纳米二氧化硅改性环氧涂料在建筑护栏中的防护应用

钟萍 *，钟银花，袁兴

（1.广东科富科技股份有限公司，广东 佛山 528200；2.湖南工程学院化学化工学院，湖南 湘潭 411104）

近年来，随着我国建筑涂料工业的迅速发展，各种高性能建筑防腐涂料的需求不断增长，纳米材料和纳米技术在建筑涂料中的应用为开发高档次建筑防腐涂料提供了一条新的途径。环氧树脂性能优异，是目前应用数量最多、范围最广的防腐涂料用树脂，但是以环氧树脂为成膜基料的涂层内应力大、质地硬脆，耐开裂性、抗冲击性、耐湿热性差，必须对环氧树脂进行改性。纳米粒子表面非配对原子多，与聚合物发生物理或化学结合的可能性大，加到环氧树脂中，可得到有机–无机杂化改性环氧树脂，增加涂料的韧性和延展性，使涂层的附着力大幅度提高，耐开裂性和抗冲击性成倍增强；使孔隙率大幅度降低，防渗透性、屏蔽性能成倍增加，因而极大地提高了涂膜的防腐性能。经纳米粒子改性后的环氧涂料性能优异，符合日益增大的高性能建筑防腐涂料的市场需求，具有广阔的发展前景。

建筑护栏的表面防护涂层要达到长期使用而不产生涂层变色、褪色、无光泽、开裂、脱落、锈蚀等影响美观的现象，必须通过完整的涂料体系与施工方案来解决。本文以具有良好防腐性能的纳米二氧化硅改性环氧树脂底漆和耐紫外老化性能优良的丙烯酸聚氨酯面漆配套使用，通过对涂料施工技术进行设计以及各施工环节的施工质量控制，达到对建筑护栏的长效防护和美观设计的目的。

1 纳米二氧化硅改性环氧底漆的性能

使用粒度小于100 nm 的纳米级SiO2粒子对环氧树脂进行改性，因纳米粒子粒径很小，具有独特的表面效应、体积效应和量子效应，从而表现出常规填料所不具备的改性效果：SiO2粒子表面存在着不饱和残键和不同键合状态的羟基，可与环氧树脂上的羟基发生脱水缩合，从而在树脂中引入Si─O 柔性链段和富有弹性的网状硅氧四面体结构，形成无机–有机杂化复合结构；无机相与有机相在纳米范围内结合，于两相界面上有着或强或弱的各种物理和化学键合作用，形成致密的聚合物网络。同时，纳米粒子均匀分布在颜填料颗粒和树脂之间，纳米粉体的高表面能可以有效地改善树脂与颜料颗粒之间的界面结合力，使孔隙率大幅度降低。采用纳米SiO2改性后的环氧树脂制备的涂料具有许多优异的性能：

(1)施工性能好，流平、防流挂性能优异；

(2)对聚氨酯面漆、氟碳面漆都有良好的适应性；

(3)可直接涂饰于处理好的钢铁、铝等底材上，结合力显著增强且有较好的耐久性；

(4)涂膜具有优良的柔韧性、抗冲击性、耐刮擦和耐开裂性能；

(5)漆膜更加致密，抗腐蚀介质渗透的能力大大增强，涂膜耐盐水浸泡、耐盐雾、耐酸碱等性能均远高于传统环氧漆。

本文使用广东科富科技股份有限公司商品化的纳米改性环氧底漆，性能如表1 所示。

表1 纳米二氧化硅改性环氧底漆主要性能指标Table 1 Main performance indexes of nano-SiO2modified epoxy primer

2 建筑护栏防护施工工艺

2.1 施工工艺流程

底材前处理─喷涂二氧化硅改性环氧底漆─刮涂原子灰、填补表面凹凸部位─喷涂丙烯酸聚氨酯面漆─修补。

2.2 工艺说明

2.2.1 底材前处理

护栏主体一般为钢构件，有些配件需使用铝构件。要保证涂料工程的施工质量，使其经久耐用，必须对底材进行有效的前处理。底材前处理的好坏直接影响底漆的附着力、防腐效果和使用寿命。底材前处理包括以下工艺：

