CN111073358A - 一种磷酸盐水性重防腐蚀涂料及其制备方法和施工方法 - Google Patents

一种磷酸盐水性重防腐蚀涂料及其制备方法和施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种磷酸盐水性重防腐蚀涂料及其制备方法和施工方法，其中，所述的磷酸盐水性重防腐蚀涂料，包括A组分和B组分：所述A组分包括复合磷酸盐35～50％、功能性助剂15～25％、颜填料10～25％、去离子水15～20％；所述B组分包括碱金属无机盐固化剂35～55％、固化调整剂1.5～2.0％、功能性助剂10～28％、颜填料10～20％、酸碱度调整剂0.1～0.5％、去离子水18～23％。本发明通过多种磷酸盐复合混配，以碱性无机盐作为固化剂，辅以固化调整剂和成膜助剂，实现了磷酸盐防腐蚀涂层材料常温固化成膜，得到具有自我修复功能的磷酸盐复合防腐蚀涂层，该涂层能在严苛的腐蚀环境下保持长效、优异的防腐性能。

Description

一种磷酸盐水性重防腐蚀涂料及其制备方法和施工方法
技术领域
本发明涉及防腐蚀材料技术领域，尤其涉及常温自固化磷酸盐基水性重防腐涂料及其制备方法和施工方法。
背景技术
钢铁等金属材料广泛应用于国民经济建设的各个领域，但钢铁的腐蚀也给社会经济发展带来了巨大的损失。采用涂层防腐已经成为防止钢铁等金属材料腐蚀最常用、最有效的方法之一。但现今大部分防腐涂层材料仍然以有机涂料为主，这些有机涂料所含的污毒原材料在生产和应用过程中会散失到周围环境中，会对人体和环境造成一定的危害。
磷酸盐无机涂料在钢铁基体上的粘结力强，涂层致密、耐磨、抗冻，具有较高的机械物理性能以及优异的耐高温、耐酸、碱、盐腐蚀的特性，而且又是一种水性涂料，对环境污染小，施工安全，因此已被广泛应用于石油石化、钢铁、电力和航空等各种行业。但由于以往磷酸盐无机涂料的成膜固化需要在较高的温度下才能实现，因而限制了其进一步应用推广。
发明内容
本发明通过多种磷酸盐复合混配，以碱性无机盐作为固化剂，辅以固化调整剂和成膜助剂，实现了磷酸盐防腐蚀涂层材料常温固化成膜，得到具有自我修复功能的磷酸盐复合防腐蚀涂层，该涂层能在严苛的腐蚀环境下保持长效、优异的防腐性能。
具体地，本发明提供了一种磷酸盐水性重防腐蚀涂料，包括A组分和B组分：所述A组分包括复合磷酸盐35～50％、功能性助剂15～25％、颜填料10～25％、去离子水15～20％；所述B组分包括碱金属无机盐固化剂35～55％、固化调整剂1.5～2.0％、功能性助剂10～28％、颜填料10～20％、酸碱度调整剂0.1～0.5％、去离子水18～23％。
优选地，所述的复合磷酸盐由磷酸二氢铝、磷酸二氢钾、三聚磷酸铝和六偏磷酸钠混配制得。
优选地，所述的颜填料为云母粉、硅酸铝、钛白粉、硅灰石粉、硫酸钡、石英粉中的一种或多种。
优选地，所述的碱金属无机盐固化剂为氢氧化镁、氢氧化钙的一种或两种。
优选地，所述的功能性助剂由成膜助剂、防沉剂和流平剂组成。
优选地，所述的成膜助剂为硅酸锂、正硅酸乙酯中的一种或两种。
优选地，所述的防沉剂为水性聚酰胺蜡、气相二氧化硅中的一种或两种。
优选地，所述的流平剂为改性有机硅流平剂。
优选地，所述的固化调整剂为硼砂。
优选地，所述的酸碱度调整剂为氢氧化钾或氢氧化钠。
