CN110527366A - 一种水性带锈转锈防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水性带锈转锈防腐涂料，包括按重量份数计的以下组分：转锈剂100～400份，苯丙乳液100～600份，增稠剂1～3份，分散剂1～5份，流平剂1～5份，消泡剂1～5份，渗透剂5～30份，水100～600份。该涂料使用时无需经过喷砂、抛光的涂装前处理工艺，可直接带锈带油覆涂施工。涂覆后在室外太阳持续照射下仍能发挥作用，将铁锈转化成与基材致密结合的螯合物，达到转锈和防锈的双重目的，使其在大气中较长时间不会返锈。该涂料可转化50μm以上的锈蚀厚度，是一种快捷，高效、经济、环保，具有广泛应用前景的产品。

Description

一种水性带锈转锈防腐涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属转锈防腐涂装技术领域，具体涉及一种水性带锈转锈防腐涂料，以及该涂料的制备方法。

背景技术

金属的腐蚀现象遍及国民经济的各个方面，给国民经济带来了巨大的损失。根据不完全统计，全世界每年因腐蚀生锈的金属报废量约占金属总年产量的20％～40％，约一亿吨。我国作为世界第二大经济体国，且随着工业化进程的不断发展，金属基材的消耗量日愈巨大，腐蚀问题趋向严重化，而且金属构件的损坏其价值远比金属材料的价值大得多。我国每年因金属腐蚀而造成的直接经济损失约占到年国民生产总值的2％～4％，许多大型的钢架结构、金属建材因各种内外界因素严重腐蚀导致倒塌破坏，对民众造成了巨大的生命及财产损失。同时，金属的腐蚀还可能造成环境污染，比如说石油、化工、地质勘探等特殊工业领域，金属的腐蚀甚至会诱发环境灾难。鉴于金属的腐蚀给社会、给人类、给我们的家园造成的损失以及危害，因此，金属材料的腐蚀已成为当今不可忽视的问题，金属基材的防腐措施研究显得至关重要，防腐工作的研究也相应的出现了庞大的市场。研究金属基材的腐蚀与防护，减少腐蚀带来的灾害和损耗，对我们人类环境保护、资源节约、促进新技术的发展以及上升到人类安全的保障都具有十分重要的意义。

为了保护钢铁不受腐蚀，延长其使用寿命，对钢铁进行防腐蚀涂装成为一种最经济和有效的方法。为了获得优良的耐腐蚀性能，涂装前必须把钢材上的铁锈清除干净，否则会由于铁锈的不断膨胀导致漆膜和防腐效果很差。因此，铁锈的除锈处理是涂装工艺的重要组成部分，对防腐蚀涂装的成败起着决定性的作用。但是许多大型建筑、桥梁、船舶等复杂的钢结构构件在维修过程中由于受施工条件的限制，难以采用机械化施工方法，只能采用手工或电动工具进行除锈，其结果必然有铁锈和各种腐蚀产物的残留，导致除锈质量难以得到保证、施工艰难、费用巨大。故制备能够直接在锈面上施工的带锈涂料是非常必要的。

目前国内外常用的锈转化剂有铬酸盐、磷酸、亚铁氰化钾、单宁酸、植酸、没食子酸、焦性没食子酸、柠檬酸或它们的复合酸等。中国发明专利CN103173757A提供了一种铁锈转化剂，它由焦性没食子酸、鞣酸、柠檬酸、异丙醇、无水乙醇、自来水配制，解决了涂膜不均匀，耐水性差的缺点。但其只能转化厚度在50μm以下的铁锈，且金属基材表面温度只能在常温(40℃)以下才能转化，在40℃以上或太阳照射下，涂料接触基材基面成膜，转锈剂无法与铁锈发生化学反应，故而不能进行有效转化，限制了产品的应用范围。

鉴于目前现状，需要提供一种能在室外太阳持续照射下仍能使用的水性带锈转锈防腐涂料。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种水性带锈转锈防腐涂料。该涂料在使用时无需对锈蚀的钢铁表面进行除锈处理，可直接带锈带油覆涂施工。且能在室外太阳持续照射下转化锈蚀厚度50μm以上的铁锈。

