CN114854289B - 一种溶剂型冷涂锌涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种溶剂型冷涂锌涂料及其制备方法和应用，所述溶剂型冷涂锌涂料包括聚酯树脂2～10重量份、锌粉75～85重量份、防沉剂0.5～1.5重量份和溶剂5～15重量份；采用聚酯树脂搭配锌粉可以使溶剂型冷涂锌涂料具有优异的粘结性能，同时可以很好的平衡涂料的硬度与韧性的关系，在实际应用时，还可以有效避免因为封闭底漆中溶剂回溶冷涂锌涂层而导致涂层附着力下降的问题，进而可以对钢铁建筑物形成有效且持久的保护，防止其被腐蚀，延长其使用寿命。

Description

一种溶剂型冷涂锌涂料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种溶剂型冷涂锌涂料及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，建筑行业得到了迅速的发展，钢结构建筑具有比较高的强度、轻的自重、优良的变性能力及好的韧性等优点，广泛应用于国内高层建筑和大型公共建筑方面。随着人们对钢结构建筑关注度的提升，确保钢结构建筑的结构稳定性以及延长钢结构建筑的使用寿命成为关注重点。
桥梁建筑的设计使用年限一般为100年，对于某些有特殊要求的桥梁设计时采用了120年的设计使用年限，桥梁建造完成后就进入使用、养护和维修的阶段，在桥梁的全生命周期之中，为了减少因钢材腐蚀导致桥梁后期修复、停工、停运所带来的巨大经济损失，在桥梁进入使用之前会在表面喷涂冷涂锌涂料。冷涂锌涂料具有印记保护和屏蔽保护的双重作用，作为单一防腐涂层大量用于钢铁表面防锈、防腐，是替代热浸镀锌、电弧喷锌、电镀锌的最佳防腐材料，是一种长效、安全、环保、施工便捷的钢材防腐蚀方法。
冷涂锌涂料中只有少量的树脂，锌粉含量极高，属于超高PVC浓度的涂料，目前使用常用的树脂有丙烯酸、聚苯乙烯、环氧酯树脂以及聚氨酯树脂等。CN110467861A公开了一种冷涂锌涂料，其组成成份以质量份数表示法为：由5～10份改性树脂、93～98份高纯度锌粉、1～3份纳米碳化硅、0.5～1.0份防沉剂和5～10份有机溶剂组成，该发明所得涂料具有粘结力更强，受外界温度、湿度的影响较小，耐候性更好的优势，且该冷涂锌涂料对于钢铁底材不需要进行酸洗、水洗，可以大大降低能耗，又可以大大减少废水废酸的处理和排放，有利于环保，是代替热浸镀锌工艺的非常理想的产品。CN111876049A公开了一种石墨烯冷涂锌涂料及其制备方法，所述涂料包括1～5质量份数的石墨烯浆料、15～20质量份数的冷涂锌树脂、0.1～1质量份数的硅烷偶联剂、0.7～1.5质量份数的有机膨润土、1～1.5质量份数的聚酰胺蜡和73～83质量份数的锌粉，上述涂料具有低污染、低能耗的特性可以满足节能环保的要求且耐盐雾性优异，具有优异的防腐性能；同时单组分包装，可常温固化，干燥快，复涂间隔短，可减少施工成本，缩短工期。CN112080182A公开了一种高致密性能的冷涂锌涂料及其制备方法，该冷涂锌涂料包括的组分有新型涂料专用树脂、YX0023消泡剂、锌粉、二甲苯，其中的新型冷涂锌涂料专用树脂由丙烯酸树脂、专用树脂改性剂、专用树脂防沉剂和二甲苯组成。采用的新型冷涂锌涂料专用树脂除了具备普通树脂的固有性能以外，经过改性后还具有了优异的物理力学性能与长久的稳定性，尤其是附着力强、致密性高，在长期存储过程中不易分层和凝聚，漆膜具有很高的致密性能；由于在改性后锌粉更易均匀分散于涂料专用树脂液中，且可以达到长久不沉降；同时由于YX0023消泡剂的加入，冷涂锌涂料漆膜的致密性能很好，具有优异的耐性。
但是，目前现有技术中提供的冷涂锌涂料普遍存在粘结强度较低的问题，与基底的附着力难以达到≥3MPa的技术要求，且耐候性较差，因此仍不能对钢铁结构建筑起到长期有效的保护。
因此，开发一种兼具优异粘结性能和耐候性能的溶剂型冷涂锌涂料，是本领域急需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种溶剂型冷涂锌涂料及其制备方法和应用，所述溶剂型冷涂锌涂料具有优异的粘结性能和耐候性能，且能够很好的平衡硬度与韧性之间的关系，同时不会因为封闭底漆中的溶剂回溶而导致冷涂锌涂层的附着力降低。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种溶剂型冷涂锌涂料，所述溶剂型冷涂锌涂料按照重量份包括如下组分：
