CN101747691B - 一种单组分改性高氯化聚乙烯耐候性带锈涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及以形成有机膜为主体的涂料材料技术领域，具体地说是应用在带锈钢结构表面的耐候性单组分高氯化聚乙烯防腐涂料，由分子量分布在1.5-2.5万内、复合树脂改性的高氯化聚乙烯作为涂料成膜树脂基体，带锈涂装颜料、防锈剂、分散剂、防沉剂和消泡剂组成，产品可在锈层厚度80μm以下的钢结构上应用、耐候老化性能优异、价格低廉、易施工，适合用于船舶、火车、桥梁、海洋石油化工钢结构的重防腐工程。
Description
技术领域
本发明涉及以形成有机膜为主体的涂料化工材料，具体地说本发明是应用在带锈钢结构表面的耐候性单组分高氯化聚乙烯防腐涂料。
背景技术
80年代以来，我国已研制成功了多种带锈防腐蚀涂料品种，如氯磺化聚乙烯涂料、氯化橡胶涂料等，但总的看来，我国防腐蚀涂料的发展还不能满足国民经济各部门的需求，大多数防腐涂料的使用寿命短，性能差，不适于海上沿海环境及化工冶金生产环境的应用；环氧带锈涂料在带水带锈涂装反面性能突出，但其耐候性较差、价格相对较贵。据报导在涂料研究方面，发达国家已向着高性能、多功能、低公害或无公害的方向发展。
我国也制订了相应的研究规划，单组分HCPE带锈防腐涂料价格低廉，对基体封闭性好，可与多种树脂混溶改性，综合性能指标达优异，只有一种组分，施工简易，是一项极有发展前途的长效多功能涂料的高科技新产品，其开发与研究使我国防腐蚀涂料的研究提高到一个新水平。产品具有耐强酸、强碱、盐水盐雾等化学介质的直接腐蚀和耐水、耐油、抗紫外线老化等特点，而且可带锈涂刷，自行化学除锈防腐，广泛用于石油、化工、冶金、电力、矿山、建筑、船舶、桥梁、港口、井台、护栏等钢铁机械设备、设施及非金属表面的防锈防腐装饰和保护。
发明内容
为了克服钢结构涂装施工中表面除锈复杂、传统双组分带锈涂料价格昂贵、工艺复杂、耐候性能差的问题，本发明的目的在于提供一种高效能且价格低廉的、耐候老化性能优异、在带锈钢结构表面上应用的高氯化聚乙烯防腐涂料，使产品达到涂层机械性能优良，具有耐强酸、强碱、盐水盐雾等化学介质的直接腐蚀和耐水、耐油、抗紫外线老化等特点成本低廉。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种单组分改性高氯化聚乙烯耐候性带锈涂料，所述防腐涂料主要由以下成分组成，按质量份数计，
以含氯量为55％-65％，分子量分布在1.5-2.5万内的高氯化聚乙烯(和合化学)作为涂料成膜树脂基体，用量为15-30质量份，并添加有改性复合树脂5-8份、带锈涂装复合颜料35-55份、分散剂0.5-1.5份、消泡剂0.5-1份和环氧树脂改性钛合金复合颜料9-15份为填料。
高氯化聚乙烯树脂(HCPE)是由聚乙烯经氯化而成的无规聚合物，高氯化聚乙烯树脂分子中不含双键，并且氯原子呈无规则分布，除秉承了聚乙烯良好的耐水性能之外，还具有良好的耐候性、耐臭氧性、阻燃性、耐化学品性和一定的耐油性。对于水汽、氧气及离子的渗透性低，因此能够有效地防止腐蚀介质的渗透，从而对底材起到良好的隔离封闭保护作用。
所述改性复合树脂出产于江苏三木树脂厂，其有效成分为210酚醛树脂和C9石油树脂，按质量份数配比为2-5∶1，高氯化聚乙烯经深度氯化的氯含量为60％左右，脆性大，但其可以和多种树脂相混溶，因此作为涂料中的成膜物质必须经过其它树脂复合进行改性。用210酚醛树脂和C9石油树脂进行改性，可增加涂层附着力性能并兼具酚醛涂料和HCPE涂料的优点，在一定程度上增强漆膜柔韧性、抗冲击强度等机械性能，另外还可明显改善耐水性、光泽、硬度和耐化学品性，增加HCPE对锈层的渗透性，本发明所用改性树脂的配比对涂层的改性性能比较见表1。
