CN104031555B - 一种可自喷涂的锌防护层修复涂料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种可自喷涂的锌防护层修复涂料及制备方法，属于金属防腐蚀涂料与涂装领域，该涂料是由高性能合成树脂、功能性复合锌粉、碳纳米管、防锈颜料、溶剂、分散剂、改性剂组成的单组分可自喷涂的锌防护层修复涂料；碳纳米管使常温固化后的涂层有更高的阴极防护性，具有在不同基材(钢铁、旧热浸锌、旧镀锌层、富锌涂层)低处理表面有更优良的附着性能；改性剂BEDAR-01显著提高涂层与基材间附着强，大幅改善涂层耐蚀性；复合防锈颜料具有提高涂层与低处理表面的相容性的作用；对于各种锌防护层具有特别突出的优势，在配伍面漆后可以进行更为高效的极佳阴极防护。
Description
技术领域
本发明属于金属防腐蚀涂料与涂装领域，特别是用于具有阴极保护作用的锌防护层(热浸锌层、镀锌层以及富锌涂层等)的修复及钢结构防护领域，涉及一种可自喷涂的锌防护层修复涂料组分、制备流程、耐磨性喷头及灌装工艺。
背景技术
锌层防护技术是重要的防护手段，锌层防护技术按加工处理方式可分为热浸锌、热喷锌、电镀锌以及有“冷镀锌”之称的富锌涂料等，可以满足钢结构在苛刻腐蚀环境的防护需求，已广泛应用在汽车、工程机械、地下管道、桥梁、钢筋混凝土建筑、塔架钢结构(如石油钻井平台)的制造和建设中。但是，防护层在施工、应用过程中不可避免产生破损等缺陷，腐蚀失效首先在防护层的缺陷、破损处等薄弱处进行，特别是在沿海等苛刻环境中，带来锌防护层的失效大大加快，极大影响钢铁结构的安全服役，对这类防护层破损部位的及时修补是设备安全服役的重要保障。
采用常规涂装方式对这些局部缺陷、破损处进行维护，不仅仅不经济和不方便，更重要的是严格的表面处理难以实施，无法保证修复部位保护层的附着、耐蚀性。鉴于此，适用这样的应用背景，与锌防护层具有较好相容性、具有较高防护性能的低处理表面锌防护层修复涂料的研发与应用非常重要。低处理表面锌防护层修复涂料的开发需要考虑以下几个方面问题：修复涂层要具有锌防护层阴极防护功能的修补作用；局部小面积修复，要求施工方便易行；与锌防护层(特别是表面能低的热浸锌、热镀锌)表面具有很好的相容性，具有较强的附着性能；锌防护层破损处铁基锈蚀的低处理表面和涂层应该有很好的相容性且附着性能优异；
发明内容
本发明目的在于针对锌防护层的维护需求，提供一种可自喷涂的锌防护层修复涂料。该涂料是由高性能合成树脂、功能性复合锌粉、碳纳米管、防锈颜料、溶剂、分散剂、改性剂组成的单组分可自喷涂的锌防护层修复涂料；碳纳米管使常温固化后的涂层有更高的阴极防护性，具有在不同基材(钢铁、旧热浸锌、旧镀锌层、富锌涂层)低处理表面有更优良的附着性能；改性剂BEDAR-01显著提高涂层与基材间附着强，大幅改善涂层耐蚀性；复合防锈颜料具有提高涂层与低处理表面的相容性的作用；对于各种锌防护层具有特别突出的优势，在配伍面漆后可以进行更为高效的极佳阴极防护。
