CN101921516B

CN101921516B - 一种适用于钢铁表面的水性防腐透明涂料及其制备方法

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Publication number: CN101921516B
Application number: CN2009102362379A
Authority: CN
Inventors: 钱建刚; 张家祥; 张婧
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2029-10-28
Also published as: CN101921516A

Abstract

本发明公开了一种具有带锈带油功能的适用于钢铁表面的水性防腐透明涂料及其制备方法，该涂料由水性成膜树脂为40wt％～60wt％、水性成膜助剂为1wt％～10wt％、纳米级填料为0.5wt％～4wt％、纳米级防锈颜料为0.5wt％～3wt％、分散剂为0.1wt％～2wt％、水性消泡剂为0.05wt％～2wt％、水性润湿剂为0.1wt％～2wt％、水性流平剂为0.05wt％～2wt％、铁锈转化液为0.5wt％～5wt％、表面活性剂为0.5wt％～6wt％和余量的去离子水组成，并且各组分含量百分数之和为100％。本发明的水性防腐涂料可以在带锈的钢铁表面上直接施工，也可以在带油的钢铁表面上直接施工，而且制得的涂层具有透明性、较好的干性，涂层的硬度、附着力、柔韧性、抗冲击性、耐温变性、耐湿热性、耐盐雾性、抗老化性、耐冻融性等均优良。

Description

一种适用于钢铁表面的水性防腐透明涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种具有带锈带油功能的适用于钢铁表面的水性防腐透明涂料，还涉及该种水性防腐透明涂料的制备方法。

背景技术

我国是个钢铁产业大国，自1996年钢产量首次超过1亿吨大关并跃居世界第一位以来，我国钢产量一直保持世界第一位，是世界上最大的钢铁生产国、最大的钢铁消费国。2008年钢铁产量首次突破5亿吨。钢铁从生产、储存、运输到应用，每个环节都要面临着腐蚀的威胁。有数据显示，我国每年因腐蚀而报废的钢铁约等于宝钢全年的产量。因此，对钢铁进行有效的防腐至关重要。

目前，对钢铁进行防腐主要的方法是涂层保护。根据目前的防腐技术和防腐材料的要求，在钢铁表面喷涂耐蚀涂料前，必须要对钢铁表面进行除锈处理，以提高涂层的附着力和防锈性，保证涂层的防腐质量。目前常用的除锈方法有人工除锈、酸洗除锈和喷丸除锈。这些除锈方法存在以下不足：(1)人工除锈劳动强度大、污染大、工作效率低且除锈效果差；(2)酸洗除锈虽可获得清洁表面，但酸洗过程中，酸洗液对操作人员有一定的危害，且易产生环境污染；(3)喷丸除锈受到专用设备、工件形状(如缝隙内锈层难以除尽)、操作环境等诸多条件的限制，且施工周期长、施工费用高。一般钢铁表面除了有锈外还可能有油。对于小型的钢铁构件，可以对其进行除油处理，但对于大型的钢铁管道，对其进行表面的除油处理就较困难，而且一般的除油方法很难将油除尽。带锈带油涂料的开发，可以免去除锈、除油的过程，减少劳动强度，节约劳动时间，提高经济效益。

随着人们环保意识的增强，水性涂料越来越受到重视。目前应用于建筑领域的水性涂料已较普遍，而且技术也比较成熟，但应用于钢铁产品表面的水性防腐涂料还相对较少，应用于钢铁产品表面的具有带锈带油功能的水性防腐涂料则更少。另外在有些钢铁产品出厂时，需要打印一些标记如牌号、生产日期等，因此，采用的涂层需要透明。而目前具有带锈带油功能的适用于钢铁产品表面的水性防腐涂料是不透明的；而透明的涂料中又不具有带锈带油功能，而且往往也不是水性的，满足不了环保的要求。

