CN1082076A - 涂料组合物 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进的水基涂料组合物及其 配制方法。该组合物是由经加工的轻质无机物如膨 胀珍珠岩与稀释的硅酸钠和一种氧化物混合配制而 成的。本发明涂料组合物经干加热后具有下列性能： 无毒性、无气味、防水、非导电性、耐热、耐酸蚀、耐碱 蚀、防锈、能耐焙烧并可与水混合。上述各种性能大 大有利于其在工业领域的应用。

Description

本发明涉及一种改性的水基涂料组合物，该组合物特别适用于工业领域，也可用于其它领域。

钢材在工业中用途广泛，但其最大的缺点是易于生锈。钢材具有导电和导热性，但其冷却收缩状态与受热膨胀状态之间差别很大。尽管市场上出售各种类型的防锈油漆，但这些涂料都散发出令人难以忍受的气味。此外，所用的芳烃有毒性，防锈期也较短。虽然钢铁是不可燃的，但其上涂覆的油漆却是可燃的，这就提供了着火的燃料。进行涂覆处理的另一方式是采用镀铬法，用如镀铬的锌、铝、锡或镁作为防锈材料。镀铬的铁虽可防锈，仍具有导热性，且不耐酸蚀，不耐焙烧，过一段时间后仍生锈。因此，上述各种材料的缺点大大限制了它们作为钢铁涂覆材料的用途。

本发明提供了一种改进的水基涂料组合物，这种涂料组合物在高温干热条件下具有下列特性：

1、无毒性;

2、无气味;

3、防水;

4、非导电性;

5、耐热性;

6、耐酸蚀性;

7、耐碱蚀性;以及

8、防锈。

本发明提供的涂料组合物在高温下持续焙烧后，可浸入冷水而不产生任何爆炸及形成裂纹或脱色。

此外，本发明提供的涂料组合物能够与水泥结合成整体，用于建筑物，尤其用于抵抗地震灾害。

而且，本发明提供的涂料组合物可与其它油漆一起使用，提供其它的防护作用。

再者，当本发明提供的涂料组合物上釉后，不但光滑且发出象涂在钢铁表面的陶瓷样的光泽，由此而拓宽了其在工业领域之外的用途。

本发明的一个目的是提供一种改进的涂料组合物，该组合物没有目前工业用涂料的那些缺点。

本发明的另一个目的是提供一种适用于重工业领域的涂料组合物，包括因其具有可承受加热后浸入冷水及可与水泥成为一体等多种功能而可用于化工厂的加热和输送管线、轮船、大型油罐，运输工具，火车等。

本发明还有一个目的是提供一种涂料组合物，用该组合物可减少国家对进口镀铬钢材的依赖性，从而使本发明成为经济上可获益的大胆尝试。

本发明的再一个目的是提供一种涂料组合物，上釉后该组合物具有陶瓷涂层的外观，使其可适用于游泳池、卫生间、冷藏室及办公室。

下面将举例说明本发明涂料组合物的新特征及其优于现有技术的效果。

1、无毒性

用于配制本发明涂料组合物的原材料均是无机物。既未用像石棉和铅化合物、砷化合物及氰化物这样的毒性原料，也未用石油化工原料。这样，本发明涂料组合物在焙烧氧化过程中，无毒性物质放出。即本发明提供的是工业用无环境污染的涂料。

2、无气味

通常现有技术采用的刷漆涂覆方法产生令人难以忍受的气味。如果刷漆面积大，又没有适宜的通风设备，则产生的气味可令人窒息。即使用的是无味油漆，焙烧时仍有味。此外，用红色的铅化合物作着色剂即有味又有毒性。本发明的涂料组合物完全无味，即使在高温焙烧时亦如此。

3、防水性

这是所有油漆材料的一种非常重要的特征。不能防水的油料和乳液可导致剥落、生锈、变暗或藻类、苔藓或真菌滋生。本发明的涂料组合物在干加热之后，具有高度防水性，即使浸在水中18个月，也看不到剥落或生锈现象。这是由于该涂料组合物牢固附着在任何表面上，所以有很强的防水性。本发明涂料组合物置于潮湿的环境中无变暗或藻类、苔藓或真菌生长的迹象。如将本发明涂料组合物与其它油漆、釉或水泥加在一起，可保证5-10年的无锈期。

