CN106189685B - 一种水性防护涂料组合物及其应用以及钛管的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及涂料领域，公开了一种水性防护涂料组合物及其应用以及钛管的生产方法。以所述水性防护涂料组合物的总重量为100重量份计，所述水性防护涂料组合物含有5‑15重量份的水溶性成膜剂、40‑45重量份的Al粉、0‑5重量份的Sn粉和40‑45重量份的Al2O3粉。该水性防护涂料组合物中不含有RoHS质量中限制的有害元素，同时，将所述水性防护涂料组合物应用在钛管生产中，生产工艺简单、易操作，可以在装有气压喷涂、真空喷涂或刷涂设备的生产线上在线使用。

Description

一种水性防护涂料组合物及其应用以及钛管的生产方法
技术领域
本发明涉及涂料领域，具体地，涉及一种水性防护涂料组合物，该涂料组合物在钛管生产中的应用，以及钛管的生产方法。
背景技术
目前采用现有技术在生产钛管的过程中，将钛锭在900℃加热炉中保温4h后，推出加热炉，进行轧制钛管工作。由于钛基钛合金在高温900℃保温4h后，在轧制钛管时，会与钢铁轧制设备、辊道和轧制绞盘发生“粘钛”，这使轧制得到的钛管表面出现不同深度的“缺肉”现象，由于在轧制钛管时是转动穿孔、轧制，钛坯是在高速转动过程中进行穿孔轧制的，由于钛基钛合金的高温特性作用，其很容易和铁发生粘敷现象，更甚者可生成TiFe相。如果钛管表面生成TiFe相会严重影响钛材表面力学性能及组织，使钛管在后续加工及使用过程中带来各种缺陷、损耗、不耐腐蚀等缺陷问题；另外，由于设备“粘钛”导致在后续的轧制过程中要先打磨设备才能再次轧制后续钛管。不能连续轧制钛管或钛材产品，浪费大量的时间和能耗；同时，为保证钛管的内、外径尺寸精度及表面质量，生产厂家都是将钛管表面有“缺肉”现象的部分进行切削处理，这样损失较大，由于钛锭是由海绵钛反应制的，将钛管的内、外部分切削掉，严重影响钛材的成本及成材率。
因此，需要一种能有效防止钛-钢粘结，从而极大降低钛管生产成本、提高生产效率的涂料。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中生产钛管过程中容易发生钛-钢粘结的现象，提供一种水性防护涂料组合物及其应用以及钛管的生产方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种水性防护涂料组合物，其中，以所述水性防护涂料组合物的总重量为100重量份计，所述水性防护涂料组合物含有5-15重量份的水溶性成膜剂、40-45重量份的Al粉、0-5重量份的Sn粉和40-45重量份的Al2O3粉。
本发明还提供了本发明所述水性防护涂料组合物在钛管生产中的应用。
本发明还提供了一种钛管的生产方法，其中，该方法包括在将钛锭进行轧制钛管之前，在绞盘和/或辊道的表面涂覆水性防护涂料组合物，其中，所述水性防护涂料组合物为本发明所述的水性防护涂料组合物。
本发明提供的水性防护涂料组合物能保证钛锭在900℃轧制或穿孔过程中，不与钢铁设备辊道和/或绞盘发生粘结反应，提高钛材加工的成材率和生产效率。例如，以攀钢为例，轧制钛材产品，设计年产1万吨产能，以每个钛锭(坯子)1.5吨计算，每年要生产6300个左右的钛锭，以每个钛锭表面出现钛钢粘结5mm-20mm深度计算，每个钛锭需要切削掉100-200公斤，以钛锭80000元/吨计算，每个钛锭因为“粘钛”现象被切削部分损失在8000-16000元之间，同时，还要花费大量的人力、物力进行切削，额外增加钛材生产成本和生产时间，而采用本发明所述水性防护涂料，将为钛管及其他钛合金产品的生产节约大量的生产成本，以每个钛锭轧制过程中使用涂料2-5kg计算，涂料价格按20万/吨计算，每年将节省生产成本约2142万元。