表1本发明所用各种配比改性树脂对涂层影响比较
| 性能/质量比(酚醛树脂/C9石油树脂) | 酚醛树脂 | 1∶1 | 2∶1 | 3∶1 | 4∶1 | 5∶1 |
| 外观 | 白色有桔纹 | 白色少有桔纹 | 白色平整 | 白色平整 | 白色平整 | 白色平整 |
| 柔韧性/mm | 2 | 2 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 硬度 | 0.1 | 0.2 | 0.25 | 0.29 | 0.25 | 0.29 |
| 抗冲击/cm | 50(不通过) | 50(不通过) | 50 | 50 | 50 | 50 |
| 附着力/级 | 2-3 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 |
| 60°镜面光泽 | 80 | 75 | 92 | 95 | 92 | 90 |
| 储存稳定性/1年 | 分层结块 | 分层结块 | 正常 | 正常 | 正常 | 正常 |
| 5％H2SO423℃30d | 5d起泡 | 未起泡 | 未起泡 | 未起泡 | 未起泡 | 未起泡 |
| 5％NaOH23℃30d | 2d起泡 | 未起泡 | 未起泡 | 未起泡 | 未起泡 | 未起泡 |
| 5％NaCl23℃30d | 11d起泡，透锈 | 未起泡 | 未起泡 | 未起泡 | 未起泡 | 未起泡 |
| 天然曝晒 | 半个月粉 | 未粉化 | 未粉化 | 未粉化 | 未粉化 | 未粉化 |
| 化3个月涂层部分脱落 | 3个月涂层脱落 | 未脱落 | 未脱落 | 未脱落 | 未脱落 | |
| 人工加速老化/h | 很快失光变色 | ＞100轻微失光变色 | ＞300轻微失光变色 | ＞200轻微失光变色 | ＞200轻微失光变色 | ＞300轻微失光变色 |
所述分散剂的有效成分为Y-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂(规格：Dowcoming)，应用于无溶剂涂料配方中增强颜料的均匀分散性，同时增强防锈颜料和锈层的反应性从而增强涂层附着力；
所述消泡剂的有效成分为改性有机聚硅氧烷类(规格：AFCONA-2720或德谦Defom-6500)消泡剂，用量为0.5-1质量份，高固体份体系中必须使用。
所述带锈涂装复合颜料的有效成分为按质量份数配比1∶15-25的钼酸锌和三聚磷酸铝，其中还添加有磷酸锌和/或氧化铁红，钼酸锌与磷酸锌和/或氧化铁红的质量份数比为1∶10-20；它们为锈转化型、锈稳定型和渗透型颜料的有效复合组分，可对厚度在80μm以下的锈层进行有效浸润，并将其转化成稳定的鳌合物，成为漆膜中的有益改性成分牢固附着在钢铁表面，形成保护性封闭层；当所述带锈涂装复合颜料的组成成分中添加有氧化铁红时，其中还可添加氧化锌，按重量分数配比氧化锌∶氧化铁红为1∶1-5。
使用多聚磷酸盐作为带锈涂装主要颜料，一方面，其防锈基团三聚磷酸根离子P3O10 5-本身具有很好的化学活性，FT-IR和Ramam光谱表明三聚磷酸根能与Fe2+，Fe3+有很强的络合能力，形成Fe-P＝O键，将锈转化成涂层中的一个颜料组分，在金属基材表面形成坚韧的以MexFey(PO4)x表示的致密保护膜。以常见的三聚磷酸铝为例，反应通式如下：
AlH2P3O10·2H2O+MeO＝MeAlP3O10·2H2O+H2O
MeAlP3O10→Me2++Al3P3O10 5-
P3O10 5-+(Fe2+，Fe3+，Me2+)→MexFey(P3O10)z→MexFey(PO4)z
P3O10 5-→PO4 3-+(Fe2+，Fe3+，Me2+)→MexFey(PO4)z
另一方面，可以通过水解解聚完成从焦磷酸根离子到正磷酸根离子的过程，而焦磷酸根离子的防锈能力强于三聚磷酸根离子，是迄今发现的锈转化能力最强的磷酸盐。
