CN108659589A - 一种水性无机带锈除锈的耐高温防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

一种水性无机带锈除锈的耐高温防腐涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种水性无机带锈除锈的耐高温防腐涂料，由硅酸/甲基硅酸锂/钠混合树脂28～40重量份、防腐颜填料70～59重量份和助剂1～2重量份组成；其中，硅酸/甲基硅酸锂/钠混合树脂中硅酸根、甲基硅酸根、锂离子和钠离子的摩尔比为(1.2～1.5)∶(0.4～0.46)∶(5.5～6)∶(0.9～1.2)；防腐颜填料由以下成分组成：氧化铁红0～65重量份、硅烷偶联剂改性锌粉0～51重量份、磷酸二氢铝0～14重量份、玻璃鳞片粉0.6～2重量份、三氧化二铝0.6～3重量份、氢氧化铝0.6～3重量份、云母氧化铁3～16重量份和单宁酸0～1.4重量份。该涂料可满足现有高温设备及高温工艺管道的防腐蚀需求，单组份、方便施工、防腐性能好、快速固化、零VOC、环保无毒。

Description

一种水性无机带锈除锈的耐高温防腐涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种防腐材料及其制备方法，具体涉及一种零VOC的水性无机复合的防腐蚀且具有耐高温性能的防腐蚀涂料，属于耐高温防腐蚀材料领域。
背景技术
国内现有的防腐蚀涂料主要有各种环氧类、聚氨酯类等有机防腐涂料形式。在高温设备及高温工艺管道的防腐蚀存在弊端，且有机树脂涂料因含有大量的溶剂，其VOC含量普遍较高，不适应于化工厂(如：化工厂各种高温工艺管线)带温作业及密闭空间(如：桥箱梁内部防腐蚀翻修)施工对施工人员及环境造成较大的影响，传统有机防腐涂料在固化过程中产生大量的有害物质及可燃性挥发物，严重影响施工人员及施工项目所在地的环境及安全，废弃物会造成严重的污染，传统有机材料属于危险化学品，在物流配送及运输过程中需要采取相应地安全防护措施。在无机防腐涂料方面，现有的无机富锌类涂料对基材表面处理要求较高，不能满足大量的现运行高温设备及高温工艺管线的防腐需求。
发明内容
为满足现有高温设备及高温工艺管道的防腐蚀需求，克服现有防腐涂料技术的不足，本发明提供一种方便施工、防腐性能好、快速固化、零VOC、环保无毒、单组份，能广泛适用于5℃～350℃施工温度，满足耐高温600℃以下的碳钢金属设备及管道的防腐蚀需求，且金属表面不需要动力喷砂或抛丸处理的一种低表面处理防腐底漆涂料，解决各种高温设备及管道的保温层内腐蚀。
为实现上述目的，本发明包括如下技术方案：
一种水性无机带锈除锈的耐高温防腐涂料，由硅酸/甲基硅酸锂/钠混合树脂28～40重量份、防腐颜填料59～70重量份和助剂1～2重量份组成；其中，
硅酸/甲基硅酸锂/钠混合树脂中硅酸根、甲基硅酸根、锂离子和钠离子的摩尔比为(1.2～1.5)∶(0.4～0.46)∶(5.5～6)∶(0.9～1.2)；
防腐颜填料由以下成分组成：氧化铁红0～65重量份、硅烷偶联剂改性锌粉0～51重量份、磷酸二氢铝0～14重量份、玻璃鳞片粉0.6～2重量份、三氧化二铝0.6～3重量份、氢氧化铝0.6～3重量份、云母氧化铁3～16重量份和单宁酸0～1.4重量份。
