CN1042726A

CN1042726A - 通过镀锌膜进行阴极保护的由金属锌分散体组成的涂层产品

Info

Publication number: CN1042726A
Application number: CN 89107913
Authority: CN
Inventors: 威廉默特·帕特里克
Original assignee: Wilhelmert Pierre
Current assignee: Wilhelmert Pierre
Priority date: 1988-11-17
Filing date: 1989-10-11
Publication date: 1990-06-06
Also published as: BE1002502A6

Abstract

本发明涉及由粘度接近于油漆胶的金属锌分散体所形成的涂层产品，它包含有机溶剂，以悬浮体形式分布于溶剂中的细锌粉和合成树脂。如果锌粉是纯度高于99.9％的高纯度电解锌粉，且其中50％的锌粉的颗粒大小小于8微米，则涂层产品就可提供持久的阴极保护。

Description

本发明涉及由粘度为1.5-3.5 St（沲）之间的金属锌分散体组成的涂层产品，它含有作为主要组分的有机溶剂，以悬浮体形式分布于所说的溶剂中的细锌粉和至少部分溶解于所说的溶剂中的合成树脂。本发明还涉及采用上述金属锌分散体的镀锌膜进行涂覆的方法。

本发明的主要应用是作为涂层材料用于经受恶劣气候并且主要由钢或铁合金结构构成的建筑工程，在钢或铁合金被装配于工地上之前或之后使用，以防止它们遭受腐蚀。

一种施加金属涂层的方法是已知的，它包括将熔融的金属，尤其是可以细液滴形式进行喷涂的熔融的锌喷涂至金属构架上以防止它们受腐蚀。喷涂是通过一种包含由乙炔或氢氧喷灯或电弧光灯所组成的燃烧器的能产生等离子体源的枪装置来实现的。

将金属以粉末形式或连续金属丝形式导入燃烧器，它们经过燃烧器并通过压气装置而以熔融金属的细小液滴形式被喷涂到欲涂覆的物体上。

该方法需要熟练技术的劳力和相当彻底地作欲处理的金属表面的清洁预备工作。

本发明的目的是克服这些不足，它涉及一种具有油漆的稠度的金属锌粉的分散体，该分散体可应用于冷膜，它们既可呈约10-15微米的薄层作为舰艇建造中的“工厂底漆”，也可呈40微米的较厚的层来保护土木工程建筑（如电站的加压导线管），或呈约100微米的厚度。该涂层产品可以采用细刷子、大刷子、滚子进行涂布或通过静电喷漆枪或按钮式喷雾器而喷涂使用。

本发明的分散体的使用，使得可采用粗刷、细刷或枪将所用的涂料层涂覆于钢表面的方法的优点（因为涂层可以在装配后施加）与电解电镀的优点结合起来，因为涂层产品将赋予与镀锌层相同的阴极保护作用。

由细金属粉悬浮于有机溶剂中的分散体组成的金属锌分散体是众所周知的。该分散体具有灰色胶体的外观，它具有油漆产品的粘度，即在20℃下是2.2 St。溶剂蒸发后干膜中锌的含量约为92%（重量）。

以这种方法形成的锌层给予钢防腐蚀的作用称为基于电化学反应的阴极保护。即使当该涂层轻微损坏时，这种防腐作用仍有效，因为电化学反应在一定的程度上允许锌离子迁移。

阴极保护是一种方法，它包括建立这样的电学条件，以使要防护的物体在环境下成为阴极，通过施加预先确定了强度的电流来抵消局部的阳极电流。在一个特例中，电流可以通过采用反应性阳极来产生，反应性阳极则由于腐蚀而牺牲。