4、非导电性

本发明的涂料组合物是非导电性的，这要归功于该组合物配方中所用材料的非导电性质。非导电性在工业上，尤其是在需抗电和抗静电、减少火灾危险的油罐车上是一必要特征。

5、耐热性

钢铁明显的缺点是其能生锈且导热。为弥补这一缺陷，建议使用不仅防锈、亦有优良耐热性的涂料。本发明涂料组合物具有这些功能。白色涂料组合物的耐热功能最好，这一点已为实验证实：用两个花瓶，其中都插入温度计。一只花瓶罩上有白色涂层的锌铁板，另一只罩的是无涂层锌铁板。将花瓶放在太阳下1小时后，记下温度。罩白色涂层板的温度计温度是36℃，而罩锌铁板的温度是51℃，两者温差15℃。如放在阳光下20分钟，温度升高32-39℃。白色涂层板的温度保持在36℃不变，而锌铁板的温度随连续加热而升高。由此可知，本发明的白色涂料组合物是较好的耐热涂料。即使在一厚陶瓷片上涂一层薄薄的涂料，其耐热性也比该厚陶瓷片的好。这一点可由一电陶瓷容器证实。当该容器内的水沸腾时，陶瓷容器的盖因太热而碰不得，但具有白色涂层的容器盖仍可触摸。本发明的涂料组合物的耐热性具有广泛的工业实用性。将该组合物涂在公共汽车、火车、小汽车和轮船的内表面，使其具有耐热性，可减少空调的使用。这种耐热性特别适用于油罐车。曾对汽油蒸发过程作过实验。发现在40-50℃汽化点下汽油损失10%。如油罐车在太阳下停一段时间，油罐温度会高于40℃。如此每次停车期间汽油可损失10%，从而导致浪费和不必要的汽油开支。但如油罐涂上白色，无论受热时间长短，其温度就不会超过36℃。保持在40℃以下的恒定温度下，无疑是一种避免汽油损失的方法。大型油罐、油料和气体管线亦需要耐热以保持在合适温度下。

6、耐酸蚀

将本发明的涂料组合物浸在浓硫酸或硝酸中10天，仍无改变，证明其具有较强的耐酸蚀性。但该组合物不具有相同的耐盐酸酸蚀性。盐酸中的氯与涂料组合物中的钠进行化学反应，生成氯化钠盐。如浸在37%盐酸中，涂层两天内不改变，接下去涂层表面裂开，但仍未溶解。如将82%盐酸加到18%硝酸中，即成能溶解铂和其它金属的王水。硝酸和硫酸在工业上，尤其是在占工业部门三分之一的化工厂内用途广泛，铁制品与酸接触而被腐蚀生锈。但用本发明涂料组合物涂覆这些制品可保护其免受酸蚀。对镀铬钢材亦如此。

7、耐碱蚀性

将本发明涂料组合物浸在皂液中15天进行试验，未检测到变化，证实了该组合物的耐碱蚀性。

8、防锈

将本发明涂料组合物浸在盐水中15天以上进行防锈试验。结果显示涂层材料无改变。如果密度不够大，或者是边角部分的涂层受到损害，则可发现被涂覆铁制品受损害部位出现锈迹。具有良好涂层的铁制品可浸泡1个月以上。这显示出本发明涂料组合物的防锈性能。如将该组合物涂在水泥上，然后浸泡在盐水中6个月以上，涂层仍保持洁净。该组合物与油漆、水泥或釉共用可形成优良的防锈材料，可防锈5-10年。

