CN105038580A

CN105038580A - 一种自固化化学键合磷酸盐富锌涂料

Info

Publication number: CN105038580A
Application number: CN201510385753.3A
Authority: CN
Inventors: 罗巍; 李代英; 周海涛; 刘健; 魏玲
Original assignee: CHENGDU TIANHE HONGYE SCIENCE DEVELOP Co Ltd
Current assignee: CHENGDU TIANHE HONGYE SCIENCE DEVELOP Co Ltd
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2015-11-11

Abstract

本发明属于工业涂料技术领域，具体涉及一种自固化化学键合磷酸盐富锌涂料。涂料包括基料、颜料、助剂和溶剂。基料为正硅酸乙酯。颜料选自锌粉、磷酸盐和铝粉。助剂选自环氧基有机硅氧烷、聚乙烯醇缩丁醛、有机土和白炭黑。溶剂包括甲溶剂和乙溶剂。本发明制备的产品，成膜物能与填料和钢铁基体同时发生化学键合，延长了涂层的使用寿命。

Description

一种自固化化学键合磷酸盐富锌涂料

技术领域

本发明属于工业涂料技术领域，具体涉及一种自固化化学键合磷酸盐富锌涂料。

背景技术

随着现代工业文明的发展，钢铁被越来越大量地使用，由此对钢铁的防腐蚀也提出越来越高的要求。钢铁的防腐蚀方法有很多种，其中涂层防腐蚀是应用最多最广且成本较低的。涂层对钢铁的防护，主要靠三种办法，物理屏蔽、阴极保护和化学缓蚀。其中最主要的是利用涂层的屏蔽作用将钢铁与腐蚀环境隔离开，达到保护钢铁的目的。但长期的涂料防腐蚀实践证明，成膜物对环境中的腐蚀介质（如水分子、盐离子、氧气分子）都有或大或小的渗透能力，并不能起到绝对的屏蔽作用，这是由聚合物的自身特性所决定的。因此，在重防腐蚀领域中使用的钢铁构件，仅依靠以屏蔽功能为主的涂层是很不够的，还常常采用具有阴极保护作用的牺牲性阳极涂层作为钢铁的长效保护涂层，其中使用较多的是热喷（或浸）锌、铝（或铝锌合金）或涂覆富锌涂料等。一旦水分子等腐蚀介质浸入涂层，锌（或铝）由于具有比钢铁更低的腐蚀电位，可作为牺牲阳极代替钢铁发生电化学腐蚀，从而对钢铁基体形成完美的保护。但其保护效果主要取决于锌（或铝）的不断损耗，涂层电阻随之增大，保护作用逐步下降。

热喷（或浸）金属锌（或铝）成本高，工艺难度也较大，因此大型工程使用较多的是涂覆富锌涂料。由于锌粉为金属晶体结构材料，其内聚能远远超过聚合物基料，理论上被当做渗透介质不可穿过区域。片状锌粉的存在，不仅可以起到对涂层的阴极保护作用，其以叠层的方式排列在涂层内部，会引起渗透介质的绕行，使得腐蚀介质穿越涂层达到钢铁与涂料界面的实际行程远高于涂层理论厚度值，大大增加涂层的屏蔽效果。除此之外，涂层应具有良好的导电性。其中环氧富锌涂层由于电阻较大而不能充分发挥阴极保护作用，同时还存在易老化的缺点，因为防腐寿命较短。因上述原因，人们寄希望于开发导电性和耐候更好的硅酸盐富锌涂层。

