CN103013200B - 一种可代替电镀锌的防腐蚀材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种可代替电镀锌的防腐蚀材料及其制备方法，该材料包括以下质量百分配比的组分：锌粉60-90%；有机树脂1-10%；防沉降剂0.2-2%；有机溶剂5-30%；所述各组分的百分配比之和为100%。本发明还包括所述可代替电镀锌的防腐蚀材料的制备方法。本发明之可代替电镀锌的防腐蚀材料施工方便，防腐蚀性能优异，环保，节能。

Description

一种可代替电镀锌的防腐蚀材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种可代替电镀锌的防腐蚀材料及其制备方法，尤其是涉及一种可代替电镀锌的单组分糊状材料及其制备方法。

背景技术

钢铁在空气、水或土壤中很容易生锈，甚至完全损坏。每年因腐蚀造成的钢铁消耗约占整个钢铁产量的1/10。由于锌在干燥空气中不易变化，而在潮湿的空气中，表面能生成一种很致密的碱式碳酸锌薄膜，这种薄膜能有效保护内部锌不再被腐蚀，并且当保护层发生破坏而露出不太大的钢基时，锌与钢基体形成微电池，使钢铁基体成为阴极而受到保护。基于以上原理，目前一般采用电镀锌的方式对钢铁进行防腐蚀保护。电镀锌是通过对锌盐溶液进行电解，在钢铁制件表面形成金属锌沉积层的过程，通常上锌量很少，锌沉积层较薄，遇到潮湿环境很容易脱落，因此电镀锌大多用于室内使用制件的防锈，如机壳底、面板，小尺寸紧固件等。此外，电镀过程易造成钢铁的氢脆问题，使材料脆化断裂；电镀过程会产生大量的废水、废气和废渣，其中含有重金属铬、氢氰酸根等剧毒物质，会对环境造成严重威胁。

富锌涂料也是对钢铁提供“锌保护”，但传统的富锌涂料的干涂膜中金属锌含量低，大多在60%-80%之间，只有微弱的阴极保护作用，主要通过涂层提供被动屏障保护，普通富锌漆涂层上只要出现轻微划痕就会产生锈蚀，随后锈蚀面会迅速扩大。为了提高电导率，可在普通富锌漆里添加大量的锌粉以加强阴极保护作用。但由于锌粉的体积浓度远远超过了CPVC，粘结剂又不足以填补涂层间的空隙，从而形成了多孔隙的涂层结构，防腐性能反而下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种便于施工，防腐蚀性能优异，环保，节能的可代替电镀锌的防腐蚀材料及其制备方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

本发明之可代替电镀锌的防腐蚀材料，包括以下质量百分配比的组分：

锌粉                                  60-90%；

有机树脂                              1-10%；

防沉降剂                              0.2-2%；

有机溶剂                              5-30%；

所述各组分的百分配比之和为100%。

进一步，所述锌粉为超细锌粉，粒径为2-40μm，纯度≥99wt%；优选纯度高于99.995wt%以原子化法提炼、粒径为3-5μm椭球形的超细锌粉。

进一步，所述有机树脂优选热塑性有机树脂，可为热塑性环氧树脂、热塑性聚苯乙烯树脂、热塑性聚氨酯树脂、热塑性丙烯酸树脂等中的一种或两种的混合物、或两种的相互改性树脂；所述热塑性树脂可为液态树脂，也可为固态树脂，酸值≤0.8mgKOH/g，导电率可不做要求（优选导电树脂），其中，以中性且能导电的热塑性丙烯酸改性聚氨酯固态树脂为最佳。

进一步，所述防沉剂可为聚酰胺蜡、改性氢化蓖麻油、聚烯烃蜡、蓖麻油衍生物、有机膨润土等中的一种或两种以上的混合物，优选聚酰胺蜡。

进一步，所述有机溶剂可为酯类溶剂（如醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸正丁酯等）、醚类溶剂（如乙二醇甲醚、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚等）、醇醚类（如丙二醇甲醚醋酸酯、二甲酯、乙二醇乙醚醋酸酯、乙二醇丁醚醋酸酯等）或芳香烃溶剂油（如S-100溶剂汽油、S-150溶剂汽油、S-200溶剂汽油、S-230溶剂汽油等）等中的一种或两种以上的混合物；优选醋酸正丁酯、乙二醇丁醚醋酸酯和S-200溶剂汽油的混合溶剂，更优选醋酸正丁酯、乙二醇丁醚醋酸酯、S-200溶剂汽油质量比为1:4:1的混合溶剂（此溶剂体系对本产品的最佳树脂“热塑性丙烯酸改性聚氨酯固体树脂”具有极强溶解力，在常温下即可溶解）。