9、耐焙烧性

本发明涂料组合物能耐受连续焙烧。焙烧后浸泡在冷水中不会造成涂料组合物出现裂纹或脱色。对白、红色涂料组合物进行了成功的试验，其中连续焙烧了20-30分钟，再将涂层泡在冷水中，涂在较薄铁板上的涂层被烧红但不弯曲，放入冷水中无裂缝或变色。涂在较厚铁板上的涂层放入水中时冒泡但不剥落且无变色。由此可认为，即使温度从几百度突然降至约十度，冷却收缩与受热膨胀之差很大，本发明涂料组合物也无裂纹产生或出现色变。常规材料如镀铬金属和不锈钢都不能承受焙烧而无裂纹或变形。将白和红色涂料组合物涂在汽车排气管上，可保持无剥落无损伤达一年之久。可见的唯一变化是白颜色褪色，但红色涂层仍无变化。可长时间耐焙烧的性能表明这些涂层具有结构强度。如涂在煤气炉上，外层完整无损，承受连续焙烧的中心支承面则保持良好，未见损伤，甚至1年后亦如此。本发明涂料组合物的耐焙烧性使其可用于涂覆加热和蒸汽管线，这些管线实际上是不断被加热或被焙烧着的。该涂料亦可用作防火材料。被涂覆的钢结构的铁基物（foundationirons），桥梁和工厂，即使在内部设备被火彻底燃烧后，这些被涂覆的铁基物仍无损伤，且可再用，由此而减少了火灾损失。该涂料组合物特别适用于轮船、飞机库、港口和仓库。如将该涂料组合物涂覆在大型油罐上，可以防火，因该铁制品的保护层属于陶瓷组合物，并且是耐热的。着火后，涂层防止了迅速燃烧和爆炸，从而赢得了采取急救措施的时间。

10、可与水泥结合的能力

本发明的涂料组合物属于无机组合物，因其耐燃烧，及耐酸蚀、耐碱蚀、防水防锈性能，将其与水泥结合用于建筑物而提高建筑物抗地震的能力。该组合物可用于涂覆铁基物。最近采用一种黑色流体涂覆于铁基物上用以防锈。该流体是一种石油化工产品，易于老化。本发明涂料是无机组合物，与水泥匹配，可长期与水泥结合在一起。这种结合具有防震性，因为地震后，与水泥结合在一起的被涂覆的铁基物仍保持竖立。这样可减少倒塌危险，尽管不是100%地减少。该涂覆的整体式铁基物可保持10-100年不变。如此，本发明涂料组合物在建筑工程方面是一项获益非浅的突破。