如上所述的水性无机带锈除锈的耐高温防腐涂料，优选地，所述防腐颜填料由以下成分组成：氧化铁红46～65重量份、玻璃鳞片粉0.6～2重量份、三氧化二铝0.6～3重量份、氢氧化铝0.6～3重量份、云母氧化铁3～16重量份和单宁酸0～1.4重量份。
如上所述的水性无机带锈除锈的耐高温防腐涂料，优选地，所述防腐颜填料由以下成分组成：氧化铁红35～45重量份、磷酸二氢铝7～13重量份、三氧化二铝0.6～3重量份、氢氧化铝0.6～3重量份、云母氧化铁3～16重量份和单宁酸0～1.4重量份。
如上所述的水性无机带锈除锈的耐高温防腐涂料，优选地，所述防腐颜填料由以下成分组成：硅烷偶联剂改性锌粉40～45重量份、磷酸二氢铝6～14重量份、玻璃鳞片粉0.6～2重量份、三氧化二铝0.6～3重量份、氢氧化铝0.6～3重量份、云母氧化铁3～16重量份和单宁酸0～1.4重量份。
如上所述的水性无机带锈除锈的耐高温防腐涂料，优选地，所述耐高温防腐涂料是由硅酸/甲基硅酸锂/钠混合树脂37重量份、防腐颜填料65重量份和助剂1重量份组成；其中，
硅酸/甲基硅酸锂/钠混合树脂中硅酸、甲基硅酸、氢氧化锂与氢氧化钠的摩尔比为1.4∶0.44∶5.84∶1；
防腐颜填料由以下成分组成：硅烷偶联剂改性锌粉44.8重量份、磷酸二氢铝9重量份、玻璃鳞片粉0.8重量份、三氧化二铝1.2重量份、氢氧化铝2重量份、云母氧化铁6重量份和单宁酸1.2重量份。
如上所述的水性无机带锈除锈的耐高温防腐涂料，优选地，所述硅酸/甲基硅酸锂/钠混合树脂是采用以下方法制备的：将硅酸、甲基硅酸、LiOH、NaOH和去离子水按摩尔比(1.2～1.5)∶(0.4～0.46)∶(5.5～6)∶(0.9～1.2)∶(2.5～10)投料，于15～35℃反应30～60分钟，得到透明的硅酸/甲基硅酸锂/钠混合树脂。
如上所述的水性无机带锈除锈的耐高温防腐涂料，优选地，所述助剂为分散剂、润湿剂、消泡剂、防腐剂和/或防冻融剂。
另一方面，本发明提供如上所述的水性无机带锈除锈的耐高温防腐涂料的制备方法，该方法包括如下步骤：
I.预混合：根据配比将1/2的硅酸/甲基硅酸锂/钠混合树脂注入到预混合分散罐内，启动变频调速搅拌机，控制转速在150-300转/分钟之间，加入1/2无机颜填料分散剂、1/2润湿剂、单宁酸进行充分搅拌4～10分钟；
II.高速分散：向步骤I的预混合分散罐内依次加入三氧化二铝、云母氧化铁、玻璃鳞片粉、磷酸二氢铝、硅烷偶联剂改性锌粉和氢氧化铝，然后将消泡剂和剩余的无机颜填料分散剂、润湿剂滴加入分散罐内，调结变频器调高搅拌转速至500～800转/分钟，进行充分的高速分散10～15分钟；
III.搅拌调漆：将剩余的1/2硅酸/甲基硅酸锂/钠混合树脂及高速分散后的浆料注入至调漆罐内，转速控制在150-500转/分钟，加入氧化铁红填料；随后进行研磨，研磨后回到分散釜搅拌，期间滴加其余助剂；
IV.过滤：涂料出罐前，将涂料通过不小于80目的过滤器进行过滤后再输送至灌装机进行灌装。
再一方面，本发明提供如上所述的水性无机带锈除锈的耐高温防腐涂料作为蒸汽管道、动力管道内层防腐涂料的应用。
