CN112724815A - 冷喷锌超薄型封闭剂及其施工方法 - Google Patents

冷喷锌超薄型封闭剂及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了冷喷锌超薄型封闭剂，包括A剂和B剂；所述A剂按质量分数至少包括以下组分：聚醚多元醇40～55份；四氢呋喃聚醚多元醇：15～25份；异氰酸酯：35～45份；环氧树脂5份～10份；磁铁粉5～10份；所述B剂按质量分数至少包括以下组分：环氧树脂：30份～50份；溶剂：30份‑60份；助溶剂：0.5份～2份；着色剂：1份～2份；消泡剂：0.5份～1.5份；固化剂：20份～50份；超分子助剂：0.1份～1份；本发明的封闭剂能够在极薄的情况下具有较高的力学性能、屏蔽性能和吸附性能，显著降低了施工成本。

Description

冷喷锌超薄型封闭剂及其施工方法
技术领域
本发明涉及冷喷锌防腐体系技术领域，具体为冷喷锌超薄型封闭剂及其施工方法。
背景技术
冷喷锌防腐是一种钢结构防腐新技术体系，其防腐功能涂层一般仅含不足4％(质量分数，下同)的有机助剂，其余(96％以上，甚至 99％)为高纯度的锌，这相比于传统环氧富锌封闭涂料具有三方面主要优势：第一，冷喷锌涂料含锌量远高于传统环氧富锌封闭涂层 (50％～80％)，其单位质量防护效果更高，尤其在桥梁、港口等高湿度、强腐蚀应用环境中具有潜在的长效防护优势；第二，冷喷锌涂料含有机助剂少，更不易发生由于相分离及有机助剂老化导致的脆裂等问题，同时也符合可持续发展的战略需求；第三，冷喷锌防腐体系总体施工难度与施工成本都远小于传统环氧富锌防腐体系。基于以上优势，冷喷锌防腐技术体系近年来发展迅速，成功应用案例快速增加，其必将逐步取代传统环氧富锌防腐技术，成为新的主流。
冷喷锌高锌含量的特征也对其封闭底漆的设计调配提出了更高的要求。目前常规技术手段是沿用已成熟的环氧树脂底漆体系，然而实际上这样做的防护效果并不好，且在桥梁、港口等高湿度地区现场涂装施工时，底漆附着力将进一步降低，甚至导致漆皮剥落等问题，这是因环氧富锌底漆施工后，裸露在空气中的待保护层环氧树脂含量较高，直接施工正常环氧树脂封闭漆即可获得很好的粘合效果。但是，冷喷锌涂层中有机助剂含量很少，待保护层可以认为是较纯的金属锌层，固化后与环氧树脂间的分子间作用力相对较弱，如果仍施工传统环氧树脂封闭漆，必然导致接合不牢、漆膜脱落等问题。基于上述背景，目前冷喷锌用封闭底漆附着力国家标准仅定为大于等于3MPa，远远低于环氧富锌涂层用封闭底漆的附着力标准(大于等于5MPa，标准号),虽然在一般场合下可以满足需求，但是这一标准事实上仍然很难适应桥梁、港口等大湿度场合下长效防护的现实需求；并且通常喷涂的厚度需要较大，原材料耗费巨大，成本高。因此，开发在节省原料的情况下仍具备强附着能力，尤其是在高湿度应用场合下具有强附着能力的环氧封闭底漆具有强烈的必要性与现实意义。
发明内容
本发明针对冷喷锌待保护层的结构特征，提出了冷喷锌超薄型封闭剂，该封闭剂能够在极薄的情况下具有较高的力学性能、屏蔽性能和吸附性能，显著降低了施工成本。
冷喷锌超薄型封闭剂，
包括A剂和B剂；
所述A剂按质量分数至少包括以下组分：
聚醚多元醇40～55份；
四氢呋喃聚醚多元醇：15～25份；
异氰酸酯：35～45份；
环氧树脂5份～10份；