在本发明的下述实施方案中，采用下列原料配制本发明的水基涂料组合物：

1、膨胀珍珠岩：

A  化学组成

SiO₂73% Al₂O₃14.9%

Na₂O₃3.15% K₂O 4.9%

MgO  1.54%  CaO  1.11%

Fe₂O₃1.07% H₂O (105%)0.60%

焙烧失重  1.29%

B  物理性质

颜色  白

pH  7.0

比重  2.3

比热  0.2

堆密度 100-200kg/m²

折射率  1.5

熔点  1260℃

溶解性  不溶于酸碱

可点燃性  可在很宽的温度区域内使用

无气味且kondo’sonous

强化学稳定性

耐热且保温

无腐蚀性，无可燃性

2、硅酸钠

A  化学组成

（a） Na₂SiO₃

（b） Na₂SiO₃·9H₂O

（c） Na₂Si₄O₉

B  物理性质

熔点  （a）  1018℃  （b）  48℃

可溶于水和碱

不溶于乙醇和酸

优选筒装的、含有适量水的Na₂SiO₃·9H₂O。每筒最好重330kg（包括筒重）。Na₂SiO₃也适用。

3、氧化钛

A  化学组成

（a） Ti₂O₃

（b） TiO₂

（c） TiO₃

B  物理性质

（a）和（c）为黑色。不用黄色化合物，代之以白色的化合物（b）。（b）的比重是3.95，熔点1550℃。溶于浓硫酸，但不溶于水。

4、红色氧化铁

A  化学组成

Fi₂O₃

B  物理性质

比重  5.12-5.24

熔点  1548℃

溶于酸但不溶于水

通常用分子式为TiO₂或Ti₂O₃的氧化钛，因为这两种化合物是粉末状的。其它氧化物或着色物可根据该配方按比例混合。珍珠岩粉和硅酸钠与上述氧化物一起使用。

下面说明本发明涂料组合物的优选配方。

1、膨胀珍珠岩

用化学式R″Al₂O₃·7SiO₂简单表示。

该珍珠岩通过焙烧处理，接着粉碎成较小，在比重0.24-0.34范围内的粉末。优选不超过80kg/m³。

2、硅酸钠

采用稀释硅酸钠。每筒标准重量330kg。

将其在水中稀释2倍配成溶液。

3、配方成份

（a）氧化钛（白色）

（b）氧化铁（红色）

通过计算得出重量。

3kg膨胀珍珠岩粉加4kg氧化铁粉末再加17kg稀释硅酸钠。将上述成份充分混合以得到上述的优选配制品。

4、接着将上述配制品涂覆到一干净的非镀铬钢片上。在500-800℃温度的火焰下加热约半小时。加热时间取决于钢片的厚度，薄片只需加热10分钟。冷却后该片材即可使用。为了防止被木炭火焰弄黑，应优先选用煤气作加热燃料或电加热。如涂覆是在木质材料上进行，则需在火苗上加热约1小时，温度约350℃。一般进行重新涂覆之前，必须先除掉锈迹和油污。为此可用浸泡法。浸泡后，最好风干，避开可导致气泡生成的热源。该法可制出较好的最终产品。

5、随着加热处理，涂料立即发生化学变化。最终产品固化，坚实而防水耐酸蚀。其化学式如下：

上述产物经过燃烧热处理，形成与铁结合在一起的陶瓷涂料化合物。

在其上层表面涂上油漆、水泥或釉层，可将其防锈能力提高10倍。

理论上该产品需要热能来产生化学反应和化学分解，以促进其防水防酸作用。如果不能用喷火法或如涂料已固定而不可移动时，也可采用干加热涂覆法，只要涂层较薄即可。不能用浸泡法，因该法可使涂层增厚而难以晒干或风干。涂覆期间，涂料必须免受雨淋。即使干燥后，亦仍需24小时以确保防水性。因为只有在化学分解过程完成之后，该防水性才有效。所以需要较多的时间。用这种方式干燥后，开始时防水耐酸蚀性不如经焙烧和加热处理后好。经过一段时间，待化学反应或分解过程结束之后，充分干燥后的防水耐酸蚀效果就与通过焙烧和加热处理后的该效果完全相同了。

根据上述理论和实验，一般可用类似涂漆的方式涂覆内壁、木器和铁器。可在输热管、蒸汽管和其它类似物品上涂覆白色涂料，如石棉。低热代用品亦不需通过加热进行干燥处理。红色涂料在阳光下晒2-3小时后即具有防水性。白色涂料具有较强的耐热作用，因此需在阳光下暴露5-6小时才能达到有效的防水性。如涂料用于户外，须注意在其尚未干时，保护涂料使之免遭雨淋，防止褪色。