将本发明所述水性防护涂料组合物应用在钛管生产中，生产工艺简单、易操作，可以在装有气压喷涂、真空喷涂或刷涂设备的生产线上在线使用。
本发明提供的水性防护涂料组合物中不含有RoHS质量中限制的有害元素，同时，本品在空气中没有有毒物质挥发，不影响施工环境等的环保功效；本发明中的水性防护涂料组合物配置工艺简单，可以使用时现场配制，配制时间短，简单可行，也可以配制生产后，室温下储存，涂料稳定放置稳定性可达到6个月以上，会出现沉淀、分层现象，但是，使用时摇匀或重新进行搅拌即可使用。
本发明所述钛管的生产方法具有良好的经济效益和社会效益，在钛材生产行业中具有较为广阔的推广应用前景。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是用于生产钛管的绞盘装置。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种水性防护涂料组合物，其中，以所述水性防护涂料组合物的总重量为100重量份计，所述水性防护涂料组合物含有5-15重量份的水溶性成膜剂、40-45重量份的Al粉、0-5重量份的Sn粉和40-45重量份的Al2O3粉。
根据本发明，所述水性防护涂料组合物在温度达到900℃时，涂层开始被缓慢燃烧掉，但是Sn会慢慢熔化变软，此时能将涂层中的Al粉和Al2O3粉固定在辊道和/或绞盘表面，在隔热的同时防止发生钛-钢粘结；同时，涂层中的Al粉和钛发生合金化反应，形成TiAl3合金层，该合金层的物质非常致密，能将钛与外界(钢铁)隔绝，避免钛与外界、氧元素等物质发生粘结反应，达到防止发生钛-钢粘结的作用。为了进一步防止发生钛-钢粘结，优选情况下，以所述水性防护涂料组合物的总重量为100重量份计，所述水性防护涂料组合物含有7-12重量份的水溶性成膜剂、41-44重量份的Al粉、1-4重量份的Sn粉和42-44重量份的Al2O3粉；进一步优选地，以所述水性防护涂料组合物的总重量为100重量份计，所述水性防护涂料组合物含有9-11重量份的水溶性成膜剂、42-43重量份的Al粉、2-3重量份的Sn粉和43-44重量份的Al2O3粉。
根据本发明的一种优选实施方式，所述水性防护涂料组合物的固含量为83-95重量％，pH为6.5-9.5。优选所述水性防护涂料组合物呈弱碱性，这样更有利于轧制设备表面形成均匀的高温防粘结保护膜层，同时在室温下膜层会快速固化；并且，将所述水性防护涂料组合物的固含量优选为87-95重量％，可以防止表面膜层流淌，使涂层附着性良好，无论在湿膜时还是干膜时，涂层附着性都能满足钛锭辊道振动机摩擦的需要，不会出现涂层掉皮或掉粉现象。进一步优选地，所述水性防护涂料组合物的固含量为90-95重量％，pH为7.7-9.2；更优选地，所述水性防护涂料组合物的固含量为95重量％，pH为8-9。
本发明中，对所述水溶性成膜剂的选择无特殊要求，可以采用本领域常用的各种水溶性成膜剂，例如，水溶性成膜剂可以为水性环氧树脂、水性聚氨酯漆、水性丙烯酸乳胶漆和水性醇酸漆中的一种或多种。但本发明的发明人在研究中发现，当水溶性成膜剂优选为水性环氧树脂时，能够进一步防止钛-钢粘结，因此，水溶性成膜剂优选为水性环氧树脂。对于水性环氧树脂的固含量无特殊要求，可以采用本领域常用的水性环氧树脂，水性环氧树脂的固含量优选为40-60重量％。
