一種水性帶鏽防腐塗料的製作方法
2023-11-05 15:43:52
專利名稱：一種水性帶鏽防腐塗料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種水性帶鏽防腐塗料。
背景技術：
傳統的鋼鐵防腐蝕一般採用除鏽防腐蝕的方法，對鋼鐵進行電化學防腐蝕和隔離防腐蝕，存在汙染嚴重、施工強度大等弊端。帶鏽防腐蝕雖然也採用電化學防腐蝕和隔離防腐蝕的原理，但其在產品特性、施工工藝等方面與傳統的除鏽防腐蝕有著很大的不同，見表1表1 帶鏽防腐蝕與傳統除鏽防腐蝕的區別
帶鏽塗料根據其與鏽蝕產物作用原理不同，可分為轉化型、穩定型、滲透型等3種。穩定型帶鏽塗料是在成膜物中加入多種化鏽劑、穩定劑來達到帶鏽塗裝的目的，其缺點是只能適用於輕鏽(鏽層厚小於30tma)的鋼鐵表面；滲透型帶鏽塗料主要是利用漆料對疏鬆鐵鏽的潤溼、滲透作用，把鐵鏽分離並包圍在漆料中，以阻止鏽蝕的發展，滲透型帶鏽塗料既不含穩鏽劑也不含轉化劑，對鋼鐵幾乎不起什麼化學作用，因此它不具備化鏽能力；轉化型又稱為反應型帶鏽塗料，是利用轉化劑與金屬表面鏽層起反應生成穩定絡合物、鰲合物，形成化學性能穩定的緻密保護層來達到化鏽防鏽的目的，是三種帶鏽塗料中化鏽防鏽能力最好、最具市場前景的一種。
鑑於帶鏽防腐蝕塗料能夠明顯的降低除鏽工藝的勞動強度、改善施工環境，符合節能環保的要求，目前國內外市場上陸續出現了多種帶鏽防腐蝕塗料，但其中絕大部分以穩定型和滲透型為主，無化鏽能力或化鏽能力很差，如目前市面上的改性高氯聚乙烯(HCPE)防腐蝕漆、改性聚氨脂-環氧樹脂雙組分帶鏽塗料、環氧帶鏽防腐底漆等品種均屬此類。
目前，國內外市場上已經出現了一些水性轉化型帶鏽防腐蝕塗料產品，最具代表性的主要有以下三種配方。配方一磷酸(85％)、甲醛(37％)、尿素、三乙醇胺、三聚氰胺、氫氧化鈉、氧化鋅、酒精等；配方二環氧樹脂(E-44)、瀝青清漆、溶劑(丁醇和二甲苯體積比1∶1)、鐵鏽轉化劑(主要由磷酸組成)、檸檬酸、鉬酸鈉、磷酸二氫鈉、滲透劑(JFC或OP-10)、炭黑、乙醇、助劑(乙二醇)等；配方三矽丙乳液、鞣酸、三聚磷酸鋁、磷化液、磷酸鋅、滲透劑、顏(填)料、緩蝕劑、防黴劑、水等。
但這類帶鏽塗料的共同缺點是難以掌握鏽層厚度與塗料用量之間的關係，即無法控制化鏽反應的轉化度問題。若酸含量少，鏽的轉化不完全，若酸含量多，漆膜中留有酸性物質，對鋼鐵有腐蝕作用，且不能作真正的底漆，只能作表面處理劑用，施工時必須再塗刷耐酸底、面漆才能起到防腐蝕作用，因此無法得到廣泛的應用。
發明內容
本發明的目的是提供一種具有良好防腐性能的水性帶鏽防腐塗料。
本發明所提供的水性帶鏽防腐塗料，包括轉化層塗料和防腐層塗料兩個部分，其中，轉化層塗料含有如下重量份的組分環氧改性丙烯酸樹脂20-25；磷酸350-380；分散劑10-12；肌醇六磷酸酯(以下簡稱LZ防鏽劑)2-3；防腐層塗料含有如下重量份的組分丙烯酸樹脂40-50；水40-60。
優選的，環氧改性丙烯酸樹脂為CRF樹脂。
為了提高塗料的溶劑性能以及防腐效果，轉化層塗料中還含有一種或幾種如下重量份的組分三乙醇胺5-8；甲醛25-30；尿素6-8；水20-40；助劑1-3；濃度高於95％的酒精60-80。
其中，三乙醇胺可以調節溶液的pH值，還作為保護金屬的緩蝕劑；甲醛能與磷酸反應共同組成轉鏽成分，動態調整轉鏽成分的含量；尿素可以中和多餘的甲醛，使產品無甲醛揮發，達到環保要求；酒精作為溶劑，能加快漆膜的乾燥速度；在轉化層塗料中助劑為JX附著力促進劑(50％)、JP流變改性劑(50％)。磷酸質量濃度為85％；甲醛濃度為35-37％。
