CN102558922A - 一种阻烧延耐高温车间底漆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阻烧延耐高温车间底漆，其关键技术在于使用了高温成膜材料。配方中复配有两种高温成膜材料，其熔点分别在480～490℃、680～700℃范围，由此可以接续一次膜材料在高温热失重尚未完全失效前形成第二次、三次连续膜，以保证涂层不开裂；同时，还能使涂层的耐热性达到800℃以上，烧损面积极小，切割或焊接作业过程中几乎不产生烟雾。
Description
技术领域
本发明属于涂料领域，特别涉及一种阻烧延耐高温车间底漆及其制备方法。
背景技术
自20世纪50年代初，车间底漆就作为超级游船、海上石油钻井平台等大型钢铁结构件的预处理底涂。车间底漆为适应流水线作业，需满足干燥快、防锈性能优异、可焊接性与机械性能好等要求。
目前使用较广的车间底漆是以聚乙烯醇缩丁醛和硅酸乙酯水解物为基料，复配锌粉的预涂底漆，其缺点是在室外保养时间短(一般只有3个月)，热加工时烧损面积较大，耐较负的阴极保护点位性能较差，不适合装有阴极保护的系统的船体水下部位。故其应用受到一定的限制。
还有一种是环氧富锌车间底漆，是由锌粉、环氧树脂、聚酰胺固化剂等配制而成，在国内已经有几十年的发展历史，广泛地应用于船舶制造行业。其优点是具有优异的阴极保护防腐蚀性能、耐机械磨损性、耐热性和焊割时漆膜烧损面小等。如干膜的厚度控制在20μm左右，则对钢材的焊接工艺和焊接质量无不良影响，并能和常用的防锈漆、面漆配套。但环氧富锌车间底漆由于锌粉含量较多，在进行电焊、切割等热加工时，会释放较多的氧化锌烟尘，对人体健康带来影响，易导致“锌热病”，且对切割速度和质量有一定影响。
针对普通的车间底漆不耐热、在400℃以上就会气化的缺陷，上海船舶工艺研究所近期研制出一种耐高温车间底漆，可以忍耐800℃高温，使得钢板切割焊接后的烧损面积降低50％以上，大大降低重新涂漆的消耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种阻烧延耐高温的车间底漆，该车间底漆克服了传统车间底漆防护寿命短、不耐高温、切焊时产生大量氧化锌烟雾、涂层烧损面宽、修复重涂量大的缺陷。
具体的技术方案如下：
一种阻烧延耐高温车间底漆，由A组分和B组分组成：
所述A组分的原料组成及质量份数为：10～15份聚硅酸乙酯Si-40；2～5份95％乙醇；2～5份异丙醇；1～2份5％磷酸-丁醇溶液；
所述B组分的原料组成及质量份数为：10～15份95％乙醇；6～10份正丁醇；2～5份聚乙烯醇缩丁醛；3～5份醇溶性有机硅树脂；1～3份环氧树脂；20～25份高温成膜材料；2～5份涂料助剂；4～8份1000-1500目的超细磷铁粉；20～25份1000-1500目的超细锌粉；
所述A组分和B组分的重量份配比为15～25∶60～100。
优选地，所述高温成膜材料由高温二次成膜材料和高温三次成膜材料组成：
所述高温二次成膜材料的原料组成及重量百分含量为：SiO2：28～32％；B2O3：2～5％；Al2O3：1～3％；Li2O：5～8％；Na2O：15～18％；K2O：10～14％；MgO：1～2％；BaO：1～2％；V2O5：5～10％；P2O5：1～2％；Sb2O3：2～5％；TiO2：15～20％；ZnO：1～2％；CeO2：2～5％；MoO3：0.5～1％；上述原料的总和为100％；