(1)除灰。用干燥的高压气彻底清除底材表面的灰尘、杂质，为下一步清洁工序做好充分的准备。

(2)清洁。采用除油剂清除底材内外表面油污、脱膜剂、蜡及其他杂物，使表面清洁干净、无锈迹。用手或干净棉布擦试检验，确保工件表面清洁到位。严禁除油剂回收再使用。

(3)打磨。对于清洁处理过的无锈迹、清洁的表面，使用砂纸打磨。铝构件用180 目、钢构件用80 目干磨砂纸进行机械打磨，确保打磨到位，不可漏磨，打磨至呈现金属材料表面的光泽；去除底材表面留有的排列规则的砂纸痕，否则会影响底漆附着力；结构复杂部位及边缘处要用手工及辅助工具打磨到位，不可漏磨。

(4)除灰除油。再次使用气管吹除底材表面灰尘及其他杂质。然后使用除油剂将底材表面彻底清洁，并用湿布和干布配合清洁擦干，不可让除油剂留在工件上自行干燥，否则会影响底漆附着。

2.2.2 喷涂二氧化硅改性环氧底漆

底漆直接喷涂在经表面处理的施工基材表面。选择合适的底漆不但可有效增加基材、原子灰、面漆各层之间的附着力，防止基材氧化腐蚀，而且对面漆的耐久性、美观性具有很大影响，改性环氧底漆不但保留了环氧漆附着力强、坚韧耐久等优点，而且更具有良好的机械强度、韧性以及良好的防渗透性、耐蚀性、耐水性等优点。

(1)配漆。将改性环氧底漆和固化剂以及稀释剂按比例在调漆桶内配漆。使用200 目筛网过滤掉容易堵塞喷枪以及影响涂层表面质量的颗粒物，调节涂料施工黏度在16～18 s 之间(涂–4 杯)，配好的环氧底漆在25°C 下使用时限为4 h。不同温度使用不同干燥速度的稀释剂。

(2)喷涂。使用喷枪喷涂30～40 μm 的湿膜。喷涂前对喷枪进行检查和调整，保证喷杯上气孔无堵塞、密封圈无渗漏等现象，调整喷枪压力、口径等参数：喷枪口径，上壶1.7 mm、下壶2.0 mm；空气压力3～4 bar。若需要喷涂得比较细腻，可用口径1.5～1.6 mm的喷枪。

(3)闪干。闪干时间5～8 min。

(4)干燥。基材温度达到80°C 开始计时，在此温度下烘干20～30 min，才可进行下一步工序。

2.2.3 刮涂腻子层

在选材上要求腻子层能很好地与底漆层和面漆层牢固结合，且要涂刮性能、耐温变性能和透气性好，强度高及耐水。

(1)刮涂。工件表面大面积刮涂腻子层，填补底材凹坑、针/缩孔、裂纹和小焊缝等缺陷，满足面漆前底材表面平整、光滑的要求。原子灰(由不饱和聚酯树脂、颜料、防沉降材料、助剂等组成)与固化剂按比例调匀，25°C 干燥时间为5～7 min，连续刮涂原子灰2～4 遍，尽量做到腻子层不过厚，刮涂遍数不过多，以补平缺陷为准。涂刮时若有气泡渗入，必须用刮刀彻底刮平。确保刮涂后表面边角清晰、细腻光滑、无大缺陷。

(2)干燥。腻子层干燥可以采用烘烤(50°C，20～30 min)或自干(25°C，1～2 h)，干燥后方可打磨。

(3)打磨。打磨腻子层/底漆层使用的工具包括手工垫板、干磨装置(0.7 mm 干磨机)、P80/P180 干磨砂纸。不建议湿磨，一般采用干磨打磨腻子层/底漆层到平整。用手摸腻子层，检查有无凹凸不平、针孔，然后局部填补原子灰，再干燥打磨。做到修补一遍再检查一遍，直至打磨到表面平整光滑、边角清晰，才能进行下道工序。