如果要加以保护的物体与电化学上更负的金属（如镁和它的合金以及锌）相连接，则由于腐蚀而牺牲的反应性阳极就产生了。

腐蚀过程是复杂的。业已知道金属表面的电化学不均匀性足以引起腐蚀过程。因此，不均匀的机械或热处理可以引起电势的不同，它引起局部阳极电流。不同的通气条件也可以引起腐蚀。氧气最难进入的区域相对于其它区域来说是阳极的。这归咎于这个事实，即氧中电极电势取决于氧分压（Nernst）。此差分通气引起了这样的情况，即铁主要是在被潮湿的铁锈覆盖的点或局部埋入地下的点上被侵蚀的。

本发明的目的是克服上述的不足，为此提出一种如说明书的第一段所描述的涂层产品。

该涂层产品的特征在于锌粉是锌含量至少高于99.9%，且其中50% 具有小于8微米的颗粒大小的金属锌。

本发明已经注意到，如果锌的质量不是极好的话，在恶劣气候的影响下，金属锌保护层会更迅速地损坏。业已断定这种损耗是由于电化学上比锌更正的杂质所引起的局部作用，它们形成局部电池，锌作用如阳极，杂质作用如阴极。

由本发明的分散体所产生的涂层的使用寿命与通过热镀锌所得到的是相当的。它取决于涂层的厚度和涂层被暴露于恶劣气候的荷刻性。

本发明的富含锌的涂层产品可以施加于事先已经热镀锌的表面，即使该表面已经遭受了恶劣气候。在这种情况下，由于其牺牲作用，本涂层产品可提供特别有效的附加的保护作用。

由于富含锌的涂层产品的贡献，最初已通过电镀锌化的底层将免遭早期的电化学损耗。

如果在涂层中所含的全部锌均由于在表面上某一给定点上的牺牲作用而消耗了，则就产生了极性的改变，且在热镀锌层中存在的活性锌继续起防护阴极的作用。

本发明的涂层产品允许对其热镀锌层被磨损的表面进行补给。这样，减弱的阴极保护就重新建立了。

锌粉的纯度和细度保证了锌微粒互相之间或锌微粒与它们所涂覆的金属表面之间具有良好的电导率。

已被成功地使用的锌粉是VW-4P/32型粉，它的颗粒大小（分布）是小于：

2微米 8%

4微米 24.7%

8微米 56.6%

16微米 93.2%

32微米 100.0%

该产品是由S.A.SOCIETE DES MINES ET FONDERIES DE ZINC DE LA VIEILLE MONTAGNE（比利时）制造的。

粉末的化学组成是：

金属锌 96.5%（最小值）

氧化锌 3.5%（最大值）

铅 0.0050%（最大值）

铁 0.0030%（最大值）

镉 0.0005%（最大值）

其它杂质 0.0010%（最大值）

它是由纯度为99.995%的电解锌所制备的。

锌微粒的细度也允许其最终向欲防护的金属表面扩散。

锌微粒的微观扩散可以通过一项实验来演示，该实验包括用分散体的第一层涂覆钢板，再通过化学气相淀积法往上施加本发明的涂层产品的第二层。

截面显微检查显示出最初被放置于两个锌层之间的金薄膜扩散并分布于富含锌的每一个层中。薄金膜的这种分布证明本发明的分散体第二层不是单纯地置放于第一层上，而是完全地与之相混合。在新鲜层中所包含的溶剂重新溶解第一层并由此而允许形成单一的层。术语“补给”惯用于：如果第一层部分地或全部地被腐蚀，可以用锌补给第一层，而不需诸如施漆时所要求的整体喷砂于钢板上的准备工作。其它实验表明本发明的涂层产品能适当地粘合到镀锌钢板上，并且它仍在那里发挥其活性防护作用。

