CN100554348C

CN100554348C - 钢结构水性带锈防腐涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN100554348C
Application number: CNB2007100351135A
Authority: CN
Inventors: 龚建清; 陆小玲
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2007-06-13
Filing date: 2007-06-13
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2027-06-13
Also published as: CN101323726A

Abstract

本发明涉及一种钢结构水性带锈防腐涂料及制作工艺，该水性带锈涂料包括苯丙乳液、氧化铁、滑石粉、磷酸、丹宁酸、氢氧化铝、氧化锌、磷酸二氢锌、重铬酸钾、成膜助剂、六偏磷酸钠、邻苯二甲酸二丁酯、消泡剂及水加至100%(质量)。其制备方法是按配比先将颜填料加入球磨机制备颜填料料浆，将磷酸、丹宁酸、氧化锌、氢氧化铝混合加热直至溶液澄清，制备转化液，再将颜填料料浆与转化液及其它组分混合搅拌，最后过滤制得成品。它具有性能好，成本低等特点，可直接带锈涂装，既可作为底漆使用，又可作为面漆使用。

Description

钢结构水性带锈防腐涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种钢结构水性带锈防腐涂料及其制备方法，属于化工行业涂料领域的新材料。

背景技术

由于钢结构具有强度高、韧性好、制作方便、施工速度快、建筑周期短等一系列优点，而在现代建筑业中得到越来越广泛的应用。但是其容易腐蚀的特点却给国民经济带来了巨大的损失。喷涂钢结构防腐涂料是钢结构防腐措施中最为经济合理的措施之一。

一般钢结构涂刷防腐涂料时，在其部分表面已存在一定厚度的腐蚀层，对于普通的防腐涂料来说，必须彻底清除铁锈，使涂料直接与钢铁表面相接触，以保证涂料的防腐能力。在防腐工程中，施工费用占70％以上，而其中以喷砂为主的表面处理(除锈、除油等)又占70％以上。同时在很多现场施工条件下，也不可能达到喷砂Sa2.5级以上的标准。而目前人们对环境的要求越来越高，因此，水性防腐涂料已获迅速的发展，应用范围不断扩大，产品性能也不断提高。在防腐涂料领域，对表面处理低于Sa2级，以及带湿气、带油表面上可适用的防腐涂料提出了很高的要求。

水性防腐涂料近年还出现了水性复合防锈漆、水性带锈乳液型防锈漆、底面合一水性带锈复合涂料等，用于除锈不完善的钢基材上，甚至可以在水下施工。

目前世界上就有很多非常成功的金属防腐水性涂料体系，如佐敦油漆的水性防腐涂料配套方案，就通过了世界上最为苛刻的NORSOK标准实验认可。但是现有的较成功的水性防腐涂料都是底面漆分开涂刷，施工麻烦，而且还要考虑底面漆的配套性问题，底面漆不配套，将影响底面漆的粘结，影响涂料的耐腐蚀性能。而目前的底面合一的水性带锈防腐涂料又对底材有一定的要求，要求锈层厚度低于80μm，且所选用原材料均价格较高，增加了涂料的成本。如CN1458197A，选用了水乳型合成树脂与水性高光泽清漆，CN1288919A，选用了亚麻油、三羟甲基丙烷、间苯二甲酸或苯酐中的一种，以及顺丁烯二酸酐、偏苯三酸酐、丙烯酸酯、乙二醇丁醚、丁醇等组成，两种涂料均选用了价格相对较高的原材料，提高了涂料成本，且对锈层有一定要求，涂刷前必须使之达到要求厚度。

因此，研制一种新型的钢结构水性带锈防腐涂料及其制备方法已为急需。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的钢结构水性带锈防腐涂料及其制备方法，能克服现有底面合一的水性带锈防腐涂料的不足，具有性能优异、原材料易得、成本低、对环境无污染等特点，可直接涂于锈层厚度为90μm以下的钢铁表面，而不需预先除锈，能与铁锈相互作用，生成稳定的鳌合物，而将活性铁锈转化为稳定覆盖层，从而对钢铁构件起到保护作用。既可用作底漆，也可用作面漆，且干燥快，施工方便。同时，涂料的制作工艺简单、方便。

本发明的钢结构水性带锈防腐涂料的质量百分比组成如下：

苯丙乳液30％～40％，氧化铁2.0％～2.5％，滑石粉8.0％～10.0％，磷酸锌2.5％～3.0％，氧化锌1.5％～2.0％，氢氧化铝1.0％～1.1％，磷酸18.5％～19.5％，丹宁酸5.5％～6.0％，磷酸二氢锌0.0750％～0.1875％，重铬酸钾0.1250％～0.3125％，成膜助剂2.0％～3.0％，邻苯二甲酸二丁酯1.35％～1.45％，六偏磷酸钠0.6％～0.7％，消泡剂0.3％～0.4％，水加至100％。

