CN101362920B

CN101362920B - 一种防腐涂层材料

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Publication number: CN101362920B
Application number: CN2008101401738A
Authority: CN
Inventors: 李少香; 李光俊; 刘光烨; 孙立水
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-09-08
Filing date: 2008-09-08
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2028-09-08
Also published as: CN101362920A

Abstract

本发明涉及一种防腐涂层材料，该材料无需溶剂，包括主剂体系和固化剂体系；该防腐涂层材料可通过手涂法、敷涂法和刷涂法的方式在无水或有水环境下直接进行涂覆。采用这种材料及其使用方法实现零溶剂含量，同时实现了防腐效果的长效性和厚涂化，有效攻克了浪溅区恶劣环境下钢结构防腐技术难关，大大提高海洋工程防腐的施工性和防护能力，推动了我国涂料领域技术进步，而且大大降低了工程施工成本，为国家节省了昂贵的维修保养费用和宝贵的淡水资源，取得了良好的社会经济效益。

Description

一种防腐涂层材料

技术领域

本发明涉及一种防腐技术，具体涉及一种海洋浪溅区钢结构重防腐涂层材料。

背景技术

据统计，世界上每年因腐蚀而造成的损失占国民经济生产总值的2％-4％，比因火灾、风灾、水灾和地震等自然灾害所造成的损失总和还要大，因此世界各沿海国家都高度重视海洋腐蚀与防护研究工作。我国是海洋大国，拥有18000多公里的海岸线，管辖海域300多万km²，海洋腐蚀与防护是我国经济发展中亟待认真解决的关键问题之一。海洋钢结构的防腐方面，腐蚀环境不同，所采用的防腐措施不同。海洋浪溅区由于其拥有充足的氧气供应，干湿交替的海洋环境以及最大的浪花冲击力，大大加速了这一区域的腐蚀作用。

因此海洋浪溅区是海洋环境中腐蚀最为严重的区域，国外发达国家高度重视该区域的防腐问题。国外用于浪溅区防腐技术主要是采用防护套包覆，如俄罗斯在六十年代开发了椽胶护套防蚀法，将其应用于在里海采油平台；日本海上瞭望塔浪溅区采用玻璃钢护套。这种防护套具有高耐蚀性、高可塑性与高可焊性，且不会发生抗蚀和应力腐蚀开裂，对防止微生物的滋长具有较高的稳定性，但价格昂贵，而且存在致命缺陷：一旦海水渗入，腐蚀更加严重。在防腐涂层方面，国内外的研究与应用主要集中在两方面的问题：材料和涂装技术。目前美国、德国、日本等国家都已研究出具有自主知识产权的新材料、新配方和新工艺。同时，随着国际社会对环境保护的日益重视，涂料的发展逐渐向无污染、无公害、节省能源、经济高效方向发展，目前发展迅速涂层材料均为无公害或公害少的产品，如正在开发应用中的粉末涂料，无溶剂环氧、无溶剂改性聚氨酯等。但是这些涂层材料虽然实现了环保性与长效性，但将其应用于浪溅区时，成本过高。同时材料对施工要求过于苛刻，无法用于海洋浪溅区钢结构的防腐修复。

发明内容

针对现有防腐技术和防腐材料存在的诸多问题，本发明提供一种海洋浪溅区钢结构重防腐涂层材料，该材料无需溶剂，包括主剂体系和固化剂体系；该防腐涂层材料可通过手涂法、敷涂法和刷涂法的方式在无水或有水环境下直接进行涂覆。采用这种材料及其使用方法实现零溶剂含量，同时实现了防腐效果的长效性和厚涂化，有效攻克了浪溅区恶劣环境下钢结构防腐技术难关，大大提高海洋工程防腐的施工性和防护能力，推动了我国涂料领域技术进步，而且大大降低了工程施工成本，为国家节省了昂贵的维修保养费用和宝贵的淡水资源，取得了良好的社会经济效益。

本发明的具体内容是：包括主剂体系和固化剂体系，其特征在于：按重量份计：

(I)主剂体系中各组分为：成膜树脂30-50；改性增韧剂8-15；消泡剂1-2；流平剂1-2；锈蚀稳定剂6-10；锈蚀转化剂0.2-1；亚纳米片状填料10-15；无机胶凝材料20-40；附着增强剂2-4；

