CN102153920B - 一种水性带锈防腐涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水性带锈防腐涂料及其制备方法，属于钢铁表面防腐涂装技术领域。该涂料的原料组成及质量百分数为：铁锈转化剂20～30、复合高分子乳液50～60、渗透剂0.01～0.2、成膜助剂0.1～0.5、增稠分散剂0.01～0.2、去离子水10～20。本发明所制备的水性带锈防腐涂料可直接用于锈蚀钢材的涂装，所提供的制备方法具有制备工艺简单、成本低廉的优点，所制备的水性带锈防腐涂料性能优良。
Description
技术领域：
本发明属于钢铁表面防腐涂装技术领域，具体涉及一种直接用于锈蚀钢材的水性带锈防腐涂料及其制备方法。
背景技术：
据统计，全世界每年因腐蚀生锈的金属约为年产量的20％以上，由此带来的经济损失约1000亿美元。国内每年因腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的4％，为了保护钢铁不受腐蚀，延长其使用寿命，对钢铁进行防腐蚀涂装成为一种最经济和有效的方法。为了获得优良的耐腐蚀性能，涂装前必须把钢材上的铁锈清除干净，否则会由于铁锈的不断膨胀导致漆膜和防腐效果很差，因此，铁锈的除锈处理是涂装工艺的重要组成部分，对防腐蚀涂装的成败起着决定性的作用。但是许多大型建筑、桥梁、船舶、等复杂的钢结构构件在维修过程中由于受施工条件的限制，难以采用机械化施工方法，只能采用手工或电动工具进行除锈，其结果必然有铁锈和各种腐蚀产物的残留，导致除锈质量难以得到保证、施工艰难、费用巨大。除锈是一种十分繁重的工作，既耗费大量工时又增加费用。据报道钢板涂装费用分配比例为：表面除锈42％，施工30％，涂料19％。目前国内钢结构防腐依然沿用喷砂后进行涂装的老工艺，虽然防腐效果较好，但喷砂、抛丸工艺也存在着复杂结构件有死角、耗费电能高、粉尘污染、噪声污染、成本高等诸多缺点，故制备能够直接在锈面上施工的带锈涂料是非常必要的。
目前带锈涂料主要有溶剂型和水溶性两种，以有机物为溶剂或分散介质的油性带锈涂料，因为挥发性有机物易污染环境、能耗大、毒性大，不安全而且铁锈转化不彻底。如发明专利CN101760109A公开了一种以环氧树脂与酚醛树脂为成膜物双组份溶剂型带锈底漆，虽然解决了薄锈表面的直接涂装，但仍然存在溶剂污染施工环境等问题。水性带锈涂料主要以磷酸、单宁酸等体系制备的，存在与成膜物质相容性、稳定性差，易产生局部过腐蚀、涂膜附着力和均匀性差等问题的不足、水性带锈涂料的涂膜性能与溶剂型涂料相比还有一定差距，所以难以快速推广应用。如发明专利CN1264754A采用磷酸和有机酸、催化剂、缓蚀剂、活性剂、渗透剂及合金粉制备了水性铁锈转化剂，解决了水性带锈涂装和施工污染的问题，涂膜的耐水性能及与外层涂膜的结合力较差，铁锈的转化速度与程度仍然需要强化。为了克服现有技术的不足，本发明研制了一种快速铁锈转化剂，合成了特殊专用高分子复合乳液，与铁锈转化剂具有良好的相溶性和稳定性，解决了目前水性带锈涂料成膜的均匀性、涂膜易泛白、铁锈转化性能力差的问题。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低廉、性能优良的水性带锈防腐涂料及其制备方法。
本发明提供的水性带锈防腐涂料，由铁锈转化剂、复合高分子乳液、渗透剂、成膜助剂、增稠分散剂和去离子水组成，其原料组成的质量百分数为：
其中所述的铁锈转化剂其原料组成及质量百分数为：