苯丙乳液为成膜物质，它提供了涂层对基材的附着力，对腐蚀介质的屏蔽和耐蚀作用，对涂料组成中其他组分的粘结力等。

氧化铁为防锈颜料，它是一种物理防锈颜料，其化学性能稳定、质地坚硬、粒度细、填充性好，耐光、耐污性好，且具有良好的耐久性、耐化学性和耐热性，具有较好的着色力和遮盖力，可使漆膜致密、屏蔽作用强、降低渗透性等。

滑石粉的主要成分为硅酸镁，其片状结构延长了腐蚀介质的扩散路径，在漆膜中适当取向可以降低涂层的裂纹敏感性，改善漆膜的整体性能和耐候性，也可改善与基底的结合性。滑石粉还可以提高涂料的粘度并使其具有触变性，减少颜填料的沉降趋势，应用得当可以降低增稠剂的用量。

磷酸锌作为活性防锈颜料，是一种高效、无毒的新型金属防腐活性颜料，它具有阳极极化和阴极极化作用。磷酸锌离解和水解，生成磷酸盐离子，在金属表面和Fe³⁺形成附着牢固的络合物Fe[Zn₃(PO₄)₃]沉淀层而抑制阳极反应(阳极极化)，锌离子与阴极的OH^-反应，生成溶解性很小的氢氧化锌或碱式锌盐而起阴极极化作用，同时能与漆料中的羟基、羧基络合，使颜料-漆料-底材之间形成化学结合，从而提高涂层的附着力和抗渗性，起到带锈防锈的作用。

氧化锌是碱性物质，有水溶性。少量添加时，能使铁锈中活泼的γ-FeOOH转化成较稳定的类似四氧化三铁结构。同时，氧化锌的碱性也是有利于提高涂膜的防腐性，但是当氧化锌用量较大时，对涂膜耐水性不利，涂膜起泡。

氢氧化铝提供铝离子，与铁锈发生反应，将铁锈溶解，使铁离子与磷酸或磷酸锌提供的磷酸根离子结合，生成牢固且性能稳定的磷化膜，从而稳定铁锈，对锈层起到阻蚀钝化作用。

磷酸、丹宁酸作为转化剂，将钢铁表面活泼有害的成分转化为稳定的保护层，附着在钢铁表面，阻止腐蚀的进一步发生。

磷酸二氢锌与重铬酸钾组成复合缓蚀剂，在水性带锈涂料中起辅助防锈作用，它能更好地使铁基体钝化，增强阻蚀作用。

成膜助剂又称成膜剂、凝集剂、聚结剂，常为高沸点溶剂，在涂膜形成后慢慢挥发，促进乳胶粒子的塑性流动和弹性变形，改善其聚结性能。在乳胶漆中成膜助剂因对乳胶粒子的溶解作用而使粒子表面软化，促使聚合物粒子易受压变形，融合成膜；成膜助剂的加入可降低水性涂料的成膜温度，改善乳胶漆的成膜性能。

邻苯二甲酸二丁酯作为增稠剂，可以增加涂料的韧性、渗透性和附着力，降低成膜温度。

六偏磷酸钠作为分散剂，增强颜填料在乳液中的分散程度，促进其防锈能力或改善涂料性能等作用的发挥。

水性涂料中含有帮助颜料湿润分散的助剂；有改善涂料成品贮藏稳定的助剂，有调整漆膜外观平整的助剂；还有一些达到特殊功能的助剂。上述这些助剂品种大多都属于表面活性剂，都能改变涂料的表面张力，致使涂料本身就存在着易起泡或使泡沫稳定的内部因素。涂料制造过程中需要使用各种高速混合机，如三辊机、砂磨机和球磨机等。涂料涂装时所用的各种方式方法，如空气喷涂、无气喷涂、辊涂、流涂和淋涂等。在这些过程中，都会程度不同地增加涂料体系的自由能，帮助产生泡沫，这是产生泡沫的外部因素。因此涂料的生产制备过程中需要添加一定量的消泡剂，以避免涂料中产生小气泡，而对涂料性能产生不良影响。