(II)固化剂体系中各组分为：固化剂30-50、高耐磨填充料20-30、防锈颜料20-30、渗透剂1-3、有机螯合剂1-3。

其中为了达到更好的使用效果，可以控制上述的各种组分如下：

(I)主剂体系中各组分为：成膜树脂38-48；改性增韧剂9-13；消泡剂1-2；流平剂1-2；锈蚀稳定剂6-10；锈蚀转化剂0.2-1；亚纳米片状填料10-15；无机胶凝材料20-40；附着增强剂2-4；

(II)固化剂体系中各组分为：固化剂38-48、高耐磨填充料20-30、防锈颜料20-30、渗透剂1-3、有机螯合剂1-3。

采用上述组份后，其防腐的效果更佳，同时各种性能也得到了均衡。

上述主剂体系和固化剂体系在使用时的重量比为1:1，这样可以达到最佳的被涂覆钢结构防腐目的。在使用时将两组分按比例混合充分搅匀，熟化10-20分钟，最好在15分钟左右，即可刮涂或高压无气喷涂。

其中(I)主剂体系中的成膜树脂为一种低分子量环氧树脂，由于环氧树脂中有-COOH，OH等极性大的官能团，使涂膜具有一定的亲水性能，可以将留在被涂表面上的水分子置换掉；同时，环氧树脂固化时体积收缩仅2％左右，因此对湿表面具有较高的附着力，而不饱和聚酯固化时体积收缩率高达11％，其内应力高，附着力低；而且环氧树脂具有良好的耐碱性和较低的透水率和透氧率，能阻挡水氧离子通过，防腐蚀性较好；最后环氧树脂无需溶剂即可使用，适合于水下施工，而且还容易涂成厚膜。因此在与聚氨酯类、聚酯类、氯化橡胶类等成膜基料做比较后，优选环氧树脂。而经过发明人长期的实验，最终选择大量含有极性的羟基和醚键的双酚A型环氧树脂，进而提高含水表面的附着力，满足带湿带锈涂装的技术要求。

(I)主剂体系中的改性增韧剂为一种含有苯环结构及长脂肪链上的不饱和双键的活性环氧稀释剂，一般采用的是：邻苯二甲酸二丁酯或二辛酯。采用这种改性增韧剂后，其中含有的活性基团参加环氧树脂的固化反应并与之混溶，起到增韧和降粘作用，为了增加其改性效果可以再添加非活性改性剂，非活性改性剂中不含有活性基团，仅与环氧树脂混溶而不发生化学反应，有利于胶液对胶接表面的扩散、吸附和浸润，并能增加流动性，能明显改善固化物的柔性。

在(I)主剂体系中的添加有无机凝胶组分，一般采用水泥，如硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等，该组分遇水后产生水化物，由这些水化物按照一定的方式靠多种引力相互搭接和联结形成特殊结构，从而产生一定强度，这样使成膜物能够在水分较多的表面上(如有水膜存在或在水中的情况下)可以直接涂敷。

主剂体系中的锈蚀稳定剂采用磷酸锌或铬酸锌或其混合物。采用这种锈蚀稳定剂与铁锈组分形成难溶的杂多酸络合物而达到稳定锈蚀的目的。在某些情况下为了方便锈蚀部分的处理，还在主剂体系中添加了锈蚀转化剂，一般可采用铬酸二苯胍，或其他市面上的常规锈蚀转化剂。

主剂体系中还添加有亚纳米材料，亚纳米材料的颗粒小、比表面积大、吸附能力强，能够增强涂层材料的分子间作用力、改善涂层材料的施工性能以及与机体间的结合力和抗渗性：1.提高抗渗透能力，亚纳米粒子不溶于水，水、氧和其他离子无法透过颗粒本身，只能绕道渗透，延长了渗透路线，起到填充空穴的作用，同时亚纳米粒子比表面积很大且又有化学作用，因此能够显著提高涂层材料的抗渗能力，在同样厚度条件下亚纳米体系吸水率比较如下表所示，表中数据表明，亚纳米体系的吸水率比普通体系的吸水率低31％左右，这说明前者的抗渗透性能远大于后者；