配方中复合高分子乳液是以苯丙乳液∶环氧乳液∶脲醛树脂胶水按质量比为7∶1∶2混合配制而成；渗透剂是丙三醇、山梨糖醇中的一种或混合；成膜助剂是乙二醇乙醚、乙二醇丁醚中的一种；增稠分散剂是羧甲基纤维素、聚丙烯酸钠、精致琼脂中的一种。
铁锈转化剂组成中，多元酚化合物是由连三酚或间三酚与对苯二酚混合而为；多元醇是丙三醇或山梨糖醇中的一种；有机酸是柠檬酸或酒石酸。
本发明水性带锈防腐涂料的制备步骤具体如下：
(1)制备铁锈转化剂：
在烧瓶中加入规定量的乙醇和与乙醇相同质量的去离子水混合搅匀，加入多元酚使其完全溶解，再分别加入规定量多元醇、有机酸和余量的去离子水，搅拌均匀，即为铁锈转化剂；
(2)制备复合高分子乳液：
在烧瓶中加入规定量苯丙乳液和环氧乳液搅拌均匀，再缓慢加入脲醛树脂胶水，快速搅拌10～20min即为复合高分子乳液；
(3)制备目标产品节能环保型水性带锈防腐涂料：
在烧瓶中加入规定量复合高分子乳液和铁锈转化剂，搅拌均匀，再分批加入渗透剂和成膜助剂，继续搅拌最后缓慢加入规定量的增稠分散剂和水混合液后升温至40℃-50℃，搅拌20～30min即为目标产品水性带锈防腐涂料。
采用上述方法制得的水性带锈防腐涂料，用刷子直接涂覆在有黄色锈面的A4钢板上，短时间内在钢板表面即可形成致密均匀黑色涂膜，表干时间为30～40min，涂膜的主要性能：
硬度(铅笔法) 1-2H
附着力(画圈法) 1级
铁锈转化时间(目测完全变黑) 10～20min
耐水性120小时不起泡，不剥离，不生锈
本发明以多元酚化合物完全替代磷酸与单宁酸转化剂体系，克服转化剂可能对金属产生过腐蚀而使涂膜欠均匀等现象，与现有技术相比，铁锈转化快而彻底采用复合高分子乳液与铁锈转化剂制备的带锈涂料能使钢铁的氧化物(铁锈)转化为黑色的有机铁化合物，从而在钢铁表面生成一层由化学键和物理粘结的复合物膜。由于在苯丙乳液中添加环氧乳液可以充分发挥环氧基与金属基体结合力强特点，配以脲醛树脂可以提高涂膜的硬度，三种乳液混合制备的涂料产生了意想不到的效果，故膜层牢固致密均匀、附着力明显增加。
本发明的另一个突出特点是节能环保，由于制备过程基本采用常温操作，只是在涂料产品合成时控温40℃-50℃，搅拌20～30min，故能耗低，采用以水为溶剂，不含苯类、甲醛等对人体有害物质，无挥发性气体产生，有利于环境保护。
具体实施方式
实施例1：
(1)制备铁锈转化剂
在烧瓶中加入10克乙醇和10克去离子水混合搅匀，加入8克连三酚和2克对苯二酚使其完全溶解，再分别加入2克丙三醇、2克柠檬酸和60克去离子水，搅拌均匀，即为铁锈转化剂；
(2)制备复合高分子乳液
在烧瓶中加入70克苯丙乳液和10克环氧乳液搅拌均匀，再加缓慢入20克脲醛树脂胶水，快速搅拌10～20min即为复合高分子乳液；
(3)制备目标产品节能环保型水性带锈防腐涂料
在烧瓶中加入60克复合高分子乳液和25克铁锈转化剂，搅拌均匀，再分批加入0.1克丙三醇和0.3克乙二醇乙醚，继续搅拌最后缓慢加入0.1克的羧甲基纤维素和14.5克去离子水混合液后升温至40℃-50℃，搅拌20～30min后得到目标产品水性带锈防腐涂料。
采用上述方法制得的节能环保型水性带锈防腐涂料，用刷子直接涂覆在有黄色锈面的A4钢板上，短时间内在钢板表面即可形成致密均匀黑色涂膜，表干时间为30～40min，涂膜的主要性能：
硬度(铅笔法) 2H
附着力(画圈法) 1级
铁锈转化时间(目测完全变黑) 15min
耐水性125小时不起泡，不剥离，不生锈
以下实施例中采用的复合高分子乳液组成和制备方法与实施例1完全相同，故省去。
实施例2：
(1)制备铁锈转化剂
在烧瓶中加入8克乙醇和8克去离子水混合搅匀，加入10克连三酚和2克对苯二酚使其完全溶解，再分别加入1克多元醇、1克柠檬酸和65克去离子水，搅拌均匀，即为铁锈转化剂；