本发明还提供了一种磷酸盐水性重防腐蚀涂料的制备方法，包括以下步骤:所述A组份制备方法：称取重量百分比为15～20％的去离子水加入到料缸中，在300～500转/分钟搅拌下依次加入35～50％的复合磷酸盐、15～25％的功能性助剂和10～25％的颜填料；然后在600～800转/分钟的转速下搅拌20～30分钟至物料分散均匀，过砂磨机研磨细度至80um，调整粘度至50～100KU，过滤包装，得到涂料A组份。
所述B组份制备方法：称取重量百分比为18～23％的去离子水加入到料缸中，在300～500转/分钟搅拌下依次加入35～55％的氢氧化镁、1.5～1.9％的固化调整剂、10～28％的功能性助剂和10～20％的颜填料；然后在600～800转/分钟的转速下搅拌20～30分钟至物料分散均匀，加入酸碱度调整剂调整PH值至9～10，过砂磨机研磨细度至80um，调整粘度至50～100KU，过滤包装，得到涂料B组份。
本发明还提供了一种磷酸盐水性重防腐蚀涂料的施工方法，所述的施工方法为双组份高压无气喷涂，A组份与B组份的喷涂比例为1:1～1：1.5。
在另一优选的实施例中，本发明提供了一种磷酸盐水性重防腐蚀涂料的施工方法，所述的施工方法为双组份高压无气喷涂；所述的双组份高压无气喷涂，钢铁底材处理等级达到St3级，A组份和B组份单独平行进料，在喷枪的枪口高速碰撞混合喷涂；喷涂比例为(体积比)：A组份：B组份＝1:1～1：1.5；喷涂压力为10～15MPa。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
1.本发明保护的防腐蚀涂料是一种由多种无机磷酸盐复合和碱性无机盐以及其他助剂组成的双组分涂料，配方组成成分均为市购材料，简单易得，涂层防腐性能优异，而且生产制造工艺简单，已经完全实现工业化生产。
2.本发明保护的防腐蚀涂料通过在有碱性无机盐的情况下与钢形成磷酸盐，并建立起一层磷酸镁铁非晶体层，该磷酸镁铁非晶体层通过化学键与钢铁表面形成磷酸盐钝化屏障层，并在此磷酸盐钝化屏障层上形成陶瓷保护层；通过磷酸盐钝化屏障层上形成的陶瓷层向金属表面持续渗出磷酸盐，实现涂层自我修复性，保持长效防腐。故本发明保护的防腐蚀涂料通过多种磷酸盐复合混配，以碱性无机盐作为固化剂，可在正常的环境温度下快速反应并固化形成磷酸盐钝化屏蔽层和陶瓷保护层双层结构的防腐体系，而且磷酸盐钝化屏障层上形成的陶瓷层会向金属基体表面持续渗出磷酸盐，实现涂层自我修复，保持优异的长效防腐性能。
3.本发明保护的防腐蚀涂料采用双组份高压无气喷涂，不但能实现在快速反应条件下的涂料施工，而且能缩短涂层养护时间，提高涂装施工效率，特别适用于大型钢铁构件的防腐涂装。
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，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
本发明实施例和对比例所用的原料均来源于市购。
本发明提供的一种磷酸盐水性重防腐蚀涂料，原材料简单易购，既能工业化大生产，又能满足严苛腐蚀环境下大型钢铁构件常温涂装的长效防腐涂料，并且能够实现绿色环保涂装。
本发明解决的技术问题：如何实现磷酸盐涂料常温固化；如果在严苛腐蚀环境下的长效防腐；如何快速反应条件下的涂装施工的问题。
本发明的技术方案及创新点在于：
采用市购的多种磷酸盐复合，以碱性无机盐作为固化剂，辅以固化调整剂和成膜助剂，实现磷酸盐防腐蚀涂层材料常温固化成膜。
利用磷酸盐能在金属基体表面形成钝化保护膜的基本原理，通过碱性无机盐使磷酸盐快速反应并固化形成磷酸盐钝化屏蔽层和陶瓷保护层双层结构体系，而且磷酸盐钝化屏障层上形成的陶瓷层会向金属基体表面持续渗出磷酸盐，实现涂层自我修复，保证该复合涂层能在严苛腐蚀环境下保持长效、优异的防腐性能。