英国专利958787和美国专利4219358是这种涂层的两个实例。硅酸盐富锌涂料以碱性的硅酸盐（包括硅酸钠、硅酸钾或硅酸锂等）水溶液基料或硅酸乙酯醇溶液基料，配以锌粉做颜料所组成。硅酸盐富锌涂层虽然克服了环氧富锌涂层的缺点，但是用于大型钢铁构件的实际效果并不理想，究其原因如下：第一个原因是，无机硅酸盐富锌涂层涂覆前要求对钢铁构件严格的除油除锈表面清理，至少将表面吹砂至Sa2.5级，粗糙度达到40-70微米。手工除锈的表面是不允许涂装硅酸盐富锌涂层的。然而，出于技术和经济上的原因，对于许多钢铁构件实际上很难达到上述条件，例如大型钢铁构件的沟槽缝隙等凹陷区域的吹砂不易达到要求，锈迹、污物很难彻底清除，现有的硅酸盐富锌涂层在这些情况下涂装易出现龟裂、脱落等弊病，不能有效地抑制这些区域锈蚀的发展，最终导致涂层也鼓泡脱落；第二个原因是硅酸盐富锌涂层采用的是硅酸盐成膜物，其韧性较差，涂层涂厚了易龟裂剥落，不易控制施工质量；第三个原因是硅酸盐富锌涂层和面涂层的配套附着力较差，并且在使用过程中富锌涂层会产生大量锌的牺牲产物，有明显降低了配套涂层与富锌涂层的附着力，所以容易引起配套涂层鼓泡脱落。

世界航空领域广泛使用的磷酸盐富锌涂料（商品名为SermeTelW），该涂料以酸性磷酸盐和铬酸盐的水溶性为基料，以超细球型铝粉为颜料的单组分无机涂料。该涂层具有非常卓越的防腐蚀性能饿阴极保护功能，有极强的附着力和机械性能。这种涂层是以磷酸盐为主要成膜物，有类似于磷化增强附着力的效果，因此与各种有机涂层配套的层间附着力都是很好的。但是该涂料也有难以克服的缺点，它需要经过高温330℃烘烤才能固化，与此同时随着加热脱水磷酸盐产生交联聚合，可溶的酸性磷酸盐、铬酸盐等变成不溶于水和溶剂的复杂的含铬磷酸盐高分子结构。因此无法在大型结构上应用。

目前，大型钢铁构件的长效防腐蚀底涂料一般采用富锌类涂料，可以在常温下干燥和固化，具有阴极保护作用和高耐候性。但该类型涂料也有明显的缺点：首先是对预处理要求很高，否则防护性能棉线下降甚至附着不牢而龟裂和脱落。其次固化时间较长，施工和固化受气候影响较大。并且与其他涂层配套的层间附着力低，容易出现层间脱落的情况。此外，该涂层脆性大，制厚涂层开裂，尤其是焊缝和凹槽处。所以市场上迫切需要一种克服上述缺陷，性能优良的涂料。

专利CN97107671.5公开了一种无机涂料，能够在常温下自固化。其固化时间长，影响工程进展效率，耐盐雾性和抗老化性有待提高，涂层使用寿命短，不能够满足当代装饰的要求。

发明内容

本发明的一个目的是一种自固化化学键合涂料，所述涂料包括基料、颜料、助剂和溶剂，所述基料为正硅酸乙酯，基料为涂料总质量的10%-35%；颜料为涂料总质量的35%-60%；助剂为涂料总质量的0.5-10%；余量为溶剂。