这样，在两个连续的锌层之间的锌微粒的扩散，保证了防护层的最佳固定和完全密封。

因此，本发明的涂层产品使可对在运输过程中受损的部分或对由于焊接时被损坏并需修复的涂层进行阴极保护。

锌分散体可以用作为打底涂层产品，即“打底层”供接受其它涂层产品之用。

为此目的，在干燥状态下，对本发明的涂层产品的膜的抗性进行了测定。

将一排用本发明的分散体层覆盖的板材（丙层总厚为50微米）浸入它们的一半深度的各种溶液中。

这就使得可观察试验后板材的浸入部分和未浸入部分之间的差异。测定工作在24小时的一个周期内，且在环境温度下进行。

从用刀划出的刻痕和其它肉眼可见的数据观察其结果。

肉眼可见的评价包括检测在涂层中料团或气泡的形成。

溶剂本发明的涂层产品的干燥膜对溶剂的抗性

丁醇好;无影响

乙醇好;无影响

丙酮粘合料有轻微侵蚀

甲乙酮粘合料有明显侵蚀;样品底层有锌元素

乙基乙二醇好;无影响

石油溶剂粘合料软化

乙酸丁酯粘合料迅速溶解

粘合力采用盐液喷雾法进行试验，以及借助于电化学试验法进行阴极保护程度测试，使得可以在本发明的分散体层的阴极保护和普通的热镀锌之间进行比较。

盐液喷雾试验是在一块用锌胶体覆盖的板材上进行的（在锌层上打上一个St Andrew's十字标记后，将板材放入盐液喷雾室中）。将板材在介质中暴露1，000小时，介质的相对湿度为100%，且NaCl气溶胶盐溶解于介质中。该试验的目的是检查粘合是否令人满意。如果粘合不佳的话，在十字的外围会形成气泡和锈斑。该试验表明了胶体和阴极保护的有效性，因为不论是涂层还是十字的外沿均不受锈斑的影响。已知的分散体可以施加至潮湿的板材上，因为粘合试验给出了适当的结果，倘若油漆时所需的表面准备工作已经进行了的话。

电化学试验包括将两块钢板浸入一种酸溶液中，其中一块钢板用涂层产品层覆盖，而另一块钢板则通过热镀锌处理，两块钢板配备有两根电极。然后借助于内电阻为零的安培计将白色的铁阴极连接到该装置上。连续测量在两根电极之间所建立的电流，这样就可测定涂层的阴极保护程度和锌被消耗的时机。两项实验都已给出了结果，它们的值是相当的，证明通过薄膜的镀锌所产生的阴极保护可与热镀锌的相比较。

本发明的涂层产品与具有不同表面准备状况的金属板的粘合根据标准DIN53151通过横割试验，然后通过一个格栅进行测定。

根据该标准，可区别出六个种类的特性粘合：

种类

GT0 切割口的边缘都是光滑的。无方形物分离。

GT1 在切割口的交会处有小片的涂料变得分离。涂料层剥落的面积小于5%。

GT2 在切割口的交会处和沿切口的边缘有小片涂料破碎并变得分离，涂料层变得分离的面积是5-15%。

GT3 一些方形物的较大部分变得分离。此分离面积是15-35%。

GT4 涂料层的一些小方形物变得完全分离。剥落层的面积是35-65%。

GT5 所有或几乎所有方形物变得完全分离。剥落层的面积

为65-100%。

下面是由本发明的涂层产品所得到的结果。

-在喷砂的表面上50微米（SA3）：GT0

-在喷砂的表面上50微米，然后在干表面上留下锈斑（11%）：GT1

-在喷砂的表面上50微米，并允许上锈（100%）于潮湿表面上：GT1

在不同的试验板材上将这些试验重复数次，得到相同的结果。

耐热性是值得注意的。它由下列试验来演示：

将覆盖有本发明的涂层产品的两块板材置于烘箱中（本发明的涂层产品是采用按钮式喷雾器施加的），分别在150℃和175℃下加热24小时。在根据标准DIN53151热处理前和后进行粘合测定。

