CN105860619A

CN105860619A - 一种水性车间底漆组合物及防锈钢材

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Publication number: CN105860619A
Application number: CN201610270947.3A
Authority: CN
Inventors: 谢静; 赵金庆; 刘永辉; 李依璇; 赖广森; 何永敬; 樊燕达; 张丽; 田东波; 安雷刚; 霍振友
Original assignee: LANGFANG BIHAIZHOU PAINT CO Ltd; BEIJING BSS CORROSION PROTECTION INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: LANGFANG BIHAIZHOU PAINT CO Ltd; BEIJING BSS CORROSION PROTECTION INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2016-04-27
Filing date: 2016-04-27
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2036-04-27
Also published as: CN105860619B

Abstract

本发明提供了一种水性车间底漆组合物及防锈钢材。以重量份计，水性车间底漆组合物包括：50～70份锌混合物，其中，以重量百分比计，锌混合物包括40～90％锌和10～60％云母氧化铁；5～11份水溶性碱金属硅酸盐；以及0～3份助剂。应用本发明的技术方案，将含有云母氧化铁与锌的锌混合物作为水性车间底漆组合物的组分，可以有效地强化漆膜性能，改善防腐性和焊接性，减少切割焊接产生的锌雾和焊缝气孔，降低成本。其中，云母氧化铁的加入可以提高涂膜硬度、冲击强度、抗刮性和热稳定性；且在锌混合物中，锌能够供足够的防腐性，且减少焊接中的孔洞，缓解焊接后涂层中的多孔问题，进而保证了涂层的持久防腐性能和耐切割焊接性能。

Description

一种水性车间底漆组合物及防锈钢材

技术领域

本发明涉及防腐涂料领域，具体而言，涉及一种水性车间底漆组合物及防锈钢材。

背景技术

在船舶和工业建设中，经常使用钢板、钢筋、大梁和用于加强构件的各种钢材，在使用过程中，上述钢材难免经过切割和焊接等热强化处理。在储存和建造过程中，这些钢材经常遭受日晒雨淋，它们通常使用“车间底漆”或“预处理底漆”涂装，以免钢材锈蚀。一般是钢材经过喷砂处理后，被涂装车间底漆后通过烘房干燥。

尽管车间底漆的主要用途是在建造期间提供临时防腐，但是，造船和工业企业通常首选不清除而保留的车间底漆。因此，车间底漆必需可焊接，对焊接质量或焊接速度不能有任何影响，而且应该充分耐热使其在焊接加热区能保持防腐性能；此外，该车间底漆可重涂各种防腐涂料，即底漆和后涂油漆应具有良好的附着力。

常规的环氧、环氧酯或硅酮等有机树脂含锌车间底漆，因为遇到焊接热量会分解，导致焊缝中出现毛孔、涂层损坏和丧失附着力，因此不适用于必需焊接的钢材。

目前，应用最成功的无机车间底漆是基于预水解硅酸乙酯和锌粉的溶剂型涂料。但是，这些车间底漆含有大量的挥发性有机溶剂，对环境不利，许多国家已有法律法规限制。因此，有必要开发一种不含或少含挥发性有机溶剂的无机车间底漆，由此含有水性碱金属硅酸盐和锌的车间底漆应运而生。

含有水性碱金属硅酸盐和锌的车间底漆可提供足够的防腐性和焊接性，但在重涂时会出现问题。水性碱金属硅酸盐含有大量的碱金属阳离子，干燥后这些离子仍然存在于涂层中。如果车间底漆含有大量的碱金属离子，加涂传统的有机涂料后一旦被浸泡，涂层会起泡。测试显示，车间底漆施工后，如果涂层在户外日晒雨淋一段时间，或者重涂前用水冲洗，起泡问题可以减少。然而，这些过程不适合于当今高生产率的造船业。

