CN100443559C

CN100443559C - 一种水性带锈防腐涂料

Info

Publication number: CN100443559C
Application number: CNB2006101132450A
Authority: CN
Inventors: 李东林; 李玉荣; 赵鹏; 曹姗
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2026-09-20
Also published as: CN1923928A

Abstract

本发明公开了一种水性带锈防腐涂料。本发明所提供的水性带锈防腐涂料，包括转化层涂料和防腐层涂料两个部分，其中，转化层涂料含有如下重量份的组分：环氧改性丙烯酸树脂20-25；磷酸350-380；分散剂10-12；肌醇六磷酸酯2-3；防腐层涂料含有如下重量份的组分：丙烯酸树脂40-50；水40-60。本发明涂料化锈能力优异，同时具有良好的耐油、耐碱、耐酸、耐盐雾、耐化学腐蚀以及导静电、阻燃、环保、与油性面漆配套性好等特性，可广泛应用于石油、石化、电力、船舶、桥梁、市政工程、车辆制造、集装箱制造、铁艺家具等行业。

Description

一种水性带锈防腐涂料

技术领域

本发明涉及一种水性带锈防腐涂料。

背景技术

传统的钢铁防腐蚀一般采用除锈防腐蚀的方法，对钢铁进行电化学防腐蚀和隔离防腐蚀，存在污染严重、施工强度大等弊端。带锈防腐蚀虽然也采用电化学防腐蚀和隔离防腐蚀的原理，但其在产品特性、施工工艺等方面与传统的除锈防腐蚀有着很大的不同，见表1：

表1带锈防腐蚀与传统除锈防腐蚀的区别

区别项	传统除锈防腐蚀	带锈防腐蚀
区别项	传统除锈防腐蚀	带锈防腐蚀	锈蚀层的处理	除去，排放在环境中	很大部分转化为漆膜
施工要求	高级别除锈，一般都需要在Sa2.5以上	基本除锈，只要求St1或Sa1级	锈蚀层的处理	除去，排放在环境中	很大部分转化为漆膜
施工要求	高级别除锈，一般都需要在Sa2.5以上	基本除锈，只要求St1或Sa1级	施工强度	机械施工为主，强度大	人工辅以机械施工、强度小
底材形状	单一、纯净的铁	铁、锈、有机物质、旧漆膜等	施工强度	机械施工为主，强度大	人工辅以机械施工、强度小
底材形状	单一、纯净的铁	铁、锈、有机物质、旧漆膜等	使用涂料	一般为油性防腐蚀涂料	带锈涂料(水溶性或油溶性)
涂装过程性质	物理过程	化学的、物理的过程	使用涂料	一般为油性防腐蚀涂料	带锈涂料(水溶性或油溶性)

带锈涂料根据其与锈蚀产物作用原理不同，可分为转化型、稳定型、渗透型等3种。稳定型带锈涂料是在成膜物中加入多种化锈剂、稳定剂来达到带锈涂装的目的，其缺点是只能适用于轻锈(锈层厚小于30tma)的钢铁表面；渗透型带锈涂料主要是利用漆料对疏松铁锈的润湿、渗透作用，把铁锈分离并包围在漆料中，以阻止锈蚀的发展，渗透型带锈涂料既不含稳锈剂也不含转化剂，对钢铁几乎不起什么化学作用，因此它不具备化锈能力；转化型又称为反应型带锈涂料，是利用转化剂与金属表面锈层起反应生成稳定络合物、鳌合物，形成化学性能稳定的致密保护层来达到化锈防锈的目的，是三种带锈涂料中化锈防锈能力最好、最具市场前景的一种。

鉴于带锈防腐蚀涂料能够明显的降低除锈工艺的劳动强度、改善施工环境，符合节能环保的要求，目前国内外市场上陆续出现了多种带锈防腐蚀涂料，但其中绝大部分以稳定型和渗透型为主，无化锈能力或化锈能力很差，如目前市面上的改性高氯聚乙烯(HCPE)防腐蚀漆、改性聚氨脂-环氧树脂双组分带锈涂料、环氧带锈防腐底漆等品种均属此类。