Figure BDA0003683546300000031
其中，所述聚酯树脂可以为2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份或9重量份等。
所述锌粉可以为77重量份、79重量份、81重量份、83重量份或85重量份等。
所述防沉剂可以为0.6重量份、0.7重量份、0.8重量份、0.9重量份、1重量份、1.1重量份、1.2重量份、1.3重量份或1.4重量份等。
所述溶剂可以为6重量份、7重量份、8重量份、9重量份、10重量份、11重量份、12重量份、13重量份或14重量份等。
本发明提供的溶剂型冷涂锌涂料采用的树脂为聚酯树脂，聚酯树脂是由多元醇和多元酸聚合而成，包括线性聚酯树脂和支链聚酯树脂，具有较高的分子量，进而采用聚酯树脂制备的溶剂型冷涂锌涂料具有优异的粘接性能和很好的硬度与韧性的平衡性能；且由于聚酯树脂一般溶解于酯类或酮类溶剂中，而在芳烃溶剂或醇类溶剂中溶解度较差，因此在实际应用复涂封闭底漆时，并不会出现因为封闭底漆中的溶剂使冷涂锌涂层回溶而导致冷涂锌涂层附着力降低的现象，最终使得涂层具有持久、稳定的高附着力以及优异的耐候性能。
优选地，所述聚酯树脂的分子量为10000～50000，例如15000、20000、25000、30000、35000、40000或45000等，优选为15000～30000。
作为本发明的优选技术方案，选择分子量为10000～50000的聚酯树脂可以进一步提升得到的冷涂锌涂料形成涂层后与基底的附着力。
优选地，所述锌粉包括颗粒状锌粉和/或片状锌粉。
优选地，所述颗粒状锌粉的目数为300～800目，例如325目、350目、400目、450目、500目、550目、600目、650目、700目或750目等。
优选地，所述锌粉包括颗粒状锌粉和片状锌粉的组合。
优选地，所述防沉剂包括有机膨润土、气相二氧化硅或聚酰胺蜡中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述溶剂包括芳烃类溶剂、酯类溶剂和酮类溶剂的组合。
优选地，所述芳烃类溶剂、酯类溶剂和酮类溶剂的质量比为1:(2～4):(0.5～1)。
其中，所述芳烃类溶剂和酯类溶剂的质量比可以为1:2.2、1:2.4、1:2.6、1:2.8、1:3、1:3.2、1:3.4、1:3.6或1:3.8等。
所述芳烃类溶剂和酮类溶剂的质量比可以为1:0.55、1:0.6、1:0.65、1:0.7、1:0.75、1:0.8、1:0.85、1:0.9或1:0.95等。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述溶剂型冷涂锌涂料的制备方法，所述制备方法包括：将溶剂和聚酯树脂混合，加入防沉剂混合，再加入锌粉混合，得到所述溶剂型冷涂锌涂料。
优选地，所述加入防沉剂混合的混合时间为10～15min，例如10.5min、11min、11.5min、12min、12.5min、13min、13.5min、14min或14.5min等。
优选地，所述加入防沉剂混合在搅拌的条件下进行。
优选地，所述加入防沉剂混合结束后还包括研磨的步骤。
优选地，所述研磨结束后浆料的细度不高于20μm，例如18μm、16μm、14μm、12μm、10μm、8μm、6μm或4μm等。
优选地，所述再加入锌粉混合的混合时间为20～30min，例如21min、22min、23min、24min、25min、26min、27min、28min或29min等。
优选地，所述再加入锌粉混合在搅拌的条件下进行。
第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的溶剂型冷涂锌涂料在桥梁中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的溶剂型冷涂锌涂料包括特定份数的聚酯树脂、锌粉、防沉剂和溶剂的组合，采用聚酯树脂制备得到的溶剂型冷涂锌涂料具有优异的粘接性能和很好的硬度与韧性的平衡性能，同时由于聚酯树脂一般溶解于酯类或酮类溶剂中，而在芳烃溶剂或醇类溶剂中溶解度较差，因此在复涂封闭底漆时，并不会出现因为封闭底漆中的溶剂使冷涂锌涂层回溶而导致冷涂锌涂层附着力降低的现象，最终使得涂层具有持久的稳定的高附着力以及优异的耐候性能.