优选的技术方案：一种可代替电镀锌的防腐蚀材料，包括以下质量百分配比的组分：

锌粉                             70-85%；

有机树脂                         1.2-5%；

防沉降剂                         0.3-1%；

有机溶剂                         15-25%；

所述各组分的百分配比之和为100%。

进一步，所述锌粉为超细锌粉，粒径为2-40μm，纯度≥99wt%；优选纯度高于99.995wt%以原子化法提炼、粒径为3-5μm椭球形的超细锌粉。

本发明之可代替电镀锌的防腐蚀材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将60-70wt%配方量的有机溶剂加入搅拌釜；

（2）开动分散机搅拌，再加入配方量的有机树脂，搅拌至透明；

（3）停止搅拌，加入配方量的锌粉，再开分散机进行搅拌，至材料细度≤40μm；

（4）加入配方量的防沉剂，继续搅拌至均匀；

（5）加入剩余的有机溶剂，搅拌均匀；

（6）过滤，包装，即成。

进一步，所述锌粉为超细锌粉，粒径为2-40μm，纯度≥99wt%；优选纯度高于99.995wt%以原子化法提炼、粒径为3-5μm椭球形的超细锌粉。

所述有机树脂也可以溶剂型树脂的方式加入。

本发明之可代替电镀锌的防腐蚀材料，锌粉纯度≥99wt%，可避免由于铁、镍、钴和铅等存在而形成微电池，从而杜绝镀层产生麻点腐蚀，有利于镀锌层对钢铁基体的保护；锌粉粒径为2-40μm，颗粒间的接触面大，排列紧密，空隙小，从而镀层致密，孔隙率低，镀层表面粗糙度低。即使该材料的镀层中存在一定的结构间隙，也可被更细小的锌粉颗粒填充，从而加大镀层的致密度。同时超细锌粉粒径细小，其表面活性大，促进沉积，有利于镀层的形成，但是如果粒径过小，锌粉易于团聚，沉积速度降低，生产率降低，生产成本增加；经特殊表面处理的超细锌粉，即使其粒径过小（3-5μm），锌粉仍很难团聚，在保持外观质量的前提下，沉积成镀层的速度仍较快。因此，经特殊表面处理（原子化）的超细锌粉，有利于此材料形成良好致密的镀锌层。

另外，如果有机树脂为非导电树脂，当该树脂对锌粉实行全包覆时，会把锌粉的导电性给屏蔽，这就使锌粉与钢铁基材不能形成腐蚀原电池，锌粉不能“牺牲阳极”，从而就不能保护钢铁基材，而本发明通过优选导电树脂，可使隔离开来的导电锌粉粒子彼此再接触形成一种导电无限网链，最终整个防腐体系的导电性不受影响，其防腐蚀机理与电镀锌防腐蚀技术相当。此外，由于锌粉极易与酸或碱反应，所以树脂的酸值应控制在低值（≤0.8mgKOH/g），以中性最佳，从而可降低树脂与锌粉的反应的可能性，保证锌粉在涂膜中的原子状态，大大提高防腐性能。

本发明之可替代电镀锌的防腐蚀材料的技术参数如下：状态：单组份均匀糊浆状物；粘度：8-14Pa.S（20℃）；相对密度：2.67g/mL（±0.05g/mL）；固体含量：重量比80%(±3%)，体积比58%(±3%)；锌粉纯度≥99wt%，产品中不含任何铅、镉等重金属，不含甲苯、二甲苯、一氯甲烷、甲乙基酮等有机溶剂；水溶性：不溶；闪点：47℃(±1℃)；VOC：0.47g/mL；储存期限：无限期。

本发明可通过涂、刷等方式涂覆在钢铁表面，干燥成膜后对钢铁基材具有阴极保护和屏障保护的双重保护作用，干膜中金属锌含量可高达96%以上，兼有电镀锌和传统富锌涂料的优点，是一种新型、长效、环保的防腐蚀材料，尤其在钢结构维修方面具有突出的优势，显示出强大的生命力，可有效代替传统的电镀锌防腐蚀技术。

本发明具有以下优点：

1、具有双重的阴极保护功能和良好的屏蔽保护作用，盐雾试验最高可达9500小时，防腐蚀性能优于电镀锌和普通富锌涂料，是一种可取代电镀锌的最佳材料；

2、可单独使用作为重防腐蚀涂层，亦可以作为底涂层与其他配套材料组合，其综合防腐年限可提高1.8-2.5倍，达30-50年以上；

3、干膜中金属锌含量极高（干膜中金属锌含量高达96%），产品中不含任何铅、镉等重金属，不含甲苯、二甲苯、一氯甲烷、甲乙酮等有毒有机溶剂，干膜层可与饮用水直接接触；