本发明的制备方法的工艺步骤如下：

(1)先将磷酸、氢氧化铝、氧化锌、丹宁酸混合，边加热边搅拌直至溶液澄清，制得转化液，放置片刻；

(2)将氧化铁、滑石粉、磷酸锌与水混合搅拌，制得颜填料料浆；

(3)再将转化液、颜填料料浆与苯丙乳液、磷酸二氢锌与重铬酸钾、消泡剂掺量的1/2-2/3及邻苯二甲酸二丁酯和六偏磷酸钠混合，搅拌1.5-2h，转速为1600-4000r/min，制得料浆，再加入成膜助剂，搅拌0.5-1h，转速不变，再加入剩下的消泡剂，将搅拌速度调至500-600r/min，搅拌0.5-1h后，最后过滤得到水性带锈防腐涂料。

该工艺的特征还在于消泡剂第一次掺加量为总量的2/3；转化液、颜填料料浆与苯丙乳液、磷酸二氢锌与重铬酸钾、消泡剂及邻苯二甲酸二丁酯和六偏磷酸钠混合，搅拌时间为2h，转速为3000r/min；加入成膜助剂的搅拌时间为0.5h；加入消泡剂后的搅拌时间为0.5h，搅拌速度为600r/min。

与现有技术相比本发明具有如下优点：粘度低，便于涂刷，有足够的厚度，且干燥时间短，成膜后漆膜耐酸碱性能优异，可直接涂刷于锈层厚度为90μm以下的钢铁表面，在选择价格低廉的原材料(如颜填料)的情况下，达到了改善涂料涂装环境的目的。既可用作底漆，也可用作面漆，干燥快，施工方便。

具体实施方式

本发明选用的各种原材料的生产厂家分别如下，也可选用其它厂家的产品，其中苯丙乳液可为北京东联化工有限公司生产的BS-1067系苯乙烯与丙烯酸酯共聚的阴离子型乳液；氧化铁为湘中精细化学品厂生产；滑石粉为上海陆都化学试剂厂生产；磷酸锌为天津市双船化学试剂厂生产；氧化锌为广东.汕头市西陇化工厂生产；氢氧化铝为天津市大茂化学试剂厂生产；磷酸由湖南汇虹试剂有限公司出品；丹宁酸由上海山浦化工有限公司生产；磷酸二氢锌为上海试一化学试剂有限公司生产；重铬酸钾为湖南湘中地质研究所生产；邻苯二甲酸二丁酯由天津市光震精细化工研究所研制生产；成膜助剂为上海如发化工科技有限公司生产的RF-PPH型成膜助剂；消泡剂为长沙欧化科技有限公司生产的SN-154消泡剂。

为了进一步说明本发明，现举如下实施例，但本发明不限于实施例。

实施例1

苯丙乳液33.0％，氧化铁2.5％，滑石粉9.0％，磷酸锌2.5％，氧化锌2.0％，氢氧化铝1.0％，磷酸19.0％，丹宁酸5.5％，磷酸二氢锌0.075％，重铬酸钠0.125％，成膜助剂2.0％，邻苯二甲酸二丁酯1.45％，六偏磷酸钠0.6％，消泡剂0.3％，水加至100％。

该实施例的制备工艺为：

(1)先将磷酸、氢氧化铝、氧化锌、丹宁酸混合，边加热边搅拌直至溶液澄清，制得转化液，放置片刻。

(3)再将转化液、颜填料料浆与苯丙乳液、磷酸二氢锌与重铬酸钾、消泡剂掺量的2/3及邻苯二甲酸二丁酯和六偏磷酸钠混合，搅拌两小时，转速为3000r/min，制得料浆，再加入成膜助剂，搅拌0.5小时，转速不变，再加入剩下的1/3的消泡剂，将搅拌速度调至600r/min，搅拌0.5小时后，最后过滤得到水性带锈防腐涂料。

实施例2

苯丙乳液35.0％，氧化铁2.3％，滑石粉8.0％，磷酸锌2.5％，氧化锌1.5％，氢氧化铝1.1％，磷酸19.0％，丹宁酸5.5％，磷酸二氢锌0.075％，重铬酸钠0.125％，六偏磷酸钠0.7％，成膜助剂2.0％，苯二甲酸二丁酯1.4％，消泡剂0.35％，水加至100％。

该实施例的制备工艺与实施例1相同。

实施例3

苯丙乳液38.0％，氧化铁2.2％，滑石粉10.0％，磷酸锌3.0％，氧化锌1.8％，氢氧化铝1.0％，磷酸18.5％，丹宁酸5.8％，磷酸二氢锌0.1％，铬酸钠0.3％，六偏磷酸钠0.6％，成膜助剂2.5％，邻苯二甲酸二丁酯1.4％，消泡剂0.36％，水加至100％。