发明内容

本发明的目的之一是提出一种具有带锈带油功能的适用于钢铁表面的水性防腐透明涂料，涂覆有该涂料的钢铁能有效保护钢铁产品表面不受环境介质的腐蚀。

本发明的另一个目的是提出一种制备该具有带锈带油功能的适用于钢铁表面的水性防腐透明涂料的方法。

本发明的一种适用于钢铁表面的水性钢铁防腐透明涂料包括有下列组分的用料：水性成膜树脂为40wt％～60wt％、水性成膜助剂为1wt％～10wt％、纳米级填料为0.5wt％～4wt％、纳米级防锈颜料为0.5wt％～3wt％、分散剂为0.1wt％～2wt％、水性消泡剂为0.05wt％～2wt％、水性润湿剂为0.1wt％～2wt％、水性流平剂为0.05wt％～2wt％、铁锈转化液为0.5wt％～5wt％、表面活性剂为0.5wt％～6wt％和余量的去离子水，上述各组分含量百分数之和为100％。

所述的水性成膜树脂为水性自交联型苯丙乳液MC-101、水性自交联型苯丙乳液MC-102、水性自交联型苯丙乳液MC-201或者水性自交联型苯丙乳液MC-202。

所述的水性成膜助剂为Texanol醇酯。

所述的纳米级填料为纳米级二氧化钛、纳米级二氧化硅、纳米级滑石粉或者纳米级云母粉。

所述的纳米级防锈颜料为纳米级三聚磷酸铝、纳米级磷酸锌、纳米级钼酸锌或者纳米级磷钼酸锌。

所述的分散剂为DP512、DP518、740、S-100、SN-5040或者D-5050。

所述的水性消泡剂为A10、D160、N309A、F-111或者N267A。

所述的水性润湿剂为X-405、H436、BYK-348、BYK-346或者PE100。

所述的水性流平剂为L600、L620、A203或者RM-2020。

所述的铁锈转化液为1重量份的亚铁氰化钾中加入2～10重量份的预处理酸液混合均匀制得，所述的预处理酸液可以是磷酸、植酸或者单宁酸。

所述的表面活性剂为OP-10、NP-9或者AES。

本发明的一种制备具有带锈带油功能的适用于钢铁表面的水性防腐透明涂料的方法，该方法按照以下步骤实施：

称取制备水性钢铁防腐透明涂料所需的用料：水性成膜树脂为40wt％～60wt％、水性成膜助剂为1wt％～10wt％、纳米级填料为0.5wt％～4wt％、纳米级防锈颜料为0.5wt％～3wt％、分散剂为0.1wt％～2wt％、水性消泡剂为0.05wt％～2wt％、水性润湿剂为0.1wt％～2wt％、水性流平剂为0.05wt％～2wt％、铁锈转化液为0.5wt％～5wt％、表面活性剂为0.5wt％～6wt％和余量的去离子水，上述各组分含量百分数之和为100％；

步骤a、将水性成膜树脂和水性成膜助剂加入搅拌机中，在搅拌速度为100r/min～600r/min的条件下搅拌15min～60min后制得混合均匀的第一混合溶液；

步骤b、将去离子水、纳米级填料、纳米级防锈颜料、分散剂、一半重量的水性消泡剂加入搅拌机中，在搅拌速度为500r/min～1200r/min的条件下搅拌15min～60min后制得第二混合溶液；

步骤c、将步骤b制得的第二混合溶液加入到步骤a制得的第一混合溶液中，然后加入铁锈转化液；然后在搅拌速度为100r/min～600r/min的状态下加入表面活性剂、另一半重量的水性消泡剂、水性润湿剂和水性流平剂；最后在搅拌速度为100r/min～600r/min的条件下搅拌1h～3h后，形成具有带锈带油功能的适用于钢铁表面的水性防腐透明涂料。