为了解决上述问题，可以使用碱金属离子含量非常低的水性硅溶胶，但是，基于这些硅溶胶的涂料，其初始漆膜强度通常非常差，例如附着力、内聚力、硬度、耐磨性和耐水性。在处理和加工过程中，涂层容易受到损坏，这会带来重大的潜在涂层维修成本。尽管水溶性盐含量和渗透压低，重涂或浸泡时硅溶胶涂料显示起泡率低，但是涂层仍然会起泡，这是因为该车间底漆的物理性能差，抗起泡能力弱。

然而，即使可以超越硅酸盐涂料施工的物理性能问题，仍然会面临硅酸锌车间底漆涂装钢材的焊接问题。在焊接过程中，蒸发锌可以穿透焊根并截留形成多孔焊缝。虽然采用降低焊接速度的方式让气体逃脱，在一定程度上可以缓解部分多孔问题。但是，即使这项技术能够成功，也会因为焊接速度降低而导致制造成本增加。

众所周知，车间底漆中的部分锌可以被合适粒径的磷铁所取代。用这种车间底漆涂装的钢材，在保留防腐性能的同时，可以更容易地高效焊接。但是，磷铁相对昂贵，且有时不能完全有效。

因此，鉴于以上情况，必需开发一种水性车间底漆，既可以避免溶剂型车间底漆所面临的环保问题，有能够提供持久的防腐涂层、并具有优异的切割焊接性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种水性车间底漆组合物及防锈钢材，以解决现有技术中水性车间底漆不能持久防腐且耐切割焊接的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种水性车间底漆组合物，以重量份计，水性车间底漆组合物包括：50～70份锌混合物，其中，以重量百分比计，锌混合物包括40～90％锌和10～60％云母氧化铁；5～11份水溶性碱金属硅酸盐；以及0～3份助剂。

进一步地，上述锌混合物包括60～90％锌和10～40％云母氧化铁。

进一步地，上述锌为平均粒径在2～5微米之间的锌粉。

进一步地，上述云母氧化铁的平均粒径为5～10微米。

进一步地，以重量百分比计，上述水溶性碱金属硅酸盐包括：65～90％硅酸钾和10～35％硅酸锂。

进一步地，上述硅酸钾的SiO₂/K₂O摩尔比为2.5～4.1。

进一步地，上述硅酸锂的SiO₂/Li₂O摩尔比为4.6～5.0。

进一步地，上述助剂为增稠剂和/或分散剂。

进一步地，上述水性车间底漆组合物还包括重量为锌混合物的0～40％的颜填料。

进一步地，上述颜填料为高岭土、霞长石、石英和/或硫酸钡，优选颜填料的平均粒径为5～10微米。

进一步地，上述水性车间底漆组合物还包括水，优选包括25～40重量份的水。

根据本发明的另一方面，提供了一种防锈钢材，具有防锈涂层，该防锈涂层采用上述的水性车间底漆组合物涂装形成。

进一步地，上述防锈涂层的厚度为15～20微米。

应用本发明的技术方案，将含有云母氧化铁与锌的锌混合物作为水性车间底漆组合物的组分，可以有效地强化漆膜性能，改善防腐性和焊接性，减少切割焊接产生的锌雾和焊缝气孔，降低成本。其中，云母氧化铁的加入可以提高涂膜硬度、冲击强度、抗刮性和热稳定性；且在锌混合物中，锌重量含量高于40％能够供足够的防腐性，而低于90％减少焊接中锌的挥发导致的孔洞，缓解焊接后涂层中的多孔问题，进而保证了由该水性车间底漆组合物形成的涂层的持久防腐性能和耐切割焊接性能。此外，由于本申请的组合物为水性组合物，因此不存在有机物质的挥发，满足环保要求。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。

如背景技术所描述的，现有技术的水性车间底漆存在不能持久防腐且耐切割焊接的问题，为了解决该问题，在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种水性车间底漆组合物，以重量份计，水性车间底漆组合物包括50～70份锌混合物、5～11份水溶性碱金属硅酸盐以及0～3份助剂，其中，以重量百分比计，锌混合物包括40～90％锌和10～60％云母氧化铁。