所述高温三次成膜材料的原料组成及重量百分含量为：SiO2：15～20％；B2O3：10～15％；Al2O3：20～25％；Li2O：2～5％；Na2O：20～25％；K2O：2～6％；V2O5：5～10％；P2O5：12～15％；Nd2O3：1～4％；NaF：2～5％；上述原料的总和为100％；
所述高温二次成膜材料和高温三次成膜材料的重量份配比为50～100∶50～100。
优选地，所述高温二次成膜材料的原料中Li2O+Na2O+K2O与SiO2+B2O3+Al2O3+TiO2+Sb2O3+ZnO+BaO+CeO2质量比为0.50～0.60，该高温二次成膜材料的熔点范围在480～490℃。
优选地，所述高温三次成膜材料的原料中Li2O+Na2O+K2O与SiO2+B2O3+Al2O3+Nd2O3质量比为0.50～0.60，该高温三次成膜材料的熔点范围在680～700℃。
优选地，所述高温二次成膜材料的制备方法包括如下步骤：
(1)按重量百分含量称取各原料，研细混匀，于900～1200℃熔制60～90分钟后水淬、烘干，得到半透明状乳白色熔块；
(2)将步骤(1)得到的乳白色熔块粉碎后，过100～200目筛，再加工至1000～1500目的微细粉体，即得所述高温二次成膜材料；
所述高温三次成膜材料的制备方法与高温二次成膜材料的制备方法相同。
优选地，所述超细磷铁粉和超细锌粉的目数为1000-1500目。
本发明的另一目的是提供上述车间底漆的制备方法。
具体的技术方案如下：
上述车间底漆的制备方法，包括如下步骤：
(1)A组分：按质量份数顺序称取聚硅酸乙酯Si-40、95％乙醇、异丙醇和氧化锌置于反应器中，在搅拌的条件下缓慢滴加5％磷酸-丁醇溶液进行酸化水解24h后即得A组分；
(2)B组分：按质量份数称取95％乙醇、正丁醇置于容器中，搅拌状态下缓慢加入聚乙烯醇缩丁醛至聚乙烯醇缩丁醛完全溶解成透明状液体，再向容器中加入醇溶性有机硅树脂、环氧树脂、高温成膜材料和涂料助剂，经高速分散、研磨后加入超细磷铁粉和超细锌粉，再经分散、过滤，即得B组分；
(3)将A组分与B组分按重量份配比15～25∶60～100的比例混合搅拌均匀，即得所述车间底漆。
本领域的技术人员都知道，无论是有机硅树脂还是无机硅聚合物，最高耐热极限不超过400℃温度。因此，传统的无机富锌底漆或无机硅酸锌车间底漆的耐热性只能达到400℃。在工况环境下的氧焰切割和焊接作业，由于涂层无法耐受如此高温，必然产生损毁现象，其烧损面并向四周扩延；同时，由于锌的化学性质比较活泼。当温度达到225℃后，锌氧化激烈。锌在空气中燃烧是因为锌表面有一层氧化锌，燃烧时冒出白烟。这种白色烟雾被人长期吸入，就会患上一种“锌热病”，危害人体健康。
本发明的优点是：其关键技术在于使用了高温成膜材料。配方中复配有两种高温成膜材料，其熔点分别在480～490℃、680～700℃范围，由此可以接续一次膜材料在高温热失重尚未完全失效前形成第二次、三次连续膜，以保证涂层的膜性能；同时，二次、三次高温成膜材料在温度达到其熔点时开始熔融，可以有效地包覆锌粉粒子免于暴露在空气当中，以达到隔绝空气、防止氧化的目的。从而使涂层的耐热性达到800℃以上，烧损面积极小，切割或焊接作业过程中几乎不产生烟雾。
此外，对硅酸乙酯进行水解，现有技术中所使用的酸催化剂均采用盐酸，其缺点是水解反应激烈，水解物很容易胶化，贮放期短，不易储存；水解物中还残留有Cl-离子，对钢铁基材有一定的腐蚀作用，因此会缩短车间底漆的防护寿命。本发明中的主剂(A组分)水解时，选用的酸催化剂是磷酸，其优点是水解反应温和，水解物不易胶化，可长期贮存；水解物中残留的