表亚纳米体系与普通体系吸水率比较

2.提高附着力，亚纳米粒子的引入增加了化学吸附，同时所选环氧树脂固化时体积收缩很小，内应力不高，树脂中的醚键使分子链柔软便于旋转，可消除内应力，所以能明显提高其附着力；3.改善耐腐蚀性能，一般涂层的破坏都是沿各组分界面进行的，亚纳米材料利用化学键合与化学吸附断绝了这些通道，减缓腐蚀速度，化学键合与化学吸附作用阻止氯离子、水、氧及其他腐蚀介质的取代作用，使其不易发生腐蚀反应。因此亚纳米材料的应用大大提高了涂料的防腐性能。一般采用亚纳米片状填料如陶瓷粉、滑石粉，其细度小于200纳米即可。

除此之外主剂体系中的附着增强剂为环氧磷酸酯或市场上可以购得的其他增强剂，如硅烷化合物中的1211附着力增进剂。

所述(II)固化剂体系中的固化剂为腰果壳油改性酚醛胺。这种固化剂具有一定的极性和粘度，兼有润湿和固化作用，因此在固化剂体系中添加该固化剂不但能在水存在情况下润湿钢铁表面，而且对有机基团具有一定的亲和作用。也可采用其他的固化剂如如卡德莱公司XN2007：

固化剂体系中的防锈颜料为云母氧化铁或磷铁粉或其混合物，其中云母氧化铁为片状结构，不仅能够有效改善涂层表面肉眼难以发现的细小裂缝，阻挡水和气体垂直透入，还具有优异的耐候性和耐湿性，是一种理想的屏蔽颜料；磷铁粉成本低，屏蔽效果好。所述的固化剂体系中的有机螯合剂为有机亚磷酸酯。所述的渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。

在使用的过程中，需要对颜填料浓度(PVC)进行控制，以期达到最佳的使用效果，PVC值是所有颜填料的体积与成膜物和颜填料的总体积之比，PVC值的大小对涂层材料的性能影响较大，PVC值较小时，涂膜内颜填料粒子间距较大，不能形成毛细结构，则涂料防介质渗透能力较强；PVC值大于临界体积浓度(CPVC)时，涂膜中的基料数量不足以包围和润湿所有的颜填料，有部分颜填料将在涂膜中较疏松地存在，使涂膜的物理性能降低。因此将PVC值控制在15％-50％之间。

高耐磨填充料一般采用石英粉，它具有高耐磨，成本低的优点，可以有效的降低整个涂料的价格。

助剂是无溶剂涂料中不可缺少的组分，因此在两种体系中，还添加有各种助剂其中包括促进剂、消泡剂、湿润分散剂、流平剂、偶联剂等。适当的助剂有助于改善施工性能，提高漆膜质量。项目在体系中加入促进剂，保证涂层材料的施工期，同时确保涂层的快干性。在体系中添加适量的湿润分散剂、消泡剂、流平剂，用于颜料湿润、分散，并使分散好的颜料粒子保持分散状态，防止涂料出现絮凝、返粗、沉淀浮色发花等弊病。添加适量的消泡剂、流平剂以消除涂层的缺陷，从而提高防腐性能。采用上述物质的混合体系，使得助剂的功效得到了最大的提升。一般可使用市场上可以购得的常规助剂。

本发明所提供的涂料在无水环境或有水环境下均可使用，具体的涂装技术为：1.无水环境下的涂装技术：对表面清洗、烘干、除锈处理，再进行涂装。本发明中直接采用海水资源进行高压除锈和表面处理，替代喷砂工序，不但可以提高作业效率，而且还能节约资源，达到环保、高效、节能的目的。另外，本发明的涂层材料体系无需缠绕玻璃布，因此可以有效减少玻璃布带来的涂层针孔，大大简化施工工艺。

2.有水环境下的涂装技术：水下钢结构的涂装分为湿式涂装和干式涂装。干式涂装主要采用移动式潜水箱，将内部海水排出，形成无水空间。然后对表面清洗、烘干、除锈处理，再进行涂装。这种方式涂装质量高，但仅适用于平面或近似平面的结构涂装，且设备复杂、造价高。湿式涂装有手涂法、敷涂法和刷涂法等。