将含有云母氧化铁与锌的锌混合物作为水性车间底漆组合物的组分，可以有效地强化漆膜性能，改善防腐性和焊接性，减少切割焊接产生的锌雾和焊缝气孔，降低成本。其中，云母氧化铁的加入可以提高涂膜硬度、冲击强度、抗刮性和热稳定性；且在锌混合物中，锌重量含量高于40％能够供足够的防腐性，而低于90％减少焊接中锌的挥发导致的孔洞，缓解焊接后涂层中的多孔问题，进而保证了由该水性车间底漆组合物形成的涂层的持久防腐性能和耐切割焊接性能。此外，由于本申请的组合物为水性组合物，因此不存在有机物质的挥发，满足环保要求。

为了更好地使锌和云母氧化铁实现更好地互补，优选上述锌混合物包括60～90％锌和10～40％云母氧化铁。

用于本申请的锌可以为本领域常用形态的锌，比如锌粉或锌粉浆，锌粉可以是球状锌或片状锌，且锌也可以进行表面处理，使金属锌与水不发生化学反应，具体的表面处理方法参考现有技术，在此不再赘述。为了使锌在使用时的分散性较好，优选锌选用平均粒径在2～5微米之间的锌粉。比如Umicore的型号为Larvik Super Extra的锌粉、型号为4P/16的锌粉以及型号为FH 800的锌粉。

用于本申请的云母氧化铁可以是天然或人造云母氧化铁，同样地，为了使云母氧化铁在使用时具有较好的分散性，与锌形成更好的匹配，优选上述云母氧化铁的平均粒径为5～10微米。比如Karntner公司的MIOX Submicro 5或Kraft Chemical公司的Kraft Micaceous Iron OxideSF。

用于本申请的水溶性碱金属硅酸盐可以为本领域常用的硅酸盐，比如硅酸钾、硅酸钠或硅酸锂，优选以重量百分比计，水溶性碱金属硅酸盐包括：65～90％硅酸钾和10～35％硅酸锂。水溶性硅酸盐作为粘合剂使用，该物质在切割和焊接过程中很难燃烧，焊接时也不会分解，因此不会影响涂层的焊接性能和防腐性能。与硅酸钠和硅酸钾相比，漆膜固化后，硅酸锂更难溶于水，耐粉化性更好，而且可以低温固化，固化过程的大部分是金属锌与硅酸盐离子反应，形成硅酸锌络合物；但是在固化之前需要利用硅酸钾和硅酸锂进行配合才能较好地实现与锌混合物的混合，因此，将二者的含量控制在上述范围内。

为了使硅酸钾和硅酸钠充分发挥其附着力，优选上述硅酸钾的SiO₂/K₂O摩尔比为2.5～4.1。如果摩尔比低于2.5，可能会导致涂层强度不够；如果摩尔比高于4.1，那么附着力的稳定性不容易控制，如果操作不当可能会致使附着力降低。进一步优选硅酸锂的SiO₂/Li₂O摩尔比为4.6～5.0。本申请优选采用以下硅酸盐PQ Corporation公司的型号为Kasil 1的硅酸钾水溶液、型号为AgSil 25的硅酸钾水溶液、型号为Lithisil 25的硅酸锂水溶液，Zaclon LLC公司的型号为Zacsil 30的硅酸钾水溶液，Grace公司的型号为Ludox Lithium Polysilicate的硅酸锂水溶液。

本申请的水性车间底漆组合物可以含有助剂，该助剂可以为流平剂、消泡剂、增稠剂、分散剂等，针对本申请组合物的特点，优选该助剂为增稠剂和/或分散剂，以增强该水性车间底漆组合物的附着力和成分之间的相容性。

进一步优选上述增稠剂用量为0.05～2份，该增稠剂可以改善车间底漆的防沉性、成膜性和喷涂性。适用的增稠剂包括膨润土、气态二氧化硅、天然增稠剂(藻朊酸盐)、纤维素增稠剂、糖类和多糖类，比如Kelco公司的型号为Manutex RM的藻朊酸盐。

优选上述分散剂用量为0.05～1份，该分散剂可以促进生产，改善成膜性。分散剂可以包括聚丙烯酸铵盐和表面活性剂，比如Allied Chemicals公司的型号为Dispex A40的湿润分散剂。