本发明制备的可自喷涂的锌防护层修复涂料，其特征在于三元共聚树脂为8wt％～12wt％、溶剂30wt％～35wt％、分散剂1wt％～4wt％、改性剂BEDAR-01为2wt％～8wt％、复合锌粉40wt％～45wt％、复合防锈颜料4wt％～8wt％、碳纳米管0.1wt％～3wt％、稀释剂5wt％～10wt％；其中溶剂由甲基异丁基酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、N,N-二甲基甲酰胺按照质量比(40～50):(22～25):(20～30):(1～5)混制，稀释剂为乙酸乙酯或乙酸丁酯、乙醇或丁醇、甲苯或二甲苯、200#汽油按照质量比1:1:1:1混合而成；防锈颜料由三聚磷酸铝、磷酸锌、钼酸锌、氧化锌、钛白粉、锌铬黄、铬酸锌中任意四种组成。
所用复合锌粉是由325目至1500目球状锌粉：1500目至7000目球状锌粉及片状锌粉或片状铝粉组成，质量比为(36～62):(10～30):(5～12)；辅以加入多壁或单壁碳纳米管来增强阴极防护性，碳纳米管为锌防护层修复涂料的0.1wt％～3wt％。
所用改性剂BEDAR-01是以单宁酸、植酸为缩聚反应催化剂，以烷基硅烷、乙烯基硅烷、氯丙基硅烷、苯丙基硅烷、氨基硅烷中至少两种为反应单体，以去离子水、乙醇混合液为反应介质，在温度50℃～80℃、搅拌速度600r/s～800r/s条件下制备，可提高涂层耐热性、耐化学品性。
所述的可自喷涂锌防护层修复涂料的方法，其特征在于包括以下工序：
(1)4～12份(为质量份，下同)的三元共聚树脂与20～70份的溶剂混合，加入2～4份的分散剂，机械搅拌15～20min；
(2)取0.1～1.5份的纳米碳管加入上述三元共聚树脂体系中，混合强力研磨分散2～5h；
(3)取2～15份的防锈颜料加入步骤(2)所得体系，研磨分散30～40min；
(4)75～95份的复合锌粉、10～15份的溶剂、1～3份的改性剂BEDAR-01搅拌20min，制成预分散浆；
(5)取6～15份的三元共聚树脂、25～35份的溶剂、90～100份的预分散浆，加入步骤(3)所制备的体系中，搅拌10～20min；
(6)添加稀释剂调整体系粘度至合适范围，得到A料；
(7)A料用180～450目滤网过滤；在25％～50％填充比率范围内，将A料装入耐磨罐体中，放入2～4颗氧化锆陶瓷搅拌珠，用封口机将万向阀门和耐磨罐体进行封口；
(8)用充气机按A料:抛射剂重量比为0.5～4:1给耐磨罐体中充入抛射剂，装上耐磨喷头，制成成品。
上述可自喷涂锌防护层修复涂料的制备过程中采用耐磨罐体、搅拌珠及耐磨喷头；所用耐磨罐体经化学镀镍工艺处理，表面形成厚约20μm的耐磨层；所用搅拌珠为氧化锆陶瓷搅拌珠，φ2.5mm，φ3.2mm，φ4mm，φ5mm，φ8mm，φ10mm，φ15mm中任意两种球径；所用耐磨喷头为聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛树脂(POM)中任意一种注塑成型。
本发明选用三元共聚高性能树脂及改性剂BEDAR-01为成膜物，通过加入复合锌粉、碳纳米管、多种防锈颜料，研制了一种单组份阴极防护修复涂层，与锌防护层(热浸锌、镀锌、富锌涂料)表面具有很好的相容性，同时与破损部位低表面处理的铁基有很好的附着性能，并实现了自喷漆形式产品化，施工灵活、方便。
具体实施方式
实施例1
(1)2g的三元共聚树脂与8g的溶剂混合，加入3g的改性剂BEDAR-01，机械搅拌15～20min；
(2)取0.5g的纳米碳管加入上述树脂体系中，混合震荡2h；
(3)取2g的三聚磷酸铝、2g的磷酸锌、2g的钼酸锌、1.5g的钛白粉加入步骤(2)所得体系，研磨30～40min；