本发明的有益效果在于以下几个方面：
1.为满足耐高温、零VOC的要求，本发明的粘合剂选用无机硅酸盐类，为提高粘合剂的耐水性，对硅酸进行改性，在硅酸中加入1/3质量份数的甲基硅酸可明显提高涂层的耐水性；碱溶反应时在LiOH中加入1/4摩尔份数NaOH可加快碱溶反应的速率，并可明显增强涂层的粘附性能从而增强其防腐性能。该粘合剂对钢铁的附着性好，可以在锈蚀的钢铁表面直接涂覆。
2.防腐颜填料主要满足防腐性能及耐高温的需求。其中，氧化铁红防腐性能较好，成本低廉，可以在干燥环境中使用。磷酸二氢铝同时具有防腐和耐高温性能，填料中加入磷酸二氢铝可增加填料耐高温性能。硅烷偶联剂改性锌粉在盐湿环境中具有良好的防腐性能，本发明结合了硅烷偶联剂改性锌粉和混合树脂的防腐涂料无需对底材处理，可直接涂敷在设备表面。
3.本发明的涂料可满足现有高温设备及管道的保温层内腐蚀的需求，特别是对蒸汽管道、动力管道。其防腐性能好、操作简单、施工快速、环境友好、储运安全。
附图说明
图1a是实施例1锈蚀钢板原样。
图1b是实施例1在锈蚀钢板上带锈涂刷后的钢板外观。
图2a是比较例2中90小时盐雾实验结果。
图2b是比较例2中120小时盐雾实验结果。
图2c是比较例2中500小时盐雾实验结果。
图2d是比较例2中1000小时盐雾实验结果。
具体实施方式
实施例1制备水性无机带锈除锈的耐高温防腐涂料(一)
1.原料
甲基硅酸，4重量份；硅酸，11重量份；LiOH，14重量份；NaOH，4重量份；去离子水，4重量份；
硅烷偶联剂改性锌粉(石家庄锌盾新材料有限公司SK-01)，44.8重量份；磷酸二氢铝，9重量份；玻璃鳞片粉，0.8重量份；三氧化二铝，1.2重量份；氢氧化铝，2重量份；云母氧化铁，6重量份；单宁酸，1.2重量份；
M3062分散剂，0.3重量份；M7778润湿剂，0.2重量份；M8400消泡剂，0.4重量份；N1210防腐剂，0.05重量份；L02防冻融剂，0.05重量份；(以上助剂均为广州曼斯特化工公司产品)。
2.制备硅酸/甲基硅酸锂/钠混合树脂
将甲基硅酸(杭州杨邦化工有限公司生产)、硅酸、LiOH、NaOH和去离子水按比例投料，于25℃反应40分钟，制得模数4.8，固含量27％透明的硅酸/甲基硅酸锂/钠混合树脂。
3.预混合：根据配方的比例先将1/2硅酸/甲基硅酸锂/钠混合树脂注入到预混合分散罐内，启动变频调速搅拌机，控制转速在150-200转/分钟之间，加入1/2份分散剂、1/2润湿剂、单宁酸进行充分搅拌5分钟。
4.高速分散：依次将三氧化二铝、云母氧化铁、玻璃鳞片粉、磷酸二氢铝、硅烷偶联剂改性锌粉和氢氧化铝粉体通过加入槽真空进料系统进行吸入，然后将消泡剂、剩余的分散剂、润湿剂通过助剂加入槽滴加入分散罐内、调结变频器调高搅拌转速至700转/分钟，进行充分的高速分散15分钟。
5.搅拌调漆：将剩余的1/2混合树脂及高速分散后的浆料注入至调漆罐内，用浆式搅拌桨进行搅拌，转速控制在300转/分钟。待颜填料全部吸入至罐内后，并采用卧式砂磨机进行研磨，研磨后回到分散釜搅拌，期间滴加防霉杀菌剂、防冻融剂。
6.过滤：涂料出罐前，将涂料通过120目的袋式过滤器进行过滤后再输送至灌装机进行灌装。