4、具有优异的附着力、柔韧性、耐冲击性能；

5、使用温度范围宽广，可在－40℃至150℃条件下使用；

6、具有良好耐磨性、耐油性、耐水性；

7、常温干燥速度快，只需很短的时间即能搬运、堆放；

8、对钢材表面预处理要求不高，新钢材表面一般喷砂至Sa2.5级即可，旧钢材表面一般打磨至St2级即可，允许涂装在轻度锈蚀的钢铁表面上；

9、施工简单方便，可以刷（滚）涂、有气（无气）喷涂、浸涂或静电喷涂；可在车间涂装，也可在室外工地现场涂装；

10、具有独特的镀层重融性，新旧涂层在涂覆后可互相融为一体；

11、复涂性好，可用于旧的电镀锌以及热浸锌层的维修和更新；

12、与多种材料有极好的配套性（醇酸类油漆除外）；

13、具有极好的耐混凝土腐蚀性能，用于加强钢筋的防腐蚀涂装，不影响钢筋与混凝土的握裹力；

14、具有优异的抗静电性能，其体积电阻为4.4×10⁵Ω.cm，可用于防静电涂层；

15、环保性能优异：组份内不含Pb、Cr、Hg等重金属；由于此材料质量固体份含量高达80%，挥发性有机溶剂（VOC）含量很低；且不采用苯、甲苯、二甲苯等毒性大的有机溶剂，只采用无毒环保的溶剂；

16、节能效果突出：此材料生产工艺简单，只需简单搅拌，不需进行研磨等高耗能工艺过程；采用高压无气喷涂、刷涂、滚涂等涂装施工方式，施工简单，施工效率高；常温下自然干燥速度快，不需烘烤，不消耗能量；单组份材料，施工前无需与固化剂进行调配，节省大量人力和物力；漆渣能很方便的回收利用，可把施工损耗率降至最低；

作为海上、陆上钢结构的阴极保护，此材料可以单独使用，亦可以与其他多种防腐材料配套，适用于在海水、海洋大气、工业大气、城市大气、乡村大气、中性土壤环境中新或旧的大型钢结构，如：建筑、桥梁、塔桅、车体、护栏、隧道、储罐、贮槽、料仓、集装箱、船舶、海洋工程、各种管道设备、水闸门、轨道交通系统等钢结构的长效防腐蚀。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

本实施例之可代替电镀锌的防腐蚀材料，包括以下组分：锌粉707kg，热塑性聚氨酯树脂45kg；有机膨润土15kg；醋酸正丁酯38kg，乙二醇丁醚醋酸酯145kg，S-200溶剂汽油50kg。

所述锌粉为纯度99.996wt%以原子化法提炼、粒径3-10μm椭球形的超细锌粉。

制备方法，包括以下步骤：

（1）将22.8kg醋酸正丁酯、87kg乙二醇丁醚醋酸酯和30kgS-200溶剂汽油加入搅拌釜内；

（2）开动分散机搅拌，搅拌的同时加入45kg热塑性聚氨酯树脂（固态，非导电树脂），搅拌0.5小时；

（3）停止搅拌，加入707kg纯度99.996wt%、以原子化法提炼、粒径为3-5μm椭球形的超细锌粉，再开动分散机进行搅拌，至材料细度≤10μm；

（4）加入15kg有机膨润土，继续搅拌0.5小时；

（5）加入剩余的醋酸正丁酯、乙二醇丁醚醋酸酯、S-200溶剂汽油，搅拌1小时，得均匀糊状物；

（6）过滤，包装，得到1000kg可代替电镀锌的防腐蚀材料产品。

本实施例所得可代替电镀锌的防腐蚀材料产品的技术指标见表1。

 表1

实施例2

本实施例之可代替电镀锌的防腐蚀材料，包括以下组分：锌粉833kg；热塑性丙烯酸树脂17kg；改性氢化蓖麻油10kg；醋酸正丁酯27kg，乙二醇丁醚醋酸酯85kg，S-200溶剂汽油28kg。

所述锌粉为纯度99.996wt%以原子化法提炼、粒径3-10μm椭球形的超细锌粉。

制备方法，包括以下步骤：

（1）将70kg乙二醇丁醚醋酸酯和20kgS-200溶剂汽油加入搅拌釜内；

（2）开动分散机搅拌，搅拌的同时加入溶剂型热塑性丙烯酸树脂34kg（酸值0.5mg/gKOH，热塑性丙烯酸树脂17kg（液态，非导电树脂），醋酸正丁酯17kg），搅拌0.5小时；

（3）停止搅拌，加入833kg纯度99.996wt%、以原子化法提炼、粒径为3-5μm椭球形的超细锌粉，再开动分散机进行搅拌，至材料细度≤10μm；

（4）加入10kg改性氢化蓖麻油，继续搅拌0.5小时；

（5）加入剩余的醋酸正丁酯、乙二醇丁醚醋酸酯、S-200溶剂汽油，搅拌1小时，得均匀糊状物；

（6）过滤，包装，得到1000kg可代替电镀锌的防腐蚀材料产品。

本实施例所得可代替电镀锌的防腐蚀材料产品的技术指标见表2。

表2

实施例3

本实施例之可代替电镀锌的材料，包括以下组分：锌粉768kg；热塑性丙烯酸改性聚氨酯树脂32kg；聚酰胺蜡5kg；醋酸正丁酯32.5kg，乙二醇丁醚醋酸酯130kg，S-200溶剂汽油32.5kg。