所述颜料含有锌粉。

所述颜料还含有磷酸盐和铝粉中的一种或两种，优选含有锌粉、磷酸盐和铝粉。

所述磷酸盐为Mg(H₂PO₄)₂、MgHPO₂和Mg₃(PO4)₂中的一种或几种。

所述助剂含有环氧基有机硅氧烷、聚乙烯醇缩丁醛、有机土和白炭黑中的一种或几种，优选含有环氧基有机硅氧烷、聚乙烯醇缩丁醛、有机土和白炭黑。

所述溶剂包括甲溶剂和乙溶剂；甲溶剂为乙醇、正丁醇和异丙醇中的一种或几种，乙溶剂为酸化水。

一种自固化学键合涂料的制备方法，包括以下步骤：

（1）表面处理过程：①将颜料在干燥机中烘烤；②待颜料冷却后，加入助剂；

（2）将颜料中加入2-20%的甲溶剂混合均匀；

（3）步骤（2）得到的颜料在反应釜中混合，搅拌，过筛，包装作为A组分；

（4）将正硅酸乙酯、甲溶剂和乙溶剂混合均匀，包装，作为B组分。

所述步骤（1）中，干燥时控制温度为110℃-130℃；所述步骤（4）中正硅酸乙酯、甲溶剂和乙溶剂的质量比为（3-10）:（6-9）:1。

所述A组分和B组分的质量比为（2-10）:3。

所述步骤（3）中混合和搅拌的温度为100℃以下。所述搅拌的速度为200rpm/min。

在使用涂料前，将A组分和B组分相混合。

本发明制备的产品，能够常温自固化，对预处理和后处理的要求低。本发明中A组分与B组分混合后可以在常温条件下自干和固化，极性有机溶剂能延缓正硅酸乙酯水解以及硅烷醇与硅醇之间交联固化反应过程，因此当溶剂挥发前，涂料有一定稳定性和适用期，涂覆后随着溶剂的挥发以及正硅酸乙酯对空气中水分的吸附作用，硅烷醇与硅醇交联固化反应加速，形成复杂的无机网状物，从而使涂层固化，其膜成拥有耐冲击、耐高温、耐化学腐蚀等有机成膜物所不具有的优势。

本发明制备的产品，成膜物能与填料和钢铁基体同时发生化学键合，在酸化水的存在条件下，磷酸根离子与钢铁基体和金属填料发生键合反应，使得成膜物将填料完美包裹住，减少了膜层空隙，降低保护层的渗透系数。磷酸根离子与钢铁基体的键合使得膜层与钢铁基体的粘附力大于膜层自身内聚力，而改善涂层的附着力。此两种键合行为都将极大程度的延长涂层使用寿命。

本发明制备的产品，成膜物中含有大量的片状锌粉，由于片状锌粉在基材上的堆叠效应引起腐蚀介质的绕行，增大腐蚀介质穿过膜层的实际行程，降低膜层渗透系数。此外，由于锌粉较钢铁基体更低的腐蚀电位，可作为牺牲阳极对钢铁基体进行电化学保护，一旦膜层屏蔽作用失效，锌粉成为牺牲阳极逐渐消耗，钢铁作为阴极得到保护，给业主对设备或基体进行维护提供充裕的时间。

本发明涂料的导电性也优于现有技术，具有非常优越的阴极保护功能，正硅酸乙酯和颜料能够形成覆盖膜，还可形成络合物，作为阴极抑制剂抑制阴极电化学过程，起到了极有效的缓蚀作用，同时延长了涂层的阴极保护寿命。

具体实施方式

实施例1

（1）表面处理过程：①将30%的锌粉和15%的铝粉在干燥机中烘烤，温度控制为120℃；②待其冷却后，加入5%环氧基有机硅氧烷；

（2）将表面处理后的颜料中加入8%乙醇和6%异丙醇混合均匀；

（3）步骤（2）得到的颜料在反应釜中混合，温度为100℃，搅拌，速度为200rpm/min，过筛，包装作为A组分；

（4）将15%正硅酸乙酯、2%酸化水、4%正丁醇和15%异丙醇混合均匀，包装，作为B组分。

实施例2

（1）表面处理过程：①将35%锌粉在干燥机中烘烤，温度控制为110℃；②待颜料冷却后，加入环氧基有机硅氧烷0.2%和聚乙烯醇缩丁醛0.3%；

（2）将表面处理后的颜料中加入4.5%异丙醇、混合均匀；

（3）步骤（2）得到的颜料在反应釜中混合，温度为90℃，搅拌，速度为200rpm/min，过筛，包装作为A组分；

（4）将30%正硅酸乙酯、3%酸化水和20%乙醇、7%正丁醇混合均匀，包装，作为B组分。

实施例3

（1）表面处理过程：①将21%锌粉和30%超细球型铝粉在干燥机中烘烤，温度控制为130℃；②待颜料冷却后，加入聚乙烯醇缩丁醛2%、有机土4%和白炭黑4%；

（2）将表面处理后的颜料中加入8.5%异丙醇和6.5%乙醇，混合均匀；

（3）步骤（2）得到的颜料在反应釜中混合，温度为80℃，搅拌，速度为200rpm/min，过筛，包装作为A组分；

（4）将13.5%正硅酸乙酯、2%酸化水和8.5%异丙醇混合均匀，包装，作为B组分。

实施例4

（1）表面处理过程：①将10%锌粉、5%Mg(H₂PO₄)₂、15%MgHPO₂和30%Mg₃(PO4)₂在干燥机中烘烤，温度控制为115℃；②待颜料冷却后，加入有机土0.4%和白炭黑0.6%；