在具有氧化性的离子体系中进行选择，钼酸盐具有与铬酸盐相近似的氧化能力，防锈机理相似，并且具有无毒或低毒的优势。将含钼化合物与三聚磷酸盐配合，形成一定结构的复杂配合物，其防锈能力可完全替代红丹、铬黄等有毒颜料。
不同钼酸锌含量的环氧树脂涂料耐盐水性能的测试见表2(3％的NaCl盐水浸泡)
表2不同钼酸锌含量的环氧树脂涂料耐盐水性能
| 钼含量/％ | 48hr | 72hr | 96hr | 240hr |
| 0 | 漆膜无变化 | 不起泡不起锈 | 轻微起泡起锈 | 少量锈 |
| 0.2 | 漆膜无变化 | 不起泡不起锈 | 轻微起泡起锈 | 少量锈 |
| 0.5 | 漆膜无变化 | 不起泡不起锈 | 轻微起泡不起锈 | 轻微起锈 |
| 1 | 漆膜无变化 | 漆膜无变化 | 不起泡不起锈 | 轻微起泡不起锈 |
| 1.5 | 漆膜无变化 | 漆膜无变化 | 不起泡不起锈 | 疏散小泡 |
| 2 | 漆膜无变化 | 漆膜无变化 | 轻微起泡不起锈 | 少量中泡 |
添加了钼酸盐的三聚磷酸盐产品耐盐水性能方面均有所提高，但钼含量小于0.5％时差异不大，是由于量太少不足以分散覆盖到漆膜与基材的表面，从而不足以形成对基材表面氧化的有效浓度。而钼含量在1％时效果最好。
磷酸盐和氧化锌类是典型的沉积性防锈物质，较为常用的磷酸锌的防锈机理国际上有多种说法，其中一种是磷酸锌水解后能与铁锈生成杂多酸络合物，如Fe[Zn3(PO4)2(RCOO)4]3，Fe4[ZnH2(PO4)2]等络合物，沉积于阴极区，形成坚韧的漆膜，从而起到稳锈的作用，而磷酸锌在涂层内部缓慢离解为磷酸根离子，还可与表面金属反应，在形成Fe-Zn-P2O5的复杂的有黏附性的化合物覆盖膜的同时可使金属钝化。
所述环氧树脂改性钛合金复合颜料为按质量份数配比10-20∶1的(杜邦化学)纳米金红石钛白粉与环氧树脂E-51的络合物。可提高HCPE带锈涂料的耐候性，环氧树脂中的氧原子和Ti发生键合，生成Ti-O键，是涂层键能大大增强，用量为总质量分数的10％时，其结果见表3，涂层耐强碱、强酸、盐水的腐蚀性能有显著的提高，尤其是抗老化寿命指标由300小时提高到800小时，无异常变化。
表3添加Ti及环氧树脂单组分HCPE耐候性带锈涂料和未添加Ti及环氧树脂涂层性能对比
| 对比项目 | 单组分HCPE耐候性带锈涂料(加Ti及环氧树脂) | 单组分HCPE耐候性带锈涂料(未加Ti及环氧树脂) |
| 外观 | 平整光亮 | 平整光亮 |
| 粘度(涂4杯)s | 138 | 92 |
| 细度μm | 70 | 60 |
| 抗冲击/cm | 50 | 50 |
| 附着力/级 | 1 | 1 |
| 硬度 | 0.5 | 0.42 |
| 柔韧性/mm | 1 | 1 |
| 固体含量％ | 50 | 40 |
| 涂膜厚度μm | 72 | 44 |
| 耐汽油90#(常温) | 18个月无起泡、无脱落 | 12个月无起泡、无脱落 |
| 15％NaCl(常温) | 18个月无起泡、无脱落 | 12个月无起泡、无脱落 |
| 30％NaOH(常温) | 18个月无起泡、无脱落 | 12个月无起泡、无脱落 |
| 30％H2SO4(常温) | 18个月无起泡、无脱落 | 12个月无起泡、无脱落 |
| 10％HCl(常温) | 18个月无起泡、无脱落 | 12个月无起泡、无脱落 |
| 10％HNO3(常温) | 18个月无起泡、无脱落 | 12个月无起泡、无脱落 |
| 人工加速老化 | 800h无异常变化 | 300h轻微变化 |
| 耐温耐寒性能℃ | 135--50 | 135--50 |