目前，国内外市场上已经出现了一些水性转化型带锈防腐蚀涂料产品，最具代表性的主要有以下三种配方。配方一：磷酸(85％)、甲醛(37％)、尿素、三乙醇胺、三聚氰胺、氢氧化钠、氧化锌、酒精等；配方二：环氧树脂(E-44)、沥青清漆、溶剂(丁醇和二甲苯体积比1∶1)、铁锈转化剂(主要由磷酸组成)、柠檬酸、钼酸钠、磷酸二氢钠、渗透剂(JFC或OP-10)、炭黑、乙醇、助剂(乙二醇)等；配方三：硅丙乳液、鞣酸、三聚磷酸铝、磷化液、磷酸锌、渗透剂、颜(填)料、缓蚀剂、防霉剂、水等。

但这类带锈涂料的共同缺点是难以掌握锈层厚度与涂料用量之间的关系，即无法控制化锈反应的转化度问题。若酸含量少，锈的转化不完全，若酸含量多，漆膜中留有酸性物质，对钢铁有腐蚀作用，且不能作真正的底漆，只能作表面处理剂用，施工时必须再涂刷耐酸底、面漆才能起到防腐蚀作用，因此无法得到广泛的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有良好防腐性能的水性带锈防腐涂料。

本发明所提供的水性带锈防腐涂料，包括转化层涂料和防腐层涂料两个部分，其中，

转化层涂料含有如下重量份的组分：

环氧改性丙烯酸树脂20-25；磷酸350-380；分散剂10-12；肌醇六磷酸酯(以下简称LZ防锈剂)2-3；

防腐层涂料含有如下重量份的组分：

丙烯酸树脂40-50；水40-60。

优选的，环氧改性丙烯酸树脂为CRF树脂。

为了提高涂料的溶剂性能以及防腐效果，转化层涂料中还含有一种或几种如下重量份的组分：

三乙醇胺5-8；甲醛25-30；尿素6-8；水20-40；助剂1-3；浓度高于95％的酒精60-80。

其中，三乙醇胺可以调节溶液的pH值，还作为保护金属的缓蚀剂；甲醛能与磷酸反应共同组成转锈成分，动态调整转锈成分的含量；尿素可以中和多余的甲醛，使产品无甲醛挥发，达到环保要求；酒精作为溶剂，能加快漆膜的干燥速度；在转化层涂料中助剂为JX附着力促进剂(50％)、JP流变改性剂(50％)。磷酸质量浓度为85％；甲醛浓度为35-37％。

同样的，为了提高涂料的溶剂性能以及防腐效果，防腐层涂料中还含有一种或几种如下重量份的组分：

钛白粉3-7；消泡剂2-5；锌粉10-15；浓度高于95％的酒精10-20；流平剂1；成膜剂1。

其中，钛白粉使漆膜为白色，能提高遮盖能力；锌粉可对钢铁形成阴极保护，提高防腐性能；以酒精为溶剂，加快漆膜的干燥速度；流平剂可以改善漆膜流变性；成膜剂能改善漆膜成膜平整度。优选的，消泡剂选用AM₁消泡剂，流平剂为JP流变改性剂，成膜剂为JX附着力促进剂。

在实际使用本发明涂料时，无需预先确定转化层组分与防腐层组分间的用量。首先，在生锈钢铁表面涂覆转化层，肉眼观察漆膜下的铁锈由黄色转变为黑褐色或棕色即可，若铁锈未反应完全，可涂覆第二遍转化层，直至漆膜内铁锈完全转化为止。待转化层表干后，即可在上面涂一层防腐层，达到完全遮盖转化层即可，无需确定其准确用量，防腐层和转化层间的反应可缓冲调整和中和多余的化锈成分。

本发明涂料体系的底漆涂覆为双层涂覆，按照转化层中转化成分适量富余，防腐层缓冲调整的原则进行配方设计，有效控制住了底漆转化层的“转化度”，进而可以使底漆适应各种锈蚀条件的钢铁构件底材。本发明涂料是以“转化”为主，同时兼有“封闭”和“渗透”性能，体系的基本组成为转化层和防腐层，可与80μm以下的锈蚀层反应，直接将其转化为漆膜的一部分，同时主要针对钢铁的电化学腐蚀过程，分别对钢铁表面进行阳极保护和阴极保护。与现有涂料的比较差别如表2所示。

