CN101363122B - 涂覆防腐层的金属构件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

为了解决现有金属构件不耐腐蚀与防腐技术存在成本高的问题，本发明提供了耐腐蚀而且低成本的涂覆防腐层的金属构件。在金属构件表面涂覆有防腐层，涂覆所述防腐层方法包括如下步骤：A、将硫磺与改性剂进行混合改性生成硫的聚合物，所述改性剂为芳香族碳氢化合物和/或二烯(属)碳氢化合物和/或烯烃类碳氢化合物，所述改性剂的重量为硫的重量的2％-40％；B、将步骤A得到的硫的聚合物熔化后涂覆到所述金属构件表面，形成防腐层。本发明可以应用于易发生腐蚀的场所使用的金属构件，具有防腐效果好，成本低的特性。

Description

涂覆防腐层的金属构件及其制备方法

技术领域

本发明属于金属构件的防腐蚀技术，特别是一种涂覆有防腐层的金属构件及其制备方法。

背景技术

在工业生产中，暴露于各种环境的金属构件经常发生腐蚀现象，特别是设置于地下或水中的金属构件，这种现象更为明显。金属构件对酸盐敏感，不仅大气中的酸雨和酸性土壤腐蚀金属构件而且某些微生物也会对金属构件具有腐蚀性。当用土回填管沟时，有大量的氧气和水分存在，有利于硫酸盐还原菌的繁殖，使管道受到腐蚀损坏的几率增加。在积水的沼泽和低地中硫化氢对金属管腐蚀问题非常严重。除此之外海水中或土壤中的含盐量较高时也会腐蚀金属结构及金属管道。每年这种金属构件腐蚀造成大量的人力物力损失。

常用的土壤含盐量(％)钢铁腐蚀判断如下：当土壤含盐量＜0.05时，钢铁腐蚀为低；0.05-0.2时，为中等；0.2-0.5时，为偏高；0.5-1.2时，为高；＞1.2时，为很高。

常用的土壤电阻率(Ω·m)钢铁腐蚀判断如下：当土壤电阻率＞50时，钢铁腐蚀为低；20-50时，为中等；＜20时，为高。

为了解决金属构件腐蚀的问题，出现了多种防腐技术如电化学防腐技术、化学镀膜防腐技术、环氧煤沥青技术等。现有解决金属构件腐蚀问题的技术普遍存在耐腐蚀性差或耐腐蚀时间短或成本高的问题，特别是利用石油产品的技术，随着石油价格的快速升高，实施该技术的成本也在不断增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐腐蚀性强，耐腐蚀时间长和低成本的涂覆防腐层的金属构件及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

涂覆防腐层的金属构件的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

A、将硫磺加热熔化后与改性剂混合，并持续加热生成硫的聚合物，所述改性剂为芳香族碳氢化合物和/或烯烃类碳氢化合物，所述改性剂的重量为硫磺的重量的2％-40％，所述加热的温度为120～200℃；

B、将步骤A得到的硫的聚合物熔化后涂覆到所述金属构件的表面，形成防腐层。

所述改性剂为苯乙烯或2，3-二氢化茚或二聚环戊二烯；所述改性剂的重量为硫磺的重量的3％～30％。

在步骤A所述硫的聚合物中混入无机固体粉粒，所述无机固体粉粒为煤燃烧后的粉煤灰或钢渣石英砂或垃圾焚烧后的灰渣或建筑垃圾灰渣，所述无机固体粉粒的重量为硫的聚合物重量的5％-50％，无机固体粉粒的细度为50目-300目；在步骤B中将混入无机固体粉粒的硫的聚合物涂覆在所述金属构件至少部分表面，形成防腐层。

