CN103882440B - 一种有机肟锈转化剂制备方法及水性铁锈转化底漆制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有机肟锈转化剂制备方法及水性铁锈转化底漆制备方法。本发明所述的有机肟锈转化剂，由如下质量百分比的原料制备而成：甲醇27％‑35％，Mg 0.7‑1.0％，甲苯8.5‑12.7％，没食子酸0.83‑1.75％，N,N‑二甲基甲酰胺11.3‑15.7％，甲醛12.0‑17.5％，盐酸羟胺3.6‑5.8％，去离子水20.1‑25.4％。水性铁锈转化底漆，按质量分数，由高分子乳液30～60％、乙二醇丁醚1.5～3.0％、锈转化剂1.0～4.0％和颜填料浆制备而成。本发明转化性好，可与铁锈发生化学反应，与铁锈生成稳定的络合物，有效地将铁锈封闭起来，使其与外界介质隔绝达到防锈的目的。

Description

一种有机肟锈转化剂制备方法及水性铁锈转化底漆制备方法

技术领域

本发明属于金属防腐涂层技术领域，具体地说，涉及一种有机肟锈转化剂制备方法及水性铁锈转化底漆制备方法。

背景技术

钢结构工程是以钢材为主的结构，是现代主要的建筑结构类型之一。无论现在还是将来金属材料在材料领域中都占有举足轻重的地位，由于钢铁占金属使用量的95％，其中70％是在易生锈的大气中使用，因此通过研究钢构材料的腐蚀防护技术来有效减少由于腐蚀造成的经济损失，对国民经济的发展来说具有重要意义。就现在的科学技术来讲从钢结构本身着手解决腐蚀问题很不现实，一般不锈钢的造价昂贵，价格为同规格普通优质钢材的几倍到十几倍，而且使用寿命有限。其他的耐腐蚀性材料则主要存在强度不够，使用寿命有限，经济性差等一系列问题，而采用涂料涂装防止金属腐蚀是应用最广泛、最有效、最经济的手段。

但是由于锈层疏松多孔的结构对钢铁没有保护性，而且这种结构易吸收空气中的水分和其它有腐蚀性的介质，加速钢铁的腐蚀。因此，在涂刷之前，必须要对金属表面进行严格除锈、粗化处理，然后覆盖涂料，才能起到较好的防腐效果。目前，主要采用手工、酸洗、喷砂、喷丸等除锈方法，但这些方法都存在一些缺陷。手工除锈主要用于船舶、管道、桥梁的二次除锈。该方法劳动强度大、效率低、成本高、除锈效果也不理想，且严重影响人体健康。酸洗除锈易产生“过蚀”和“氢脆”，且易产生二次锈蚀，废液排放易造成环境污染。喷砂、喷丸除锈设备投资大、成本高。

在这种情况下，一种在一定的锈蚀表面上能直接施工而且具有较好的防锈效果的带锈涂料就应运而生。带锈防锈涂料是一种可以直接在一定锈蚀的金属表面上施工，通过使锈稳定、钝化或转化，使活泼的铁锈变成无害的物质，以达到既除锈又保护的双重目的的防锈涂料。

没食子酸是一种重要的精细化学品，在生物、医药、化工等领域有广泛的应用，有良好的发展前景。近二三十年来，大量的国外文献报道没食子酸的各种生产新工艺，并先后开发了为数众多的没食子酸衍生物深加工精细化学品及其新用途，有不少在国内尚属空白，有待去深入探究研究开发。

带锈涂料根据它对锈蚀产物所起的作用来进行分类，主要有稳定型，渗透型和转化型三种。

(1)稳定型：稳定型带锈涂料采用活性颜料和渗透性较好的树脂，在防锈颜料的配合下，起到良好稳定铁锈的作用和持久的防锈效果，其特点是对锈的钢铁表面和无锈的钢铁表面都有良好的适应性，应用广泛。其抑锈机理主要是生成不溶性的杂多酸铬盐从而使锈层稳定。利用磷酸盐和铬酸盐水解时形成磷酸根和铬酸根阴离子，形成杂多酸，这种杂多酸易与活泼的铁锈反应，生成较稳定的抑锈络合物。多数杂多酸及其盐类可溶，而杂多酸的铵盐却难溶，因此需在活性颜料体系中加入适当的有机氨碱，使其进一步形成不溶性的杂多酸氮碱络盐，使活泼的铁锈得以稳定。