(2)制备目标产品节能环保型水性带锈防腐涂料
在烧瓶中加入60克复合高分子乳液和25克铁锈转化剂，搅拌均匀，再分批加入0.1克丙三醇和0.3克乙二醇乙醚，继续搅拌最后缓慢加入0.1克的羧甲基纤维素和14.5克去离子水混合液后升温至40℃-50℃，搅拌20～30min后得到目标产品水性带锈防腐涂料。
采用上述方法制得的节能环保型水性带锈防腐涂料，用刷子直接涂覆在有黄色锈面的A4钢板上，短时间内在钢板表面即可形成致密均匀黑色涂膜，表干时间为30～40min，涂膜的主要性能：
硬度(铅笔法) 1H
附着力(画圈法) 1级
铁锈转化时间(目测完全变黑) 10min
耐水性120小时不起泡，不剥离，不生锈
实施例3：
(1)制备铁锈转化剂
在烧瓶中加入12克乙醇和12克去离子水混合搅匀，加入7克连三酚和2克对苯二酚使其完全溶解，再分别加入1克山梨糖醇、1克酒石酸和65克去离子水，搅拌均匀，即为铁锈转化剂；
(2)制备目标产品水性带锈防腐涂料
在烧瓶中加入60克复合高分子乳液和25克铁锈转化剂，搅拌均匀，再分批加入0.1克丙三醇和0.3克乙二醇丁醚，继续搅拌最后缓慢加入0.1克的羧甲基纤维素和14.5克去离子水混合液后升温至40℃-50℃，搅拌20～30min后得到目标产品水性带锈防腐涂料。
采用上述方法制得的节能环保型水性带锈防腐涂料，用刷子直接涂覆在有黄色锈面的A4钢板上，短时间内在钢板表面即可形成致密均匀黑色涂膜，表干时间为30～40min，涂膜的主要性能：
硬度(铅笔法)1H
附着力(画圈法)1级
铁锈转化时间(目测完全变黑)14min
耐水性125小时不起泡，不剥离，不生锈
采用上述实施例1中的铁锈转化剂，改变本发明水性带锈防腐涂料配方，选择不同组分，并检测涂膜的主要性能，结果见表1：
表1节能环保型水性带锈防腐涂料实施例4-8及涂膜性能(质量百分数)
注：耐水性，25℃，不起泡，不剥离，不生锈
Claims (4)
1.一种水性带锈防腐涂料，其特征在于：该涂料由铁锈转化剂、复合高分子乳液、渗透剂、成膜助剂、增稠分散剂和去离子水组成，其原料组成的质量百分数为：
其中所述的铁锈转化剂其原料组成及质量百分数为：
所述复合高分子乳液是按苯丙乳液∶环氧乳液∶脲醛树脂胶水质量比7∶1∶2混合配制而成。
2.根据权利要求1所述水性带锈防腐涂料，其特征在于：所述渗透剂是丙三醇、山梨糖醇中的一种或混合；所述成膜助剂是乙二醇乙醚或乙二醇丁醚；所述增稠分散剂是羧甲基纤维素或聚丙烯酸钠或精致琼脂。
3.根据权利要求1所述水性带锈防腐涂料，其特征在于所述铁锈转化剂组成中，多元酚化合物是由连三酚或间三酚与对苯二酚混合而成，多元醇是丙三醇或山梨糖醇，有机酸是柠檬酸或酒石酸。
4.一种权利要求1所述水性带锈防腐涂料的制备方法，其特征在于该制备方法具体步骤如下：
(1)制备铁锈转化剂：
在烧瓶中加入规定量的乙醇和与乙醇相同质量的去离子水混合搅匀，加入多元酚使其完全溶解，再分别加入规定量多元醇、有机酸和余量的去离子水，搅拌均匀后得到铁锈转化剂；
(2)制备复合高分子乳液：
在烧瓶中加入规定量苯丙乳液和环氧乳液搅拌均匀，再缓慢加入脲醛树脂胶水，快速搅拌10～20min后得到复合高分子乳液；
(3)制备目标产品水性带锈防腐涂料：
在烧瓶中加入规定量复合高分子乳液和铁锈转化剂，搅拌均匀，再分批加入渗透剂和成膜助剂，继续搅拌最后缓慢加入规定量的增稠分散剂和水混合液后升温至40℃-50℃，搅拌20～30min后得到目标产品水性带锈防腐涂料。
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