本发明的第二目的在于提供该涂料的制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明涉及一种水性带锈转锈防腐涂料，包括按重量份数计的以下组分：转锈剂100～400份，苯丙乳液100～600份，增稠剂1～3份，分散剂1～5份，流平剂1～5份，消泡剂1～5份，渗透剂5～30份，水100～600份。

优选地，所述转锈剂包括按重量份数计的以下组分：有机溶剂200～450份，单宁酸10～200份，焦性没食子酸10～200份，对甲苯磺酸10～200份，无水柠檬酸10～100份，水100～600份。

优选地，所述有机溶剂为无水乙醇和/或异丙醇，优选所述有机溶剂包括无水乙醇100～300份和异丙醇50～200份。

优选地，所述转锈剂通过以下方法制备得到：在室温条件下，向无水乙醇中加入单宁酸搅拌直至溶解，然后加入异丙醇搅拌至混合均匀，接着加入焦性没食子酸、对甲苯磺酸和无水柠檬酸至全部溶解，最后加入水分散均匀。

优选地，所述增稠剂为纤维素类增稠剂，优选为羟乙基纤维素。

优选地，所述分散剂为脂肪酸改性羧酸盐，优选为聚羧酸钠盐。

优选地，所述流平剂为聚醚硅氧烷共聚物。

优选地，所述消泡剂为矿物油消泡剂或聚醚消泡剂，优选聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚。

优选地，所述渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。

优选地，所述水性带锈转锈防腐涂料还包括抗冻剂10～30份，所述抗冻剂为丙二醇或丙三醇。

优选地，所述水性带锈转锈防腐涂料通过以下方法制备得到：向水中加入增稠剂分散直至溶解，然后加入抗冻剂、分散剂和消泡剂至混合均匀，接着加入转锈剂，最后加入苯丙乳液、渗透剂和流平剂分散均匀。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种水性带锈转锈防腐涂料，使用时无需经过喷砂、抛光的涂装前处理工艺，可直接带锈带油覆涂施工。该涂料在室外太阳持续照射下仍能发挥作用，将铁锈转化成与基材致密结合的螯合物。同时转锈涂料随着渗透剂进入铁锈内部直达底材，形成严密的包裹层封闭铁锈，起到溶解铁锈、转化铁锈、稳定铁锈的作用，从而达到转锈和防锈的双重目的，使其在大气中较长时间不会返锈。该涂料可转化50μm以上的锈蚀厚度，是一种快捷，高效、经济、环保，具有广泛应用前景的产品。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本发明实施例涉及一种水性带锈转锈防腐涂料，包括按重量份数计的以下组分：转锈剂100～400份，苯丙乳液(苯乙烯-丙烯酸酯乳液)100～600份，增稠剂1～3份，分散剂1～5份，流平剂1～5份，消泡剂1～5份，渗透剂5～30份，水100～600份。

金属腐蚀主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀，其中的电化学腐蚀是重点研究对象。由于钢铁中含有铁和碳元素以及各种杂质，导致钢铁表面电化学不稳定，一旦与溶液接触时，就会发生电化学反应。此时钢铁成为铁为阳极，杂质为阴极的原电池。电化学反应方程式如下：

阳极：Fe→Fe²⁺+2e^-

阴极：2H⁺+2e^-→2H→H₂(酸性溶液析氢反应)

O₂+4H⁺+4e^-→2H₂O(酸性溶液还原反应)

O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-(中性介质的还原反应)

总反应式为：Fe+2H₂O→Fe(OH)₂+H₂↑

金属防护主要是从其原理出发，在三个过程中(阳极过程、阴极过程、电流过程)阻止其中一个，都可以达到减缓腐蚀的目的。传统防腐办法的大方向主要在阳极上入手，在阳极上涂装一层金属或者非金属的保护膜，金属保护膜主要的手段就是以牺牲阳极为目的，主要的方式以电镀或者化学镀为主。而非金属膜的主要任务是隔绝的作用，使外界的电解质无法进入，里面的电子无法逸出，它主要是以脂类保护膜为主。但是金属防护要以操作简便，成本低廉，应用广泛，防腐效果好为主要依据。从电化学的角度分析金属防护，涂料性能必须具备四点要求：①良好的隔绝作用，②高电阻效应，③颜料的缓蚀与钝化作用，④阴极保护作用。从这四个点出发才是最行之有效的防腐措施。