(4)取41g的325目、3000目球状锌粉、片状铝粉按重量比3:2:1组成的复合物，2g溶剂、1g分散剂，加入(3)所制备的体系，机械搅拌15～20min；
(5)取8g的三元共聚树脂、22g的溶剂，混合加入步骤(4)所制备的体系中，搅拌均匀，添加5g稀释剂调整粘度至涂四杯25s～30s，得到A料；
(6)A料用180目滤网过滤，按50％填充比率，将A料装入耐磨罐体中，放入4颗球径比为1:1:1:5氧化锆陶瓷搅拌珠，用封口机将万向阀门和耐磨罐体进行封口；
(7)用充气机按A料:抛射剂重量比0.8:1，给耐磨罐体中充入丙烷、异丁烷、正丁烷、二甲醚等按照质量比44:17.5:31:10.5混制的抛射剂，装上耐磨喷头，制成成品；
(8)用150#砂纸处理的带锈钢板、带锈热浸锌等基材表面，以喷头距离基材20～40cm，喷头移动速度为5cm/s，每道间隔5min，喷涂三道。
实施例2
(1)4g的三元共聚树脂与14g的溶剂混合，加入2g的分散剂，机械搅拌15～20min；
(2)取1.0g的纳米碳管加入上述树脂体系中，混合震荡4h；
(3)取2g的三聚磷酸铝、2g的钛白粉、2g的氧化锌、2g的锌铬黄加入步骤(2)所得体系，研磨30～40min；
(4)取53g500目锌粉、5000目锌粉、片状锌粉重量比为7.5:3:1的复合锌粉、加4g的改性剂BEDAR-01，机械搅拌20min，制成分散浆；
(5)取4g的三元共聚树脂、16g的溶剂，46g复合锌粉分散浆，加入(3)所制备的体系，机械搅拌15～20min，添加5g稀释剂调整粘度至涂四杯25s～30s，得到A料；
(6)A料用350目滤网过滤，按35％填充比率，将A料装入耐磨罐体中，放入2颗球径比为1:1的搅拌珠，用封口机将万向阀门和耐磨罐体进行封口；
(7)用充气机按A料:抛射剂重量比2:1，给耐磨罐体中充入丙烷、异丁烷、正丁烷、二甲醚等按照质量比37:25:25:13混制的抛射剂，装上耐磨喷头，制成成品；
(8)用240#砂纸处理马口铁、Q235钢板、热浸锌板等基材表面，以喷头距离基材20～40cm，喷头移动速度为10cm/s，每道间隔5min喷涂三道。
实施例3
(1)4g的三元共聚树脂与10g的溶剂混合，加入4g的改性剂BEDAR-01，机械搅拌15～20min；
(2)取1.5g的纳米碳管加入上述树脂体系中，混合震荡4h；
(3)取2g的钛白粉、1.5g的钼酸锌、1g磷酸锌、1g的铬酸锌，加入步骤(2)所得体系，研磨30～40min；
(4)取43.5g的325目锌粉、7000目锌粉、片状锌粉按质量比4.3:1.4:1混制的复合锌粉，3g溶剂，1.5g分散剂，加入(3)所制备的体系中，机械搅拌15min，；
(5)取5g的三元共聚树脂、17g的溶剂混合加入步骤(4)所制备的体系中，搅拌均匀，添加5g稀释剂调整粘度至涂四杯25s～30s，得到A料；
(6)A料用250目滤网过滤，按25％填充比率，将A料装入耐磨罐体中，放入两颗球径比为1:3搅拌珠，用封口机将万向阀门和耐磨罐体进行封口；
(7)用充气机按A料:抛射剂重量比4:1，给耐磨罐体中充入丙烷、异丁烷、正丁烷、二甲醚等按照质量比40:18:28:14混制的抛射剂，装上耐磨喷头，制成成品；
(8)用400#砂纸处理的电镀锌、钢板等基材表面，以喷头距离基材20～40cm，喷头移动速度为5～10cm/s，每道间隔5min，喷涂2道。
选择实施例2做涂膜性能分析。
涂膜基本物理性能