(2)本发明提供的溶剂型冷涂锌涂料具有优异的储存稳定性，存储一周后均易于搅拌均匀，附着力测试为2.8～6.8MPa，划格实验均可以达到1级，耐冲击性均为50kg.cm，柔韧性均为1mm，耐盐雾测试为1520～2640h，且与环氧封闭漆配套性好，不会出现溶剂回溶现象，因此，在实际应用时，本发明提供的溶剂型冷涂锌涂料可以对钢铁建筑物形成有效且持久的保护，防止其被腐蚀，延长其使用寿命。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种溶剂型冷涂锌涂料，其按照重量份包括如下组分：
Figure BDA0003683546300000061
其中，聚酯树脂的分子量为30000，来源于TOYOBO公司的VYLON GA920，锌粉包括质量比为9:1的800目颗粒状锌粉和片状锌粉的组合，溶剂包括质量比为1:3:0.75的二甲苯、丙二醇甲醚醋酸酯和甲基异丁基酮的组合；
本实施例提供的溶剂型冷涂锌涂料的制备方法包括：将溶剂和聚酯树脂混合，混合至聚酯树脂完全溶解，透明无颗粒，加入有机膨润土混合15min，高速分散，转入砂磨机研磨至细度低于20μm以下，再加入锌粉混合25min，高速分散至细度低于50μm，得到所述溶剂型冷涂锌涂料。
实施例2
一种溶剂型冷涂锌涂料，其按照重量份包括如下组分：
Figure BDA0003683546300000062
Figure BDA0003683546300000071
其中，聚酯树脂的分子量为15000，来源于EVONIK公司的DANOPOL L206，锌粉包括质量比为9:1的800目颗粒状锌粉和片状锌粉的组合，溶剂包括质量比为1:2:0.5的芳烃类溶剂三甲苯、醋酸丁酯和异佛尔酮的组合；
本实施例提供的溶剂型冷涂锌涂料的制备方法包括：将溶剂和聚酯树脂混合，混合至聚酯树脂完全溶解，透明无颗粒，加入有机膨润土混合15min，高速分散，转入砂磨机研磨至细度低于20μm以下，再加入锌粉混合25min，高速分散至细度低于50μm，得到所述溶剂型冷涂锌涂料。
实施例3
一种溶剂型冷涂锌涂料，其按照重量份包括如下组分：
Figure BDA0003683546300000072
其中，聚酯树脂的分子量为20000，来源于SK公司的SKYBON ES100，锌粉包括质量比为9:1的800目颗粒状锌粉和片状锌粉的组合，溶剂包括质量比为1:4:1的二甲苯、尼龙酸二元酸酯和环己酮的组合；
本实施例提供的溶剂型冷涂锌涂料的制备方法包括：将溶剂和聚酯树脂混合，混合至聚酯树脂完全溶解，透明无颗粒，加入有机膨润土混合15min，高速分散，转入砂磨机研磨至细度低于20μm以下，再加入锌粉混合25min，高速分散至细度低于50μm，得到所述溶剂型冷涂锌涂料。
实施例4
一种溶剂型冷涂锌涂料，其与实施例1的区别仅在于，聚酯树脂的分子量为10000，其他组分、用量和制备方法与实施例1相同。
实施例5
一种溶剂型冷涂锌涂料，其与实施例1的区别仅在于，聚酯树脂的分子量为50000，其他组分、用量和制备方法与实施例1相同。
实施例6
一种溶剂型冷涂锌涂料，其与实施例1的区别仅在于，聚酯树脂的分子量为5000，其他组分、用量和制备方法与实施例1相同。
实施例7
一种溶剂型冷涂锌涂料，其与实施例1的区别仅在于，聚酯树脂的分子量为60000，其他组分、用量和制备方法与实施例1相同。
对比例1
一种溶剂型冷涂锌涂料，其与实施例1的区别在于，聚酯树脂的添加量为11重量份，溶剂的添加量为8重量份，其他组分、用量和制备方法与实施例1相同。
对比例2
一种溶剂型冷涂锌涂料，其与实施例1的区别在于，聚酯树脂的添加量为0.5重量份，溶剂的添加量为18.5重量份，其他组分、用量和制备方法与实施例1相同。