所述无机固体粉粒的重量为硫的聚合物重量的10％-50％。

步骤B在硫的聚合物中混入树脂类粘合剂后再将混入树脂类粘合剂的硫的聚合物涂覆在所述金属构件至少部分表面，树脂类粘合剂的重量为硫的聚合物重量的3％-50％。

在所述金属构件表面涂覆树脂类粘合剂后，在树脂类粘合剂形成的表面上涂覆步骤B所述硫的聚合物，使硫的聚合物层与树脂类粘合剂层粘结。

步骤B还向所述硫的聚合物中加入纤维，所述纤维的重量占硫的聚合物重量的5％-40％，所述纤维为聚丙烯纤维和/或聚乙烯纤维和/或聚酯纤维和/或芳纶纤维和/或矿物纤维；或者将增强网格布粘附于树脂类粘结剂层，然后将硫的聚合物涂敷于增强网格布上，使硫的聚合物层通过增强网格布与树脂类粘合剂层粘结。

所述硫磺指的是天然硫磺，石油精制或天然气脱硫的硫磺。

所述防腐层厚度为0.1毫米-5毫米；或为，0.2毫米-3毫米。

任一所述方法制备得到的涂覆防腐层的金属构件。

用于涂覆防腐层的金属构件中的硫的聚合物制备方法，其特征在于包括如下步骤：

将硫磺与改性剂混合进行改性，硫磺在改性的过程中发生聚合反应，生成硫的聚合物，具体方法为在将硫磺加热熔化后与改性剂混合，并持续加热生成硫的聚合物；所述改性剂为芳香族碳氢化合物和/或烯烃类碳氢化合物，所述改性剂的重量为硫磺重量的2％～40％。

所述加热熔化的温度为120～200℃。

技术效果：

本发明金属构件的防腐层的主要成分是硫的聚合物。硫本身具有耐酸盐腐蚀作用，但硫本身的特点无法作为防腐蚀材料使用，必须要对硫进行改性使硫固化时间延缓，硫在改性的过程中发生聚合反应，变成了高分子化硫的聚合物，使单体硫变成了聚合物，改性之后得到的硫的聚合物延长了固化时间，稳定性强，可以抵御酸盐腐蚀、耐硫酸盐还原细菌等微生物的腐蚀、耐硫化氢的腐蚀，并且绝缘性好可以阻断土壤的导电性腐蚀。在实现防腐蚀的效能的基础上，本发明的技术方案采用的原料和加工工艺成本低廉，可以广泛应用于金属结构防腐蚀。

在硫的聚合物中加入无机固体粉粒后，其密度(空隙率＜1vo％)与强度得到了很大的提高，使得防腐层抵抗意外损坏的能力强，延长了防腐层的使用寿命。许多防腐层防腐效能快速降低的起因在于防腐层本身的防腐性能下降或防腐层破裂导致内部金属被暴露，因此防腐层持久的防腐性能和抵抗外力损坏能力强对于防腐效果有着重要意义。

在金属构件表面涂覆本发明的防腐层时使用树脂类粘合剂使得金属构件与防腐层的结合力更强，抗外界损坏能力增强。

为了降低成本，本发明尽可能使用产业废弃固体物并进行研磨，增加强度和耐久性。但行业不同产业废弃物中的物质也不相同。为了证明硫的聚合物密度高足以使有毒的物质难以析出，本发明在国家环境分析测试中心进行了毒性的测试，将电池中的碳黑粉约20％掺入到改性后的硫的聚合物中做成10×10×5cm的试块，在国家环境分析测试中心将其粉碎后放入纯水中浸泡10天之后测试该水中的物质，其测试数据都符合要求，没有溶出。

本发明为了证明其耐酸耐盐方面的优越性进行了如下实验：根据国家建材行业标准JC/T984-2005，做10×10×10cm实块6块，其中3块在PH1的盐酸里浸泡90天后做抗压强度试验，其数据为65.1MPa/mm2；另外3块在3％的NaCI溶液中浸泡90天后做抗压强度试验，其数据为65.4MPa/mm2(空白实块61.2MPa)，说明其耐酸耐盐效果很好。