本发明提供的水性带锈转锈防腐涂料不仅具有传统涂料的防腐性能，而且在渗透剂的作用下，能够从锈蚀的源头出发，将转锈剂渗入到多孔的锈蚀内层，使其从活性物质转化为稳定的具有防护功能的钝化封闭层，使得活性锈蚀变成了稳定的填料。在降低劳动强度的同时也使得成本下降，并且对环境和人体没有伤害。

进一步地，其中转锈剂包括按重量份数计的以下组分：

有机溶剂200～450份，单宁酸10～200份，焦性没食子酸10～200份，对甲苯磺酸10～200份，无水柠檬酸10～100份，水100～600份。

铁锈主要成分是是多价的铁化合物。其中最主要的是α-铁锈酸(α-FeOOH)和γ-铁锈酸(γ-FeOOH)和Fe₃O₄。铁锈的反应主要是活性物质铁锈酸的反应。从纵向来分析，锈蚀可分为3层：面层主要以浮锈Fe₂O₃以及杂质灰尘为主，主要特点是成熟的锈蚀，不会再继续长大、膨胀，属于惰性物质，且比较疏松，容易脱落。中层为粒锈FeO·nH₂O，底锈为FeO·nH₂O[Fe(OH)₂]₃为正在长大和不断膨胀成为新的成熟锈蚀，是活性物质，不易脱落，它紧密的覆盖在金属基体表面且含量随着外界环境而改变。现有技术中通常是将单宁酸或磷酸作为转锈剂的主要成分，但单一单宁酸或磷酸的腐蚀强度不够，无法剥离较厚的底锈层。本发明采用焦性没食子酸、对甲苯磺酸和无水柠檬酸与单宁酸复配，以增强转锈剂的转化强度。

需要说明的是，单宁酸是一种有机酸，其两个相邻的酚羟基能以氧负离子的形式与金属离子形成稳定的五元螯合物，第三个酚羟基虽未参与络合，但可促进另两个酚羟基的离解，进而促进络合物的形成及稳定，与铁离子进行螯合作用生成难溶性的稳定络合物。

焦性没食子酸的相对分子质量低，与锈蚀的反应也比较快，可以与铁基螯合，在金属表面形成一层牢固的薄膜，增强涂料的防腐性和粘接性，可起到抑制氧化的作用。

对甲苯磺酸和柠檬酸与铁锈的反应较为温和，在常温或高温条件下均可以和铁锈发生反应，并且这两种有机酸会不断络合产生的二价铁离子和三价铁离子，使得游离的铁离子相应较少，加速了铁锈与酸的反应，达到快速除锈的目的，且天然环保无污染，不会有挥发性有机物生成。

该转锈剂能与生锈钢铁表面的成熟锈蚀和未成熟的锈蚀发生反应，将有害的活性物质转化为比较稳定、难溶的高分子螯合物，这种稳定的螯合物对涂料本身没有任何影响，因此它成为一种稳定的填料存在涂层当中。不仅在基体表面有很强的吸附力，而且还能隔绝外界环境二次腐蚀的危害。

在本发明的一个实施例中，有机溶剂为无水乙醇和/或异丙醇，优选有机溶剂包括无水乙醇100～300份和异丙醇50～200份。在室温条件下，通过无水乙醇溶解单宁酸，再通过异丙醇进一步溶解单宁酸和对甲苯磺酸。且异丙醇具有一定的渗透性，可促进转锈剂与钢铁内层锈层发生反应。

在本发明的一个实施例中，转锈剂通过以下方法制备得到：向无水乙醇中加入单宁酸搅拌直至溶解，然后加入异丙醇搅拌至混合均匀，接着加入焦性没食子酸、对甲苯磺酸和无水柠檬酸搅拌至全部溶解，最后加入水分散均匀。

在本发明的一个实施例中，增稠剂为纤维素类增稠剂，作用为使涂料增稠，防止施工中出现流挂现象。优选增稠剂为羟乙基纤维素。

在本发明的一个实施例中，分散剂为脂肪酸改性羧酸盐，其作为界面活性剂同时具有亲水性和亲油性，可均一分散难溶性颗粒物，同时也能防止颗粒的沉降和凝聚。优选分散剂为聚羧酸钠盐。