在本申请一种优选的实施例中，上述水性车间底漆组合物还包括重量为锌混合物的0～40％的颜填料，比如含有0～28重量份的颜填料。采用颜填料后可以适当降低锌组合物中的锌含量，即利用颜填料替代灯亮的锌。优选颜填料为高岭土、霞长石、石英和/或硫酸钡。进一步优选颜填料的平均粒径为5～10微米，以利于其均匀分散。

为了便于本申请的水性车间底漆组合物的直接使用，优选该水性车间底漆组合物还包括水，进一步优选包括25～40重量份的水。当然，本领域技术人员也可以再使用之前加水以得到所需的水性车间底漆。

为了使本领域技术人员更好地理解本申请，以下对本申请水性车间底漆组合物的制备方法进行说明：

配制A组分：将水与助剂混合，搅拌至溶解；然后加入硅酸钾溶液和硅酸锂溶液，搅拌均匀。

配制B组分：将锌粉与云母氧化铁混合均匀。

施工前，将A组分与B组分混合，即获得本发明的水性车间底漆组合物。

如果加入填料，例如高岭土，可以先与锌混合物混合形成B组分，然后再与A组分混合。

在本申请另一种典型的实施方式中，提供了一种防锈钢材，具有防锈涂层，该防锈涂层采用上述的水性车间底漆组合物涂装形成。由于本申请的水性车间底漆组合物形成的防锈涂层具有持久防腐、耐切割、耐焊接的优点，因此含有该防锈涂层的防锈钢材具有较好的耐腐蚀性。为了实现更好地防锈效果，优选防锈涂层的厚度为15～20微米。

以下将结合实施例和对比例进一步说明本申请的有益效果。

以下实施例和对比例采用硅酸钾溶液和硅酸锂溶液提供相应的硅酸钾和硅酸锂，其中，硅酸钾溶液的硅酸钾重量百分含量为29％，硅酸锂溶液的硅酸锂重量百分含量为22.1％。

实施例1至14

配制A组分：向硅酸钾中加入硅酸锂，形成混合硅酸盐溶液；将水与助剂混合，搅拌至溶解；然后，加入混合硅酸盐溶液，搅拌均匀，形成A组分。

配制B组分：将锌粉与云母氧化铁混合均匀；如果有填料，将填料与锌粉和云母氧化铁混合形成的锌混合物混合，形成B组分。

施工前，将A组分与B组分混合，即获得各实施例的水性车间底漆，具体组成见表1至表3，各成分的用量以kg计。

实施例15至20

水性车间底漆组合物的组成与制备过程和实施例4相同，但是其所采用的硅酸钾溶液中硅酸钾的SiO₂/K₂O摩尔比不同，且硅酸锂的SiO₂/Li₂O摩尔比不同，具体见表5。

对比例1至9

配制A组分：将水与助剂混合，搅拌至溶解；然后，加入硅酸钾溶液和硅酸锂溶液，搅拌均匀，形成A组分。

配制B组分：将锌粉与磷铁混合均匀；如果有填料，将填料与锌粉和磷铁混合，形成B组分。

施工前，将A组分与B组分混合，即获得各对比例的水性车间底漆，具体组成见表2至4，各成分的用量以kg计。

先用磷酸清理钢材，然后立即将制备的水性车间底漆喷涂在清理后的钢材上，得到厚度在15～20微米之间的干膜涂层。

对实施例和对比例的干膜涂层经过6个月曝晒后，按GB/T 1766-2008中4.6进行测试结果评定，评定结果见表1至4，车间底漆涂层的生锈等级为0-1级。

GB/T 1766-2008中4.6生锈等级评定表示方法：锈点数量等级和锈点大小等级(加括号)。例如：生锈等级0(S0)，表示锈点数量等级为0级，锈点大小等级为S0级。

锈点数量等级：0级，无锈点，锈点数量0；1级，很少，几个锈点，锈点数量<5个；2级，有少量锈点，锈点数量6-10个；3级，有中等数量锈点，锈点数量11-15个；4级，有较多数量锈点，锈点数量16-20个；5级，密集型锈点，锈点数量>20个。