如将该涂层作为防锈的内涂层，可在该涂层充分干燥之后，再喷涂或刷涂。

由SIRIM通过一系列实验评估了本发明涂料组合物的优点，结果示于下面：

所用样品是红色和白色涂料，涂在

（1）铁板

（2）玻璃片上。

表  1

 实验类型                要求              结果

 1、防水实验

（浸泡18小时后）

  a）玻璃片上的红

    色涂料

  i）从水中立即取      无皱缩、气泡       涂层无明显缺损，

    出后               、裂纹和剥落       浸泡水稍微混浊

  ii）2小时后          光泽、浊度、       涂层薄膜粉化

                       增白、脱色程

                       度的改变不超

                       过对照样品，

                       无异常现象

   b）玻璃片上的白

      色涂料

   i）从水中立即取      无皱缩、气泡

      出后              、裂纹和剥落        符合要求

   ii）2小时后          光泽、浊度、        符合要求

                        增白、脱色程

                        度的改变不超

                        过对照样品，

                        无异常现象

表  3

  实验类型                  要求            结果

  2、耐酸蚀性（95-

     97％浓硫酸）

    （浸泡24小时后）

    a）铁板上的红色

      涂料

    i）从酸中立即取      无气泡、裂纹      符合要求

      出后                、剥落、洞眼

                          软化、变色和

                          混浊（溶液）

    ii）2小时后           光泽、浊度、      符合要求

                          增白、脱色程

                          度的改变不超

                          过对照样品，

                          无异常现象

    b）铁板上的白色       无气泡、裂纹      符合要求

      涂料                、剥落、洞眼

    i）从酸中立即取        软化、变色和

      出后                 混浊（溶液）

    ii）2小时后            光泽、浊度、      符合要求

                           增白、脱色程

                           度的改变不超

                           过对照样品中，

                           无异常现象

Claims (18)

1、一种改进的水基涂料组合物，其特征是该组合物具有

i无毒性，

ii无气味，

iii防水，

iv非异电性，

v耐热性，

vi耐酸蚀性，

vii耐碱蚀性，

viii防锈，

ix长时间焙烧后可立即浸入冷水中而无爆炸、裂纹或变色，

x能与建筑物中的水泥结合用于抗震。

2、根据权利要求1的涂料组合物，其焙烧前的通式为3R″Al₂O₃·7SiO₂·4X·16（Na₂SiO₃·27H₂O），式中X是一种氧化物，可为氧化钛或氧化铁或其它任何氧化物或其染色材料。

3、根据权利要求1的涂料组合物，该组合物是通过加工轻质无机物，最好是粉末，再与稀释的硅酸钠混合以形成能够牢固附着在铁、木料、及需要涂油漆、镀铬或涂层的任何材料表面的一种化学结构而加以配制的，其中所述涂料组合物可加固所述表面。

4、根据权利要求1的涂料组合物，是用膨胀珍珠岩、硅藻土、长石K₂O·Al₂O·6SiO₃和其它类似的经加工处理的无机物配制而成的。

5、根据权利要求1的涂料组合物，其配方中对除稀释的硅酸钠以外的一种含硅化合物进行加工。

6、根据权利要求1的涂料组合物，该组合物可有效地涂覆在不锈钢上。

7、根据权利要求1的涂料组合物、该组合物即使被连续加热、焙烧或置于冷或热环境较长一段时间后，仍不改变其性能和颜色。

8、根据权利要求1的涂料组合物，该组合物与铁基物结合后可防老化、防锈并吸收热量，且冷却不收缩，受热不膨胀。

9、根据权利要求1的涂料组合物，该组合物与涂在其上层的其它油漆、水泥或釉共用时，其防锈能力增强10倍。

10、一种配制水基涂料组合物的方法，其特征是用膨胀珍珠岩、硅酸钠，及一种氧化物，优选钛或铁的氧化物配制。

11、根据权利要求10的方法，其中膨胀珍珠岩先经焙烧，再粉碎成比重在0.24-0.34范围内的粉末。

12、根据权利要求10的方法，其中将硅酸钠分散在水中形成稀释的硅酸钠。

13、根据权利要求10的方法，其中所用氧化物最好是粉末状。

14、根据权利要求10的方法，其中均为粉末状的膨胀珍珠岩和氧化物与稀释的硅酸钠一起混合，所述化合物中的每一种均按化学式得到的确定用量使用。

15、根据权利要求10或14的方法，其中膨胀珍珠岩与氧化钛和稀释的硅酸钠的重量比为3∶4∶16。

16、根据权利要求10或14的方法，其中膨胀珍珠岩与氧化铁和稀释的硅酸钠的重量比为3∶4∶17。

17、根据权利要求10或14的方法，该法产生的一种化合物是随着加热处理，发生化学反应，导致生成通式为R″Al₂O₃·7SiO₂·X·Na₂SiO₃的化合物，式中x是一种氧化物，可以是钛或铁的氧化物或任何其它氧化物。

18、根据权利要求17的方法，其中经加热处理的化合物是坚硬的，防水耐酸的，并可与铁结合在一起。