(2)转化型：转化型带锈涂料又称为反应性带锈涂料。它通过与铁锈反应成惰性物质，从而封闭锈蚀，与外面隔绝，反应性带锈涂料能够使锈蚀层转化为坚实，惰性的物质，而且附着于钢铁表面。它是通过利用涂料中各种有机酸，无机酸与铁锈反应，使铁锈以离子状态存在，然后与加入到涂料中的铁络合剂反应，将铁锈转化具有保护作用并且无害，难溶的络合物。涂料中的成膜物的粘附作用，使这些物质固定在钢铁表面成为防锈颜料。此类涂料常用的转化剂一般为磷酸亚铁氰化物或磷酸单宁酸。成膜物一般是酚醛树脂，丙烯酸树脂，环氧树脂，醇酸树脂等。

(3)渗透型：这类涂料并不与铁锈发生化学反应，它采用渗透性强的树脂作为漆基，借助于渗透剂，极性溶剂的配合，使涂料具有良好的渗透性，从而可以浸润和渗透钢铁表面锈层，机械的把铁锈浸透和包封起来，有效地将铁锈和外界腐蚀介质隔绝，使铁锈失去原有的活性，增强了铁锈层与钢板，铁锈层与涂层及涂层与钢板间的附着力，从而阻止铁锈进一步发展产生新的铁锈。渗透层带锈涂料成本较高，难以大范围推广，应用较少。

几类带锈涂料的主要特性

通过比较这几类带锈涂料的特性可以看出，稳定型带锈涂料是在成膜物中加入多种化锈剂、稳定剂来达到带锈涂装的目的，其缺点是只能适用于锈层厚度较小的钢铁表面；渗透型带锈涂料主要是利用漆料对疏松铁锈的润湿、渗透作用，把铁锈分离并包围在漆料中，以阻止锈蚀的发展，渗透型带锈涂料既不含稳锈剂也不含转化剂，对钢铁几乎不起什么化学作用，因此它不具备化锈能力；转化型带锈涂料又称反应型带锈涂料，是利用转化剂与金属表面锈层起反应生成稳定络合物、螯合物，形成化学性能稳定的致密保护层来达到化锈防锈的目的，是三种带锈涂料中化锈防锈能力最好、最具市场前景的一种。

目前，铁锈转化剂主要有磷酸、单宁酸和亚铁氰化钾等。磷酸型铁锈转化剂耐水性较差，固单宁酸型的铁锈转化剂应用更加广泛。单宁酸与铁锈反应后，生成单宁酸铁络合物，可以很好地附着在钢铁表面上。亚铁氰化钾与铁锈作用后可生成蓝色的亚铁氰酸盐(即普鲁士蓝)，是一种具有较强遮盖力的颜料。

发明内容

为了解决先有技术中存在的问题，本发明提供一种有机肟锈转化剂制备方法及水性铁锈转化底漆制备方法。转化性好，可与铁锈发生化学反应，与铁锈生成稳定的络合物，有效地将铁锈封闭起来，使其与外界介质隔绝达到防锈的目的。

本发明采用以下技术方案实现：

本发明提供了一种有机肟锈转化剂，其特征在于，由如下质量百分比的原料制备而成：

其制备方法包括步骤：

将甲醇、甲苯混合液中加入Mg条先进行盐化反应，再加入没食子酸与N,N-二甲基甲酰胺的混合液，甲醛溶液进行甲酰化反应；最后再加入盐酸羟胺、水经肟化反应后分液得到3，4，5,-三羟基-2-肟基-苯甲酸锈转化剂。

优选的，所述盐化反应条件为：温度65℃；时间4-7h。

优选的，所述甲酰化反应条件为：温度70-75℃；时间0.5-2h。

优选的，所述肟化反应条件为：温度60-65℃；时间2-3h。

本发明提供了一种水性铁锈转化底漆，由如下质量分数的组分制备而成：

其中有机肟锈转化剂为3，4，5,-三羟基-2-肟基-苯甲酸锈转化剂。

一种水性铁锈转化底漆，其制备方法，包括步骤：

1)将去离子水，三聚磷酸铝、绢云母、滑石粉、硫酸钡和纳米二氧化硅搅拌均匀，得到颜填料浆；

2)向偏二氯乙烯复合高分子乳液依次加入乙二醇丁醚、步骤1)得到的颜填料浆和有机肟锈转化剂混合均匀得到水性铁锈转化底漆。

优选的，所述颜填料浆经研磨至细度小于20μm。

优选的，步骤2)中还加入PH调节剂，所述PH调节剂占总质量的0.5～1.5％。所述PH调节剂在加入乙二醇丁醚后加入。

优选的，还可以加入消泡剂和/或增稠剂，所述消泡剂占配成后总质量的0.05～0.1％，所述增稠剂占配成后总质量的0.1～0.5％。

没食子酸或其衍生物化合物分子中含有较多的邻位羟基，它能与金属底材上的铁锈中Fe³⁺发生化学反应，形成黑色稳定的致密性螯合物，并坚固地覆盖在钢铁表面，从而阻止了铁锈的发展。没食子酸可以与铁锈反应，但其水溶性不好(1g没食子酸溶于87ml水)，具有应用的局限性，目前大多是通过将没食子酸酯化的方法来增加其水溶性。