所述甲组份中还添加有用量为1-5质量份的防锈剂，其为1250目绢云母超细片状填料，用于空气湿度大的腐蚀环境中，增加漆膜的封闭性，干燥环境中可不使用。
所述甲组份中还添加有防沉剂，所述防沉剂的有效成分为原生粒径10-20nm SiO2(Degussa-A20)或有机膨润土(海明斯化学828或浙江宇宏粘土化工958)，(用量为1-3质量份，防止涂料在长期储存或长途运输时颜料发生沉淀，否则可不使用，)；
本发明的优点在于：
1.单组分涂料，底面合一，无需配套体系，各色可选，一次涂装达500μm。
2.施工温度0～40℃，刷涂、辊涂、刮涂、喷涂均可，常温下自固化速度快。
3.允许带锈(厚度可达80μm)涂装，可简化繁复的前处理工序，能在苛刻的施工环境条件下提供方便、可靠、优化的防腐解决方案。
4.耐候性能突出，人工加速老化达800h以上无变化，克服了传统带锈涂料耐候性能差的缺点。
5.由于HCPE成本低廉，无需配套，另外可简化繁复的前处理工序，节省工时、提高工效、节省费用，故综合防腐造价相对最便宜。
附图说明
图1为本发明单组分改性高氯化聚乙烯耐候性带锈涂料制备工艺流程图。
具体实施方式
单组分改性高氯化聚乙烯耐候性带锈涂料可常温施工固化漆，该漆可采用刷、辊及高压无气喷涂施工，可与环氧或聚氨酯类底漆/中间漆配套，每道干膜厚度约500μm，理论涂布量约1000g/m2，固化时间15-20小时。
实施例1
表4实施例1配方
| 材料名称 | 规格 | 配方(质量份) |
| 高氯化聚乙烯树脂 | 分子量1.5-2.5万含氯量为55％-65％ | 20 |
| 210酚醛树脂和C9石油树脂 | 配比2∶1 | 5 |
| 钼酸锌 | 工业级 | 2 |
| 磷酸锌 | 工业级 | 25 |
| 三聚磷酸铝 | 工业级 | 28 |
| TiO2 | 工业级 | 9 |
| 环氧树脂 | E51 | 0.5 |
| 1250目云母粉 | 工业级 | 3 |
| 膨润土防沉剂 | 海明斯化学828 | 1 |
| 硅烷分散剂 | BYK-203 | 1 |
| 消泡剂 | AFCONA-2720 | 0.5 |
| 二甲苯 | 工业级 | 5 |
按表4在质量比为2∶1的210酚醛树脂和C9石油树脂中加入钼酸锌、磷酸锌和三聚磷酸铝，加入防沉剂和分散剂，在研磨机中进行预研磨，达到细度50μm。将环氧树脂E51、TiO2和二甲苯按配比进行预研磨，细度50μm。将两种预研磨物料按配比与高氯化聚乙烯树脂混合并加入消泡剂，研磨达到细度为30μm即可。
表5实施例1涂层主要性能指标
| 项目 | 性能 | 检测方法 |
| 外观 | 平整光滑 | 放大镜观察 |
| 固含量/％ | ＞80％ | GB/T 1725-1979(1989) |
| 柔韧性mm | 1 | GB/T 1731-93 |
| 附着力/级 | 0 | GB/T 1720-93 |
| 耐冲击性/cm | 50 | GB/T 1732-93 |
| 耐磨性/g | 0.018 | GB/T1768 |
| 耐汽油90#(常温) | 18个月无起泡、无脱落 | GB/T 1763-1979(1989) |
| 15％NaCl(常温) | 18个月无起泡、无脱落 | GB/T 1763-1979(1989) |
| 30％NaOH(常温) | 18个月无起泡、无脱落 | GB/T 1763-1979(1989) |
| 30％H2SO4(常温) | 18个月无起泡、无脱落 | GB/T 1763-1979(1989) |
| 10％HCl(常温) | 18个月无起泡、无脱落 | GB/T 1763-1979(1989) |
| 10％HNO3(常温) | 18个月无起泡、无脱落 | GB/T 1763-1979(1989) |
| 人工加速老化 | 800h无异常变化 | GB/T14522-1993 |