还依据国家建材行业标准JC/T984-2005对本发明的防腐层做了抗渗试验，按6.3cm，6.4cm，6.5cm成型后进行了测试，证明其抗渗压力达到2.5MPa，有着良好的抗渗效果，说明无论在地下或地上都可以耐腐蚀性液体侵蚀。

依据国家建材行业标准JC/T984-2005对本发明防腐层的收缩率进行了试验，收缩率为0.05％。

依据国家建材行业标准JC/T958-2005对本发明防腐层进行了耐磨试验，在磨擦200次时，仅掉了0.19g。

依据国家建材行业标准JC/T894-2001对本发明防腐层进行了老化试验，做3块10×10×40CM试块，在45度的紫外线250小时照射后测试其抗压强度为46.7MPa(空白实块为31.3MPa)。

依据GBJ82-85国家标准对本发明防腐层进行了抗冻融快速循环试验，其质量损失0％、相对弹性摸量85.2％。

具体实施方式

本发明提供了一种涂覆有防腐层的金属构件，可以根据具体的需要在易发生腐蚀的金属构件表面涂覆防腐层。这里所指的金属构件是指处于水中、地下、潮湿环境等易发生腐蚀的场所使用的金属构件，如金属管材和型材。在本部分就涂覆所述防腐层的方法进行详细说明。

实施例1

A、将天然晶体硫磺S8与改性剂反应，生成聚合物单体，再聚合成带网状结构的高分子硫的聚合物，。具体方法为在将硫磺加热到120℃熔化后与改性剂混合，并持续加热生成硫的聚合物。改性后硫的聚合物稳定性强，可以抵御酸盐腐蚀，而且耐硫酸盐还原细菌等微生物的攻击、耐硫化氢的腐蚀，同时硫的聚合物绝缘性好可以阻断土壤的导电性腐蚀。改性剂可以是芳香族碳氢化合物，例如苯乙烯，乙烯基甲苯，甲基苯乙烯等，也可以是二烯(属)碳氢化合物类或烯烃类碳氢化合物，例如：2，3-二氢化茚，二聚环戊二烯；双环戊二烯，二戊烯。改性剂可以是上述化合物中的一种或两种以上的结合。改性剂的重量为硫的重量的2％。

B、将步骤A得到的硫的聚合物熔化后喷涂到事先经过除锈处理的金属构件需要保护的表面形成防腐层。防腐层的厚度为0.1毫米。

实施例2

A、与实施例1中步骤A不同之处在于硫磺采用石油精制或天然气脱硫的硫磺，改性剂的重量为硫的重量的40％，改性过程需要将天然硫磺加热到150℃后与改性剂混合并持续加热得到硫的聚合物。然后向得到的硫的聚合物中混入无机固体粉粒，无机固体粉粒优选煤燃烧后的灰渣，成本低廉，也可以选用钢渣石英砂、垃圾焚烧后的灰渣或建筑垃圾等，主要目的在于增加硫的聚合物的密度与强度。无机固体粉粒的重量为硫的聚合物重量的5％，无机固体粉粒的细度为50目。

B、将步骤A得到的熔化的硫的聚合物与无机固体粉粒的混合物喷涂到金属构件需要保护的表面形成防腐层。防腐层的厚度为3毫米。

实施例3

A、与实施例2的步骤A不同之处在于改性剂的重量为硫的重量的3％，硫磺加热熔化温度为200℃；无机固体粉粒的重量为硫的聚合物重量的50％，无机固体粉粒的细度为300目。

B、在金属构件表面涂上一层树脂类粘合剂，树脂类粘合剂可以是环氧树脂粘合剂、聚氨酯树脂粘合剂、不饱和聚酯粘合剂、酚醛树脂胶粘剂、丙烯酸酯胶粘剂或无机胶粘剂等。在树脂类粘合剂形成的层还没有固化之前，将步骤A得到的熔化的硫的聚合物与无机固体粉粒的混合物喷涂到树脂类粘合剂形成的层上形成防腐层。防腐层的厚度为0.2毫米，防腐层厚度的1/3至2/3与树脂类粘合剂层融合。树脂类粘合剂层可以增大防腐层与金属构件之间的粘结力和韧性。

