CN108822628A - 环保型钢铁表面转锈防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环保型钢铁表面转锈防腐涂料及其制备方法。涂料主要成分为：以单宁酸和磷酸为主的铁锈转锈剂、以环氧树脂改性苯丙乳液为主的成膜物质。转锈剂在35～40℃水浴锅中制得；成膜物质在水浴锅中不断加温保温且搅拌条件下制得；涂料的制备方法是将成膜物质加热到40℃保温，不断搅拌，过程中滴加入转锈剂以及其他辅助剂，最终制备得到转锈防腐涂料。本发明提供的防腐涂料，通过成分设计、成膜物质结构调控，使得防腐涂料的机械性能、化学性能以及防腐性能均显著增强，且涂料涂装操作简便、环境污染少、节省除锈成本；其既可配合其他面漆做底漆使用，也可直接做面漆使用，最终达到良好的防腐效果，尤其适用于已生锈的钢铁表面处理。

Description

环保型钢铁表面转锈防腐涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及钢铁表面防腐技术领域，具体涉及一种环保型钢铁表面转锈防腐涂料及其制备方法。

背景技术

钢铁表面腐蚀一直是困扰业界的一个难题，每年因金属腐蚀的钢材占钢材总产量的20％，一些设备因锈蚀而无法使用而报废，不仅造成了环境污染，也造成了资源、财力的大量浪费和消耗。目前，防腐涂料是控制钢铁表面腐蚀的主要措施，但传统的防腐涂料中含有可挥发性的有害物质(VOC)，其不仅污染环境而且对身体健康不利。因此，环保型水性涂料的应用呈上升趋势。

转锈防腐涂料是一种直接涂装到带锈钢铁基体表面上的新型复合涂料，多用于防腐的底漆使用，需要配合相应的面漆使用。其涂装在带锈钢铁基体表面上，可使基体表面的铁锈转化、钝化、稳定；使得活泼的铁锈变成无害的物质，此类涂料可以减轻涂装的工作量，提高工作效率，减少工时，节省成本。目前，根据转锈防腐涂料对锈层所起的作用可以分为三类：稳定型、渗透型、转化型。

然而，现有的带锈转锈防腐涂料使用时对锈层厚度要求不明确，锈层厚度与转锈液之间的数量关系无法确定，且若转锈液用量不足，基体表面的锈层无法完全转化；使用过量时不仅会腐蚀机体，而且防腐效果也有一定的影响。此外，市面上的转锈防腐涂料比较稀释，涂装时导致转锈不完全，成膜物质太薄，从而达不到预期的防腐效果。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明旨在提供一种环保型钢铁表面转锈防腐涂料及其制备方法。本发明提供的环保型钢铁表面转锈防腐涂料，通过成分设计、成膜物质结构调控，使得防腐涂料的机械性能、化学性能以及防腐性能均显著增强；且本发明防腐涂料涂装操作简便、环境污染少、节省人工和机械除锈成本；其既可配合其他面漆做底漆使用，也可直接做面漆使用，最终达到良好的防腐效果，尤其适用于已生锈的钢铁表面处理。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：

第一方面，本发明提供一种钢铁表面转锈防腐涂料，防腐涂料的原料组分按质量百分数计，包括：铁锈转锈剂8％～11％，成膜物质50％～80％，以及辅助剂余量。

优选地，铁锈转锈剂的原料组分主要包括单宁酸和磷酸；其中，单宁酸和磷酸的质量占铁锈转锈剂总质量的50％～80％，且单宁酸和磷酸的质量比为2:1；铁锈转锈剂的原料组分优选还包括渗透剂，且渗透剂的质量占铁锈转锈剂总质量的5％～10％；铁锈转锈剂的其余部分为乙醇及水溶剂。

优选地，成膜物质选用改性苯丙乳液，且主要成分包括环氧树脂和苯丙乳液；其中，苯丙乳液的质量占总乳液质量的50％～70％，环氧树脂质量占总乳液质量的6％～9％；成膜物质的其余成分为溶剂水及一些辅助试剂。

优选地，单宁酸和磷酸的质量占铁锈转锈剂总质量的70％，渗透剂的质量占铁锈转锈剂总质量的8％，苯丙乳液的质量占总乳液质量的60％，环氧树脂质量占总乳液质量的8％。

优选地，辅助剂包括增稠剂、流平剂和消泡剂中的一种或多种。

第二方面，本发明提供一种钢铁表面转锈防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：在搅拌条件下，将改性苯丙乳液加入铁锈转锈剂中，之后滴加成膜助剂、增稠剂、硅氧烷的水溶液，待溶液中出现水泡时，加入消泡剂，之后继续搅拌，得到转锈防腐涂料。