| 耐盐雾性/h | 5000 | GB/T 1771-1991 |
注：以上检测涂料涂均覆于锈层厚度为60μm的钢结构
实施例2
表6实施例2配方
| 材料名称 | 规格 | 配方(质量份) |
| 高氯化聚乙烯树脂 | 分子量1.5-2.5万含氯量为55％-65％ | 25 |
| 210酚醛树脂和C9石油树脂 | 配比5∶1 | 6 |
| 氧化铁红 | 工业级 | 30 |
| 氧化锌 | 工业级 | 8 |
| TiO2 | 工业级 | 15 |
| 环氧树脂 | E51 | 1 |
| 1250目云母粉 | 工业级 | 5 |
| 纳米SiO2 | Degussa-A20 | 2 |
| 膨润土防沉剂 | 海明斯化学828 | 1 |
| 硅烷分散剂 | Dowcoming | 1 |
| 消泡剂 | 德谦Defom-6500 | 1 |
| 二甲苯 | 工业级 | 5 |
按表6在质量比为5∶1的210酚醛树脂和C9石油树脂中加入氧化铁红和氧化锌，加入防沉剂、纳米SiO2和分散剂，在研磨机中进行预研磨，达到细度50μm。将环氧树脂E51、TiO2和二甲苯按配比进行预研磨，细度50μm。将两种预研磨物料按配比与高氯化聚乙烯树脂混合加入消泡剂，研磨达到细度为30μm即可。
表7实施例2涂层主要性能指标
| 项目 | 性能 | 检测方法 |
| 外观 | 平整光滑 | 放大镜观察 |
| 固含量/％ | ＞80％ | GB/T 1725-1979(1989) |
| 柔韧性mm | 1 | GB/T 1731-93 |
| 附着力/级 | 0 | GB/T 1720-93 |
| 耐冲击性/cm | 50 | GB/T 1732-93 |
| 耐磨性/g | 0.018 | GB/T1768 |
| 耐汽油90#(常温) | 18个月无起泡、无脱落 | GB/T 1763-1979(1989) |
| 15％NaCl(常温) | 18个月无起泡、无脱落 | GB/T 1763-1979(1989) |
| 30％NaOH(常温) | 18个月无起泡、无脱落 | GB/T 1763-1979(1989) |
| 30％H2SO4(常温) | 18个月无起泡、无脱落 | GB/T 1763-1979(1989) |
| 10％HCl(常温) | 18个月无起泡、无脱落 | GB/T 1763-1979(1989) |
| 10％HNO3(常温) | 18个月无起泡、无脱落 | GB/T 1763-1979(1989) |
| 人工加速老化 | 800h无异常变化 | GB/T14522-1993 |
| 耐盐雾性/h | 5000 | GB/T 1771-1991 |
注：以上检测涂料涂均覆于锈层厚度为60μm的钢结构
实施例3
表8实施例3配方
| 材料名称 | 规格 | 配方(质量份) |
| 高氯化聚乙烯树脂 | 分子量1.5-2.5万含氯量为55％-65％ | 22 |
| 210酚醛树脂和C9石油树脂 | 配比3∶1 | 6 |
| 钼酸锌 | 工业级 | 1 |
| 磷酸锌 | 工业级 | 20 |
| 三聚磷酸铝 | 工业级 | 25 |
| TiO2 | 工业级 | 12 |
| 环氧树脂 | E51 | 1 |
| 1250目云母粉 | 工业级 | 3 |
| 纳米SiO2 | Degussa-A20 | 2 |
| 膨润土防沉剂 | 海明斯化学828 | 0.5 |
| 硅烷分散剂 | BYK-203 | 1 |
| 消泡剂 | 德谦Defom-6500 | 0.5 |
| 二甲苯 | 工业级 | 6 |
按表8在质量比为3∶1的210酚醛树脂和C9石油树脂中加入钼酸锌、磷酸锌和三聚磷酸铝，加入防沉剂、纳米SiO2和分散剂，在研磨机中进行预研磨，达到细度50μm。将环氧树脂E51、TiO2和二甲苯按配比进行预研磨，细度50μm。将两种预研磨物料按配比与高氯化聚乙烯树脂混合并加入消泡剂，研磨达到细度为30μm即可。