离子，对钢铁基材有磷化作用，可以提高涂层的防护寿命。经试验结果表明，使用盐酸作催化剂的水解液(A组分)配合漆料(B组分)制备的涂层，盐雾试验达不到250h，而试验磷酸作催化剂的水解液配合漆料制备的涂层，盐雾试验超过500h，表面看不到锈迹，防腐蚀性能非常好；涂层的物理性能也极其优异，各方面技术指标均达到优秀。
具体实施方式
本发明实施例中使用的原料如下：
聚硅酸乙酯(Si-40)由南京曙光化工集团有限公司出品；
聚乙烯醇缩丁醛(10％乙醇溶液的粘度为10～15mPa.s)由湖南维尼纶厂出品；
醇溶性有机硅树脂由深圳市恒润纳米材料有限公司出品；
环氧树脂由广州东风化工厂出品；
涂料助剂包括分散剂、防沉剂、消泡剂、流平剂、有机膨润土等，由佛山市顺德区赛富龙化工材料有限公司出品。
以下通过实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例1
一种阻烧延耐高温车间底漆，由A组分和B组分组成：
所述A组分的原料组成及质量份数为：15份聚硅酸乙酯Si-40；3份95wt％工业乙醇；2份异丙醇；2份5％磷酸-丁醇溶液；
所述B组分的原料组成及质量份数为：10份95wt％工业乙醇；10份正丁醇；3份聚乙烯醇缩丁醛；5份醇溶性有机硅树脂；1份环氧树脂；25份高温成膜材料；5份涂料助剂(其中涂料分散剂1份、涂料防沉剂1份、涂料消泡剂和流平剂各1份、有机膨润土1份)；4份1000-1500目的超细磷铁粉；23份1000-1500目的超细锌粉；
所述A组分和B组分的重量份配比1∶4。
其中高温成膜材料由高温二次成膜材料和高温三次成膜材料组成：
所述高温二次成膜材料的原料组成及重量百分含量为：SiO2：28％；B2O3：3％；Al2O3：3％；Li2O：5％；Na2O：15％；K2O：12％；MgO：2％；BaO：2％；V2O5：2％；P2O5：2％；Sb2O3：3％；TiO2：15％；ZnO：2％；CeO2：5％；MoO3：1％；上述原料的总和为100％；
其中Li2O+Na2O+K2O与SiO2+B2O3+Al2O3+TiO2+Sb2O3+ZnO+BaO+CeO2质量比为0.52；熔点范围在480～490℃；
所述高温三次成膜材料的原料组成及重量百分含量为：SiO2：15％；B2O3：10％；Al2O3：25％；Li2O：3％；Na2O：20％；K2O：6％；V2O5：5％；P2O5：13％；Nd2O3：1％；NaF：2％；上述原料的总和为100％；
其中Li2O+Na2O+K2O与SiO2+B2O3+Al2O3+Nd2O3质量比为0.57，熔点范围在680～700℃。
所述高温二次成膜材料和高温三次成膜材料的重量份配比为1∶1。
上述高温二次成膜材料的制备方法包括如下步骤：
(1)按重量百分含量称取各原料，研细混匀，装入刚玉坩埚，置于高温炉内，于900～1200℃熔制60～90分钟，然后经过水淬、烘干，得到半透明状乳白色熔块；
(2)将步骤(1)得到的乳白色熔块经初步粉碎后，过100～200目筛得初级粉体，再经气流粉碎机加工至1000～1500目的微细粉体，烘干即得所述高温二次成膜材料；
所述高温三次成膜材料的制备方法与高温二次成膜材料的制备方法相同。
上述车间底漆的制备方法，包括如下步骤：
(1)A组分：按质量份数顺序称取聚硅酸乙酯Si-40、95wt％工业乙醇、异丙醇和氧化锌置于反应器中，在搅拌的条件下缓慢滴加5％磷酸-丁醇溶液进行酸化，水解程度视氯化锌在溶液中是否完全溶解，水解24h后即得A组分；