对比例3
一种溶剂型冷涂锌涂料，其与实施例1的区别在于，采用环氧树脂(市售产品)替换聚酯树脂，其他组分、用量和制备方法与实施例1相同。
对比例4
一种溶剂型冷涂锌涂料，其与实施例1的区别在于，采用聚苯乙烯树脂(市售产品)替换聚酯树脂，其他组分、用量和制备方法与实施例1相同。
对比例5
一种溶剂型冷涂锌涂料，其与实施例1的区别在于，采用聚氨酯树脂(市售产品)替换聚酯树脂，其他组分、用量和制备方法与实施例1相同。
对比例6
一种溶剂型冷涂锌涂料，其与实施例1的区别在于，采用丙烯酸树脂(市售产品)替换聚酯树脂，其他组分、用量和制备方法与实施例1相同。
性能测试：
(1)储存稳定性：将涂料密封储存于50～55℃烘箱中，放置一周后检查涂料在容器中状态，是否发生沉降，粘度变化以及细度变化；
(2)附着力：采用75×150×3mm的喷砂钢板，喷砂等级达到Sa21/2，表面粗粗度达“中”级，分两道施工，中间间隔24h喷涂第二遍，然后在温度23±2℃，相对湿度50±5％条件下放置168h后，按照GB/T5210-2006提供的测试方法进行测定；
(3)划格试验：采用70×150×0.5mm的钢板，喷涂一道，干膜厚度20±3μm，在温度23±2℃，相对湿度50±5％条件下放置48h后按照GB/T9286-1988提供的测试方法进行测定；
(4)耐冲击性：采用70×150×0.3mm的马口铁板，用320目干砂纸将马口铁板上的镀锡层全部打磨掉，喷涂一道，干膜厚度20±3μm，在温度23±2℃，相对湿度50±％条件下放置48h后，按照GB/T1732-1993提供的测试方法进行测定；
(5)柔韧性：采用70×150×0.3mm的马口铁板，用320目干砂纸将马口铁板上的镀锡层全部打磨掉，喷涂一道，干膜厚度20±3μm，在温度23±2℃，相对湿度50±％条件下放置48h后，按照GB/T1731-1993提供的测试方法进行测定；
(6)耐中性盐雾试验：采用75×150×3mm喷砂钢板，喷砂等级达到Sa21/2,表面粗粗度达“中”级，分两道施工，中间间隔24h喷涂第二遍，然后在温度23±2℃，相对湿度50±％条件下放置168h，在试板上划一道平行于长边的划痕，然后按照GB/T1771-2007提供的测试方法进行测定；
中性盐雾试验判定依据：划线处无红锈，单项扩蚀≤2.0mm，未划线区无开裂、剥落、生锈现象，允许起泡密集等级≤1级，允许起泡大小等级≤S3级，产生的白锈不在考察范围之内；
(7)配套性：采用75×150×3mm喷砂钢板，喷砂等级达到Sa21/2,表面粗粗度达“中”级，然后喷涂冷涂锌涂料一道，干膜厚度在60～80μm，放置24h后喷涂2道冷涂锌专用封闭漆，第一道封闭漆对冷涂锌涂层表面的毛细空隙进行填充和封闭，漆膜厚度控制在30～40μm，第二道封闭漆增加漆膜厚度，漆膜厚度控制在80～100μm；施工完成后观察漆膜表面是否有漆膜起皱，咬底等现象，然后在温度23±2℃，相对湿度50±5％条件下放置168h后按照GB/T5210-2006提供的测试方法进行测试。
按照上述测试方法对实施例1～7和对比例1～6提供的溶剂型冷涂锌涂料进行测试，测试结果如表1所示：
表1
Figure BDA0003683546300000101
Figure BDA0003683546300000111
根据表1数据可以看出：实施例1～7得到的溶剂型冷涂锌涂料具有优异的储存稳定性，存储一周后均易于搅拌均匀，还具有优异的粘结性能、耐冲击性、柔韧性和耐候性，附着力测试显示附着力为2.8～6.8MPa，划格实验均可以达到1级，耐冲击性均为50kg.cm，柔韧性均为1mm，耐盐雾测试为1520～2640h，且与环氧封闭漆具有良好的配套性。
具体分析如下：