根据本发明的一种优选实施方式，所述水性防护涂料组合物还可以含有固化剂、分散剂和水中的至少一种。进一步优选地，所述水性防护涂料组合物含有固化剂、分散剂和水，更优选地，以所述水性防护涂料组合物的总重量为100重量份计，所述固化剂的含量为0.1-0.2重量份，所述分散剂的含量为0.05-0.1重量份，水的含量为0.1-0.5重量份。所述水为额外加入作为稀释剂使用，所述水不包括由所述水性防护涂料组合物中其他组分带入的水分。
本发明中，对于所述固化剂和分散剂各自的具体物质无特殊要求，可以采用本领域常用的各种固化剂和分散剂。例如，固化剂可以为SiO2，分散剂可以为聚乙烯醇、水溶性聚乙烯蜡、聚乙烯基吡咯烷酮和聚氧化乙烯中的至少一种。
本发明对所述水性防护涂料组合物的制备方法无特殊要求，可以采用本领域常用的各种方法，只要将各组分混合均匀即可。但本发明的发明人在研究中发现，采用如下方法制备水性防护涂料组合物，能够使各组分混合得更均匀。具体方法为：在搅拌下，将水缓慢加入水溶性成膜剂中，搅拌均匀后，边搅拌边缓慢加入Al粉、Sn粉和Al2O3粉，搅拌均匀，然后再加入固化剂，搅拌均匀，再加入分散剂，搅拌，使液体呈均匀稳定相即可。
本发明还提供了本发明所述的水性防护涂料组合物在钛管生产中的应用。将本发明所述水性防护涂料组合物涂在钛管轧制设备的表面，可以有效防止钛管生产过程中发生钛-钢粘结的现象。
本发明还提供了一种钛管的生产方法，其中，所述方法包括在将钛锭进行轧制钛管之前，在绞盘和/或辊道的表面涂覆水性防护涂料组合物，其中，所述水性防护涂料组合物为本发明所述的水性防护涂料组合物。
本发明中，所述绞盘如图1所示。在绞盘表面涂覆水性防护涂料组合物可以有效防止通过绞盘轧制钛管的过程中发生钛-钢粘结。
本发明中，对所述涂覆的方式没有特别的限定，只要能将水性防护涂料组合物均匀涂在设备表面即可，例如所述涂覆的方式可以包括气压喷涂、真空喷涂或刷涂。
根据本发明，所述方法还可以包括待涂覆在绞盘和/或辊道表面的水性防护涂料组合物固化后，然后将钛锭进行轧制钛管。
本发明中，对所述水性防护涂料组合物的用量没有特别的限定，可以根据涂覆水性防护涂料组合物膜层的厚度确定。厚度太薄时，在轧制或穿孔过程中，钛锭旋转、粘贴造成涂层会造成涂层附着量厚度逐渐降低，所以要保证有足够的涂层厚度，防止被钛管全部粘走；厚度太厚会增加成本。优选情况下，所述水性防护涂料组合物涂覆的量使得所述水性防护涂料组合物固化后形成的干膜层的厚度为0.2-0.4mm，进一步优选为0.25-0.35mm，最优选为0.3mm。
本发明中，对水性防护涂料组合物固化的方式没有特别的限定，可以为本领域的常规方式，例如可以为自然固化、热风干燥或感应加热。本发明所述水性防护涂料组合物在自然环境下5min内即可自然固化。固化过程中，仅需除去附着在镀层表面的水分，不需要再添加任何促进剂。
本发明中，对涂覆水性防护涂料组合物时的温度没有特别的限定，但是，由于本发明的溶剂是水，为了保证水不结冰或汽化，优选在常温下进行涂覆。所述常温是指0-40℃范围内的任意温度，例如可以为25℃。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例和对比例中，
钛锭：厚度0.28m，长度7.5m，宽度1.25m；
固含量测定方法：GB-T 2793-1995；
pH值测定方法：采用pH计(购于上海仪电科学仪器股份有限公司，雷磁PHSJ-5型)进行测定。
实施例1
本实施例用于说明本发明的水性防护涂料组合物及钛管的生产方法。
(1)在常温常压(25℃，0.1MPa)下，称取100g水性环氧树脂(购自湖北巴斯特科技公司，固含量50％，下同)置于容器中；
(2)加入5g水，搅拌均匀；
