CN110903737B - 一种环保型双组份水性环氧富锌特种涂层组合物及其制备方法 - Google Patents

一种环保型双组份水性环氧富锌特种涂层组合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及应用于铁路、桥梁、海洋工程的重防腐涂层，具体为一种环保型双组份水性环氧富锌特种涂层组合物及其施工方法，所述双组份水性环氧富锌底漆，包括水性环氧富锌A组分和水性环氧富锌B组分，采用特定配比的美国海明斯公司MPA60X流变剂、PEDOT以及上海伊藤公司的T‑250脂肪酸防沉剂混合，无需采用中和剂，在具有很好的防沉和防挂流作用的同时，降低了防沉剂对涂层组合物防腐作用的影响，具有良好的施工性能和长效防腐性能，可以长时间热储无变化，不会产生气泡且不会表面结块；组成中不添加任何有机溶剂，对环境无污染，施工方便，对施工人员健康无害。

Description

一种环保型双组份水性环氧富锌特种涂层组合物及其制备 方法
技术领域
本发明涉及道路桥梁、高铁、海洋工程中的重防腐涂层领域，具体涉及一种环保型双组份水性环氧富锌特种涂层及其制备方法。
背景技术
重防腐涂层广泛应用于海洋工程、交通车辆、道路桥梁、大型场馆、船舶、石油化工、高铁设施、重型机械及风电设备这些以钢结构为主的装置和设备中，富锌底漆是目前应用最广,用量最大品种之一重防腐涂层材料，其具有耐腐蚀性和耐候性强，可以有效减少对金属的腐蚀。
锌的标准电极电位为-0.76V,铁为-0.44V；锌较铁活泼。富锌底漆中锌含量很高,在漆膜中锌粉与钢基材之间相互接触；当水分浸入漆膜,锌粉和钢基材之间便形成微电池,作为阳极的锌粉失去电子,作为阴极的钢铁得到电子被还原,对钢铁起到阴极保护作用。
电化学反应:阳极:Zn—Zn2++2e -0.76V (氧化反应)
阴极:Fe2++2e—Fe -0.44V (还原反应)
总反应:Zn+Fe2+—Zn2++Fe
富锌底漆防腐机理是物理隔绝作用,由于锌粉腐蚀生成的致密产物堵塞涂层孔隙而形成屏蔽作用,提高涂层对钢材的保护作用。其反应如下:
自然环境中:Zn+2H20—Zn(OH)2+H2↑
Zn(OH)2—Zn0+H20
5ZnO+2C02—2ZnC03·3Zn(0H)2+H20
5Zn0+2C02+3H20—2ZnC03·3Zn(OH)2
海水中:5ZnO+2NaCl+3H20—ZnO·ZnCl2+2NaOH+2H2↑
锌粉在保护钢材过程中会被逐渐消耗,但是速度慢,并且腐蚀产物为碱式碳酸锌、碱式氯化锌、氧化氯化锌等；这些腐蚀产物结构致密,是稳定的微水溶性化合物,沉积在钢材表面,形成屏蔽层,有效阻止腐蚀介质的渗透。腐蚀产物的形成降低了涂层与钢材的电位差,当涂膜被损伤时,新的金属锌会露出,电位差会重新增大,提高涂膜的阴极保护作用,防止涂膜损伤处锈蚀的扩散,这是富锌底漆自修复作用。
尽管锌粉对于钢材料表面可以起到很好的防腐蚀和屏蔽的作用，但是由于锌粉和其他组分之间存在较大的密度差，容易产生沉降，对于施工和存储都带来了不利的硬性，同时由于目前环保的要求，多采用水性环氧富锌涂层，而在施工过程中，水性环氧富锌涂层中的水性组分挥发的速度要比有机物慢很多，再加上锌粉的密度较大，因此也容易产生流挂的现象。因此在制备水性环氧富锌涂层材料过程中通常会添加防沉剂、流变剂以及触变剂，以改善涂层施工过程中的沉降、流挂。