磁铁粉5～10份。
所述B剂按质量分数至少包括以下组分：
环氧树脂：30份～50份；
溶剂：30份-60份；
助溶剂：0.5份～2份；
着色剂：1份～2份；
消泡剂：0.5份～1.5份；
固化剂：20份～50份；
超分子助剂：0.1份～1份。
优选的，所述磁铁粉的直径为3微米～7微米。
优选的，所述超分子助剂为聚乙烯醇及聚乙烯醇缩甲醛二者之一或二者的混合物。
优选的，所述聚醚多元醇为Td-2000；所述四氢呋喃聚醚多元醇为PTMG-2000；所述异氰酸酯为MDI-50；所述所述环氧树脂为607环氧树脂、604环氧树脂、601环氧树脂、E51环氧树脂、828环氧树脂以及128环氧树脂中的一种或几种按照一定比例混合所得的混合物。
优选的，所述B剂中溶剂为二甲苯、正丁醇、乙苯中的一种或几种按一定比例混合所得的混合物；固化剂为NX2018、NX2016、NX2015 三者中一者或多者混合物。
优选的，所述助溶剂为有机硅烷系偶联剂。
优选的，所述消泡剂为BYK-359、BYK-356、BYK-354三者按一定比例混合所得的混合物。
优选的，所述着色剂为钛白粉。
冷喷锌超薄型封闭剂的施工方法，采用如权利要求1至8任一权利要求所述的冷喷锌超薄型封闭剂，其特征在于：
将A剂均匀喷涂于待封闭冷喷锌涂层表面，干燥形成稳定涂层后，再继续均匀喷涂B剂。
优选的，所述A剂喷涂厚度为5～10微米，所述B剂喷涂厚度为 5～10微米。
本发明提供了冷喷锌超薄型封闭剂及其施工方法，具备以下有益效果：
1、本发明通过分步涂布的方式，在第一层封闭层中引入磁铁粉，使其与钢制基底之间形成磁吸场，从物理上增大冷喷锌层和封闭涂层的吸附性和结合力，磁铁粉作为第一层封闭层的骨架使其具有优秀的抗冲击、抗拉伸等力学性能，在第二层中合理地引入能够与金属涂层形成强超分子作用的助剂，大幅增加了封闭漆膜与第一层之间的相互作用力，同时封闭第一层，避免磁铁粉被腐蚀，实际施工表明其具有显著提高的吸附力和屏蔽性能。
2、本发明A剂含有少量的环氧树脂时，异氰酸根与环氧树脂中的羟基生成环氧基团封端的具有氨酯基的高分子物质，剩余的异氰酸根与湿气固化，环氧基团增加了极性，提高了与基材的附着力。
3、本发明由于NCO使硬段之间缔合在一起形成的微区体积分数增加，有利于两相分离，从而提高了物理交联，各类物质穿过涂层的能力降低。
4、本发明所述封闭底漆可用于冷喷锌防腐涂料的直接封闭，除常规耐化学腐蚀性能外，该封闭底漆具有强附着力，可以有效克服常规环氧封闭底漆出现的剥落、脆裂等问题，特别的，本发明所述环氧封闭底漆还适用于高湿度环境下如桥梁、港口等的现场施工。此外，除冷喷锌防腐涂料外，本发明所述环氧封闭底漆同样适用于其他场合的封闭，如混凝土等。
具体实施方式
下面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。
冷喷锌超薄型封闭剂，
包括A剂和B剂；
所述A剂按质量分数至少包括以下组分：
聚醚多元醇40～55份；
四氢呋喃聚醚多元醇：15～25份；
异氰酸酯：35～45份；
环氧树脂5份～10份；
磁铁粉5～10份。
所述B剂按质量分数至少包括以下组分：
环氧树脂：30份～50份；
溶剂：30份-60份；
助溶剂：0.5份～2份；
着色剂：1份～2份；
消泡剂：0.5份～1.5份；
固化剂：20份～50份；
超分子助剂：0.1份～1份。