优选地，防腐涂料的制备过程中，控制温度为40℃。

优选地，铁锈转锈剂的制备方法包括以下步骤：S101：将单宁酸加入乙醇水溶液中，搅拌均匀，得到第一溶液；S102：将磷酸、异丙醇和水混合后搅拌均匀，制得第二溶液；S103：将第二溶液加入第一溶液，之后搅拌预设时间，得到铁锈转锈剂；优选地，S101中，搅拌于水浴锅中进行，且水浴锅的温度为35℃～40℃；S102中，采用磁力搅拌器搅拌均匀；S103中，第二溶液采用滴加方式加入，预设时间为15～25min，且优选20min。

优选地，环氧树脂改性苯丙乳液的制备方法包括以下步骤：S201：将环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸和苯乙烯单体混合均匀，之后加入乳化剂的水溶液，继续搅拌直至完全融合，得到第三溶液；其中，环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸和苯乙烯单体的质量比依次为(8～10)：(20～25)：(20～25)：(4～5)：(2～3)。S202：将引发剂加入水中，搅拌均匀，得到第四溶液；S203：将缓蚀剂与水混合后加热至预设温度并保温，之后加入预设量的第三溶液和第四溶液，不断搅拌且溶液变为乳白色；S204：当S203得到的溶液出现沸腾现象时，滴加剩余部分的第三溶液和第四溶液，继续搅拌，待溶液降温至55℃～65℃时保温，之后采用氨水调节pH值为7～8，得到环氧树脂改性苯丙乳液。

优选地，S201中，搅拌时间为15min；S203中，预设温度为50℃；S204中，继续搅拌30min，且优选降温至60℃时保温，剩余部分的第三溶液和第四溶液的滴加速度以加入时间计，为1.5h～2h；S203和S204中第三溶液的加入量之比为1：(2～4)，且优选1：3，第四溶液的加入量之比为1：(1～3)，且优选1：2。

本发明提供的技术方案，具有如下的有益效果：

(1)本发明提供的环保型钢铁表面转锈防腐涂料，通过成分设计、成膜物质结构调控，使得防腐涂料的机械性能、化学性能以及防腐性能均显著增强；且本发明防腐涂料涂装操作简便、环境污染少、节省人工和机械除锈成本；其既可配合其他面漆做底漆使用，也可直接做面漆使用，最终达到良好的防腐效果。

(2)申请人经创造性研究发现：带锈转锈涂料中的转锈剂和成膜物质是涂料优劣的关键，一般的转锈涂料都比较稀释，存在对锈层转化不够完全、成膜物质的抗腐蚀能力不强等缺点。本发明主要针对这两项不足进行了改进，在对基体没有明显伤害的情况下加大了转锈力度，采用改性苯丙乳液为成膜物质，使得涂料的涂膜不仅具有苯丙烯酸乳液成膜韧性，而且通过环氧树脂的加入进一步提高涂料的耐磨性、耐候性、耐水性及附着力，明显改善成膜物质的机械性能，最终大大提高涂料的机械性能与涂料防腐性能。此外，通过对各项成分用量配比的斟酌使得涂料与其他涂料相比，显著提高了涂料的防腐能力。

(3)本发明结合对锈层所起的作用，采用渗透性较好的转锈剂使得锈层充分转化成比较稳定且无害的黑褐色络合物，此稳定物质还可起到颜填料的作用达到缓蚀的目的，再利用环氧树脂改性苯丙乳液为成膜物质封闭锈层与钢铁，达到很好的隔绝效果，再利用一些辅助剂对成分进行微调(如增稠剂、成膜助剂、流平剂、消泡剂)，制备得出一种耐腐能力强、性能稳定的涂料。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规试剂商店购买得到的。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，数据为三次重复实验的平均值或平均值±标准差。本发明所使用的配料均为分析纯。