在工程实践中发现，尽管加入防沉剂、流变剂以及触变剂改善了沉降和流挂的问题，但是对于锌粉保护钢材表面也产生了一定的影响，国产的脂肪酸酰胺类防沉剂时由于性能稳定，价格低廉，是目前工程中应用较多的一种防沉剂，但是在使用脂肪酸酰胺类防沉剂时，经过长时间自然环境的暴露后，在凸起、凹陷以及边角或棱角部分出现了起泡甚至较为明显的红锈。其原因在于在相同的施工工艺过程中，被涂覆的钢材的折边、棱角以及边缘部分流变性能变差，经分析，在这些部位容易产生流变剂以及沉降剂的堆积，由于脂肪酸聚酰胺中存在较多的带电荷胺基基团，影响了涂层与钢材之间电位差的形成,由此削弱了锌粉的阴极保护作用，这就使得在钢材材料的凸起、凹陷以及边角或棱角部分的耐中性盐雾和耐盐水性能变差。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了双组份水性环氧富锌底漆及其喷涂方法。
本发明采用的具体技术方案如下：
本发明提供一种环保型双组份水性环氧富锌特种涂层组合物，包括水性环氧富锌A组分和水性环氧富锌B组分，
所述水性环氧富锌A组分，由以下重量份总和为100份的组分组成：
防沉剂：2.0-3.0份
水性胺类环氧固化剂：8-10份
分散剂：0.2-1.2份
锌粉：82-90份
消泡剂：0.2-0.4份；
所述水性环氧富锌B组分，由以下重量份总和为100份的组分组成：
去离子水：3-7份
防闪锈剂：0.5-2.0份
环氧乳液：90-96份。
优选地，防沉剂的重量份为2-2.5。
优选地，所述防沉剂包括美国海明斯公司MPA60X流变剂、PEDOT以及上海伊藤公司的T-250脂肪酸酰胺防沉剂。
优选地，所述MPA60X流变剂剂重量份范围为0.3-1，PEDOT的重量份范围为0.4-1，上海伊藤公司的T-250脂肪酸酰胺防沉剂的重量份范围为1.0-2.0，较为优选地，MPA60X流变剂剂重量份0.5，PEDOT的重量份为0.5，上海伊藤公司的T-250脂肪酸酰胺防沉剂的重量份为1.2。
PEDOT即聚(3,4-乙烯二氧噻吩)是一种有机电极材料，具有较好的导电性和稳定性，在防沉剂中加入PEDOT可以有效防止脂肪酸聚酰胺中带电荷的胺基基团对涂料与钢材之间电位差的影响，提高锌粉的阴极保护作用。
进一步地，所述锌粉粒度为600-900目，优选地，所述锌粉的粒度为800目。
本发明还提供了一种上环保型双组份水性环氧富锌特种涂层组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将所述水性环氧富锌A组分和水性环氧富锌B组分按照一定的重量比进行混合；
(2)充分搅拌2-4min直至完全搅匀；
(3)向底漆中加入15-20％重量比的水调整粘度为涂4杯40-50秒；
(4)进行喷涂。
进一步地，所述A组分和B组分按照3-6:1的重量比进行混合。
优选地，所述A组分和B组分按照4:1的重量比进行混合
采用喷涂的方式对中空的方形不锈钢(1Cr18Ni9Ti)表面进行喷涂。
本发明的有益效果是：
(1)可以实现双组份水性环氧富锌组合物长时间热储无变化，不会产生气泡且不会表面结块；组成中不添加任何有机溶剂，对环境无污染，施工方便，对施工人员健康无害；
(2)在防沉降和流挂的防沉剂组分采用美国海明斯公司MPA60X流变剂、上海伊藤公司的T-250脂肪酸酰胺防沉剂的组合中添加了PEDOT，无需采用中和剂，在提到防沉和防挂流作用的同时，增强了锌粉的阴极保护作用。
(3)有效改善了在使用脂肪酸酰胺类防沉剂时，钢材表面的凸起、凹陷以及边角或棱角长时间暴露自然环境下防腐效果的下降，提高了耐中性盐雾性和耐盐水性。
实施例1-6
在具体实施时，采用如下原料：
防沉剂采用美国海明斯公司MPA60X流变剂、上海伊藤公司的T-250脂肪酸酰胺防沉剂；