采用本发明方法制得的水性防腐涂料经刷涂或喷涂或浸涂既可以在带锈的钢铁表面上直接施工，也可以在带油的钢铁表面上直接施工，而且涂层具有透明性；形成的涂层具有较好的干性，涂层的硬度、附着力、柔韧性、抗冲击性、耐温变性、耐湿热性、耐盐雾性、抗老化性、耐冻融性等均优良，而且具有环保功能。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明的一种水性钢铁防腐透明涂料包括有下列组分的用料：

水性成膜树脂为40wt％～60wt％，

水性成膜助剂为1wt％～10wt％，

纳米级填料为0.5wt％～4wt％，

纳米级防锈颜料为0.5wt％～3wt％，

分散剂为0.1wt％～2wt％，

水性消泡剂为0.05wt％～2wt％，

水性润湿剂为0.1wt％～2wt％，

水性流平剂为0.05wt％～2wt％，

铁锈转化液为0.5wt％～5wt％，

表面活性剂为0.5wt％～6wt％，

余量的为去离子水，上述各组分含量百分数之和为100％。

所述的水性成膜助剂为Texanol醇酯。

所述的分散剂为DP512、DP518、740、S-100、SN-5040或者D-5050。

所述的水性消泡剂为A10、D160、N309A、F-111或者N267A。

所述的水性润湿剂为X-405、H436、BYK-348、BYK-346或者PE100。

所述的水性流平剂为L600、L620、A203或者RM-2020。

所述的表面活性剂为OP-10、NP-9或者AES。

实施例1

按下面的质量百分比称取各组分，

水性成膜树脂为53wt％选用MC-101

水性成膜助剂为8wt％选用Texanol醇酯

纳米级填料为2.4wt％选用粒径为20nm的二氧化硅

纳米级防锈颜料为1.3wt％选用粒径为20nm的钼酸锌

分散剂为0.8wt％选用SN-5040

水性消泡剂为0.22wt％选用A10

水性润湿剂为0.5wt％选用BYK-348

水性流平剂为0.08wt％选用L620

铁锈转化液为2.7wt％选用1重量份的320目的亚铁氰化钾与5重量份的

植酸混合制得铁锈转化液

表面活性剂为4wt％选用OP-10

余量为去离子水，上述各组分含量百分数之和为100％。

步骤a、将MC-101和Texanol醇酯加入到PK1-50搅拌机中，在搅拌速度为200r/min的条件下搅拌60min后制得混合均匀的第一混合溶液；

步骤b、将去离子水、二氧化硅、钼酸锌、SN-5040和0.11wt％的水性消泡剂A10放入搅拌机中，在搅拌速度为1000r/min的条件下搅拌30min后制得第二混合溶液；在此步骤中也可以用相同重量、相同粒径20nm的滑石粉替代二氧化硅、DP518替代SN-5040。

步骤c、将步骤b制得的第二混合溶液加入到步骤a制得的第一混合溶液中，然后加入铁锈转化液，再在搅拌状态下加入OP-10、0.11wt％的水性消泡剂A10、BYK-348和L620，最后在搅拌速度为200r/min的条件下搅拌3h后，制得具有带锈带油功能的适用于钢铁表面的水性防腐透明涂料。

在此步骤中也可以用N267A替代A10。

将经实施例1制得的具有带锈带油功能的适用于钢铁表面的水性防腐涂料采用喷涂工艺(喷嘴与试样的距离大约为100mm，喷枪的压力为0.1MPa，喷嘴与试样的角度控制在45°)喷涂于带锈带油的45A钢表面，然后将制备好的试样在温度25℃的环境下放置7天，即得到在45A钢表面制备有水性防腐透明涂层。

采用上述实施过程制得的水性防腐透明涂层，当涂层厚度为20μm～30μm时，根据标准《GB1720-1989》测得涂层附着力为1级、根据标准《GB/T1731-93》测得涂层柔韧性为1mm、根据标准《GB/T1732-1993》测得涂层耐冲击性为50cm、根据标准《GB/T10125-1997》测得涂层耐盐雾时间为280h，而且涂层透明。