（2）将表面处理后的颜料中加入8.5%异丙醇和6.5%正丁醇，混合均匀；

（4）将10%正硅酸乙酯、2%酸化水和30%乙醇混合均匀，包装，作为B组分。

实施例5

（1）表面处理过程：①将18%Mg(H₂PO₄)₂和22%锌粉在干燥机中烘烤，温度控制为125℃；②待颜料冷却后，加入有机土4%和白炭黑1%；

（2）将表面处理后的颜料中加入20%异丙醇和6.5%正丁醇，混合均匀；

（3）步骤（2）得到的颜料在反应釜中混合，温度为95℃，搅拌，速度为200rpm/min，过筛，包装作为A组分；

（4）将35%正硅酸乙酯、3.5%酸化水和18%异丙醇和3%正丁醇混合均匀，包装，作为B组分。

实施例6

（1）表面处理过程：①将15%锌粉、9%磷酸盐和21%铝粉在干燥机中烘烤，温度控制为120℃；②待其冷却后，加入2%环氧基有机硅氧烷、1%聚乙烯醇缩丁醛、0.5%有机土和1.5%白炭黑；

以专利CN97107671.5为对比例1，对本发明进行效果检测。

表1

	实施例1	实施例2	对比例1
				盐雾试验	10128小时	10080小时	1000小时
抗老化性	一年内无老化现象	一年内无老化现象	8个月出现老化现象
				耐油性	极好	极好	好
附着力	≥12MPa	≥12MPa	8MPa
				耐冲击力	60kg	50kg	35kg

表1为本发明实施例1、实施例2与对比例1的防护性能比较。由表1可知，本发明实施例1和实施例2相比于对比例1，显著耐盐雾、抗老化，同时耐油性、附着力和耐冲击力的效果优良。

表2

	实施例1	实施例2	对比例1
				固化时间	1小时	1小时	2小时

表2为本发明实施例1、实施例2与对比例1的固化时间对比，本发明的固化时间为1小时，效率显著高于对比例1。大大缩短了固化时间，提高了工程速率。

上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种自固化学键合涂料，其特征在于，所述涂料包括基料、颜料、助剂和溶剂，所述基料为正硅酸乙酯，基料为涂料总质量的10%-35%；颜料为涂料总质量的35%-60%；助剂为涂料总质量的0.5-10%；余量为溶剂。

2.如权利要求1所述的自固化学键合涂料，其特征在于，所述颜料含有锌粉。

3.如权利要求2所述的自固化学键合涂料，其特征在于，所述颜料还含有磷酸盐和铝粉中的一种或两种。

4.如权利要求3所述的自固化学键合涂料，其特征在于，所述磷酸盐为Mg(H₂PO₄)₂、MgHPO₂和Mg₃(PO4)₂中的一种或几种。

5.如权利要求1所述的自固化学键合涂料，其特征在于，所述助剂含有环氧基有机硅氧烷、聚乙烯醇缩丁醛、有机土和白炭黑中的一种或几种。

6.如权利要求1所述的自固化学键合涂料，其特征在于，所述溶剂包括甲溶剂和乙溶剂；甲溶剂为乙醇、正丁醇和异丙醇中的一种或几种，乙溶剂为酸化水。

7.如权利要求1所述的一种自固化学键合涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（2）将颜料中加入2~20%的甲溶剂混合均匀；

8.如权利要求7所述的自固化学键合涂料制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，干燥时控制温度为110℃-130℃；所述步骤（4）中正硅酸乙酯、甲溶剂和乙溶剂的质量比为（3-10）:（6-9）:1。

9.如权利要求7所述的自固化学键合涂料制备方法，其特征在于，所述A组分和B组分的质量比为（2-10）:3。

10.如权利要求7所述的自固化学键合涂料制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中混合和搅拌的温度为100℃以下。