(2)B组分：按质量份数称取95wt％工业乙醇、正丁醇置于容器中，搅拌状态下缓慢加入聚乙烯醇缩丁醛至聚乙烯醇缩丁醛完全溶解成透明状液体，再向容器中加入醇溶性有机硅树脂、环氧树脂、高温成膜材料和涂料助剂，经高速分散、研磨至细度达到20μm后加入超细磷铁粉和超细锌粉，再经分散、过滤，即得B组分；
(3)将A组分与B组分以重量份配比1∶4的比例混合搅拌均匀，即得所述车间底漆。
本实施例的产品应符合GB 6747-86标准，其特征指标见表1与表2。
表1阻烧延耐高温车间底漆技术指标
表2阻烧延耐高温车间底漆涂层性能技术指标
注：①为保证项目，切割速度的减慢不超过15％；②为保证项目。
实施例2
一种阻烧延耐高温车间底漆，由A组分和B组分组成：
所述A组分的原料组成及质量份数为：10份聚硅酸乙酯Si-40；5份95wt％工业乙醇；5份异丙醇；1份5％磷酸-丁醇溶液；
所述B组分的原料组成及质量份数为：15份95wt％工业乙醇；6份正丁醇；5份聚乙烯醇缩丁醛；3份醇溶性有机硅树脂；3份环氧树脂；20份高温成膜材料；2份涂料助剂(其中涂料分散剂0.4份、涂料防沉剂0.4份、涂料消泡剂和流平剂各0.4份、有机膨润土0.4份)；8份1000-1500目的超细磷铁粉；20份1000-1500目的超细锌粉；
所述A组分和B组分的重量份配比为25∶60。
其中高温成膜材料由高温二次成膜材料和高温三次成膜材料组成：
所述高温二次成膜材料的原料组成及重量百分含量为：SiO2：32％；B2O3：3％；Al2O3：1％；Li2O：5％；Na2O：18％；K2O：10％；MgO：2％；BaO：1％；V2O5：2％；P2O5：2％；Sb2O3：3％；TiO2：15％；ZnO：2％；CeO2：3％；MoO3：1％；上述原料的总和为100％；
其中Li2O+Na2O+K2O与SiO2+B2O3+Al2O3+TiO2+Sb2O3+ZnO+BaO+CeO2质量比为0.55；熔点范围在480～490℃；
所述高温三次成膜材料的原料组成及重量百分含量为：SiO2：18％；B2O3：10％；Al2O3：22％；Li2O：5％；Na2O：20％；K2O：5％；V2O5：5％；P2O5：12％；Nd2O3：1％；NaF：2％；上述原料的总和为100％；
其中Li2O+Na2O+K2O与SiO2+B2O3+Al2O3+Nd2O3质量比为0.59，熔点范围在680～700℃。
所述高温二次成膜材料和高温三次成膜材料的重量份配比为1∶2。
上述高温二次成膜材料的制备方法包括如下步骤：
(1)按重量百分含量称取各原料，研细混匀，装入刚玉坩埚，置于高温炉内，于900～1200℃熔制60～90分钟，然后经过水淬、烘干，得到半透明状乳白色熔块；
(2)将步骤(1)得到的乳白色熔块经初步粉碎后，过100～200目筛得初级粉体，再经气流粉碎机加工至1000～1500目的微细粉体，烘干即得所述高温二次成膜材料；
所述高温三次成膜材料的制备方法与高温二次成膜材料的制备方法相同。
上述车间底漆的制备方法，包括如下步骤：
(1)A组分：按质量份数顺序称取聚硅酸乙酯Si-40、95wt％工业乙醇、异丙醇和氧化锌置于反应器中，在搅拌的条件下缓慢滴加5％磷酸-丁醇溶液进行酸化，水解程度视氯化锌在溶液中是否完全溶解，水解24h后即得A组分；
(2)B组分：按质量份数称取95wt％工业乙醇、正丁醇置于容器中，搅拌状态下缓慢加入聚乙烯醇缩丁醛至聚乙烯醇缩丁醛完全溶解成透明状液体，再向容器中加入醇溶性有机硅树脂、环氧树脂、高温成膜材料和涂料助剂，经高速分散、研磨至细度达到20μm后加入超细磷铁粉和超细锌粉，再经分散、过滤，即得B组分；
(3)将A组分与B组分按重量份配比25∶60的比例混合搅拌均匀，即得所述车间底漆。