所述锌粉为纯度99.996wt%以原子化法提炼、粒径3-10μm椭球形的超细锌粉。

 制备方法，包括以下步骤：

（1）将21.7kg醋酸正丁酯、86.6kg乙二醇丁醚醋酸酯和21.7kgS-200溶剂汽油加入搅拌釜内；

（2）开动分散机搅拌，搅拌的同时加入32kg热塑性丙烯酸改性聚氨酯树脂（固态，非导电树脂），搅拌0.5小时；

（3）停止搅拌，加入768kg纯度99.996wt%、以原子化法提炼、粒径为3-5μm椭球形的超细锌粉，再开动分散机进行搅拌，至材料细度≤10μm；

（4）加入5kg聚酰胺蜡，继续搅拌0.5小时；

（5）加入剩余的醋酸正丁酯、乙二醇丁醚醋酸酯、S-200溶剂汽油，搅拌1小时，得均匀糊状物；

（6）过滤，包装，得到1000kg可代替电镀锌的防腐蚀材料产品。

本实施例所得可代替电镀锌的防腐蚀材料产品技术指标见表3。

表3

实施例4

本实施之可代替电镀锌的防腐蚀材料，包括以下组分：锌粉768kg；热塑性丙烯酸改性聚氨酯树脂32kg；聚酰胺蜡5kg；醋酸正丁酯32.5kg，乙二醇丁醚醋酸酯130kg，S-200溶剂汽油32.5kg。

所述锌粉为纯度99.996wt%以原子化法提炼、粒径3-5μm椭球形的超细锌粉。

制备方法，包括以下步骤：

（1）将21.7kg醋酸正丁酯、86.6kg乙二醇丁醚醋酸酯和21.7kgS-200溶剂汽油加入搅拌釜内；

（2）开动分散机搅拌，搅拌的同时加入32kg热塑性丙烯酸改性聚氨酯树脂（固态，导电树脂），搅拌0.5小时；

（3）停止搅拌，加入768kg纯度99.996wt%、以原子化法提炼、粒径为3-5μm椭球形的超细锌粉，再开分散机进行搅拌，至材料细度≤5μm；

（4）加入5kg聚酰胺蜡，继续搅拌0.5小时；

（5）加入剩余的醋酸正丁酯、乙二醇丁醚醋酸酯、S-200溶剂汽油，搅拌1小时，得均匀糊状物；

（6）过滤，包装，得到1000kg可代替电镀锌的防腐蚀材料产品。

本实施例所得可代替电镀锌的防腐蚀材料产品的技术指标见表4。

表4

Claims (5)

1.一种可代替电镀锌的防腐蚀材料，其特征在于，包括以下质量百分配比的组分：

锌粉                                  60-90%；

有机树脂                              1-10%；

防沉降剂                              0.2-2%；

有机溶剂                              5-30%；

所述各组分的百分配比之和为100%；

所述锌粉为纯度高于99.995wt%以原子化法提炼、粒径为3-5μm椭球形的超细锌粉；

所述有机树脂为热塑性丙烯酸改性聚氨酯树脂。

2.如权利要求1所述的可代替电镀锌的防腐蚀材料，其特征在于，所述防沉降剂为聚酰胺蜡、改性氢化蓖麻油、聚烯烃蜡、蓖麻油衍生物、有机膨润土中的一种或两种以上的混合物。

3.如权利要求1所述的可代替电镀锌的防腐蚀材料，其特征在于，所述有机溶剂为酯类溶剂、醇醚类或芳香烃溶剂油中的一种或两种以上的混合物。

4.如权利要求1所述的可代替电镀锌的防腐蚀材料，其特征在于，包括以下质量百分配比的组分：

锌粉                             70-85%；

有机树脂                         1.2-5%；

防沉降剂                         0.3-1%；

有机溶剂                         15-25%；

所述各组分的百分配比之和为100%。

5.一种制备权利要求1所述的可代替电镀锌的防腐蚀材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将60-70wt%配方量的有机溶剂加入搅拌釜；

（2）开动分散机搅拌，再加入配方量的有机树脂，搅拌至透明；

（3）停止搅拌，加入配方量的锌粉，再开分散机进行搅拌，至材料细度≤40μm；

（4）加入配方量的防沉降剂，继续搅拌至均匀；

（5）加入剩余的有机溶剂，搅拌均匀；

（6）过滤，包装，即成。