在本发明的一个实施例中，流平剂为聚醚硅氧烷共聚物。其作用为降低固体物料的表面张力，使其更易被水浸湿。本发明通过在水性带锈转锈涂料中使用流平剂、渗透剂，配合多种酸复配的转锈剂，能够提高对铁锈的转化厚度。

在本发明的一个实施例中，消泡剂为矿物油消泡剂或聚醚消泡剂。作用为抑制泡沫产生或消除已产生泡沫，消泡剂优选聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚。

在本发明的一个实施例中，渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。渗透剂顾名思义是起渗透作用，也是具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质，使涂料快速进入铁锈内部直达底材。

进一步地，水性带锈转锈防腐涂料还包括抗冻剂10～30份，抗冻剂为丙二醇或丙三醇。抗冻剂主要起到保水防冻作用，使水性带锈转锈防腐涂料能够在低温和高温下使用。

本发明还涉及该水性带锈转锈防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：在室温条件下，向分散缸中加入水，搅拌下缓慢加入增稠剂直至溶解，然后加入抗冻剂、分散剂、流平剂和消泡剂至混合均匀，接着加入转锈剂，最后加入苯丙乳液、渗透剂和流平剂分散均匀。

实施例1

一种水性带锈转锈防腐涂料，包括按重量份数计的以下组分：转锈剂400份，苯丙乳液400份，增稠剂(羟乙基纤维素)1.5份，分散剂(聚羧酸钠盐)2份，流平剂(聚醚硅氧烷共聚物)2份，消泡剂(聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚)2份，渗透剂(脂肪醇聚氧乙烯醚)20份，抗冻剂(丙二醇)20份，水152.5份。

其中，转锈剂包括按重量份数计的以下组分：无水乙醇150份，异丙醇100份，单宁酸75份，焦性没食子酸75份，对甲苯磺酸75份，无水柠檬酸25份，水500份。

转锈剂通过以下方法制备得到：

(1)在室温条件下，向分散缸中加入无水乙醇，在800r/m的转速下缓慢加入单宁酸，然后在1000r/m转速下分散20分钟直至溶解；

(2)调速至800r/m，向分散缸中加入异丙醇分散10分钟，接着加入焦性没食子酸、对甲苯磺酸和无水柠檬酸分散15分钟，最后加入水分散10分钟。

该水性带锈转锈防腐涂料通过以下方法制备得到：

(1)在室温条件下，向分散缸中加入水，在800r/m的转速下中加入增稠剂后，在1200r/m的转速下分散15min；

(2)在800r/m的转速下，向分散缸中加入抗冻剂、分散剂和消泡剂，然后以1200r/m的转速分散10min；

(3)在800r/m的转速下，向分散缸中加入转锈剂，分散15min；

(4)在800r/m的转速下，向分散缸中加入苯丙乳液，分散15min。

(5)在800r/m的转速下，向分散缸中加入渗透剂，分散10min。

(6)在800r/m的转速下，向分散缸中加入流平剂，分散10min。

实施例2

一种水性带锈转锈防腐涂料，包括按重量份数计的以下组分：转锈剂300份，苯丙乳液500份，增稠剂(羟乙基纤维素)1份，分散剂(聚羧酸钠盐)1.5份，流平剂(聚醚硅氧烷共聚物)1.5份，消泡剂(聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚)2份，渗透剂(脂肪醇聚氧乙烯醚)15份，抗冻剂(丙二醇)15份，水164份。

其中，转锈剂包括按重量份数计的以下组分：无水乙醇200份，异丙醇150份，单宁酸100份，焦性没食子酸100份，对甲苯磺酸100份，无水柠檬酸50份，水300份。

转锈剂和涂料制备过程同实施例1。

实施例3

一种水性带锈转锈防腐涂料，包括按重量份数计的以下组分：转锈剂300份，苯丙乳液300份，增稠剂(羟乙基纤维素)2份，分散剂(聚羧酸钠盐)2份，流平剂(聚醚硅氧烷共聚物)2份，消泡剂(聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚)2份，渗透剂(脂肪醇聚氧乙烯醚)20份，抗冻剂(丙二醇)20份，水354份。