本发明提供一种钢铁表面转锈防腐涂料，防腐涂料的原料组分按质量百分数计，包括：铁锈转锈剂8％～11％，成膜物质50％～80％，以及辅助剂余量。其中，铁锈转锈剂的原料组分主要包括单宁酸和磷酸；单宁酸和磷酸的质量占铁锈转锈剂总质量的50％～80％，且单宁酸和磷酸的质量比为2:1；铁锈转锈剂的原料组分优选还包括渗透剂，且渗透剂的质量占铁锈转锈剂总质量的5％～10％。成膜物质选用改性苯丙乳液，且主要成分包括环氧树脂和苯丙乳液；苯丙乳液的质量占总乳液质量的50％～70％，环氧树脂质量占总乳液质量的6％～9％。

在本发明的进一步实施方式中，单宁酸和磷酸的质量占铁锈转锈剂总质量的70％，渗透剂的质量占铁锈转锈剂总质量的8％，苯丙乳液的质量占总乳液质量的60％，环氧树脂质量占总乳液质量的8％。

换句话说，本发明主要从三个主要方面进行考虑：第一方面是转锈剂，主要采用单宁酸和磷酸混合，渗透剂作为辅助，对锈层进行反应，转化成黑褐色比较稳定的络合物。单宁酸和磷酸的质量占转锈剂总质量的50％～80％，二者比为2：1，渗透剂质量为转锈剂总质量的5％～10％，其余部分为乙醇及水溶剂。第二方面是成膜物质，主要以成膜性比较好且环保水性苯丙乳液为主，再通过环氧树脂接枝苯丙乳液增加其塑性，使其涂料有良好的成膜性、机械性能、抗紫外老化性能；其成分中苯丙乳液质量占总乳液质量的50％～70％，环氧树脂质量为总质量的6％～9％，其余成分为溶剂水及一些辅助试剂。第三方面是转锈剂与成膜物质二者的兼容性，二者混合后涂料无凝絮，聚合等不稳定的现象。

另外，本发明提供一种钢铁表面转锈防腐涂料的制备方法，包括如下步骤：

第一步：转锈剂的制备

S101：将单宁酸加入乙醇和水的溶液中，置于35℃～40℃的水浴锅中搅拌至完全溶解，制得第一溶液；S102：将磷酸、异丙醇和水混合，用磁力搅拌器搅拌均匀，制得第二溶液；S103：将第二溶液滴加入第一溶液中，滴加完后搅拌20min，得到转锈剂。

第二步：环氧树脂改性苯丙乳液的制备工艺：

S201：将环氧树脂E-44 8％～10％与甲基丙烯酸甲酯(MMA)20％～25％、丙烯酸丁酯(BA)20％～25％、丙烯酸(AA)4％～5％、苯乙烯(ST)2％～3％单体，常温下在磁力搅拌机搅拌混合均匀，混合均匀之后，慢滴加入乳化剂与水的溶液，继续搅拌15min，至其完全融合，制得第三溶液。S202：将引发剂(过硫酸铵APS)加入一定量的水中，搅拌混合均匀，制得第四溶液。S203：少量的水加缓蚀剂(NaHCO₃)加于三口烧瓶中，将三口烧瓶固定在水浴锅中，加热到50℃保温；之后将一部分第三溶液和第四溶液加入到三口烧瓶中，水浴锅开始升温，不断搅拌此时三口烧瓶中的溶液变为乳白色。S204：当三口烧瓶中的溶液出现类似水沸腾的现象时，开始滴加剩余部分的第三溶液和第四溶液，在两小时内加完，再继续搅拌30min后，降温至60℃保温，通过氨水调节pH值为7～8，得到环氧树脂改性苯丙乳液。具体地，所述S203和所述S204中第三溶液的加入量之比优选为1:3，第四溶液的加入量之比优选为1:2。

第三步：带锈转锈涂料的制备工艺

用磁力搅拌机搅拌转化剂，同时慢加入改性苯丙乳液，温度控制在40℃，之后滴加成膜助剂、增稠剂、硅氧烷的水溶液，此时溶液中会有很多水泡，用消泡剂消除，搅拌15min后，制备得出带锈转锈涂料。

进一步地，为了保证最终制备得到的转锈防腐涂料的性能，对制备得到的转锈剂、成膜物质和转锈涂料进行处理。

转锈剂的处理：将配置好的转锈剂，进行试样涂膜，主要考察其转锈时间和锈层的转化率，转锈时间主要控制在20min以内，转锈率达到95％以上，通过以上目标不断地调整各项成分比例来确定单宁酸、磷酸、渗透剂的含量。