(3)称取410g Al粉和40g Sn粉、440g Al2O3粉，在搅拌下，缓慢加入容器中，搅拌均匀；
(4)称取1g固化剂SiO2粉，加入容器，搅拌均匀；
(5)称取0.5g分散剂聚乙烯醇加入容器中，搅拌，使溶液呈均匀稳定相，得到水性防护涂料组合物A1。
测定水性防护涂料组合物A1的固含量为95％，pH值为8.4。
将水性防护涂料组合物A1用自动化喷枪(购于天津市拓宝科技有限公司，型号：006_1589，以下实施例和对比例同)喷涂于绞盘表面，喷涂的量使得水性防护涂料组合物固化后形成的干膜层的厚度为0.3mm，在常温常压下放置5min后自然固化，然后将在900℃下加热4h后的钛锭进行轧制钛管。轧制过程中钛锭与绞盘之间未发生钛-钢粘结。钛管的成材率为97％。
实施例2
本实施例用于说明本发明的水性防护涂料组合物及钛管的生产方法。
(1)在常温常压(25℃，0.1MPa)下，称取120g水性环氧树脂(固含量50％)置于容器中；
(2)加入1g水，搅拌均匀；
(3)称取440g Al粉和10g Sn粉、420g Al2O3粉，在搅拌下，缓慢加入容器中，搅拌均匀；
(4)称取2g固化剂SiO2粉，加入容器，搅拌均匀；
(5)称取1g分散剂聚乙烯醇加入容器中，搅拌，使溶液呈均匀稳定相，得到水性防护涂料组合物A2。
测定水性防护涂料组合物A2的固含量为92％，pH值为8.5。
将水性防护涂料组合物A2用自动化喷枪(购于天津市拓宝科技有限公司，型号：006_1589，以下实施例和对比例同)喷涂于绞盘表面，喷涂的量使得水性防护涂料组合物固化后形成的干膜层的厚度为0.3mm，在常温常压下放置5min后自然固化，然后将在900℃下加热4h后的钛锭进行轧制钛管。轧制过程中钛锭与绞盘之间未发生钛-钢粘结。钛管的成材率为95％。
实施例3
本实施例用于说明本发明的水性防护涂料组合物及钛管的生产方法。
(1)在常温常压(25℃，0.1MPa)下，称取70g水性环氧树脂(固含量50％)置于容器中；
(2)加入3g水，搅拌均匀；
(3)称取430g Al粉和30g Sn粉、430g Al2O3粉，在搅拌下，缓慢加入容器中，搅拌均匀；
(4)称取1.5g固化剂SiO2粉，加入容器，搅拌均匀；
(5)称取0.8g分散剂聚乙烯醇加入容器中，搅拌，使溶液呈均匀稳定相，得到水性防护涂料组合物A3。
测定水性防护涂料组合物A3的固含量为90％，pH值为8.5。
将水性防护涂料组合物A3用自动化喷枪(购于天津市拓宝科技有限公司，型号：006_1589，以下实施例和对比例同)喷涂于绞盘表面，喷涂的量使得水性防护涂料组合物固化后形成的干膜层的厚度为0.3mm，在常温常压下放置5min后自然固化，然后将在900℃下加热4h后的钛锭进行轧制钛管。轧制过程中钛锭与绞盘之间未发生钛-钢粘结。钛管的成材率为93％。
实施例4
按照实施例1的方法制备水性防护涂料组合物及进行钛管生产，不同的是，水性环氧树脂的用量为50g，Al粉的用量为400g，Sn粉的用量为5g，Al2O3粉的用量为400g。得到水性防护涂料组合物A4，测定水性防护涂料组合物A4的固含量为85％，pH值为8.4。轧制钛管的成材率为87％。
实施例5
按照实施例1的方法制备水性防护涂料组合物及进行钛管生产，不同的是，水溶性成膜剂为水性醇酸漆(购自天津市外星化工涂料有限公司)。得到水性防护涂料组合物A5，测定水性防护涂料组合物A5的固含量为85％，pH值为7.5。钛管的成材率为85％。
实施例6
按照实施例1的方法制备水性防护涂料组合物及进行钛管生产，不同的是，不添加固化剂和分散剂。得到水性防护涂料组合物A6，测定水性防护涂料组合物A6的固含量为83％，pH值为8.5。钛管的成材率为83％。