同樣的，為了提高塗料的溶劑性能以及防腐效果，防腐層塗料中還含有一種或幾種如下重量份的組分鈦白粉3-7；消泡劑2-5；鋅粉10-15；濃度高於95％的酒精10-20；流平劑1；成膜劑1。
其中，鈦白粉使漆膜為白色，能提高遮蓋能力；鋅粉可對鋼鐵形成陰極保護，提高防腐性能；以酒精為溶劑，加快漆膜的乾燥速度；流平劑可以改善漆膜流變性；成膜劑能改善漆膜成膜平整度。優選的，消泡劑選用AM1消泡劑，流平劑為JP流變改性劑，成膜劑為JX附著力促進劑。
在實際使用本發明塗料時，無需預先確定轉化層組分與防腐層組分間的用量。首先，在生鏽鋼鐵表面塗覆轉化層，肉眼觀察漆膜下的鐵鏽由黃色轉變為黑褐色或棕色即可，若鐵鏽未反應完全，可塗覆第二遍轉化層，直至漆膜內鐵鏽完全轉化為止。待轉化層表幹後，即可在上面塗一層防腐層，達到完全遮蓋轉化層即可，無需確定其準確用量，防腐層和轉化層間的反應可緩衝調整和中和多餘的化鏽成分。
本發明塗料體系的底漆塗覆為雙層塗覆，按照轉化層中轉化成分適量富餘，防腐層緩衝調整的原則進行配方設計，有效控制住了底漆轉化層的「轉化度」，進而可以使底漆適應各種鏽蝕條件的鋼鐵構件底材。本發明塗料是以「轉化」為主，同時兼有「封閉」和「滲透」性能，體系的基本組成為轉化層和防腐層，可與80μm以下的鏽蝕層反應，直接將其轉化為漆膜的一部分，同時主要針對鋼鐵的電化學腐蝕過程，分別對鋼鐵表面進行陽極保護和陰極保護。與現有塗料的比較差別如表2所示。
表2 本發明塗料與其它帶鏽防腐蝕塗料的區別
本發明塗料具有技術以及施工應用等方面的優勢1、產品技術優勢①水溶性、環保、不含Pb、Hg、Cr等重金屬、無VOC排放。
②降低除鏽等級，不需要拋丸噴砂，表面處理ST1級即可。
③80μm以下的鏽蝕層與轉化層反應，直接轉化為漆膜的一部分，漆膜與基材無間結合，附著力優異。
④轉化層轉化膜形成後，陽極的電位升高約66mv，陽極的惰性提高，丟失電子的難度加大，有效的阻滯了電化學腐蝕的進行，實現了陽極保護。這種以提高陽極電極電位為手段，實現基材保護目的的防腐方法稱之為鋼鐵防腐的陽極保護法。陽極保護在鋼鐵防腐實踐已被廣泛採用，如在鋼鐵中加入鉻形成不鏽鋼或鍍銀、鍍銅等。本發明漆膜可直接形成陽極保護，處於國內領先。
⑤轉化膜形成後，其內膜(雜多酸鹽)的晶格常數(3.21左右)與鐵的晶格常數(2.86)非常相近，它能夠與鋼鐵表面牢固地結合在一起，很難剝離；轉化膜中雜多酸鹽晶體結構緻密，即使在外層漆膜被破壞的情況下，它依然能夠有效地屏蔽外界的水分或腐蝕性物質接觸到鐵表面。
⑥轉化膜中雜多酸鹽的陽離子為Zn2+、Al3+和Fe3+(少部分Fe2+)，其很難再被氧化或還原，因此，化學腐蝕很難破壞其結構。
⑦防腐層為富鋅抗鏽層。在漆膜被外力擊穿的情況下，由於鋅的存在，鋅極為陽級，鋼鐵基材相對為陰極，產生陰極保護，仍可保護鋼鐵不被鏽蝕。
⑧防腐層與轉化層為反應型結合，層間結合力優異。乾燥後為酯溶性，與油性面漆配套性優異。
⑨採用雙層塗覆，可有效控制轉化度，與其它帶鏽防腐蝕塗料相比具有明顯的優勢，在帶鏽防腐蝕塗料行業中尚屬首創。
2、施工工藝優勢①可直接作為普通防腐體系的底漆，如體系+油性中間漆、面漆(硝基快乾漆)；體系+水溶性面漆等。配套附著力≤1，防腐蝕性能優良。
②可作為重防腐、船舶、工業防腐原有防腐蝕體系的配套底漆，如體系+環氧富鋅底漆+環氧雲鐵中間漆+內烯酸聚氨酯面漆等。配套附著力≤1，耐鹽霧1000小時以上。
③使用本發明塗料，前處理工藝簡單，或可直接作為前處理工藝，可以降低除鏽等級(Sa1或St1級)，甚至可以不除鏽，對傳統的噴砂除鏽工藝和化學除鏽工藝形成有力的衝擊，可大大的降低勞動強度、改善施工環境，市場前景優於普通防腐蝕塗料。
④使用本發明塗料可以彌補噴砂或機械除鏽的不足，可以達到設計防腐要求。