(4)清洁。先用压缩空气清洁除尘，再对局部金属表面除油。使用除油剂彻底擦抹工件表面并马上擦干，不可让除油剂留在工件上自行干燥，否则会产生不良的后果。

2.2.4 喷涂丙烯酸聚氨酯面漆

面漆是整个防护涂料体系的第一道关口，面漆要求具有防护和装饰的双重作用。特别是在酒店等高档场所，涂料体系中面漆的装饰效果非常重要。本文采用丙烯酸聚氨酯面漆，其漆膜装饰性能好，保光、保色性能优良，耐候性能优异、耐化学品性能好，具有高附着力、良好的机械性能等优点。

(1)调配面漆。丙烯酸聚氨酯素色漆与固化剂、稀释剂调配，使产品充分混合，25°C 下使用时限为4 h，配合施工温度选择合适的固化剂与稀释剂，调节黏度至16～18 s(25°C，涂–4 杯)，使用比例尺调配。

(2)喷涂面漆。第1 遍喷涂20～30 μm 湿膜，闪干10 min 左右，防止涂层流挂、失光；再进行第2 遍喷涂20～30 μm 湿膜。喷涂遍数视颜色情况而定。喷涂要均匀，无漏喷、无流挂，正确的喷涂方法可以保证漆膜厚度、耐久性及光泽度。喷涂参数：喷枪口径，上壶1.7～1.8 mm，下壶2.0 mm；空气压力3～4 bar。

(3)流平。流平时间10～15 min，让表面溶剂有一定的挥发时间。

(4)干燥。烘烤温度80°C，时间40 min，使漆膜充分干燥。

2.2.5 修补

用砂纸打磨干磨受损部位，令周边位置成羽状边缘，进行除灰除油。工件若需补土的地方应填补原子灰，干燥后打磨，再喷涂面漆找平。

3 涂层体系性能及应用效果

结合在建筑护栏表面的防护施工工艺和技术，对纳米SiO2改性环氧底漆和丙烯酸聚氨酯面漆涂层体系的相关性能进行了测试和评估，结果如表2 所示。该涂层体系具有较好的抗冲击性能、柔韧性以及附着力，耐盐雾及耐老化性能优良，应用在高档建筑场所的护栏防护，能满足各项性能的检验要求和使用要求。

表2 纳米SiO2改性环氧主底要漆性和能丙指烯标酸聚氨酯面漆涂层体系的Table 2 Main performance indices of the coating system composed of nano-SiO2modified epoxy primer and acrylic polyurethane topcoat

纳米改性环氧底漆和丙烯酸聚氨酯面漆配套体系在海南某高级酒店护栏表面的防护施工效果及投入使用一年后的效果如图1 所示。投入使用一年后，涂层基本无变化，未发生失光、变色、斑点、裂痕、脱落、锈蚀等现象，显示了非常优异的防护性能和装饰性能。

4 结语

图1 纳米二氧化硅改性环氧树脂底漆及其与丙烯酸聚氨酯面漆涂层体系应用1 a 后的效果Figure 1 Photos showing the sprayed nano-SiO2modified epoxy resin primer and the coating system consisting of the nano-SiO2modified epoxy resin primer and acrylic polyurethane topcoat after application for one year

纳米二氧化硅改性环氧树脂底漆性能优良，与丙烯酸聚氨酯面漆配套性好，该涂层体系在海南某高级酒店护栏上应用一年后表明，对底材前处理，底漆喷涂和干燥，腻子涂刮和打磨，面漆喷涂等施工环节进行有效设计和管控，可以更好地发挥底漆、腻子、面漆各自的优势，得到集装饰性、防腐蚀性和耐久性于一体的高性能涂层。

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