比较实施例1和对比例1～2可以发现，聚酯树脂的添加量过高(对比例1)，会使溶剂型冷涂锌涂料在存储过程中粘度增大而导致无法进行搅拌，且附着力也有所下降；而聚酯树脂的添加量过低(对比例2)，则会导致溶剂型冷涂锌涂料粘度在存储过程中发生硬沉淀，搅拌困难，附着力也发生大幅度降低，与环氧封闭漆配套性也很差，会发生溶剂回溶。
再比较实施例1和对比例3～6可以发现，采用环氧树脂制备得到的冷涂锌涂料(对比例3)、采用聚苯乙烯树脂制备得到的冷涂锌涂料(对比例4)以及采用聚氨酯树脂制备得到的冷涂锌涂料(对比例5)的附着力均较差，与环氧封闭漆的粘结性也较差；而采用丙烯酸树脂制备得到的冷涂锌涂料(对比例6)的附着力同样较差，且与环氧封闭漆配套性差，会发生溶剂回溶现象。
进一步比较实施例1和实施例4～7可以发现，聚酯树脂的分子量较低会使得到的冷喷锌涂料的附着力变差，而聚酯树脂的分子量较高则会使冷涂锌涂料增稠，存储稳定性下降，同时附着力也会变差。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明一种溶剂型冷涂锌涂料及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (13)

1.一种溶剂型冷涂锌涂料，其特征在于，所述溶剂型冷涂锌涂料按照重量份包括由如下组分组成：
Figure FDA0004104479740000011
所述聚酯树脂的分子量为10000～50000；
所述溶剂包括芳烃类溶剂、酯类溶剂和酮类溶剂的组合；
所述芳烃类溶剂、酯类溶剂和酮类溶剂的质量比为1:(2～4):(0.5～1)；
所述锌粉包括颗粒状锌粉和片状锌粉的组合。
2.根据权利要求1所述的溶剂型冷涂锌涂料，其特征在于，所述聚酯树脂的分子量为15000～30000。
3.根据权利要求1所述的溶剂型冷涂锌涂料，其特征在于，所述颗粒状锌粉的目数为300～800目。
4.根据权利要求1所述的溶剂型冷涂锌涂料，其特征在于，所述防沉剂包括有机膨润土、气相二氧化硅或聚酰胺蜡中的任意一种或至少两种的组合。
5.一种如权利要求1～4任一项所述溶剂型冷涂锌涂料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将溶剂和聚酯树脂混合，加入防沉剂混合，再加入锌粉混合，得到所述溶剂型冷涂锌涂料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述加入防沉剂混合的混合时间为10～15min。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述加入防沉剂混合在搅拌的条件下进行。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述加入防沉剂混合结束后还包括研磨的步骤。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述研磨结束后浆料的细度不高于20μm。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述再加入锌粉混合的混合时间为20～30min。
11.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述再加入锌粉混合在搅拌的条件下进行。
12.一种如权利要求1～4任一项所述的溶剂型冷涂锌涂料在钢铁建筑物中的应用。
13.根据权利要求12所述的应用，其特征在于，所述钢铁建筑物包括桥梁。
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