成膜物质的处理：通过对试样涂膜的成膜情况，对试样的成膜性能进行检测，主要通过对涂膜的硬度、韧性、抗冲击、紫外线老化、盐雾试验、成膜表干时间等进行检测，对成膜物质进行傅里叶红外光谱，观察环氧树脂与苯丙乳液的接枝情况，择其最佳配料配比，采用性能最优的成膜物质来应用到涂料中。

合成涂料处理：针对转锈剂和成膜物质二者的兼容性，观察两者搅拌混合后涂料情况，是否有凝絮、聚合等不稳定现象。在对其进行试样涂膜，考察转锈时间、转锈率、铅笔硬度、抗冲击、划格试验、湿热实验、紫外线老化、盐雾试验、热重分析等性能进行检测，对涂膜的情况进行SEM观察。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1～6

本实施例提供一种钢铁表面转锈防腐涂料的制备方法，包括如下步骤：

第一步：转锈剂的制备

S101：将单宁酸加入乙醇和水的溶液中，置于35℃的水浴锅中搅拌至完全溶解，制得第一溶液；S102：将磷酸、异丙醇和水混合，用磁力搅拌器搅拌均匀，制得第二溶液；S103：将第二溶液滴加入第一溶液中，滴加完后搅拌20min，得到转锈剂。

第二步：环氧树脂改性苯丙乳液的制备工艺

S201：将环氧树脂E-44与甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸(AA)和苯乙烯(ST)单体，常温下在磁力搅拌机搅拌混合均匀，混合均匀之后，慢滴加入乳化剂与水的溶液，继续搅拌15min，至其完全融合，制得第三溶液。S202：将过硫酸铵APS加入一定量的水中，搅拌混合均匀，制得第四溶液。S203：少量的水加缓蚀剂NaHCO₃加于三口烧瓶中，将三口烧瓶固定在水浴锅中，加热到50℃保温；之后将一部分第三溶液和第四溶液加入到三口烧瓶中，水浴锅开始升温，不断搅拌此时三口烧瓶中的溶液变为乳白色。S204：当三口烧瓶中的溶液出现类似水沸腾的现象时，开始滴加剩余部分的第三溶液和第四溶液，在两小时内加完，再继续搅拌30min后，降温至60℃保温，通过氨水调节pH值为7.5，得到环氧树脂改性苯丙乳液。其中，S203和所述S204中第三溶液的加入量之比为1：3，第四溶液的加入量之比为1：2。

第三步：带锈转锈涂料的制备工艺：

用磁力搅拌机搅拌转化剂，同时慢加入改性苯丙乳液，温度控制在40℃，之后滴加成膜助剂、增稠剂、硅氧烷的水溶液，此时溶液中会有很多水泡，用消泡剂消除，搅拌15min后，制备得出带锈转锈涂料。

根据表1所示的各原料组分配比，制备各实施例中的带锈转锈涂料；以下％表示各原料组分占涂料总质量的百分数。

表1各实施例原料组分配比

改性乳液

转锈剂

成膜助剂

增稠剂

硅氧烷

消泡剂

实施例1

60％

9％

1.5％

1％

1.5％

0.4％

实施例2

70％

9％

1.5％

1％

1.5％

0.4％

实施例3

80％

9％

1.5％

1％

1.5％

0.4％

实施例4

70％

8％

1.5％

1％

1.5％

0.4％

实施例5

70％

9％

1.5％

1％

1.5％

0.4％

实施例6

70％

10％

1.5％

1％

1.5％

0.4％

另外，为了更直观地凸显各实施例制备的环保型钢铁表面转锈防腐涂料的性能，将其按标准方法涂装于马口铁上制成试样，之后测试各实施例涂层的各项性能，结果见表2所示。

表2各实施例环保型钢铁表面转锈防腐涂料的性能指标

需要说明的是，除了上述实施例一至实施例六列举的情况，选用其他的制备方法参数也是可行的。

本发明提供的环保型钢铁表面转锈防腐涂料，通过成分设计、成膜物质结构调控，使得防腐涂料的机械性能、化学性能以及防腐性能均显著增强；且本发明防腐涂料涂装操作简便、环境污染少、节省人工和机械除锈成本；其不单能作为底漆使用，也可以直接作为面漆使用，还可以作为底漆配合面漆使用。具体地，转锈剂中的单宁酸能与铁锈发生反应生成黑褐色的稳定络合物，这种络合物不仅稳定且成黑褐色起到了颜填料的作用，达到缓蚀剂的目的；成膜物质能很好的将基体与锈层很好的包裹，起到隔绝作用有效的防止再次腐蚀。制备方法中为了能更好的达到所预期的效果，对温度要求比较严格。本涂料在涂装过程中，由于涂料具有良好的附着力和渗透力，对基体表面没有苛刻的要求，这样就降低人工除锈的成本；其次涂料的溶剂为水，没有可挥发性的危害身体的有害物质，不会污染环境，对人体也无害；其既可配合其他面漆做底漆使用，也可直接做面漆使用，最终达到良好的防腐效果。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。在这里示出和描述的所有示例中，除非另有规定，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种钢铁表面转锈防腐涂料，其特征在于：