7.带锈涂覆实验：取锈蚀钢板(如图1a所示)，不经处理，将制备的防腐涂料直接涂敷在锈蚀钢板上。图1a可以看到钢板锈蚀严重，涂料可以快速解决锈蚀表面的除锈及防锈，无需经过任何表面除锈，直接喷涂或涂刷，表观效果如图1b所示，表面平整光洁。整个喷涂没有VOC排放，无味，即可应用在密闭或受限空间的区域进行防锈防腐。
实施例2制备水性无机带锈除锈的耐高温防腐涂料(二)
1.原料
甲基硅酸，4.2重量份；硅酸，9.4重量份；LiOH，14.3重量份；NaOH，3.6重量份；去离子水，5.5重量份；
硅烷偶联剂改性锌粉，40重量份；磷酸二氢铝，12重量份；玻璃鳞片粉，2重量份；三氧化二铝，3重量份；氢氧化铝，3重量份；云母氧化铁，4重量份；单宁酸，1重量份；
M3062分散剂，0.3重量份；M7778润湿剂，0.2重量份；M8400消泡剂，0.4重量份；N1210防腐剂，0.05重量份；L02防冻融剂，0.05重量份；(以上助剂均为广州曼斯特化工公司产品)。
2.制备硅酸/甲基硅酸锂/钠混合树脂
将甲基硅酸(杭州杨邦化工有限公司生产)、硅酸、LiOH、NaOH和去离子水按比例投料，于25℃反应30分钟，制得模数4.2，固含量30％透明的硅酸/甲基硅酸锂/钠混合树脂。
3.预混合：根据配方的比例先将1/2硅酸/甲基硅酸锂/钠混合树脂注入到预混合分散罐内，启动变频调速搅拌机，控制转速在300转/分钟，加入1/2份分散剂、1/2润湿剂、单宁酸进行充分搅拌5分钟。
4.高速分散：依次将三氧化二铝、云母氧化铁、玻璃鳞片粉、磷酸二氢铝、硅烷偶联剂改性锌粉和氢氧化铝粉体通过加入槽真空进料系统进行吸入，然后将消泡剂、剩余的分散剂、润湿剂通过助剂加入槽滴加入分散罐内、调结变频器调高搅拌转速至800转/分钟，进行充分的高速分散10分钟。
5.搅拌调漆：将剩余的1/2混合树脂及高速分散后的浆料注入至调漆罐内，用浆式搅拌桨进行搅拌，转速控制在500转/分钟。待颜填料全部吸入至罐内后，并采用卧式砂磨机进行研磨，研磨后回到分散釜搅拌，期间滴加防霉杀菌剂、防冻融剂。
6.过滤：涂料出罐前，将涂料通过280目的袋式过滤器进行过滤后再输送至灌装机进行灌装。
7.带锈涂覆实验：取锈蚀钢板，不经处理，将制备的防腐涂料直接涂敷在锈蚀钢板上。
比较例1不同改性硅酸树脂的性能比较
一、制备改性硅酸树脂
1.硅酸锂树脂
将80份以28％的硅酸钠水溶液和20份5％的稀H2SO4为原料，按质量比4∶1在常温下通过置换反应时间60分钟生成水合硅酸和Na2SO4，水洗除去Na2SO4后在搅拌下加入14份LiOH，经过碱溶反应后得到透明的硅酸锂树脂，产品模数4.8，固含量为27％。
2.硅酸锂/钠混合树脂
将以上制备硅酸锂树脂步骤中的部分LiOH换成等摩尔的NaOH，使体系中n(SiO2)∶n(Li2O+Na2O)＝4.8∶1，n(LiOH)∶n(NaOH)＝4∶1，固含量为27.0％，即可得到透明的硅酸锂/钠混合树脂。
3.硅酸锂/钾混合树脂
(参考硅酸锂/钠混合树脂制备方法制备)，得到透明的硅酸锂/钾混合树脂。
4.硅酸/甲基硅酸锂/钠混合树脂
将工业甲基硅酸(杭州杨邦化工有限公司生产)和硅酸按1∶3质量比LiOH和NaOH混合碱(n(LiOH)∶n(NaOH)＝4∶1)按模数4.8，固含量27％投料常温下反应120分钟，得到透明的硅酸/甲基硅酸锂/钠混合树脂。