该实施例的制备工艺与实施例1相同。

实施例4

苯丙乳液40.0％，氧化铁2.4％，滑石粉8.0％，磷酸锌2.5％，氧化锌1.5％，氢氧化铝1.1％，磷酸18.5％，丹宁酸5.5％，磷酸二氢锌0.15％，重铬酸钠0.31％，六偏磷酸钠0.6％，成膜助剂3.0％，邻苯二甲酸二丁酯1.45％，消泡剂0.4％，水加至100％。

该实施例的制备工艺与实施例1相同。

检测指标和检测方法如下：

本发明具有对环境无污染、成本低、干燥时间短、成膜性能好等优点，且可涂刷于锈层厚度低于90μm的钢铁表面，与之前能涂刷于锈层厚度80μm的水性带锈防腐涂料相比，扩大了涂料的使用范围，改善了涂装环境，节省了施工工艺；而且，本发明为底面合一水性带锈防腐涂料，即可用作底漆，也可用作面漆，在施工过程中避免了对底面漆的配套性问题的考虑。

Claims

1、一种水性带锈防腐涂料，其特征在于其质量百分比组成如下：

2、根据权利要求1所述的一种水性带锈防腐涂料，其特征在于苯丙乳液33.0％，氧化铁2.5％，滑石粉9％，磷酸锌2.5％，氧化锌2.0％，氢氧化铝1.0％，磷酸19.0％，丹宁酸5.5％，磷酸二氢锌0.075％，重铬酸钾0.125％，成膜助剂2.0％，邻苯二甲酸二丁酯1.45％，六偏磷酸钠0.6％，消泡剂0.3％，最后加水至100％。

3、根据权利要求1所述的一种水性带锈防腐涂料，其特征在于苯丙乳液35.0％，氧化铁2.3％，滑石粉8.0％，磷酸锌2.5％，氧化锌1.5％，氢氧化铝1.1％，磷酸19.0％，丹宁酸5.5％，磷酸二氢锌0.075％，重铬酸钾0.125％，成膜助剂2.0％，邻苯二甲酸二丁酯1.4％，六偏磷酸钠0.7％，消泡剂0.35％，最后加水至100％。

4、根据权利要求1所述的一种水性带锈防腐涂料，其特征在于苯丙乳液38.0％，氧化铁2.2％，滑石粉10.0％，磷酸锌3.0％，氧化锌1.8％，氢氧化铝1.0％，磷酸18.5％，丹宁酸5.8％，磷酸二氢锌0.1％，重铬酸钾0.3％，成膜助剂2.5％，邻苯二甲酸二丁酯1.4％，六偏磷酸钠0.6％，消泡剂0.36％，最后加水至100％。

5、根据权利要求1所述的一种水性带锈防腐涂料，其特征在于苯丙乳液40.0％，氧化铁2.4％，滑石粉8.0％，磷酸锌2.5％，氧化锌1.5％，氢氧化铝1.1％，磷酸18.5％，丹宁酸5.5％，磷酸二氢锌0.15％，重铬酸钾0.31％，成膜助剂3.0％，邻苯二甲酸二丁酯1.45％，六偏磷酸钠0.6％，消泡剂0.4％，最后加水至100％。

6、根据权利要求1所述的水性带锈防腐涂料的制备方法，其特征在于其工艺如下：

7、根据权利要求6所述水性带锈防腐涂料的制备方法，其特征在于消泡剂第一次掺加量为总量的2/3。

8、根据权利要求6所述水性带锈防腐涂料的制备方法，其特征在于转化液、颜填料料浆与苯丙乳液、磷酸二氢锌与重铬酸钾、消泡剂及邻苯二甲酸二丁酯和六偏磷酸钠混合，搅拌时间为2h。

9、根据权利要求6所述水性带锈防腐涂料的制备方法，其特征在于转化液、颜填料料浆与苯丙乳液、磷酸二氢锌与重铬酸钾、消泡剂及邻苯二甲酸二丁酯和六偏磷酸钠混合，搅拌时间为2h，转速为3000r/min。

10、根据权利要求6所述水性带锈防腐涂料的制备方法，其特征在于加入成膜助剂的搅拌时间为0.5h。

11、根据权利要求6所述水性带锈防腐涂料的制备方法，其特征在于加入消泡剂后的搅拌时间为0.5h。

12、根据权利要求6所述水性带锈防腐涂料的制备方法，其特征在于加入消泡剂后的搅拌速度为600r/min。