所述防腐涂料的原料组分按质量百分数计，包括：铁锈转锈剂8％～11％，成膜物质50％～80％，以及辅助剂余量。

2.根据权利要求1所述的钢铁表面转锈防腐涂料，其特征在于：

所述铁锈转锈剂的原料组分主要包括单宁酸和磷酸；其中，单宁酸和磷酸的质量占铁锈转锈剂总质量的50％～80％，且单宁酸和磷酸的质量比为2:1；

所述铁锈转锈剂的原料组分优选还包括渗透剂，且所述渗透剂的质量占铁锈转锈剂总质量的5％～10％。

3.根据权利要求2所述的钢铁表面转锈防腐涂料，其特征在于：

所述成膜物质选用改性苯丙乳液，且主要成分包括环氧树脂和苯丙乳液；其中，苯丙乳液的质量占总乳液质量的50％～70％，环氧树脂质量占总乳液质量的6％～9％。

4.根据权利要求3所述的钢铁表面转锈防腐涂料，其特征在于：

所述单宁酸和磷酸的质量占铁锈转锈剂总质量的70％，渗透剂的质量占铁锈转锈剂总质量的8％，苯丙乳液的质量占总乳液质量的60％，环氧树脂质量占总乳液质量的8％。

5.根据权利要求1所述的钢铁表面转锈防腐涂料，其特征在于：

所述辅助剂包括增稠剂、流平剂和消泡剂中的一种或多种。

6.权利要求1～5任一项所述钢铁表面转锈防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

在搅拌条件下，将改性苯丙乳液加入铁锈转锈剂中，之后滴加成膜助剂、增稠剂、硅氧烷的水溶液，待溶液中出现水泡时，加入消泡剂，之后继续搅拌，得到转锈防腐涂料。

7.根据权利要求6所述的钢铁表面转锈防腐涂料的制备方法，其特征在于：

所述防腐涂料的制备过程中，控制温度为40℃。

8.根据权利要求6所述的钢铁表面转锈防腐涂料，其特征在于：

所述铁锈转锈剂的制备方法包括以下步骤：

S101：将单宁酸加入乙醇水溶液中，搅拌均匀，得到第一溶液；

S102：将磷酸、异丙醇和水混合后搅拌均匀，制得第二溶液；

S103：将所述第二溶液加入所述第一溶液，之后搅拌预设时间，得到所述铁锈转锈剂；

优选地，所述S101中，搅拌于水浴锅中进行，且水浴锅的温度为35℃～40℃；所述S103中，所述第二溶液采用滴加方式加入，所述预设时间为15～25min。

9.根据权利要求6所述的钢铁表面转锈防腐涂料，其特征在于：

所述改性苯丙乳液的制备方法包括以下步骤：

S201：将环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸和苯乙烯单体混合均匀，之后加入乳化剂的水溶液，继续搅拌直至完全融合，得到第三溶液；

S202：将引发剂加入水中，搅拌均匀，得到第四溶液；

S203：将缓蚀剂与水混合后加热至预设温度并保温，之后加入预设量的第三溶液和第四溶液，不断搅拌且溶液变为乳白色；

S204：当所述S203得到的溶液出现沸腾现象时，滴加剩余部分的第三溶液和第四溶液，继续搅拌，待溶液降温至55℃～65℃时保温，之后采用氨水调节pH值为7～8，得到环氧树脂改性苯丙乳液。

10.根据权利要求9所述的钢铁表面转锈防腐涂料，其特征在于：

所述S201中，搅拌时间为15min；所述S203中，预设温度为50℃；

所述S204中，继续搅拌30min，且优选降温至60℃时保温，剩余部分的第三溶液和第四溶液的滴加速度以加入时间计，为1.5h～2h；

所述S203和所述S204中第三溶液的加入量之比为1：(2～4)，第四溶液的加入量之比为1：(1～3)。