⑤使用本發明塗料可以取代酸洗磷化工藝。
本發明塗料化鏽能力優異，同時具有良好的耐油、耐鹼、耐酸、耐鹽霧、耐化學腐蝕以及導靜電、阻燃、環保、與油性面漆配套性好等特性，可與80μm以下的鏽蝕層反應，並直接將其轉化為漆膜的一部分，且轉化度可控。因此，作為底漆使用，可以明顯減少表面除鏽處理工序，降低除鏽等級，化鏽的同時對基材形成雙極保護和隔離保護，具有優異的防鏽能力，可廣泛應用於石油、石化、電力、船舶、橋梁、市政工程、車輛製造、貨櫃製造、鐵藝家具等行業。
圖1為轉化層塗料的製備工藝流程圖。
圖2為防腐層塗料的製備工藝流程圖。
具體實施例方式
本發明塗料在生產過程中無需特殊生產工藝，只需將原料按比例與順序加入反應釜混合攪拌即可，具體轉化層塗料和防腐層塗料的製備工藝流程分別如圖1和圖2所示。所得到的轉化層塗料和防腐層塗料即構成本發明的水性帶鏽防腐塗料。在使用時，先將轉化層塗料塗覆於鋼鐵構件上，表幹後再塗覆防腐層塗料，乾燥後即在鋼鐵構件上形成雙層防腐塗料層。
以下以具體的配方來闡述本發明。
實施例1、1、轉化層塗料配方(重量份)配方一CRF樹脂22，磷酸(85％)370，RC分散劑11，LZ防鏽劑3；配方二CRF樹脂22，磷酸(85％)370，RC分散劑11，LZ防鏽劑3，三乙醇胺6，甲醛(35％)27，酒精(＞95％)60，尿素6，水40，助劑(JX附著力促進劑(50％)、JP流變改性劑(50％))2；配方三CRF樹脂20，磷酸(85％)350，RC分散劑10，LZ防鏽劑2，三乙醇胺5，甲醛(37％)25，酒精(＞95％)60，尿素6，水40，助劑(JX附著力促進劑(50％)、JP流變改性劑(50％))1；配方四CRF樹脂25，磷酸(85％)380，RC分散劑12，LZ防鏽劑3，三乙醇胺8，甲醛(35％)30，酒精(＞95％)80，尿素8，水20，助劑(JX附著力促進劑(50％)、JP流變改性劑(50％))3；其中，磷酸與甲醛濃度均為質量百分濃度，助劑中JX附著力促進劑和JP流變改性劑比例為質量百分比。所用的CRF樹脂為環氧改性丙烯酸樹脂，LZ防鏽劑為肌醇六磷酸酯，以及RC分散劑等原料購自於北京振興化工廠。
將上述轉化層塗料塗覆於鋼鐵構件上，從不同角度對上述四種轉化層塗料配方的性能進行比較，結果如表3。
表3 轉化層塗料性能比較
轉化層(帶鏽層)以轉化鐵鏽功能為主，同時具有一定的防腐功能，塗覆於材料成膜後又分為兩層，內層為轉化膜，外層為CRF樹脂膜。其中的防鏽劑可與材料上的鏽蝕層反應形成緻密的磷酸複合鹽晶體鈍化膜，從而使雙重保護膜中內膜的電極電位比鐵升高66mv，對鋼鐵形成陽極保護。轉化層的主要技術與性能指標的描述如下①外觀無色透明。
②導靜電符合GB13348石油靜電安全規程和GB6950石油罐導靜電塗料技術指標等國內外有關規定。
③阻燃在氧指數、阻燃時間等方面達到或超過國家標準規定。
④帶鏽降低表面處理等級，可以清晰目測到鏽蝕層由黃色或紅色變成黑色、灰白色或棕紅色，表面生成雙重保護膜。
⑤防腐表面生成的雙重保護膜中內膜的電極電位比鐵升高66mv，大大的阻滯了電化學腐蝕的進行，其對鋼鐵的保護是陽極保護。
⑥水溶性不使用苯類、酮類、酯類等有機溶劑，能與水混溶。
⑦環保不含Pb、Hg、Cr等重金屬。
⑧機械物理性能好通過國家塗料質量監督檢驗中心的檢測。
2、防腐層塗料(重量份)配方一丙烯酸樹脂45，水60；配方二丙烯酸樹脂45，水60，鈦白粉5，AM1消泡劑2，鋅粉10，酒精(＞95％)10，流平劑(JP流變改性劑)1；成膜劑(JX附著力促進劑)1；配方三丙烯酸樹脂40，水50，鈦白粉3，AM12，鋅粉10，酒精(＞95％)10，流平劑(JP流變改性劑)1；成膜劑(JX附著力促進劑)1；配方四丙烯酸樹脂50，水40，鈦白粉7，AM15，鋅粉15，酒精(＞95％)20，流平劑(JP流變改性劑)1；成膜劑(JX附著力促進劑)1。