实施例2

按下面的质量百分比称取各组分，

水性成膜树脂为42wt％选用MC-102

水性成膜助剂为4wt％选用Texanol醇酯

纳米级填料为0.5wt％选用粒径为20nm的二氧化钛

纳米级防锈颜料为2.7wt％选用粒径为20nm的三聚磷酸铝

分散剂为2wt％选用DP512

水性消泡剂为1.1wt％选用N309A

水性润湿剂为1.7wt％选用X-405

水性流平剂为0.5wt％选用A203

铁锈转化液为4.6wt％选用1重量份的320目的亚铁氰化钾与7重

量份的磷酸混合制得铁锈转化液

表面活性剂为5.1wt％选用NP-9

余量为去离子水，上述各组分含量百分数之和为100％。

步骤a、将MC-102和Texanol醇酯加入到PK1-50搅拌机中，在搅拌速度为400r/min的条件下搅拌40min后制得混合均匀的第一混合溶液；

步骤b、将去离子水、二氧化钛、三聚磷酸铝、DP-512和0.55wt％的N309A混合后放入搅拌机中，在搅拌速度为600r/min的条件下搅拌60min后制得第二混合溶液；

在此步骤中也可以用D-5050替代DP-512。

步骤c、将步骤b制得的第二混合溶液加入到步骤a制得的第一混合溶液中，然后加入铁锈转化液，再在搅拌状态下加入NP-9、0.55wt％的水性消泡剂N309A、X-405、A203，最后在搅拌速度为200r/min的条件下搅拌2h后，制得具有带锈带油功能的适用于钢铁表面的水性防腐透明涂料。

将经实施例2制得的具有带锈带油功能的适用于钢铁表面的水性防腐涂料采用喷涂工艺(喷嘴与试样的距离大约为100mm，喷枪的压力为0.1MPa，喷嘴与试样的角度控制在60°)喷涂于带锈带油的Q235B钢表面，然后将制备好的试样在温度30℃的环境下放置7天，即得到在Q235B钢表面制备有水性防腐透明涂层。

采用上述实施过程制得的水性防腐透明涂层，当涂层厚度为20μm～30μm时，根据标准《GB1720-1989》测得涂层附着力为1级、根据标准《GB/T1731-93》测得涂层柔韧性为1mm、根据标准《GB/T1732-1993》测得涂层耐冲击性为50cm、根据标准《GB/T10125-1997》测得涂层耐盐雾时间为255h，而且涂层透明。

实施例3

按下面的质量百分比称取各组分，

水性成膜树脂为53wt％选用MC-202

水性成膜助剂为7wt％选用Texanol醇酯

纳米级填料为3.6wt％选用粒径为20nm的云母粉

纳米级防锈颜料为0.7wt％选用粒径为20nm的磷酸锌

分散剂为0.4wt％选用S-100

水性消泡剂为1.3wt％选用F-111

水性润湿剂为0.9wt％选用PE-100

水性流平剂为1.3wt％选用RM-2020

铁锈转化液为0.7wt％选用1重量份的320目的亚铁氰化钾与7重

量份的单宁酸混合得到铁锈转化液

表面活性剂为1.6wt％选用AES

余量为去离子水，上述各组分含量百分数之和为100％。

步骤a、将MC-202和Texanol醇酯加入到PK1-50搅拌机中，在搅拌速度为600r/min的条件下搅拌20min后制得混合均匀的第一混合溶液；

步骤b、将去离子水、云母粉、磷酸锌、S-100和0.65wt％的F-111放入搅拌机中，在搅拌速度为800r/min的条件下搅拌40min后制得第二混合溶液；

此步骤中也可以用相同重量的磷钼酸锌替代磷酸锌、D160替代F-111。

步骤c、将步骤b制得的第二混合溶液加入到步骤a制得的第一混合溶液中，然后加入铁锈转化液，再在搅拌状态下加入AES、0.65wt％的F-111、PE-100、RM-2020，最后在搅拌速度为600r/min的条件下搅拌1h后，制得具有带锈带油功能的适用于钢铁表面的水性防腐透明涂料。