进一步的，所述磁铁粉的直径为3微米～7微米。
进一步的，所述超分子助剂为聚乙烯醇及聚乙烯醇缩甲醛二者之一或二者的混合物。
进一步的，所述聚醚多元醇为Td-2000；所述四氢呋喃聚醚多元醇为PTMG-2000；所述异氰酸酯为MDI-50；所述所述环氧树脂为607 环氧树脂、604环氧树脂、601环氧树脂、E51环氧树脂、828环氧树脂以及128环氧树脂中的一种或几种按照一定比例混合所得的混合物。
进一步的，所述B剂中溶剂为二甲苯、正丁醇、乙苯中的一种或几种按一定比例混合所得的混合物；固化剂为NX2018、NX2016、NX2015 三者中一者或多者混合物。
进一步的，所述助溶剂为有机硅烷系偶联剂。
进一步的，所述消泡剂为BYK-359、BYK-356、BYK-354三者按一定比例混合所得的混合物。
进一步的，所述着色剂为钛白粉。
冷喷锌超薄型封闭剂的施工方法，采用如权利要求1至8任一权利要求所述的冷喷锌超薄型封闭剂，其特征在于：
将A剂均匀喷涂于待封闭冷喷锌涂层表面，干燥形成稳定涂层后，再继续均匀喷涂B剂。
进一步的，所述A剂喷涂厚度为5～10微米，所述B剂喷涂厚度为5～10微米。
针对上述组分范围内的具体实施例如下：
实施例1：
所述A剂按质量分数包括以下组分：
聚醚多元醇40份；
四氢呋喃聚醚多元醇：25份；
异氰酸酯：35份；
环氧树脂5份；
磁铁粉10份。
所述B剂按质量分数至少包括以下组分：
环氧树脂：30份；
溶剂：30份；
助溶剂：2份；
着色剂：2份；
消泡剂：1.5份；
固化剂：50份；
超分子助剂：1份。
上述配方中：
聚醚多元醇为Td-2000；所述四氢呋喃聚醚多元醇为PTMG-2000；所述异氰酸酯为MDI-50；
环氧树脂为607环氧树脂、604环氧树脂和601环氧树脂按照 1:2:3的比例混合所得的混合物。
B剂中溶剂为二甲苯、正丁醇、乙苯按3:4:1的比例混合所得的混合物。
助溶剂为乙烯基三乙氧基硅烷。
消泡剂为BYK-359、BYK-356、BYK-354三者按2:2:1比例混合所得的混合物。
B剂中固化剂为NX2018和NX2016按1:2比例混合所得的混合物。
着色剂为钛白粉。
超分子助剂为聚乙烯醇。
A剂为预先生产封装，B剂现场调配，将A剂均匀喷涂于待封闭冷喷锌涂层表面，干燥形成稳定涂层后，再继续均匀喷涂B剂。
A剂喷涂厚度为5微米，所述B剂喷涂厚度为10微米。
实施例2：
所述A剂按质量分数包括以下组分：
聚醚多元醇55份；
四氢呋喃聚醚多元醇：15份；
异氰酸酯：45份；
环氧树脂10份；
磁铁粉5份。
所述B剂按质量分数至少包括以下组分：
环氧树脂：50份；
溶剂：60份；
助溶剂：0.5份；
着色剂：1份；
消泡剂：0.5份；
固化剂：20份；
超分子助剂：0.1份。
上述配方中：
聚醚多元醇为Td-2000；所述四氢呋喃聚醚多元醇为PTMG-2000；所述异氰酸酯为MDI-50；
环氧树脂为607环氧树脂、604环氧树脂和601环氧树脂按照 1:2:3的比例混合所得的混合物。
B剂中溶剂为二甲苯、正丁醇、乙苯按3:4:1的比例混合所得的混合物。
助溶剂为乙烯基三乙氧基硅烷。
消泡剂为BYK-359、BYK-356、BYK-354三者按2:2:1比例混合所得的混合物。
B剂中固化剂为NX2018和NX2016按1:2比例混合所得的混合物。
着色剂为钛白粉。