5.硅酸/甲基硅酸锂/钾混合树脂
将工业甲基硅酸(杭州杨邦化工有限公司生产)和硅酸按1∶3质量比LiOH和KOH混合碱(n(LiOH)∶n(KOH)＝4∶1)按模数3.0，固含量27％投料常温下反应120分钟反应，得到透明的硅酸/甲基硅酸锂/钾混合树脂。
二、改性硅酸树脂的性能测试
将1.5mm厚10#碳钢冷轧板双面喷砂，除油后裁成175mm*70mm尺寸作为试板，在其顶角处钻一直径2mm的小孔作为悬挂点。将已制备的各种改性树脂喷涂试板的两面，1天后进行性能测试，在相对体积质量为5％的NaNO3沸腾水溶液中浸泡7天后，取出观察涂层脱落情况，结果见表1。
表1试板水煮实验结果
树脂种类 7天后的现象
硅酸锂 完全脱落
硅酸锂/钠 延边缘约8mm脱落
硅酸锂/钾 延边缘约10mm脱落
硅酸/甲基硅酸锂/钠 延边缘约5mm脱落
硅酸/甲基硅酸锂/钾 延边缘约7mm脱落
上表所示数据为5次实验结果平均值。结论：在硅酸中加入1/3质量份数的甲基硅酸可明显提高涂层的耐水性；碱溶反应时在LiOH中加入1/4摩尔份数NaOH可加快碱溶反应的速率，并可明显增强涂层的粘附性能从而增强其防腐性能。
比较例2不同防腐颜填料的性能比较
一、防腐颜填料的配比
表2
二、制备耐高温防腐涂料
采用实施例1制备的硅酸/甲基硅酸锂/钠混合树脂，以及实施例1制备耐高温防腐涂料的方法，分别制备添加不同防腐颜填料(表2中1#填料-3#填料)的耐高温防腐涂料，记为产品1-3。
三、耐盐雾实验
1.准备150mm×100mm厚度为1mm的马口铁钢板6块；
2.分别按照1#、2#、3#填料分别调配无机带锈除锈耐高温防腐涂料；
3.将6块样板块用中性工业清洗剂进行表面清洗去除油渍污渍待用；
4.将调配好的三种防腐漆分别喷涂在马口铁钢板上，每种喷涂两块样板块；
5.养护72小时后，将样板块四周分别用蜡封边；
6.将蜡封好的样板块放入盐雾试验箱中，进行盐雾试验；
7.分别记录90小时、120小时、360小时、500小时、720小时、1000小时试验数据。
耐盐雾实验结果如表3和图2所示。表3
产品1 产品2 产品3
耐盐雾试验 500小时通过 1000小时通过 1000小时通过

Claims (9)

1.一种水性无机带锈除锈的耐高温防腐涂料，其特征在于，其是由硅酸/甲基硅酸锂/钠混合树脂28～40重量份、防腐颜填料59～70重量份和助剂1～2重量份组成；其中，
硅酸/甲基硅酸锂/钠混合树脂中硅酸根、甲基硅酸根、锂离子和钠离子的摩尔比为(1.2～1.5)∶(0.4～0.46)∶(5.5～6)∶(0.9～1.2)；
防腐颜填料由以下成分组成：氧化铁红0～65重量份、硅烷偶联剂改性锌粉0～51重量份、磷酸二氢铝0～14重量份、玻璃鳞片粉0.6～2重量份、三氧化二铝0.6～3重量份、氢氧化铝0.6～3重量份、云母氧化铁3～16重量份和单宁酸0～1.4重量份。
2.如权利要求1所述的水性无机带锈除锈的耐高温防腐涂料，其特征在于，所述防腐颜填料由以下成分组成：氧化铁红46～65重量份、玻璃鳞片粉0.6～2重量份、三氧化二铝0.6～3重量份、氢氧化铝0.6～3重量份、云母氧化铁3～16重量份和单宁酸0～1.4重量份。