肟是氧与胺缩合的产物，既含有微碱性的氮原子，也含有弱酸性的羟基，是一类重要的、含有两性基团的有机化合物。肟在配位化学中起到重要作用，含有肟类配体的金属配合物可以作为有效的生物模拟物，金属-肟类配合物在有机合成中起到催化作用，利用配位化学原理将肟作为金属防腐材料。

本发明主要是采用一锅法在没食子酸中苯环的空位上接上一个肟基，合成3，4，5,-三羟基-2-肟基-苯甲酸这种新型的具有较强锈转化的功能的有机肟，将其应用到水性带锈转锈涂料中。

合成反应原理如下：

1)盐化反应：

2)甲酰化反应：

3)肟化反应：

本发明有机肟锈转化剂、水性铁锈转化底漆具有以下特性：

1)转化性好，由于采用自主合成的特殊的有机肟锈转化剂，可与铁锈发生化学反应，与铁锈生成稳定的络合物，有效地将铁锈封闭起来，使其与外界介质隔绝达到防锈的目的。

2)对表面处理要求低，可带锈施工，只要工件表面无可见的油脂、污垢，附着不牢的氧化皮和浮锈及有关杂质，就可刷涂和喷涂。

3)具有较强的渗透性。

4)对锈蚀的表面具有较强的附着力，可耐酸及耐盐水。

5)涂层质量好。涂层致密，无针孔等缺陷，具有较强的抗盐雾渗透能力和抗化学腐蚀能力。

6)不含重金属等有害物质。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

合成有机肟锈转化剂：在装有搅拌棒、温度计、恒压滴液漏斗与冷凝管的四口瓶中，加入32.10g甲醇、10.00g甲苯在65℃的条件下分批加1.16gMg条反应5h，期间补加甲苯5g，待反应完全后，开始升温至70-75℃，采用半连续滴加工艺滴加1.12g没食子酸与17.33gN,N-二甲基甲酰胺的混合溶液，滴加完毕后反应1h，再滴加16.10g甲醛溶液，反应1h，降温至60-65℃，再滴加5.40g盐酸羟胺与30.00g水的混合溶液，滴加完毕后保温反应3h，取出冷却后，将产物用分液漏斗进行分液，取下层液得到3，4，5,-三羟基-2-肟基-苯甲酸锈转化剂。

实施例2

合成有机肟锈转化剂：在装有搅拌棒、温度计、恒压滴液漏斗与冷凝管的四口瓶中，加入40.10g甲醇、11.00g甲苯在65℃的条件下分批加1.06gMg条反应4.5h，待反应完全后，开始升温至70-75℃，采用半连续滴加工艺滴加1.35g没食子酸与14.72gN,N-二甲基甲酰胺的混合溶液，滴加完毕后反应0.5h，再滴加20.53g甲醛溶液，反应1h，降温至60-65℃，再滴加7.29g盐酸羟胺与30.00g水的混合溶液，滴加完毕后保温反应2.5h，取出冷却后，将产物用分液漏斗进行分液，取下层液得到3，4，5,-三羟基-2-肟基-苯甲酸锈转化剂。

实施例3

合成有机肟锈转化剂：在装有搅拌棒、温度计、恒压滴液漏斗与冷凝管的四口瓶中，加入42.05g甲醇、13.01g甲苯在65℃的条件下分批加1.00gMg条反应5h，待反应完全后，开始升温至70-75℃，采用半连续滴加工艺滴加2.10g没食子酸与18.90gDMF的混合溶液，滴加完毕后反应0.8h，再滴加21.20g甲醛溶液，反应0.5h，降温至60-65℃，再滴加6.50g盐酸羟胺与30.00g水的混合溶液，滴加完毕后保温反应1h，取出冷却后，将产物用分液漏斗进行分液，取下层液得到3，4，5,-三羟基-2-肟基-苯甲酸锈转化剂。