先將轉化層塗料(配方二)塗覆於鋼鐵構件上，表幹後再塗覆上述各種配方的防腐層塗料，乾燥後即在鋼鐵構件上形成雙層防腐塗料層。從不同角度對上述四種防腐層塗料配方的性能進行比較，結果如表4。
表4 防腐層塗料性能比較
防腐層以防腐蝕功能為主，對鋼鐵形成陰極保護，具有明顯的緩蝕功能，只要其不被鏽蝕完全，轉化層就可以得到很好的保護。同時防腐層可以中和轉化層可能存在的多餘轉鏽成分，可以有效避免因轉化反應過度而出現的漆膜不平整現象，同時可以促進帶鏽層的乾燥。防腐層的主要技術與性能指標的描述如下①外觀乳白色。
②水溶性富鋅塗料，導靜電。
③與轉化層為反應型結合，層間結合力優異。
④水溶性不使用苯類、酮類、酯類等有機溶劑，能與水混溶。
⑤乾燥後為酯溶性，與油性面漆配套性優異。
⑥漆膜分子結構為網狀，柔韌性，機械物理性能好。
⑦環保不含Pb、Hg、Cr等重金屬。
⑧漆膜無色透明，並可配成各種顏色。
實施例2、測試實施例1中的轉化層(配方二)和防腐層(配方三)形成的漆膜法導靜電特性。結果表明，該漆膜具有導靜電特性，底漆表面電阻為106Ω，體積電阻率為106Ω.M，符合GB13348石油靜電安全規程和GB6950石油罐導靜電塗料技術指標等國內外有關規定(見表5)，並且本品在實際的實驗中已證明了它的可靠性及安全性。
表5 指標對比
權利要求
1.一種水性帶鏽防腐塗料，包括轉化層塗料和防腐層塗料兩個部分，其中，轉化層塗料含有如下重量份的組分環氧改性丙烯酸樹脂20-25；磷酸350-380；分散劑10-12；肌醇六磷酸酯2-3；防腐層塗料含有如下重量份的組分丙烯酸樹脂40-50；水40-60。
2.根據權利要求1所述的水性帶鏽防腐塗料，其特徵在於所述環氧改性丙烯酸樹脂為CRF樹脂。
3.根據權利要求1所述的水性帶鏽防腐塗料，其特徵在於所述轉化層塗料中還含有一種或幾種如下重量份的組分三乙醇胺5-8；甲醛25-30；尿素6-8；水20-40；助劑1-3；濃度高於95％的酒精60-80。
4.根據權利要求3所述的水性帶鏽防腐塗料，其特徵在於所述助劑為附著力促進劑和流變改性劑。
5.根據權利要求3所述的水性帶鏽防腐塗料，其特徵在於所述磷酸質量濃度為85％；所述甲醛質量濃度為35-37％。
6.根據權利要求1-5任一所述的水性帶鏽防腐塗料，其特徵在於所述防腐層塗料中還含有一種或幾種如下重量份的組分鈦白粉3-7；消泡劑2-5；鋅粉10-15；濃度高於95％的酒精10-20；流平劑1；成膜劑1。
7.根據權利要求6所述的水性帶鏽防腐塗料，其特徵在於所述消泡劑為AM1消泡劑；所述流平劑為JP流變改性劑；所述成膜劑為JX附著力促進劑。
全文摘要
本發明公開了一種水性帶鏽防腐塗料。本發明所提供的水性帶鏽防腐塗料，包括轉化層塗料和防腐層塗料兩個部分，其中，轉化層塗料含有如下重量份的組分環氧改性丙烯酸樹脂20－25；磷酸350－380；分散劑10－12；肌醇六磷酸酯2－3；防腐層塗料含有如下重量份的組分丙烯酸樹脂40－50；水40－60。本發明塗料化鏽能力優異，同時具有良好的耐油、耐鹼、耐酸、耐鹽霧、耐化學腐蝕以及導靜電、阻燃、環保、與油性面漆配套性好等特性，可廣泛應用於石油、石化、電力、船舶、橋梁、市政工程、車輛製造、貨櫃製造、鐵藝家具等行業。
文檔編號C09D5/08GK1923928SQ20061011324
公開日2007年3月7日 申請日期2006年9月20日 優先權日2006年9月20日
發明者李東林, 李玉榮, 趙鵬, 曹姍 申請人:趙鵬