本发明所开发的涂装工艺如下：(1)表面处理：先用钢效刷、钢铲等清除表面海生物、铁锈和旧漆膜，然后采用水下喷砂处理；或者采用手工和动力工具进行表面处理，处理完毕须立即着手涂装；(2)水下涂装：在施工船或岸上，按规定比例配好涂料。对于形状规则钢表面，可将配好的涂料均匀刮涂于玻璃纤维绷带上或帆布等衬布上，然后施加一定作用力将其粘附在被涂装面上，把水挤出，固定表面至固化。这种方法保证涂膜平整均匀，且涂料浪费少；对不规则表面，则采用刷涂或刮涂，利用硬毛刷或橡皮刮刀的挤压作用，把表面水排挤开，使涂料附着在钢结构表面上。

采用该配比的涂层材料实现了零溶剂含量，同时实现了防腐效果的长效性和厚涂化。项目还的涂装技术不但在先期处理中无需喷砂处理，还可直接利用海水资源进行高压除锈。不但实现了环保、高效的效果，还能够节约大量宝贵的淡水资源，同时从技术上实现施工过程的简单化，避免了前期处理所需要的高额费用，具有良好的经济性。因此，项目的实施不但有效攻克了浪溅区恶劣环境下钢结构防腐技术难关，大大提高海洋工程防腐的施工性和防护能力，推动了我国涂料领域技术进步，而且大大降低了工程施工成本，为国家节省了昂贵的维修保养费用和宝贵的淡水资源，为国家经济发展以及资源节约型和环境友好型社会建设作出较大贡献，取得了良好的社会经济效益。

具体实施方式：

实施例1

一种海洋浪溅区钢结构重防腐涂层材料，包括主剂体系和固化剂体系，按重量份计：

(I)主剂体系中各组分为：成膜树脂：双酚A型环氧树脂50；改性增韧剂：邻苯二甲酸二丁酯8；消泡剂：毕克公司的0571.0；流平剂：毕克公司的37771.0；锈蚀稳定剂：磷酸锌8；锈蚀转化剂：铬酸二苯胍0.4；亚纳米片状填料：细度小于1微米的陶瓷粉15；无机胶凝材料：硅酸盐水泥：30；附着增强剂：环氧磷酸酯4；

(II)固化剂体系中各组分为：固化剂：腰果壳油改性酚醛胺40；高耐磨填充料：石英粉30；防锈颜料：云母氧化铁25；渗透剂脂肪醇聚氧乙烯醚2；有机螯合剂：有机亚磷酸酯3。

在使用时将两组分按重量比为1:1混合充分搅匀，熟化10-20分钟，最好在15分钟左右，即可刮涂或高压无气喷涂。

实施例2

(I)主剂体系中各组分为：成膜树脂：双酚A型环氧树脂45；改性增韧剂：卡德莱lite202015；消泡剂：毕克公司的0571.5；流平剂毕克公司的37771.6；锈蚀稳定剂：磷酸锌4，铬酸锌2；锈蚀转化剂：铬酸二苯胍0.9；亚纳米片状填料：细度0.7微米的滑石粉15；无机胶凝材料：铝酸盐水泥40；附着增强剂：1211附着力增进剂3；

(II)固化剂体系中各组分为：固化剂：腰果壳油改性酚醛胺45；高耐磨填充料：石英粉30；防锈颜料：磷铁粉22；渗透剂：脂肪醇聚氧乙烯醚3；有机螯合剂：有机亚磷酸酯2。

实施例3

(I)主剂体系中各组分为：成膜树脂：双酚A型环氧树脂30；改性增韧剂：邻苯二甲酸二丁酯12；消泡剂：毕克公司的0572.0；流平剂：毕克公司的37771.5；锈蚀稳定剂：铬酸锌10；锈蚀转化剂：铬酸二苯胍1.0；亚纳米片状填料：细度小于1微米的陶瓷粉12；无机胶凝材料：硫铝酸盐水泥30；附着增强剂：环氧磷酸酯4；

(II)固化剂体系中各组分为：固化剂：卡德莱公司XN200730；高耐磨填充料：石英粉25；防锈颜料：云母氧化铁15、磷铁粉8；渗透剂脂肪醇聚氧乙烯醚1；有机螯合剂：有机亚磷酸酯3。

实施例4

(I)主剂体系中各组分为：成膜树脂：双酚A型环氧树脂50；改性增韧剂：卡德莱lite202010；消泡剂：毕克公司的0571.5；流平剂：毕克公司的37772.0；锈蚀稳定剂：磷酸锌8；锈蚀转化剂：铬酸二苯胍0.4；亚纳米片状填料：细度小于1微米的滑石粉11；无机胶凝材料：硅酸盐水泥30；附着增强剂：1211附着力增进剂4；