水性胺类环氧固化剂采用美国瀚森公司的8538-Y-68胺类环氧固化剂；
分散剂采用美国氰特公司的6208-60分散剂；
锌粉采用长沙新凌威的600-900目锌粉；
消泡剂采用深圳海川化工M148水性消泡剂；
防闪锈剂采用美国瑞宝公司的raybo90防闪锈剂；
环氧乳液采用美国瀚森公司的6520环氧乳液。
实施例1-6具体配比(重量份)如下表1所示：
表1
Figure GDA0002358923120000041
Figure GDA0002358923120000051
稳定性试验：
1、按着表1中的A组分的比例，将MPA60X流变剂、T-250脂肪酸酰胺防沉剂、分散剂分别加入6个容器罐(按着实施例1-6的组分进行标记)中，以500-1000转/分钟进行搅拌分散。
2、按着表1中A组分的比例，在上述6个容器罐中加入800目锌粉、消泡剂，在容器罐中得到A组分。
3、按着表中1中B组分的比例将溶解好的环氧乳液6520与raybo90防闪锈剂充分混合并加入去离子水，得到B组分。
4、将步骤3中的B组分在充分分散搅拌的同时加入6个容器罐中的A组分中，其中组分A和组分B按的重量比例为4:1。
5、充分搅拌分散后，将6个容器罐进行密封于室温下放置12个月以上，开罐观察。
6、重复步骤1-4得到了相同的6个容器罐，分别放置与50℃恒温水浴中，保持48小时以上，开罐观察。
表2
Figure GDA0002358923120000052
Figure GDA0002358923120000061
通过表1和表2可见，在不添加固化剂考察组分存储稳定性时，在防沉剂T-250含量较低时，重量份小于0.8，稳定性较差，随着防沉剂T-250含量增加，稳定性逐渐增加。
喷涂试验1：
1、按着表1中的A组分的比例，将MPA60X流变剂、T-250脂肪酸酰胺防沉剂、分散剂分别加入6个容器罐(按着实施例1-6的组分进行标记)中，以500-1000转/分钟进行搅拌分散。
2、按着表1中A组分的比例，在上述6个容器罐中加入800目锌粉、8538-Y-68胺类环氧固化剂、消泡剂，在容器罐中得到A组分。
3、按着表中1中B组分的比例将溶解好的环氧乳液6520与raybo90防闪锈剂充分混合并加入去离子水，得到B组分。
4、将步骤3中的B组分在充分分散搅拌的同时加入6个容器罐中的A组分中，其中组分A和组分B按的重量比例为4:1，充分搅拌2-4min直至完全搅匀。
5、分别向上述6个容器罐中的A组分和B组分混合物中加入15-20％重量比的水(视具体粘度进行调整)调整粘度为涂4杯40-50秒，然后对中空的不锈钢方管外表面进行喷涂，不锈钢为1Cr18Ni9Ti，方管的尺寸为长1.5m，中空截面为25cm×25cm，喷涂2道，终膜厚度80μm。
表3
Figure GDA0002358923120000062
Figure GDA0002358923120000071
通过表3可见，当防沉剂T-250增加时，在不锈钢方管的边角处，耐中性盐雾和耐盐水的性能变差。结合表2可见，防沉剂含量较低时，防沉降效果不好，耐盐雾和耐盐水的性能较好。而当防沉剂含量增加时，防沉降效果增加，但是耐盐雾和耐盐水的性能变差。
实施例7-12
喷涂试验2：
表4
Figure GDA0002358923120000072
1、按着表4中的A组分的比例，将MPA60X流变剂、PEDOT、T-250脂肪酸酰胺防沉剂、分散剂分别加入6个容器罐(按着实施例7-12的组分进行标记)中，以500-1000转/分钟进行搅拌分散。