在150℃下暴露24小时的板材显示试验前和后的粘合是GT＝0。

在175℃下暴露24小时的板材，试验前所显示的粘合是GT＝0，试验后则为GT＝1。

在后一种情况下，在热处理的影响下，产品变得轻微地分离，从GT＝1到GT＝2。

涂覆的产品干燥至能触摸的时间是约5分钟。48小时之后干燥薄膜已固化。锌分散体的涂布容量是约4m²/kg。

欲涂覆的表面的湿度对产品的粘合不产生不利影响。只需简单地用干布擦去水滴，以保证锌层和直接在下面的金属表面之间充分的接触。在水分和空气的影响下，产品继续凝结和变硬。

甚至好象是：如果将涂层产品施加到事先弄湿的金属表面上，而不是施加到完全干燥的相同的表面上，则本发明的涂层产品的保护能力是更好的。

在下面的比较试验中，喷砂之后将钢电极浸入蒸馏水中，并立即涂覆以本涂层产品。

经48小时聚合之后，将涂层产品的第一层再湿润并涂覆以第二层。

膜的总厚度是50微米。

腐蚀试验在体积摩尔浓度为0.02mole/l的盐水溶液中进行。

干涂层湿涂层

电解电流 2.5mA 2.75mA

保护时间 260分 416分

而由具同样为50微米锌厚度的热镀锌所产生的涂层则提供小得多的保护作用，仅为248分钟。

涂层产品的干燥薄膜经得起机械和热膨胀以及金属底物的收缩，而不会遭受破坏。此外，用本发明的涂层产品可完全消除在热镀锌过程中所遭受的金属底物形变的危险。

富含锌的涂层产品以下列方式制备：

将600升溶剂引入配备有能使分散体的各种组分完全混合的（重）循环口的反应容器中，采用阿基米德计量螺杆，通过一个侧壁高为1cm的筛网，将1，000-1，200kg细分碎的纯度高达99.995%的且具有非常接近颗粒大小的电解锌粉逐步加入。锌粉的加入持续约40-60分钟。

然后，在连续搅拌下，通过加料漏斗孔将呈颗粒状的合成树脂，例如143E型聚苯乙烯（由BASF

出售）经3.7-4.0cm的加料口引入反应容器。

然后，让混合物至少沉降6小时以溶解颗粒。

在过程的第二阶段中，强有力的混合是由搅拌器和（重）循环泵两者完成的。

按第一阶段相同的方法，将800-1，000kg锌粉的新鲜进料引入反应容器。

加完锌进料之后，再剧烈搅拌至少20分钟以获得比重在2.55-2.72kg/dm³和20℃下粘度为2.2 Stokes（沲）的涂层产品。

本申请人相信第二次锌进料的加入会导致形成包围锌和树脂芯的锌外壳，这样使得涂层产品的金属锌含量增加，而又不会有料团形成的危险。

Claims

1、一种由粘度在1.5-3.5St.之间的金属锌分散体组成的涂层产品，它包括作为主要组分的有机溶剂，以悬浮体形式分布于所说的溶剂中的细锌粉，和至少部分地溶解于所说的溶剂中的合成树脂，其特征在于所说的锌粉是具有锌含量至少高于99.00%的电解锌，其中50%的锌粉的颗粒大小小于8微米。

2、如权利要求1所述的涂层产品，其特征在于上述电解锌粉是通过喷雾法得到的，且较佳地是由Societe des Mines et Fonderies de Zinc de la Vieille Montague 出售的4 P/32型电解锌粉。

3、如权利要求1和2中任一项所述的涂层产品，其特征在于合成树脂是由BASF

出售的143E型聚苯乙烯。

4、如权利要求1-3中任一项所述的涂层产品，其特征在于所述的有机溶剂是C₅-C₁₀烃的混合物，较佳地是SHELL SOLA型烃。

5、如权利要求1-4中任一项所述的涂层产品，其特征在于锌粉、有机溶剂和合成树脂的重量比是约2，000∶480∶95。

6、一种制备涂层产品的方法，其特征在于锌粉分两个阶段引入溶剂，第一阶段是在合成树脂引入溶剂前进行，第二阶段是在树脂混合后进行。