(II)固化剂体系中各组分为：固化剂：腰果壳油改性酚醛胺40；高耐磨填充料：石英粉20；防锈颜料：云母氧化铁30；渗透剂脂肪醇聚氧乙烯醚2.5；有机螯合剂：有机亚磷酸酯2.5。

实施例5

(I)主剂体系中各组分为：成膜树脂：双酚A型环氧树脂50；改性增韧剂：邻苯二甲酸二丁酯8；消泡剂：毕克公司的0572.0；流平剂：毕克公司的37772.0；锈蚀稳定剂：磷酸锌8、铬酸锌2；锈蚀转化剂：铬酸二苯胍0.2；亚纳米片状填料：细度小于1微米的陶瓷粉10；无机胶凝材料：硅酸盐水泥40；附着增强剂：1211附着力增进剂4；

(II)固化剂体系中各组分为：固化剂：腰果壳油改性酚醛胺40；高耐磨填充料：石英粉25；防锈颜料：云母氧化铁25；渗透剂脂肪醇聚氧乙烯醚2；有机螯合剂：有机亚磷酸酯3。

实施例6

(I)主剂体系中各组分为：成膜树脂：双酚A型环氧树脂50；改性增韧剂：邻苯二甲酸二丁酯8；消泡剂：毕克公司的0571.5；流平剂：毕克公司的37771.5；锈蚀稳定剂：磷酸锌10；锈蚀转化剂：铬酸二苯胍0.8；亚纳米片状填料：细度小于1微米的滑石粉12；无机胶凝材料：硅酸盐水泥30；附着增强剂：环氧磷酸酯3.5；

(II)固化剂体系中各组分为：固化剂：腰果壳油改性酚醛胺50；高耐磨填充料：石英粉20；防锈颜料：云母氧化铁12、磷铁粉15；渗透剂脂肪醇聚氧乙烯醚2；有机螯合剂有机亚磷酸酯3。

比较例：

采用本发明所述实施例1的配比制得的产品与市场上的产品进行生产试验后的对比如下：

由上述数据可知，采用本发明所述的涂层材料实现了零溶剂含量，同时实现了防腐效果的长效性和厚涂化，较之现有的涂料，其各种耐候性有了极大的提高，同时产品的成本有了较大的降低。

Claims

1.一种防腐涂层材料，包括主剂体系和固化剂体系，其特征在于：按重量份计：

(I)主剂体系中各组分为：成膜树脂30-50、改性增韧剂8-15、消泡剂1-2、流平剂1-2、锈蚀稳定剂6-10、锈蚀转化剂0.2-1，亚纳米片状填料10-15、无机胶凝材料20-40、附着增强剂2-4；

(II)固化剂体系中各组分为：固化剂30-50、高耐磨填充料20-30、防锈颜料20-30、渗透剂1-3、有机螯合剂1-3；

其中所述(I)主剂体系中的成膜树脂为双酚A型环氧树脂；改性增韧剂为一种含有苯环结构及长脂肪链上的不饱和双键的活性环氧稀释剂；

所述(II)固化剂体系中的固化剂为腰果壳油改性酚醛胺或卡德莱公司XN2007；高耐磨填充料采用石英粉。

2.根据权利要求1所述的涂层材料，其特征是：所述涂层材料中主剂体系和固化剂体系的重量比为1∶1。

3.根据权利要求1或2所述的涂层材料，其特征是：所述(I)主剂体系中的锈蚀稳定剂采用磷酸锌和铬酸锌或其混合物。

4.根据权利要求1或2所述的涂层材料，其特征是：所述(I)主剂体系中的锈蚀转化剂为铬酸二苯胍。

5.根据权利要求1或2所述的涂层材料，其特征是：所述(II)固化剂体系中的防锈颜料为云母氧化铁或磷铁粉或其混合物。

6.根据权利要求1或2所述的涂层材料，其特征是：所述(II)固化剂体系中的有机螯合剂为有机亚磷酸酯。

7.根据权利要求1或2所述的涂层材料，其特征是：颜填料浓度(PVC)值为15％-50％。