2、按着表1中A组分的比例，在上述6个容器罐中加入800目锌粉、8538-Y-68胺类环氧固化剂、消泡剂，在容器罐中得到A组分。
3、按着表中1中B组分的比例将溶解好的环氧乳液6520与raybo90防闪锈剂充分混合并加入去离子水，得到B组分。
4、将步骤3中的B组分在充分分散搅拌的同时加入6个容器罐中的A组分中，其中组分A和组分B按的重量比例为4:1，充分搅拌2-4min直至完全搅匀。
5、分别向上述6个容器罐中的A组分和B组分混合物中加入15-20％重量比的水(视具体粘度进行调整)调整粘度为涂4杯40-50秒，然后对中空的不锈钢方管外表面进行喷涂，不锈钢为1Cr18Ni9Ti，方管的尺寸为长1.5m，中空截面为25cm×25cm，喷涂2道，终膜厚度80μm。
表5
Figure GDA0002358923120000081
由表4和表5可见，在T-250脂肪酸酰胺防沉剂大于0.8重量份时，也就是说当T-250脂肪酸酰胺防沉剂≥0.8时，环氧富锌组合物的稳定性得到了有效的保证，但是在这个范围内，不锈钢边角的耐中性盐雾和耐盐水性变差，在此基础上，加入PEDOT后，随着PEDOT重量份逐渐增加，不锈钢边角的耐中性盐雾和耐盐水性，得到了明显的改善，同时为了保证良好的分散性，优选地，MPA60X流变剂重量份为0.5，PEDOT的重量份为0.5，上海伊藤公司的T-250脂肪酸酰胺防沉剂的重量份为1.2。该优选比例，既能保证环氧富锌组合物的稳定性和分散性，又能明显改善不锈钢边角的耐中性盐雾和耐盐水性。
通过以上实施例以及试验可见，在使用T-250脂肪酸酰胺防沉剂时随着重量份的增加稳定性逐渐增加，但是在不锈钢边角处的耐中性盐雾和耐盐水性变差，这一技术问题，通过加入PEDOT，在保证稳定性的同时，耐中性盐雾和耐盐水性变差得到了明显的改善。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种环保型双组份水性环氧富锌特种涂层组合物，其特征在于，包括水性环氧富锌A组分和水性环氧富锌B组分，
所述水性环氧富锌A组分，由以下重量份总和为100份的组分组成：
防沉剂：2.0-3.0份
水性胺类环氧固化剂：8-10份
分散剂：0.2-1.2份
锌粉：82-90份
消泡剂：0.2-0.4份；
所述水性环氧富锌B组分，由以下重量份总和为100份的组分组成：
去离子水：3-7份
防闪锈剂：0.5-2.0份
环氧乳液：90-96份；
所述防沉剂包括美国海明斯公司MPA60X流变剂、PEDOT以及上海伊藤公司的T-250脂肪酸酰胺防沉剂；
所述MPA60X流变剂重量份范围为0.3-1，PEDOT的重量份范围为0.4-1，上海伊藤公司的T-250脂肪酸酰胺防沉剂的重量份范围为1.0-2.0；
所述锌粉粒度为600-900目。
2.一种根据权利要求1所述一种环保型双组份水性环氧富锌特种涂层组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将所述水性环氧富锌A组分和水性环氧富锌B组分按照一定的重量比进行混合；
(2)充分搅拌2-4min直至完全搅匀；
(3)向上述混合物中加入15-20％重量比的水调整粘度为涂4杯40-50秒；
(4)对中空的方形不锈钢表面进行喷涂。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述水性环氧富锌A组分和水性环氧富锌B组分按照3-6:1的重量比进行混合。
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