此步骤中也可以用相同重量的H436替代PE-100、L600替代RM-2020。

将经实施例3制得的具有带锈带油功能的适用于钢铁表面的水性防腐涂料采用喷涂工艺(喷嘴与试样的距离大约为150mm，喷枪的压力为0.2MPa，喷嘴与试样的角度控制在60°)喷涂于带锈带油的Q345C钢表面，然后将制备好的试样在温度25℃的环境下放置7天，即得到在Q345C钢表面制备有水性防腐透明涂层。

采用上述实施过程制得的水性防腐透明涂层，当涂层厚度为20μm～30μm时，根据标准《GB1720-1989》测得涂层附着力为1级、根据标准《GB/T1731-93》测得涂层柔韧性为1mm、根据标准《GB/T1732-1993》测得涂层耐冲击性为50cm、根据标准《GB/T10125-1997》测得涂层耐盐雾时间为270h，而且涂层透明。

Claims

1.一种具有带锈带油功能的适用于钢铁表面的水性防腐透明涂料，其特征在于：该涂料由水性成膜树脂为40wt％～60wt％、水性成膜助剂为1wt％～10wt％、纳米级填料为0.5wt％～4wt％、纳米级防锈颜料为0.5wt％～3wt％、分散剂为0.1wt％～2wt％、水性消泡剂为0.05wt％～2wt％、水性润湿剂为0.1wt％～2wt％、水性流平剂为0.05wt％～2wt％、铁锈转化液为0.5wt％～5wt％、表面活性剂为0.5wt％～6wt％和余量的去离子水组成，并且各组分含量百分数之和为100％；

所述的水性成膜树脂为水性自交联型苯丙乳液MC-101、水性自交联型苯丙乳液MC-102、水性自交联型苯丙乳液MC-201或者水性自交联型苯丙乳液MC-202；

所述的水性成膜助剂为Texanol醇酯；

所述的纳米级填料为纳米级二氧化钛、纳米级二氧化硅、纳米级滑石粉或者纳米级云母粉；

所述的纳米级防锈颜料为纳米级三聚磷酸铝、纳米级磷酸锌、纳米级钼酸锌或者纳米级磷钼酸锌；

所述的分散剂为DP512、DP518、SN-5040或者D-5050；

所述的水性消泡剂为A10、D160、F-111或者N267A；

所述的水性润湿剂为X-405、H436、BYK-348、BYK-346或者PE100；

所述的水性流平剂为L600、L620、A203或者RM-2020；

所述的铁锈转化液为1重量份的亚铁氰化钾中加入2～10重量份的预处理酸液混合均匀制得，所述的预处理酸液是磷酸、植酸或单宁酸；

所述的表面活性剂为OP-10、NP-9或者AES。

2.制备如权利要求1所述的具有带锈带油功能的适用于钢铁表面的水性防腐透明涂料的方法，其特征在于包括有下列步骤：

步骤c、将步骤b制得的第二混合溶液加入到步骤a制得的第一混合溶液中，然后加入铁锈转化液；然后在搅拌速度为100r/min～600r/min的状态下加入表面活性剂、另一半重量的水性消泡剂、水性润湿剂、水性流平剂；最后在搅拌速度为100r/min～600r/min的条件下搅拌1h～3h后，形成具有带锈带油功能的适用于钢铁表面的水性防腐透明涂料。

3.根据权利要求2所述的制备具有带锈带油功能的适用于钢铁表面的水性防腐透明涂料的方法，其特征在于：采用水性防腐透明涂料制备在基体上，形成涂层厚度为20μm～30μm时；

根据标准《GB1720-1989》测得涂层附着力为1级；

根据标准《GB/T1731-93》测得涂层柔韧性为1mm；

根据标准《GB/T1732-1993》测得涂层耐冲击性为50cm；

根据标准《GB/T10125-1997》测得涂层耐盐雾时间为255h～300h，而且涂层透明。