表2本发明涂料与其它带锈防腐蚀涂料的区别

区别项	其它带锈防腐蚀涂料	本发明涂料
区别项	其它带锈防腐蚀涂料	本发明涂料	转化度	一般为单层涂覆，转化度不能实现控制，经常发生转化过度或转化不够的现象	双层涂覆，转化度可以实现控制，不会发生转化过度或者转化不够的现象
转化速度	转化速度慢，反应需要2-3个小时	在室温条件下，5-10分钟就基本完成转化反应	转化度	一般为单层涂覆，转化度不能实现控制，经常发生转化过度或转化不够的现象	双层涂覆，转化度可以实现控制，不会发生转化过度或者转化不够的现象
转化速度	转化速度慢，反应需要2-3个小时	在室温条件下，5-10分钟就基本完成转化反应	干燥时间	由于转化度不能控制，在轻锈或无锈铁底材表面干燥速度慢或很难干燥	转化度可以控制，在轻锈或无锈铁底材表面干燥速度快
漆膜平整度	由于转化度不能控制，形成漆膜平整度不易控制	转化度可以控制，形成漆膜平整度控制良好	干燥时间	由于转化度不能控制，在轻锈或无锈铁底材表面干燥速度慢或很难干燥	转化度可以控制，在轻锈或无锈铁底材表面干燥速度快
漆膜平整度	由于转化度不能控制，形成漆膜平整度不易控制	转化度可以控制，形成漆膜平整度控制良好	使用涂料	传统溶剂型涂料，颜色深，转化与否消费者无从判断	水溶性涂料，无色透明，转化与否肉眼可见
防水性能	防水性能差，传统带锈底漆在	反应及干燥时间短，使用过程方	使用涂料	传统溶剂型涂料，颜色深，转化与否消费者无从判断	水溶性涂料，无色透明，转化与否肉眼可见

使用过程中有诸多不便

便

本发明涂料具有技术以及施工应用等方面的优势：

1、产品技术优势：

①水溶性、环保、不含Pb、Hg、Cr等重金属、无VOC排放。

②降低除锈等级，不需要抛丸喷砂，表面处理ST1级即可。

③80μm以下的锈蚀层与转化层反应，直接转化为漆膜的一部分，漆膜与基材无间结合，附着力优异。

④转化层转化膜形成后，阳极的电位升高约66mv，阳极的惰性提高，丢失电子的难度加大，有效的阻滞了电化学腐蚀的进行，实现了阳极保护。这种以提高阳极电极电位为手段，实现基材保护目的的防腐方法称之为钢铁防腐的阳极保护法。阳极保护在钢铁防腐实践已被广泛采用，如在钢铁中加入铬形成不锈钢或镀银、镀铜等。本发明漆膜可直接形成阳极保护，处于国内领先。

⑤转化膜形成后，其内膜(杂多酸盐)的晶格常数(3.21

左右)与铁的晶格常数(2.86

)非常相近，它能够与钢铁表面牢固地结合在一起，很难剥离；转化膜中杂多酸盐晶体结构致密，即使在外层漆膜被破坏的情况下，它依然能够有效地屏蔽外界的水分或腐蚀性物质接触到铁表面。

⑥转化膜中杂多酸盐的阳离子为Zn²⁺、Al³⁺和Fe³⁺(少部分Fe²⁺)，其很难再被氧化或还原，因此，化学腐蚀很难破坏其结构。

⑦防腐层为富锌抗锈层。在漆膜被外力击穿的情况下，由于锌的存在，锌极为阳级，钢铁基材相对为阴极，产生阴极保护，仍可保护钢铁不被锈蚀。

⑧防腐层与转化层为反应型结合，层间结合力优异。干燥后为酯溶性，与油性面漆配套性优异。

⑨采用双层涂覆，可有效控制转化度，与其它带锈防腐蚀涂料相比具有明显的优势，在带锈防腐蚀涂料行业中尚属首创。

2、施工工艺优势：

①可直接作为普通防腐体系的底漆，如：体系+油性中间漆、面漆(硝基快干漆)；体系+水溶性面漆等。配套附着力≤1，防腐蚀性能优良。

②可作为重防腐、船舶、工业防腐原有防腐蚀体系的配套底漆，如体系+环氧富锌底漆+环氧云铁中间漆+内烯酸聚氨酯面漆等。配套附着力≤1，耐盐雾1000小时以上。

③使用本发明涂料，前处理工艺简单，或可直接作为前处理工艺，可以降低除锈等级(Sa₁或St₁级)，甚至可以不除锈，对传统的喷砂除锈工艺和化学除锈工艺形成有力的冲击，可大大的降低劳动强度、改善施工环境，市场前景优于普通防腐蚀涂料。