实施例4

A、与实施例2的步骤A不同之处在于改性剂的重量为硫的重量的30％；无机固体粉粒的重量为硫的聚合物重量的10％，无机固体粉粒的细度为80目。

B、将实施例3所述的树脂类粘合剂与步骤A得到的硫的聚合物混合后再与无机固体粉粒混合，树脂类粘合剂的重量为硫的聚合物重量的3％，混合后的混合物喷涂于已进行过除锈处理的金属构件表面形成防腐层。防腐层的厚度为5毫米。测试表明，防腐层与金属构件的粘结强度达到10MPa以上。

实施例5

A、与实施例2的步骤A不同之处在于改性剂的重量为硫的重量的40％；无机固体粉粒的重量为硫的聚合物重量的30％，无机固体粉粒的细度为200目。

B、将实施例3所述的树脂类粘合剂与步骤A得到的硫的聚合物与无机固体粉粒混合，树脂类粘合剂的重量为硫的聚合物重量的50％，混合后的混合物喷涂于金属构件表面形成防腐层。防腐层的厚度为3毫米。

实施例6

A、与实施例2的步骤A不同之处在于改性剂的重量为硫的重量的10％；无机固体粉粒的重量为硫的聚合物重量的20％，无机固体粉粒的细度为100目。

B、将实施例3所述的树脂类粘合剂与步骤A得到的硫的聚合物与无机固体粉粒混合，树脂类粘合剂的重量为硫的聚合物重量的5％，混合后的混合物喷涂于金属构件表面形成防腐层。防腐层的厚度为2毫米。

实施例7

本实施例与实施例6不同之处在于步骤B中树脂类粘合剂的重量为硫的聚合物重量的30％。

实施例8

A、与实施例2的步骤A不同之处在于改性剂的重量为硫的6％，无机固体粉粒重量为硫聚合物重量的25％，无机粉粒的细度为150目。

B、为了增加防腐层的韧性和耐冲击、拉伸的机械性，从而尽量避免出现裂纹崩缺等机械损伤。在步骤A得到的硫的聚合物与无机固体粉粒混合物中掺入短纤维，纤维的长度可以在1mm到1cm之间，纤维的重量占硫的聚合物重量的5％-40％，纤维可以选用以下材料的一种或若干种的组合：聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚酯纤维、芳纶纤维、矿物纤维。矿物纤维优选岩棉，优选纤维的长度为3mm、7mm，纤维的重量占硫的聚合物重量的8％或12％或18％或20％或26％或35％。

将实施例3所述的树脂类粘合剂喷涂或涂覆在事先除锈的钢结构表面，在树脂类粘合剂形成的层还没有固化之前，将步骤B得到的熔化的硫聚合物与无机固体粉粒和纤维混合物喷涂到树脂类粘合剂上形成的层上形成防腐层。

实施例9

与实施例8不同之处在于：在步骤B中无须加入纤维，而是在树脂类粘合剂形成的层还没有固化之前缠上增强网格布，将步骤A得到的熔化的硫聚合物与无机固体粉粒混合物喷涂到增强网格布上形成防腐层。增强网格布一般是玻璃纤维制成的，也叫玻璃纤维网格布，在本实施例中采用玻璃纤维网格布替代实施例8中加入的纤维，起到的作用同样是为了增加防腐层的韧性和耐冲击、拉伸的机械性，从而尽量避免出现裂纹崩缺等机械损伤。

本发明的涂覆防腐层的金属构件具有耐强酸、盐分和碱的性质。防腐层具有良好的耐磨性、耐油性和防水性。防腐层固化后收缩率低、绝缘性好、成本低廉、使用寿命长。防腐层的密度大可以有效抵御微生物对金属构件的侵蚀。