对比例1
按照实施例1的方法制备水性防护涂料组合物及进行钛管生产，不同的是，不添加Al粉。得到水性防护涂料组合物D1，测定水性防护涂料组合物D1的固含量为70％，pH值为8.4。钛管的成材率为77％。
对比例2
按照实施例1的方法制备水性防护涂料组合物及进行钛管生产，不同的是，不添加Al2O3粉。得到水性防护涂料组合物D2，测定水性防护涂料组合物D2的固含量为70％，pH值为8.4。钛管的成材率为75％。
对比例3
绞盘表面不喷涂水性防护涂料组合物，直接将在900℃下加热4h后的钛锭进行轧制钛管。轧制钛管的成材率为70％。
将实施例1与实施例4的结果比较可以看出，水性防护涂料组合物中的各组分含量在本发明优选范围内时，水性防护涂料组合物的防护性能更好，钛管的成材率更高；将实施例1与实施例5的结果比较可以看出，水溶性成膜剂为水性环氧树脂时，制备出的水性防护涂料组合物涂覆在绞盘表面更有利于防止发生钛-钢粘结；将实施例1与实施例6的结果比较可以看出，在水性防护涂料组合物中添加固化剂和分散剂，有利于膜层涂覆均匀，且膜层附着性好，不会出现掉粉、掉皮现象，有效防止轧制过程中出现钛-钢粘结，钛管成材率高。
将实施例1与对比例1的结果比较可以看出，水性防护涂料组合物中加入Al粉，涂层中的Al粉和Ti发生合金化反应，形成TiAl3合金层，该合金层的物质非常致密，能将钛与外界(钢铁)隔绝，避免钛与外界、氧元素等物质发生粘结反应，达到防止发生钛-钢粘结的作用；将实施例1与对比例2的结果比较可以看出，水性防护涂料组合物中加入Al2O3粉，在温度达到900℃时，涂层开始被缓慢燃烧掉，但是Sn会慢慢熔化变软，此时能把涂层中的Al粉和Al2O3粉固定在辊道和/或绞盘表面，并且，Fe被氧化成Fe2O3，在隔热的同时防止发生钛-钢粘结；将实施例1与对比例3的结果比较可以看出，绞盘表面喷涂本发明所述水性防护涂料组合物可以有效防止在轧制钛管过程中发生钛-钢粘结，大大提高了钛管的成材率。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (7)

1.一种水性防护涂料组合物在生产钛管过程中防止钛-钢粘结中的应用，以所述水性防护涂料组合物的总重量为100重量份计，所述水性防护涂料组合物含有7-12重量份的水溶性成膜剂、41-44重量份的Al粉、1-4重量份的Sn粉和42-44重量份的Al2O3粉。
2.根据权利要求1所述的应用，其中，所述水性防护涂料组合物的固含量为83-95重量％，pH为6.5-9.5。
3.根据权利要求1所述的应用，其中，所述水溶性成膜剂为水性环氧树脂、水性聚氨酯漆、水性丙烯酸乳胶漆和水性醇酸漆中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的应用，其中，所述水溶性成膜剂为水性环氧树脂。
5.根据权利要求1或2所述的应用，其中，所述水性防护涂料组合物还含有固化剂、分散剂和水中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的应用，其中，所述水性防护涂料组合物含有固化剂、分散剂和水。
7.根据权利要求6所述的应用，其中，以所述水性防护涂料组合物的总重量为100重量份计，所述固化剂的含量为0.1-0.2重量份，所述分散剂的含量为0.05-0.1重量份，水的含量为0.1-0.5重量份。
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