其中，转锈剂包括按重量份数计的以下组分：无水乙醇150份，异丙醇150份，单宁酸50份，焦性没食子酸50份，对甲苯磺酸50份，无水柠檬酸25份，水525份。

转锈剂和涂料制备过程同实施例1。

对比例1

一种水性带锈转锈防腐涂料，转锈剂中不含有焦性没食子酸，其它原料和制备过程同实施例1。

对比例2

一种水性带锈转锈防腐涂料，转锈剂中不含有对甲苯磺酸，其它原料和制备过程同实施例1。

对比例3

一种水性带锈转锈防腐涂料，转锈剂中不含有无水柠檬酸，其它原料和制备过程同实施例1。

实施例1～3和对比例1～3中，分散剂为诺普科SN-5040分散剂，流平剂为江门市名之彩化工有限公司生产的FY-9270流平剂，消泡剂为NEX消泡剂，渗透剂为桑达渗透剂JFC。

对实施例和对比例制备的水性带锈转锈防腐涂料进行性能测试。其中，附着力测试采用百格法；耐盐雾测试在破坏性中性盐雾试验300h，测试单边腐蚀厚度；耐腐蚀介质测试采用3.5％的氯化钠溶液浸泡200小时后，观察有无起泡和点锈产生。并将该涂料涂覆于锈蚀严重的钢材表面，室外温度平均在30℃以上，一周后测量腐蚀铁锈的厚度，结果如表1所示。

表1

从表1数据可知，本发明实施例提供的水性带锈转锈防腐涂料具有出色的性能，并能够在较高温度下仍具有较强的转化厚度，如果改变转锈剂中的酸加入量和种类，涂料的转化能力不同。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种水性带锈转锈防腐涂料，其特征在于，包括按重量份数计的以下组分：转锈剂100～400份，苯丙乳液100～600份，增稠剂1～3份，分散剂1～5份，流平剂1～5份，消泡剂1～5份，渗透剂5～30份，水100～600份。

2.根据权利要求1所述的水性带锈转锈防腐涂料，其特征在于，所述转锈剂包括按重量份数计的以下组分：有机溶剂200～450份，单宁酸10～200份，焦性没食子酸10～200份，对甲苯磺酸10～200份，无水柠檬酸10～100份，水100～600份。

3.根据权利要求2所述的水性带锈转锈防腐涂料，其特征在于，所述有机溶剂为无水乙醇和/或异丙醇，优选所述有机溶剂包括无水乙醇100～300份和异丙醇50～200份。

4.根据权利要求2所述的水性带锈转锈防腐涂料，其特征在于，所述转锈剂通过以下方法制备得到：在室温条件下，向无水乙醇中加入单宁酸搅拌直至溶解，然后加入异丙醇搅拌至混合均匀，接着加入焦性没食子酸、对甲苯磺酸和无水柠檬酸至全部溶解，最后加入水分散均匀。

5.根据权利要求1所述的水性带锈转锈防腐涂料，其特征在于，所述增稠剂为纤维素类增稠剂，优选为羟乙基纤维素。

6.根据权利要求1所述的水性带锈转锈防腐涂料，其特征在于，所述分散剂为脂肪酸改性羧酸盐，优选为聚羧酸钠盐。

7.根据权利要求1所述的水性带锈转锈防腐涂料，其特征在于，所述流平剂为聚醚硅氧烷共聚物；

和/或，所述消泡剂为矿物油消泡剂或聚醚消泡剂，优选聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚。

8.根据权利要求1所述的水性带锈转锈防腐涂料，其特征在于，所述渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。

9.根据权利要求1所述的水性带锈转锈防腐涂料，其特征在于，所述水性带锈转锈防腐涂料还包括抗冻剂10～30份，所述抗冻剂为丙二醇或丙三醇。

10.根据权利要求1至9任一项所述的水性带锈转锈防腐涂料，其特征在于，所述水性带锈转锈防腐涂料通过以下方法制备得到：向水中加入增稠剂分散直至溶解，然后加入抗冻剂、分散剂和消泡剂至混合均匀，接着加入转锈剂，最后加入苯丙乳液、渗透剂和流平剂分散均匀。