本实施例产品特征指标与实施例1相同，具体数据略去。
实施例3
一种阻烧延耐高温车间底漆，由A组分和B组分组成：
所述A组分的原料组成及质量份数为：13份聚硅酸乙酯Si-40；2份95wt％工业乙醇；4份异丙醇；1份5％磷酸-丁醇溶液；
所述B组分的原料组成及质量份数为：13份95wt％工业乙醇；8份正丁醇；2份聚乙烯醇缩丁醛；4份醇溶性有机硅树脂；2份环氧树脂；23份高温成膜材料；4份涂料助剂(其中涂料分散剂0.8份、涂料防沉剂0.8份、涂料消泡剂和流平剂各0.8份、有机膨润土0.8份)；6份1000-1500目的超细磷铁粉；25份1000-1500目的超细锌粉；
所述A组分和B组分的重量份配比为15∶100。
其中高温成膜材料由高温二次成膜材料和高温三次成膜材料组成：
所述高温二次成膜材料的原料组成及重量百分含量为：SiO2：30％；B2O3：3％；Al2O3：1％；Li2O：5％；Na2O：18％；K2O：11％；MgO：1％；BaO：2％；V2O5：2％；P2O5：2％；Sb2O3：2％；TiO2：18％；ZnO：1％；CeO2：3％；MoO3：1％；上述原料的总和为100％；
其中Li2O+Na2O+K2O与SiO2+B2O3+Al2O3+TiO2+Sb2O3+ZnO+BaO+CeO2质量比为0.57；熔点范围在480～490℃；
所述高温三次成膜材料的原料组成及重量百分含量为：SiO2：18％；B2O3：15％；Al2O3：22％；Li2O：2％；Na2O：25％；K2O：2％；V2O5：3％；P2O5：15％；Nd2O3：1％；NaF：2％；上述原料的总和为100％；
其中Li2O+Na2O+K2O与SiO2+B2O3+Al2O3+Nd2O3质量比为0.52，熔点范围在680～700℃。
所述高温二次成膜材料和高温三次成膜材料的重量份配比为2∶1。
上述高温二次成膜材料的制备方法包括如下步骤：
(1)按重量百分含量称取各原料，研细混匀，装入刚玉坩埚，置于高温炉内，于900～1200℃熔制60～90分钟，然后经过水淬、烘干，得到半透明状乳白色熔块；
(2)将步骤(1)得到的乳白色熔块经初步粉碎后，过100～200目筛得初级粉体，再经气流粉碎机加工至1000～1500目的微细粉体，烘干即得所述高温二次成膜材料；
所述高温三次成膜材料的制备方法与高温二次成膜材料的制备方法相同。
上述车间底漆的制备方法，包括如下步骤：
(1)A组分：按质量份数顺序称取聚硅酸乙酯Si-40、95wt％工业乙醇、异丙醇和氧化锌置于反应器中，在搅拌的条件下缓慢滴加5％磷酸-丁醇溶液进行酸化，水解程度视氯化锌在溶液中是否完全溶解，水解24h后即得A组分；
(2)B组分：按质量份数称取95wt％工业乙醇、正丁醇置于容器中，搅拌状态下缓慢加入聚乙烯醇缩丁醛至聚乙烯醇缩丁醛完全溶解成透明状液体，再向容器中加入醇溶性有机硅树脂、环氧树脂、高温成膜材料和涂料助剂，经高速分散、研磨至细度达到20μm后加入超细磷铁粉和超细锌粉，再经分散、过滤，即得B组分；
(3)将A组分与B组分以重量比15∶100的比例混合搅拌均匀，即得所述车间底漆。
本实施例产品特征指标与实施例1相同，具体数据略去。
以上是针对本发明的可行实施例的具体说明，但该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施或变更，均应包含于本发明的专利范围中。
Claims (7)
1.一种阻烧延耐高温车间底漆，其特征在于，由A组分和B组分组成：