④使用本发明涂料可以弥补喷砂或机械除锈的不足，可以达到设计防腐要求。

⑤使用本发明涂料可以取代酸洗磷化工艺。

本发明涂料化锈能力优异，同时具有良好的耐油、耐碱、耐酸、耐盐雾、耐化学腐蚀以及导静电、阻燃、环保、与油性面漆配套性好等特性，可与80μm以下的锈蚀层反应，并直接将其转化为漆膜的一部分，且转化度可控。因此，作为底漆使用，可以明显减少表面除锈处理工序，降低除锈等级，化锈的同时对基材形成双极保护和隔离保护，具有优异的防锈能力，可广泛应用于石油、石化、电力、船舶、桥梁、市政工程、车辆制造、集装箱制造、铁艺家具等行业。

附图说明

图1为转化层涂料的制备工艺流程图。

图2为防腐层涂料的制备工艺流程图。

具体实施方式

本发明涂料在生产过程中无需特殊生产工艺，只需将原料按比例与顺序加入反应釜混合搅拌即可，具体转化层涂料和防腐层涂料的制备工艺流程分别如图1和图2所示。所得到的转化层涂料和防腐层涂料即构成本发明的水性带锈防腐涂料。在使用时，先将转化层涂料涂覆于钢铁构件上，表干后再涂覆防腐层涂料，干燥后即在钢铁构件上形成双层防腐涂料层。

以下以具体的配方来阐述本发明。

实施例1、

1、转化层涂料配方(重量份)

配方一：CRF树脂22，磷酸(85％)370，RC分散剂11，LZ防锈剂3；

配方二：CRF树脂22，磷酸(85％)370，RC分散剂11，LZ防锈剂3，三乙醇胺6，甲醛(35％)27，酒精(＞95％)60，尿素6，水40，助剂(JX附着力促进剂(50％)、JP流变改性剂(50％))2；

配方三：CRF树脂20，磷酸(85％)350，RC分散剂10，LZ防锈剂2，三乙醇胺5，甲醛(37％)25，酒精(＞95％)60，尿素6，水40，助剂(JX附着力促进剂(50％)、JP流变改性剂(50％))1；

配方四：CRF树脂25，磷酸(85％)380，RC分散剂12，LZ防锈剂3，三乙醇胺8，甲醛(35％)30，酒精(＞95％)80，尿素8，水20，助剂(JX附着力促进剂(50％)、JP流变改性剂(50％))3；

其中，磷酸与甲醛浓度均为质量百分浓度，助剂中JX附着力促进剂和JP流变改性剂比例为质量百分比。所用的CRF树脂为环氧改性丙烯酸树脂，LZ防锈剂为肌醇六磷酸酯，以及RC分散剂等原料购自于北京振兴化工厂。

将上述转化层涂料涂覆于钢铁构件上，从不同角度对上述四种转化层涂料配方的性能进行比较，结果如表3。

表3转化层涂料性能比较

转化层(带锈层)以转化铁锈功能为主，同时具有一定的防腐功能，涂覆于材料成膜后又分为两层，内层为转化膜，外层为CRF树脂膜。其中的防锈剂可与材料上的锈蚀层反应形成致密的磷酸复合盐晶体钝化膜，从而使双重保护膜中内膜的电极电位比铁升高66mv，对钢铁形成阳极保护。转化层的主要技术与性能指标的描述如下：

①外观：无色透明。

②导静电：符合GB13348石油静电安全规程和GB6950石油罐导静电涂料技术指标等国内外有关规定。

③阻燃：在氧指数、阻燃时间等方面达到或超过国家标准规定。

④带锈：降低表面处理等级，可以清晰目测到锈蚀层由黄色或红色变成黑色、灰白色或棕红色，表面生成双重保护膜。

⑤防腐：表面生成的双重保护膜中内膜的电极电位比铁升高66mv，大大的阻滞了电化学腐蚀的进行，其对钢铁的保护是阳极保护。

⑥水溶性：不使用苯类、酮类、酯类等有机溶剂，能与水混溶。

⑦环保：不含Pb、Hg、Cr等重金属。

⑧机械物理性能好：通过国家涂料质量监督检验中心的检测。

2、防腐层涂料(重量份)