实施例4

制备水性铁锈转化底漆：在烧杯中加入22.0g去离子水，在搅拌下依次加入9.0g三聚磷酸铝、9.0g绢云母、4.0g滑石粉、2.0g硫酸钡和1.5g纳米二氧化硅，分散均匀后在设备上研磨至颗粒细度小于20微米，所得即为颜填料浆。在烧杯中加入48.0g偏二氯乙烯复合高分子乳液，在搅拌下加入1.0g乙二醇丁醚，搅拌均匀后加入2.0gPH调节剂，搅拌均匀；将上述颜填料浆加入到乳液中，搅拌15分钟左右，加入1.5g实施例1中制得的3，4，5,-三羟基-2-肟基-苯甲酸，搅拌过程中视气泡情况加入适量的消泡剂，加适量的增稠剂增稠，搅拌30分钟后制得可以带锈涂装的水性铁锈转化底漆。

实施例5

制备水性铁锈转化底漆：在烧杯中加入22.0g去离子水，在搅拌下依次加入8.0g三聚磷酸铝、10.0g绢云母、4.0g滑石粉、2.0g硫酸钡和1.5g纳米二氧化硅，分散均匀后在设备上研磨至颗粒细度小于20微米，所得即为颜填料浆。在烧杯中加入48.0g偏二氯乙烯复合高分子乳液，在搅拌下加入1.0g乙二醇丁醚，搅拌均匀后加入2.0gPH调节剂，搅拌均匀；将上述颜填料浆加入到乳液中，搅拌15分钟左右，加入1.5g实施例2中制得的3，4，5,-三羟基-2-肟基-苯甲酸，搅拌过程中视气泡情况加入适量的消泡剂，加适量的增稠剂增稠，搅拌30分钟制得可以带锈涂装的水性铁锈转化底漆。

实施例6

制备水性铁锈转化底漆：在烧杯中加入22.0g去离子水，在搅拌下依次加入8.0g三聚磷酸铝、10.0g绢云母、4.0g滑石粉、2.0g硫酸钡和1.5g纳米二氧化硅，分散均匀后在设备上研磨至颗粒细度小于20微米，所得即为颜填料浆。在烧杯中加入48.0g偏二氯乙烯复合高分子乳液，在搅拌下加入1.0g乙二醇丁醚，搅拌均匀后加入2.0gPH调节剂，搅拌均匀；将上述颜填料浆加入到乳液中，搅拌15分钟左右，加入1.8g实施例3中制得的3，4，5,-三羟基-2-肟基-苯甲酸，搅拌过程中视气泡情况加入适量的消泡剂，加适量的增稠剂增稠，搅拌30分钟制得可以带锈涂装的水性铁锈转化底漆。

Claims (10)

1.一种有机肟锈转化剂，其特征在于，由如下质量百分比的原料制备而成：

2.一种权利要求1所述的有机肟锈转化剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：

将甲醇、甲苯混合液中加入Mg条先进行盐化反应，再加入没食子酸与N,N-二甲基甲酰胺的混合液，甲醛溶液进行甲酰化反应；最后再加入盐酸羟胺、去离子水经肟化反应后得到3，4，5,-三羟基-2-肟基-苯甲酸锈转化剂。

3.根据权利要求2所述的有机肟锈转化剂的制备方法，其特征在于，所述盐化反应条件为：温度65℃；时间4-7h。

4.根据权利要求2所述的有机肟锈转化剂的制备方法，其特征在于，所述甲酰化反应条件为：温度70-75℃；时间0.5-2h。

5.根据权利要求2所述的有机肟锈转化剂的制备方法，其特征在于，所述肟化反应条件为：温度60-65℃；时间2-3h。

6.一种水性铁锈转化底漆，其特征在于：由如下质量分数的组分制备而成：

所述有机肟锈转化剂为3，4，5,-三羟基-2-肟基-苯甲酸锈转化剂。

7.根据权利要求6所述的水性铁锈转化底漆，其特征在于，制备方法包括步骤：

1)将去离子水，三聚磷酸铝、绢云母、滑石粉、硫酸钡和纳米二氧化硅搅拌均匀，得到颜填料浆；

2)向偏二氯乙烯复合高分子乳液依次加入乙二醇丁醚、步骤1)得到的颜填料浆和有机肟锈转化剂混合均匀得到水性铁锈转化底漆。

8.根据权利要求7所述的水性铁锈转化底漆，其特征在于，颜填料浆经研磨至细度小于20μm。

9.根据权利要求7所述的水性铁锈转化底漆，其特征在于，步骤2)中还加入pH调节剂，所述pH调节剂占总质量的0.5～1.5％。

10.根据权利要求7所述的水性铁锈转化底漆，其特征在于，还加入消泡剂和/或增稠剂，所述消泡剂占配成后总质量的0.05～0.1％，所述增稠剂占配成后总质量的0.1～0.5％。