所述A组分的原料组成及质量份数为：10～15份聚硅酸乙酯Si-40；2～5份95％工业乙醇；2～5份异丙醇；1～2份5％磷酸-丁醇溶液；
所述B组分的原料组成及质量份数为：10～15份95％乙醇；6～10份正丁醇；2～5份聚乙烯醇缩丁醛；3～5份醇溶性有机硅树脂；1～3份环氧树脂；20～25份高温成膜材料；2～5份涂料助剂；4～8份超细磷铁粉；20～25份超细锌粉；
所述A组分和B组分的重量份配比为15～25∶60～100。
2.根据权利要求1所述的车间底漆，其特征在于，所述高温成膜材料由高温二次成膜材料和高温三次成膜材料组成：
所述高温二次成膜材料的原料组成及重量百分含量为：SiO2：28～32％；B2O3：2～5％；Al2O3：1～3％；Li2O：5～8％；Na2O：15～18％；K2O：10～14％；MgO：1～2％；BaO：1～2％；V2O5：2～8％；P2O5：1～2％；Sb2O3：2～5％；TiO2：15～20％；ZnO：1～2％；CeO2：2～5％；MoO3：0.5～1％；上述原料的总和为100％；
所述高温三次成膜材料的原料组成及重量百分含量为：SiO2：15～20％；B2O3：10～15％；Al2O3：20～25％；Li2O：2～5％；Na2O：20～25％；K2O：2～6％；V2O5：2～8％；P2O5：12～15％；Nd2O3：1～4％；NaF：2～5％；上述原料的总和为100％；
所述高温二次成膜材料和三次成膜材料的重量份配比为50～100∶50～100。
3.根据权利要求2所述的车间底漆，其特征在于，所述高温二次成膜材料的原料中Li2O+Na2O+K2O与SiO2+B2O3+Al2O3+TiO2+Sb2O3+ZnO+BaO+CeO2质量比为0.50～0.60，该高温二次成膜材料的熔点范围在480～490℃。
4.根据权利要求2所述的车间底漆，其特征在于，所述高温三次成膜材料的原料中Li2O+Na2O+K2O与SiO2+B2O3+Al2O3+Nd2O3质量比为0.50～0.60，该高温三次成膜材料的熔点范围在680～700℃。
5.根据权利要求2所述的车间底漆，其特征在于，所述高温二次成膜材料的制备方法包括如下步骤：
(1)按重量百分含量称取各原料，研细混匀，于900～1200℃熔制60～90分钟后水淬、烘干，得到半透明状乳白色熔块；
(2)将步骤(1)得到的乳白色熔块粉碎后，过100～200目筛，再加工至1000～1500目的微细粉体，即得所述高温二次成膜材料；
所述高温三次成膜材料的制备方法与高温二次成膜材料的制备方法相同。
6.根据权利要求1所述的车间底漆，其特征在于，所述超细磷铁粉和超细锌粉的目数为1000-1500目。
7.权利要求1～6任一项所述车间底漆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)A组分：按质量份数顺序称取聚硅酸乙酯Si-40、95％乙醇、异丙醇和氧化锌置于反应器中，在搅拌的条件下缓慢滴加5％磷酸-丁醇溶液进行酸化水解24h后即得A组分；
(2)B组分：按质量份数称取95％乙醇、正丁醇置于容器中，搅拌状态下缓慢加入聚乙烯醇缩丁醛至聚乙烯醇缩丁醛完全溶解成透明状液体，再向容器中加入醇溶性有机硅树脂、环氧树脂、高温成膜材料和涂料助剂，经高速分散、研磨后加入超细磷铁粉和超细锌粉，再经分散、过滤，即得B组分；
(3)将A组分与B组分按重量份配比15～25∶60～100的比例混合搅拌均匀，即得所述车间底漆。
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