Claims (13)

1.涂覆防腐层的金属构件的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

A、将硫磺加热熔化后与改性剂混合，并持续加热生成硫的聚合物，所述改性剂为芳香族碳氢化合物和/或烯烃类碳氢化合物，所述改性剂的重量为硫磺的重量的2％-40％，所述加热的温度为120～200℃；

B、将步骤A得到的硫的聚合物熔化后涂覆到所述金属构件的表面，形成防腐层。

2.根据权利要求1所述的涂覆防腐层的金属构件的制备方法，其特征在于所述改性剂为苯乙烯或2，3-二氢化茚或二聚环戊二烯；所述改性剂的重量为硫磺的重量的3％～30％。

3.根据权利要求1或2所述的涂覆防腐层的金属构件的制备方法，其特征在于在步骤A所述硫的聚合物中混入无机固体粉粒，所述无机固体粉粒为煤燃烧后的粉煤灰或钢渣石英砂或垃圾焚烧后的灰渣或建筑垃圾灰渣，所述无机固体粉粒的重量为硫的聚合物重量的5％-50％，无机固体粉粒的细度为50目-300目；在步骤B中将混入无机固体粉粒的硫的聚合物涂覆在所述金属构件至少部分表面，形成防腐层。

4.根据权利要求3所述的涂覆防腐层的金属构件的制备方法，其特征在于所述无机固体粉粒的重量为硫的聚合物重量的10％-50％。

5.根据权利要求3所述的涂覆防腐层的金属构件的制备方法，其特征在于步骤B在硫的聚合物中混入树脂类粘合剂后再将混入树脂类粘合剂的硫的聚合物涂覆在所述金属构件至少部分表面，树脂类粘合剂的重量为硫的聚合物重量的3％-50％。

6.根据权利要求3所述的涂覆防腐层的金属构件的制备方法，其特征在于在所述金属构件表面涂覆树脂类粘合剂后，在树脂类粘合剂形成的表面上涂覆步骤B所述硫的聚合物，使硫的聚合物层与树脂类粘合剂层粘结。

7.根据权利要求6所述的涂覆防腐层的金属构件的制备方法，其特征在于步骤B还向所述硫的聚合物中加入纤维，所述纤维的重量占硫的聚合物重量的5％-40％，所述纤维为聚丙烯纤维和/或聚乙烯纤维和/或聚酯纤维和/或芳纶纤维和/或矿物纤维；或者将增强网格布粘附于树脂类粘结剂层，然后将硫的聚合物涂敷于增强网格布上，使硫的聚合物层通过增强网格布与树脂类粘合剂层粘结。

8.根据权利要求1所述的涂覆防腐层的金属构件的制备方法，其特征在于所述硫磺指的是天然硫磺，石油精制或天然气脱硫的硫磺。

9.根据权利要求1所述的涂覆防腐层的金属构件的制备方法，其特征在于所述防腐层厚度为0.1毫米-5毫米。

10.根据权利要求9所述的涂覆防腐层的金属构件的制备方法，其特征在于所述防腐层厚度为0.2毫米-3毫米。

11.权利要求1-10任一所述方法制备得到的涂覆防腐层的金属构件。

12.用于涂覆防腐层的金属构件中的硫的聚合物制备方法，其特征在于包括如下步骤：

将硫磺与改性剂混合进行改性，硫磺在改性的过程中发生聚合反应，生成硫的聚合物，具体方法为在将硫磺加热熔化后与改性剂混合，并持续加热生成硫的聚合物；所述改性剂为芳香族碳氢化合物和/或烯烃类碳氢化合物，所述改性剂的重量为硫磺重量的2％～40％。

13.根据权利要求12所述的硫的聚合物制备方法，其特征在于所述加热熔化的温度为120～200℃。