超分子助剂为聚乙烯醇。
A剂为预先生产封装，B剂现场调配，将A剂均匀喷涂于待封闭冷喷锌涂层表面，干燥形成稳定涂层后，再继续均匀喷涂B剂。
A剂喷涂厚度为10微米，所述B剂喷涂厚度为5微米。
实施例3：
所述A剂按质量分数包括以下组分：
聚醚多元醇50份；
四氢呋喃聚醚多元醇：20份；
异氰酸酯：40份；
环氧树脂7份；
磁铁粉8份。
所述B剂按质量分数至少包括以下组分：
环氧树脂：40份；
溶剂：45份；
助溶剂：1.5份；
着色剂：1.5份；
消泡剂：1份；
固化剂：35份；
超分子助剂：0.6份。
上述配方中：
聚醚多元醇为Td-2000；所述四氢呋喃聚醚多元醇为PTMG-2000；所述异氰酸酯为MDI-50；
环氧树脂为607环氧树脂、604环氧树脂和601环氧树脂按照 1:2:3的比例混合所得的混合物。
B剂中溶剂为二甲苯、正丁醇、乙苯按3:4:1的比例混合所得的混合物。
助溶剂为乙烯基三乙氧基硅烷。
消泡剂为BYK-359、BYK-356、BYK-354三者按2:2:1比例混合所得的混合物。
B剂中固化剂为NX2018和NX2016按1:2比例混合所得的混合物。
着色剂为钛白粉。
超分子助剂为聚乙烯醇。
A剂为预先生产封装，B剂现场调配，将A剂均匀喷涂于待封闭冷喷锌涂层表面，干燥形成稳定涂层后，再继续均匀喷涂B剂。
A剂喷涂厚度为7微米，所述B剂喷涂厚度为7微米。
将上述3个实施例施工的冷喷锌防腐体系与市场上采购的某龙头企业销售的冷喷锌涂料在实验室中进行性能测试对比，测试内容如下：
1、力学测试
测试基材为Q235钢，尺寸为200mm×100mm×2mm，钢板表面经过喷砂处理达到Sa2.5级(ISO8501-1)，然后用无水乙醇清洗，去除表面杂质，晾干备用。
首先进行冷喷锌喷涂，然后将按照上述3个实施例的配方调配的封闭底漆分别喷涂在冷喷锌层上，连同对照试样，分别测试柔韧性，耐冲击性，附着力、划格法。
Figure RE-GDA0002972097950000111
Figure RE-GDA0002972097950000121
相比对照试样，实施例1至3的柔韧性和耐冲击性并没有明显的优势，但附着力有极大的提高。
2、盐雾测试
测试基材为Q235钢，尺寸为200mm×100mm×2mm，钢板表面经过喷砂处理达到Sa2.5级(ISO8501-1)，然后用无水乙醇清洗，去除表面杂质，晾干备用。
首先进行冷喷锌喷涂，然后将按照上述3个实施例的配方调配的封闭底漆分别喷涂在冷喷锌层上，在涂层表面中间位置划出露出基材的划痕，划痕的尺寸为150mm×1mm，连同对照试样，每种测试样板制备四块，三块进行试验，一块用作参考。定期观察涂层表面划痕的锈蚀及起泡现象，并用数码相机定期记录，经2000h盐雾试验后结果汇总如下：
Figure RE-GDA0002972097950000122
Figure RE-GDA0002972097950000131
对照试样截面处虽然依旧平整，但显微观察发现不致密现象，且发现产生了气泡，并有长短不一的缝隙，此外，EDS能谱元素发现了 Fe,说明涂层中出现铁的腐蚀产物，基材部分受到腐蚀，涂层的腐蚀防护性能消失，而实施例1至3则无明显受到腐蚀的现象，虽然实施例1至3的A剂中含有磁铁粉，但由于有B剂分步涂层，因此在长时间盐雾试验中并未在表层析出Fe。
3、电化学测试