锈点大小等级：S0级，10倍放大镜下无可见的锈点；S1级，10倍放大镜下才可见的锈点；S2级，正常视力下刚可见的锈点；S3级，<0.5毫米的锈点；S4级，0.5-5毫米的锈点；S5级，>5毫米的锈点(斑)。

表1

表2

表3

表4

表5

由表1至5中的数据对比可以看出：采用本申请的水性车间底漆相对于现有技术的水性车间底漆的耐候性更好，且其效果较为稳定，不存在利用磷铁取代部分锌时的实效问题。且由表2中的数据对比可以看出，本申请进一步对锌混合物的组成进行优选后，使得水性车间底漆的耐候性得到明显改善；由表3中的数据对比可以看出，本申请的锌混合物和水溶性碱金属硅酸盐的配比的选择明显改善了水性车间底漆的耐候性，这是本领域技术人员事先所没有预料到的。由表5可以看出，水溶性碱金属硅酸盐的选择也会对水性车间底漆的耐候性起到改善作用。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

将含有云母氧化铁与锌的锌混合物作为水性车间底漆组合物的组分，可以有效地强化漆膜性能，改善防腐性和焊接性，减少切割焊接产生的锌雾和焊缝气孔，降低成本。其中，云母氧化铁的加入可以提高涂膜硬度、冲击强度、抗刮性和热稳定性；且在锌混合物中，锌重量含量高于40％能够供足够的防腐性，且低于90％减少焊接中锌的挥发导致的孔洞，缓解焊接后涂层中的多孔问题，进而保证了由该水性车间底漆组合物形成的涂层的持久防腐性能和耐切割焊接性能。此外，由于本申请的组合物为水性组合物，因此不存在有机物质的挥发，满足环保要求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种水性车间底漆组合物，其特征在于，以重量份计，所述水性车间底漆组合物包括：

50～70份锌混合物，其中，以重量百分比计，所述锌混合物包括40～90％锌和10～60％云母氧化铁；

5～11份水溶性碱金属硅酸盐；以及

0～3份助剂。

2.根据权利要求1所述的水性车间底漆组合物，其特征在于，所述锌混合物包括60～90％锌和10～40％云母氧化铁。

3.根据权利要求1或2所述的水性车间底漆组合物，其特征在于，所述锌为平均粒径在2～5微米之间的锌粉。

4.根据权利要求1或2所述的水性车间底漆组合物，其特征在于，所述云母氧化铁的平均粒径为5～10微米。

5.根据权利要求1或2所述的水性车间底漆组合物，其特征在于，以重量百分比计，所述水溶性碱金属硅酸盐包括：65～90％硅酸钾和10～35％硅酸锂。

6.根据权利要求5所述的水性车间底漆组合物，其特征在于，所述硅酸钾的SiO₂/K₂O摩尔比为2.5～4.1。

7.根据权利要求5所述的水性车间底漆组合物，其特征在于，所述硅酸锂的SiO₂/Li₂O摩尔比为4.6～5.0。

8.根据权利要求1所述的水性车间底漆组合物，其特征在于，所述助剂为增稠剂和/或分散剂。

9.根据权利要求1所述的水性车间底漆组合物，其特征在于，所述水性车间底漆组合物还包括重量为所述锌混合物的0～40％的颜填料。

10.根据权利要求9所述的水性车间底漆组合物，其特征在于，所述颜填料为高岭土、霞长石、石英和/或硫酸钡，优选所述颜填料的平均粒径为5～10微米。

11.根据权利要求1所述的水性车间底漆组合物，其特征在于，所述水性车间底漆组合物还包括水，优选包括25～40重量份的水。

12.一种防锈钢材，具有防锈涂层，其特征在于，所述防锈涂层采用权利要求1至11中任一项所述的水性车间底漆组合物涂装形成。

13.根据权利要求12所述的防锈钢材，其特征在于，所述防锈涂层的厚度为15～20微米。