配方一：丙烯酸树脂45，水60；

配方二：丙烯酸树脂45，水60，钛白粉5，AM₁消泡剂2，锌粉10，酒精(＞95％)10，流平剂(JP流变改性剂)1；成膜剂(JX附着力促进剂)1；

配方三：丙烯酸树脂40，水50，钛白粉3，AM₁2，锌粉10，酒精(＞95％)10，流平剂(JP流变改性剂)1；成膜剂(JX附着力促进剂)1；

配方四：丙烯酸树脂50，水40，钛白粉7，AM₁5，锌粉15，酒精(＞95％)20，流平剂(JP流变改性剂)1；成膜剂(JX附着力促进剂)1。

先将转化层涂料(配方二)涂覆于钢铁构件上，表干后再涂覆上述各种配方的防腐层涂料，干燥后即在钢铁构件上形成双层防腐涂料层。从不同角度对上述四种防腐层涂料配方的性能进行比较，结果如表4。

表4防腐层涂料性能比较

防腐层以防腐蚀功能为主，对钢铁形成阴极保护，具有明显的缓蚀功能，只要其不被锈蚀完全，转化层就可以得到很好的保护。同时防腐层可以中和转化层可能存在的多余转锈成分，可以有效避免因转化反应过度而出现的漆膜不平整现象，同时可以促进带锈层的干燥。防腐层的主要技术与性能指标的描述如下：

①外观：乳白色。

②水溶性富锌涂料，导静电。

③与转化层为反应型结合，层间结合力优异。

④水溶性：不使用苯类、酮类、酯类等有机溶剂，能与水混溶。

⑤干燥后为酯溶性，与油性面漆配套性优异。

⑥漆膜分子结构为网状，柔韧性，机械物理性能好。

⑦环保：不含Pb、Hg、Cr等重金属。

⑧漆膜无色透明，并可配成各种颜色。

实施例2、

测试实施例1中的转化层(配方二)和防腐层(配方三)形成的漆膜法导静电特性。结果表明，该漆膜具有导静电特性，底漆表面电阻为10⁶Ω，体积电阻率为10⁶Ω.M，符合GB13348石油静电安全规程和GB6950石油罐导静电涂料技术指标等国内外有关规定(见表5)，并且本品在实际的实验中已证明了它的可靠性及安全性。

表5指标对比

国名	出处	指标
国名	出处	指标	美国	DOD-HDBK-263	10<sup>5</sup>Ω＜ρs＜10<sup>9</sup>Ω
美国	MIL-STD-883B	ρv＜10<sup>9</sup>Ω.m	美国	DOD-HDBK-263	10<sup>5</sup>Ω＜ρs＜10<sup>9</sup>Ω
美国	MIL-STD-883B	ρv＜10<sup>9</sup>Ω.m	中国	G B13348	ρv＜10<sup>8</sup>Ω.m，ρs＜10<sup>9</sup>Ω
中国	GB6950	10<sup>5</sup>Ω-10<sup>9</sup>Ω	中国	G B13348	ρv＜10<sup>8</sup>Ω.m，ρs＜10<sup>9</sup>Ω

Claims

1、一种水性带锈防腐涂料，由转化层涂料和防腐层涂料两个部分组成，其中，

转化层涂料含有如下重量份的组分：

CRF树脂20-25；磷酸350-380；分散剂10-12；肌醇六磷酸酯2-3；

防腐层涂料含有如下重量份的组分：

丙烯酸树脂40-50；水40-60。

2、根据权利要求1所述的水性带锈防腐涂料，其特征在于：所述转化层涂料中还含有一种或几种如下重量份的组分：

3、根据权利要求2所述的水性带锈防腐涂料，其特征在于：所述助剂为附着力促进剂和流变改性剂。

4、根据权利要求2所述的水性带锈防腐涂料，其特征在于：所述磷酸的质量浓度为85％；所述甲醛的质量浓度为35-37％。

5、根据权利要求1-4任一所述的水性带锈防腐涂料，其特征在于：所述防腐层涂料中还含有一种或几种如下重量份的组分：

6、根据权利要求5所述的水性带锈防腐涂料，其特征在于：所述消泡剂为AM₁消泡剂；所述流平剂为JP流变改性剂；所述成膜剂为JX附着力促进剂。