涂膜的基本物理性能按国家标准测定，测试结果见附表1。从表中可知，涂膜基本物理性能优异。
附表1:
Claims (4)
1.一种可自喷涂的锌防护层修复涂料，其特征在于涂料组分质量配比为：三元共聚树脂为8wt％～12wt％、溶剂30wt％～35wt％、分散剂1wt％～4wt％、改性剂BEDAR-01为2wt％～8wt％、复合锌粉40wt％～45wt％、复合防锈颜料4wt％～8wt％、碳纳米管0.1wt％～3wt％、稀释剂5wt％～10wt％；其中溶剂由甲基异丁基酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、N,N-二甲基甲酰胺按照质量比(40～50):(22～25):(20～30):(1～5)混制，稀释剂为乙酸乙酯或乙酸丁酯、乙醇或丁醇、甲苯或二甲苯、200#汽油按照质量比1:1:1:1混合而成；防锈颜料由三聚磷酸铝、磷酸锌、钼酸锌、氧化锌、钛白粉、锌铬黄、铬酸锌中任意四种组成；
所用复合锌粉是由325目至1500目球状锌粉：1500目至7000目球状锌粉及片状锌粉组成，质量比为(36～62):(10～30):(5～12)；辅以加入多壁或单壁碳纳米管来增强阴极防护性，碳纳米管为锌防护层修复涂料的0.1wt％～3wt％；
所用改性剂BEDAR-01是以单宁酸、植酸为缩聚反应催化剂，以烷基硅烷、乙烯基硅烷、氯丙基硅烷、苯丙基硅烷、氨基硅烷中至少两种为反应单体，以去离子水、乙醇混合液为反应介质，在温度50℃～80℃、搅拌速度600r/s～800r/s条件下制备，可提高涂层耐热性、耐化学品性。
2.一种如权利要求1所述的可自喷涂锌防护层修复涂料，其特征在于所述片状锌粉由片状铝粉所取代。
3.一种制备权利要求1所述的可自喷涂锌防护层修复涂料的方法，其特征在于包括以下工序：
(1)4～12份(为质量份，下同)的三元共聚树脂与20～70份的溶剂混合，加入2～4份的分散剂，机械搅拌15～20min；
(2)取0.1～1.5份的纳米碳管加入上述三元共聚树脂体系中，混合强力研磨分散2～5h；
(3)取2～15份的防锈颜料加入步骤(2)所得体系，研磨分散30～40min；
(4)75～95份的复合锌粉、10～15份的溶剂、1～3份的改性剂BEDAR-01搅拌20min，制成预分散浆；
(5)取6～15份的三元共聚树脂、25～35份的溶剂、90～100份的预分散浆，加入步骤(3)所制备的体系中，搅拌10～20min；
(6)添加稀释剂调整体系粘度至合适范围，得到A料；
(7)A料用180～450目滤网过滤；在25％～50％填充比率范围内，将A料装入耐磨罐体中，放入2～4颗氧化锆陶瓷搅拌珠，用封口机将万向阀门和耐磨罐体进行封口；
(8)用充气机按A料:抛射剂重量比为0.5～4:1给耐磨罐体中充入抛射剂，装上耐磨喷头，制成成品。
4.一种如权利要求3所述的可自喷涂锌防护层修复涂料的制备方法，其特征在于采用耐磨罐体、搅拌珠及耐磨喷头；所用耐磨罐体经化学镀镍工艺处理，表面形成厚为20μm的耐磨层；所用搅拌珠为氧化锆陶瓷搅拌珠，φ2.5mm，φ3.2mm，φ4mm，φ5mm，φ8mm，φ10mm，φ15mm中任意两种球径；所用耐磨喷头为聚丙烯、高密度聚乙烯、聚碳酸酯、聚甲醛树脂中任意一种注塑成型。
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