涂层的电化学阻抗谱测量采用Q235钢作为基材,尺寸为10mm× 10mm×3mm,
表面用400#SiC砂纸打磨后用无水乙醇清洗，去除表面的杂质，晾干备用。首先进行冷喷锌喷涂，然后将按照上述3个实施例的配方调配的封闭底漆分别喷涂在冷喷锌层上，另外一组喷涂对照试样，电化学阻抗测量频率为10-10°Hz，扰动电压20mV，测试溶液为3.5wt％NaCl溶液，测试温度为室温。为防止外界信号的干扰，电化学阻抗谱的测量在法拉第电磁屏蔽箱中进行。
测试结构归纳如下：
Figure RE-GDA0002972097950000132
Figure RE-GDA0002972097950000141
相比对照试样，实施例1至3的屏蔽作用和阴极保护作用具有显著的持久性。
由以上可以看出，采用本发明的配方和施工方法，能够显著的提高冷喷锌防腐体系的力学性能、抗腐蚀性能和电化学性能。在实际施工中能够产生显著的效益。
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 (10)

1.冷喷锌超薄型封闭剂，其特征在于：
包括A剂和B剂；
所述A剂按质量分数至少包括以下组分：
聚醚多元醇40～55份；
四氢呋喃聚醚多元醇：15～25份；
异氰酸酯：35～45份；
环氧树脂5份～10份；
磁铁粉5～10份。
所述B剂按质量分数至少包括以下组分：
环氧树脂：30份～50份；
溶剂：30份-60份；
助溶剂：0.5份～2份；
着色剂：1份～2份；
消泡剂：0.5份～1.5份；
固化剂：20份～50份；
超分子助剂：0.1份～1份。
2.如权利要求1所述的冷喷锌超薄型封闭剂，其特征在于：
所述磁铁粉的直径为3微米～7微米。
3.如权利要求1所述的冷喷锌超薄型封闭剂，其特征在于：
所述超分子助剂为聚乙烯醇及聚乙烯醇缩甲醛二者之一或二者的混合物。
4.如权利要求1所述的冷喷锌超薄型封闭剂，其特征在于：
所述聚醚多元醇为Td-2000；所述四氢呋喃聚醚多元醇为PTMG-2000；所述异氰酸酯为MDI-50；所述所述环氧树脂为607环氧树脂、604环氧树脂、601环氧树脂、E51环氧树脂、828环氧树脂以及128环氧树脂中的一种或几种按照一定比例混合所得的混合物。
5.如权利要求1所述的冷喷锌超薄型封闭剂，其特征在于：
所述B剂中溶剂为二甲苯、正丁醇、乙苯中的一种或几种按一定比例混合所得的混合物；固化剂为NX2018、NX2016、NX2015三者中一者或多者混合物。
6.如权利要求1所述的冷喷锌超薄型封闭剂，其特征在于：所述助溶剂为有机硅烷系偶联剂。
7.如权利要求1所述的冷喷锌超薄型封闭剂，其特征在于：
所述消泡剂为BYK-359、BYK-356、BYK-354三者按一定比例混合所得的混合物。
8.如权利要求1所述的冷喷锌超薄型封闭剂，其特征在于：
所述着色剂为钛白粉。
9.冷喷锌超薄型封闭剂的施工方法，采用如权利要求1至8任一权利要求所述的冷喷锌超薄型封闭剂，其特征在于：
将A剂均匀喷涂于待封闭冷喷锌涂层表面，干燥形成稳定涂层后，再继续均匀喷涂B剂。
10.如权利要求9所述的冷喷锌超薄型封闭剂的施工方法，其特征在于：
所述A剂喷涂厚度为5～10微米，所述B剂喷涂厚度为5～10微米。
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