表9实施例3涂层主要性能指标
| 项目 | 性能 | 检测方法 |
| 外观 | 平整光滑 | 放大镜观察 |
| 固含量/％ | ＞80％ | GB/T 1725-1979(1989) |
| 柔韧性mm | 1 | GB/T 1731-93 |
| 附着力/级 | 0 | GB/T 1720-93 |
| 耐冲击性/cm | 50 | GB/T 1732-93 |
| 耐磨性/g | 0.018 | GB/T1768 |
| 耐汽油90#(常温) | 18个月无起泡、无脱落 | GB/T 1763-1979(1989) |
| 15％NaCl(常温) | 18个月无起泡、无脱落 | GB/T 1763-1979(1989) |
| 30％NaOH(常温) | 18个月无起泡、无脱落 | GB/T 1763-1979(1989) |
| 30％H2SO4(常温) | 18个月无起泡、无脱落 | GB/T 1763-1979(1989) |
| 10％HCl(常温) | 18个月无起泡、无脱落 | GB/T 1763-1979(1989) |
| 10％HNO3(常温) | 18个月无起泡、无脱落 | GB/T 1763-1979(1989) |
| 人工加速老化 | 800h无异常变化 | GB/T14522-1993 |
| 耐盐雾性/h | 5000 | GB/T 1771-1991 |
Claims (7)
1.一种单组分改性高氯化聚乙烯耐候性带锈涂料，其特征在于：所述带锈涂料主要由以下成分组成，按质量份数计，
以含氯量为55％-65％、分子量分布在1.5-2.5万内的高氯化聚乙烯作为涂料成膜树脂基体，用量为15-30质量份；并添加有改性复合树脂5-8份、带锈涂装复合颜料35-55份、分散剂0.5-1.5份、消泡剂0.5-1份和环氧树脂改性钛合金复合颜料9-15份为填料；所述改性复合树脂为210酚醛树脂和C9石油树脂，按质量份数配比为2-5∶1。
2.按照权利要求1带锈涂料，其特征在于：所述分散剂为Y-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂；所述消泡剂为改性有机聚硅氧烷类消泡剂。
3.按照权利要求1带锈涂料，其特征在于：所述带锈涂装复合颜料为按质量份数配比1∶15-25的钼酸锌和三聚磷酸铝，其中还添加有磷酸锌和/或氧化铁红，钼酸锌与磷酸锌和/或氧化铁红的质量份数比为1∶10-20。
4.按照权利要求3带锈涂料，其特征在于：当所述带锈涂装复合颜料的组成成分中添加有氧化铁红时，其中还可添加氧化锌，按质量份数配比氧化锌：氧化铁红为1∶1-5。
5.按照权利要求1带锈涂料，其特征在于：所述环氧树脂改性钛合金复合颜料为按质量份数配比10-20∶1的纳米金红石钛白粉与环氧树脂E-51的络合物。
6.按照权利要求1带锈涂料，其特征在于：带锈涂料中还添加有用量为1-5质量份的防锈剂，其为1250目绢云母超细片状填料。
7.按照权利要求1带锈涂料，其特征在于：带锈涂料中还添加有1-3质量份的防沉剂，所述防沉剂的有效成分为原生粒径10-20nm SiO2或有机膨润土。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200810249525 CN101747691B (zh) | 2008-12-19 | 2008-12-19 | 一种单组分改性高氯化聚乙烯耐候性带锈涂料 |
Applications Claiming Priority (1)
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