3.如权利要求1所述的水性无机带锈除锈的耐高温防腐涂料，其特征在于，所述防腐颜填料由以下成分组成：氧化铁红35～45重量份、磷酸二氢铝7～13重量份、三氧化二铝0.6～3重量份、氢氧化铝0.6～3重量份、云母氧化铁3～16重量份和单宁酸0～1.4重量份。
4.如权利要求1所述的水性无机带锈除锈的耐高温防腐涂料，其特征在于，所述防腐颜填料由以下成分组成：硅烷偶联剂改性锌粉40～45重量份、磷酸二氢铝6～14重量份、玻璃鳞片粉0.6～2重量份、三氧化二铝0.6～3重量份、氢氧化铝0.6～3重量份、云母氧化铁3～16重量份和单宁酸0～1.4重量份。
5.如权利要求1所述的水性无机带锈除锈的耐高温防腐涂料，其特征在于，所述耐高温防腐涂料是由硅酸/甲基硅酸锂/钠混合树脂37重量份、防腐颜填料65重量份和助剂1重量份组成；其中，
硅酸/甲基硅酸锂/钠混合树脂中硅酸、甲基硅酸、氢氧化锂与氢氧化钠的摩尔比为1.4∶0.44∶5.84∶1；
防腐颜填料由以下成分组成：硅烷偶联剂改性锌粉44.8重量份、磷酸二氢铝9重量份、玻璃鳞片粉0.8重量份、三氧化二铝1.2重量份、氢氧化铝2重量份、云母氧化铁6重量份和单宁酸1.2重量份。
6.如权利要求1-5中任一项所述的水性无机带锈除锈的耐高温防腐涂料，其特征在于，所述硅酸/甲基硅酸锂/钠混合树脂是采用以下方法制备的：将硅酸、甲基硅酸、LiOH、NaOH和去离子水按摩尔比(1.2～1.5)∶(0.4～0.46)∶(5.5～6)∶(0.9～1.2)∶(2.5～10)投料，于15～35℃反应30～60分钟，得到透明的硅酸/甲基硅酸锂/钠混合树脂。
7.如权利要求1-6中任一项所述的水性无机带锈除锈的耐高温防腐涂料，其特征在于，所述助剂为分散剂、润湿剂、消泡剂、防腐剂和/或防冻融剂。
8.权利要求1-6中任一项所述的水性无机带锈除锈的耐高温防腐涂料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
I.预混合：根据配比将1/2的硅酸/甲基硅酸锂/钠混合树脂注入到预混合分散罐内，启动变频调速搅拌机，控制转速在150-300转/分钟之间，加入1/2无机颜填料分散剂、1/2润湿剂、单宁酸进行充分搅拌4～10分钟；
II.高速分散：向步骤I的预混合分散罐内依次加入三氧化二铝、云母氧化铁、玻璃鳞片粉、磷酸二氢铝、硅烷偶联剂改性锌粉和氢氧化铝，然后将消泡剂和剩余的无机颜填料分散剂、润湿剂滴加入分散罐内，调结变频器调高搅拌转速至500～800转/分钟，进行充分的高速分散10～15分钟；
III.搅拌调漆：将剩余的1/2硅酸/甲基硅酸锂/钠混合树脂及高速分散后的浆料注入至调漆罐内，转速控制在150-500转/分钟，加入氧化铁红填料；随后进行研磨，研磨后回到分散釜搅拌，期间滴加其余助剂；
IV.过滤：涂料出罐前，将涂料通过不小于80目的过滤器进行过滤后再输送至灌装机进行灌装。
9.如权利要求1-6中任一项所述的水性无机带锈除锈的耐高温防腐涂料作为蒸汽管道、动力管道内层防腐涂料的应用。
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