采用双组份高压无气喷涂工艺，A、B组份双管平行进料，在喷枪的枪口高速碰撞混合喷涂，实现涂料在快速反应条件下的涂装施工，速度快，效率高，特别适用于大型钢铁构件的防腐涂装。
本发明的具体实施案例成分组成比例如表1。对比样采用水性无机富锌，其是目前大型钢构常用涂料。
表1.实施案例成分组成比例
Figure BDA0002331797110000041
Figure BDA0002331797110000051
一、本发明所述涂料的具体实施方案1制备方法，包括以下步骤:
1、所述A组份制备方法：
称取重量百分比为15％的去离子水加入到料缸中，在300～500转/分钟搅拌下依次加入35％的复合磷酸盐、25％的功能性助剂和25％颜填料；然后在600～800转/分钟的转速下搅拌20～30分钟至物料分散均匀，过砂磨机研磨细度至80um，调整粘度至90～100KU，过滤包装，得到本发明涂料A组份。
2、所述B组份制备方法：
称取重量百分比为18％去离子水加入到料缸中，在300～500转/分钟搅拌下依次加入35％的氢氧化镁、1.5％的固化调整剂、28％的功能性助剂和20％的颜填料；然后在600～800转/分钟的转速下搅拌20～30分钟至物料分散均匀，加入0.5％的酸碱度调整剂调整PH值至9～10，过砂磨机研磨细度至80um，调整粘度至90～100KU，过滤包装，得到本发明涂料B组份。
3、本发明所述涂料的具体实施方案1涂装施工方法：
本发明所述涂料采用双组份高压无气喷涂，钢铁底材处理等级达到St3级即可。A组份和B组份单独平行进料，在喷枪的枪口高速碰撞混合喷涂；喷涂比例为(体积比)：A组份：B组份＝1:1.1；喷涂压力为10～15MPa。
本发明所述涂料按上述具体实施方案1的配方、制备方法和施工方法得到具体实施方案1涂层，在常温下放置24小时，对其涂层进行测试，结果见下表2。
二、本发明所述涂料的具体实施方案2制备方法，包括以下步骤:
1、所述A组份制备方法：
称取重量百分比为18％的去离子水加入到料缸中，在300～500转/分钟搅拌下依次加入42.5％的复合磷酸盐、22％的功能性助剂和17.5％的颜填料；然后在600～800转/分钟的转速下搅拌20～30分钟至物料分散均匀，过砂磨机研磨细度至80um，调整粘度至90～100KU，过滤包装，得到本发明涂料A组份。
2、所述B组份制备方法：
称取重量百分比为20％的去离子水加入到料缸中，在300～500转/分钟搅拌下依次加入45％的氢氧化镁、1.7％的固化调整剂、20％的功能性助剂和13％的颜填料；然后在600～800转/分钟的转速下搅拌20～30分钟至物料分散均匀，加入0.3％的酸碱度调整剂调整PH值至9～10，过砂磨机研磨细度至80um，调整粘度至90～100KU，过滤包装，达到本发明涂料B组份。
3、本发明所述涂料的具体实施方案2涂装施工方法：
本发明所述涂料采用双组份高压无气喷涂，钢铁底材处理等级达到St3级即可。A组份和B组份单独平行进料，在喷枪的枪口高速碰撞混合喷涂；喷涂比例为(体积比)：A组份：B组份＝1:1；喷涂压力为10～15MPa。
本发明所述涂料按上述具体实施方案2的配方、制备方法和施工方法得到具体实施方案2涂层，在常温下放置24小时，对其涂层进行测试，结果见下表2。
三、本发明所述涂料的具体实施方案3制备方法，包括以下步骤:
1、所述A组份制备方法：
称取重量百分比为20％的去离子水加入到料缸中，在300～500转/分钟搅拌下依次加入50％的复合磷酸盐、15％的功能性助剂和10％的颜填料；然后在600～800转/分钟的转速下搅拌20～30分钟至物料分散均匀，过砂磨机研磨细度至80um，调整粘度至901～00KU，过滤包装，得到本发明涂料A组份。
2、所述B组份制备方法：
称取重量百分比为23％的去离子水加入到料缸中，在300～500转/分钟搅拌下依次加入55％的氢氧化镁、1.9％的固化调整剂、10％的功能性助剂和10％颜填料；然后在600～800转/分钟的转速下搅拌20～30分钟至物料分散均匀，加入0.1％的酸碱度调整剂调整PH值至9～10，过砂磨机研磨细度至80um，调整粘度至90～100KU，过滤包装，达到本发明涂料B组份。
3、本发明所述涂料的具体实施方案3涂装施工方法：
本发明所述涂料采用双组份高压无气喷涂，钢铁底材处理等级达到St3级即可。A组份和B组份单独平行进料，在喷枪的枪口高速碰撞混合喷涂；喷涂比例为(体积比)：A组份：B组份＝1:1；喷涂压力为10～15MPa。
本发明所述涂料按上述具体实施方案3的配方、制备方法和施工方法得到具体实施方案3涂层，在常温下放置24小时，对其涂层进行测试。结果如下表2：
表2.涂层性能检测结果
Figure BDA0002331797110000071
注：耐冲击性测试涂层厚度40～50μm，其它性能测试涂层厚度为250μm～350μm。
本发明创造固化成膜机理如下：
(1)首先，本发明涂料在有碱性无机盐存在的情况下与钢铁基体形成磷酸盐，并建立起一层磷酸镁铁非晶体钝化屏蔽层，此磷酸镁铁钝化屏障层与钢铁基体形成化学键结合，使其具有极其优异的抗腐蚀性能。同时，本发明涂料在此钝化屏障层上面通过化学反应形成致密的无机陶瓷层，进而形成具有双层结构的保护层，使钢铁基体得到了近乎完美的腐蚀防护。
(2)其次，本发明涂料形成的无机陶瓷层会向钢铁基体表面持续渗出磷酸盐，此磷酸盐通过以下化学反应来终止和防止钢铁基体进一步腐蚀:
a.磷酸盐与任何氧化铁结合形成阻止腐蚀的磷酸铁；
b.磷酸盐作为一种催化剂建立起δ形式的羟基氧化铁δ-Fe00H(六方纤铁矿)。
这样在钢铁基体表面形成并建立起了一层六方纤铁矿屏障层，该屏障层具有极其优异的防腐性能，从而使严苛腐蚀环境下的钢铁构件得到长效的保护。
本发明的技术方案及其创新点在于：
(1)采用市购的多种磷酸盐复合，以碱性无机盐作为固化剂，辅以固化调整剂和成膜助剂，实现磷酸盐防腐蚀涂层材料常温固化成膜。
(2)利用磷酸盐能在金属基体表面形成钝化保护膜的基本原理，通过碱性无机盐使磷酸盐快速反应并固化形成磷酸盐钝化屏蔽层和陶瓷保护层双层结构体系，而且磷酸盐钝化屏障层上形成的陶瓷层会向金属基体表面持续渗出磷酸盐，实现涂层自我修复，保证该复合涂层能在严苛腐蚀环境下保持长效、优异的防腐性能。
(3)采用双组份高压无气喷涂工艺，A、B组份双管平行进料，在喷枪的枪口高速碰撞混合喷涂，实现涂料在快速反应条件下的涂装施工，速度快，效率高，特别适用于大型钢铁构件的防腐涂装。
本发明的技术方案的有益效果在于：
(1)本发明的涂料配方组成成分均为市购材料，简单易得，生产制造工艺简单。不但能实现常温固化成膜，而且其防腐性能优异，已经完全实现了工业化生产。
(2)本发明的涂料固化形成的涂层体系具有自我修复功能，实现了在严苛的腐蚀环境下能保持优异的长效防腐，减少了被保护对象因腐蚀而造成的维护和维修费用；
