑（%）A儲罐，干溫28℃，濕溫25℃，相對濕度78%，露點溫度23.9℃，鋼板溫度28.8℃一10#第一道抗風圈65∶18 80 14YB251.6二10#第一道抗風圈65∶16 120 20B254.7～6.3 A儲罐，干溫31℃，濕溫26.5℃，相對濕度70%，露點溫度25℃，鋼板溫度30℃五10#第一（mm）軟管長度（m）噴漆槍嘴道抗風圈65∶16 長度滿足施工需要 20B254.7～6.3六10#第一道抗風圈65∶16 長度滿足施工需要 20B25 1.6七10#第一道抗風圈65∶16 長度滿足施工需要 20B25 1.6 B儲罐，干溫28℃，濕溫24℃，相對濕度72%，露點溫度22.4℃，鋼板溫度29℃三13#浮盤上表面65∶16 長度滿足施工需要 17B251.6～2.5四13#浮盤上表面65∶16 長度滿足施工需要14YB251.6 B儲罐，干溫31℃，濕溫26.5℃，相對濕度70%，露點溫度25℃，鋼板溫度29℃八13#浮盤上表面65∶16 120 17B254.7～6.3九13#浮盤上表面65∶16 120 17B254.7～6.3十13#浮盤上表面65∶16 120 14YB254.7～6.3十一13#浮盤上表面65∶16 120 14YB254.7～6.3十二13#浮盤上表面65∶16 120 14YB251.6十三13#浮盤上表面65∶16 120 17B25 1.6

試驗數據結果見表2。

表2 試驗數據結果

試驗結論：挑選合適的施工設備，嚴格控制涂料稀釋劑的添加量。即施工時使用高壓無氣噴涂機泵壓比為65∶1，噴漆槍嘴為長江14B25，以便于控制其施工的涂層厚度。施工期間定期檢查槍嘴磨損情況，槍嘴磨損過大應及時更換。同時，稀釋劑的分數控制為1.6%～5%，隨著環境溫度的改變可以進行適當調整。

2.2 其他控制措施

2.2.1 對底材面徹底處理

在實施涂料涂裝前，應將底材表面的各種污物、銹渣徹底處理，對照GB/T 8923要求仔細核對檢查，確認符合后實施涂裝；若需在原有涂層基礎上再實施涂料涂裝，可將原有涂層表面充分打毛，增加原有涂層表面粗糙度，增加涂層的附著力，之后再實施新涂料的涂裝。

2.2.2 涂層表面確保無沾污

在涂層施工期間，各涂層之間表面是不允許被粉塵、油跡、可溶性鹽等污物沾染，尤其是在潮濕的情況下，水分子很容易會透入涂層，在涂層中產生層間剝離，進而降低層間的附著力。

2.2.3 涂料使用

涂料涂裝施工前，需將所使用的涂料稀釋、攪拌、靜置一段時間后，再實施涂刷。尤其是雙組分涂料，需要有一定的熟化期，進而避免混合不均勻、反應產生熱，發生涂層起泡缺陷；在涂刷多孔性基材時，應先涂刷一道滲透性好的封閉底漆，盡可能驅除基材孔隙內殘留的空氣、溶劑等殘留物。

2.2.4 施工環境選擇

在涂層施工時，要避免在潮濕、高溫等不良氣候環境下作業，同時要確保底材表面溫度在露點溫度3℃以上、相對濕度不超過85%；涂層施工前若潮濕天氣，要待其表面干燥后，才可以實施下一道涂料的涂刷 作業。

3 結束語

涂層的起泡成因較多，相互之間的關系也較為復雜。對于不同原因造成的起泡現象要進行深入討論、分析，根據其產生的原因及其相互關系采取有針對性的控制措施，避免在施工中發生涂層起泡缺陷，從而得到一套較為完整、符合要求的涂層體系，延長涂層的使用壽命，保障涂層所防護的鋼材質量，進而確保儲罐、管道等庫區重要設備設施的安全運行。