(3)本发明的涂料采用双组份高压无气喷涂，不但能实现在快速反应条件下的涂料施工，而且能缩短涂层养护时间(本发明的涂料15分钟表干，1小时实干，养护时间不超过24小时，而普通的钢结构防腐涂料养护期一般为7天)，极大的提高了涂装施工效率，特别适用于大型钢铁构件的防腐涂装。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种磷酸盐水性重防腐蚀涂料，其特征在于，包括A组分和B组分：
所述A组分包括：复合磷酸盐35～50％、功能性助剂15～25％、颜填料10～25％、去离子水15～20％；
所述B组分包括:碱金属无机盐固化剂35～55％、固化调整剂1.5～2.0％、功能性助剂10～28％、颜填料10～20％、酸碱度调整剂0.1～0.5％、去离子水18～23％。
2.根据权利要求1所述的磷酸盐水性重防腐蚀涂料，其特征在于，所述的复合磷酸盐由磷酸二氢铝、磷酸二氢钾、三聚磷酸铝和六偏磷酸钠混配制得。
3.根据权利要求1所述的磷酸盐水性重防腐蚀涂料，其特征在于，所述的颜填料为云母粉、硅酸铝、钛白粉、硅灰石粉、硫酸钡、石英粉中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的磷酸盐水性重防腐蚀涂料，其特征在于，所述的碱金属无机盐固化剂为氢氧化镁、氢氧化钙的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的磷酸盐水性重防腐蚀涂料，其特征在于，所述的功能性助剂由成膜助剂、防沉剂和流平剂组成。
6.根据权利要求5所述的磷酸盐水性重防腐蚀涂料，其特征在于，所述的成膜助剂为硅酸锂、正硅酸乙酯中的一种或两种。
7.根据权利要求5所述的磷酸盐水性重防腐蚀涂料，其特征在于，所述的防沉剂为水性聚酰胺蜡、气相二氧化硅中的一种或两种。
8.根据权利要求5所述的磷酸盐水性重防腐蚀涂料，其特征在于，所述的流平剂为改性有机硅流平剂。
9.根据权利要求1所述的磷酸盐水性重防腐蚀涂料，其特征在于，所述的固化调整剂为硼砂。
10.权利要求1～9任意一项所述的磷酸盐水性重防腐蚀涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
所述A组份制备方法：
称取重量百分比为15～20％的去离子水加入到料缸中，在300～500转/分钟搅拌下依次加入35～50％的复合磷酸盐、15～25％的功能性助剂和10～25％的颜填料；然后在600～800转/分钟的转速下搅拌20～30分钟至物料分散均匀，过砂磨机研磨细度至80um，调整粘度至50～100KU，过滤包装，得到涂料A组份；
所述B组份制备方法：
称取重量百分比为18～23％的去离子水加入到料缸中，在300～500转/分钟搅拌下依次加入35～55％的氢氧化镁、1.5～2.0％的固化调整剂、10～28％的功能性助剂和10～20％的颜填料；然后在600～800转/分钟的转速下搅拌20～30分钟至物料分散均匀，加入0.1～0.5％的酸碱度调整剂调整PH值至9～10，过砂磨机研磨细度至80um，调整粘度至50～100KU，过滤包装，达到涂料B组份。
11.权利要求1～9任意一项所述的磷酸盐水性重防腐蚀涂料的施工方法，其特征在于，所述的施工方法为双组份高压无气喷涂，A组份与B组份的喷涂比例为1:1～1：1.5。
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