CN114891423A - 一种车间底漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于底漆领域，具体涉及一种车间底漆及其制备方法。该车间底漆包括A组分和B组分；A组分包括：醇溶性树脂5～19份、流变助剂0.5～1.5份、消泡剂0～1份、硅烷偶联剂0.3份～1份、分散剂0～1份、填料3～33份、锌粉45～75份、溶剂4～14份；B组分包括：聚硅酸乙酯20～40份、乙醇60～80份。车间底漆在焊接过程中锌雾显著减少且焊道内部气泡和微型圆孔数量明显降低，涂层具有较高防腐蚀性的同时还具有一定的低表面处理施工性从而可降低基材表面处理等级。

Description

一种车间底漆及其制备方法

技术领域

本发明属于底漆领域，更具体地，涉及一种车间底漆及其制备方法。

背景技术

车间底漆，又称预处理底漆，是钢板或型钢经抛丸预处理除锈后在流 水线上喷涂的一层防锈漆。车间底漆的作用是对经过抛丸处理的钢材表面 进行保护，防止钢材在加工及船舶建造期间生锈而带来腐蚀损害，在船舶 和大型钢铁结构等建造中应用非常广泛。喷涂车间底漆后的钢板会堆放在 露天地点等待焊接组装，等待时间3-12个月不等。因此，作为一种临时保 护底漆，船用车间底漆必须要具有一定的防止钢板锈蚀的能力；目前各船厂主要采用高压无气喷涂，其膜厚一般为15～20μm。由于采用自动化流水 线作业，要求漆膜在3～5min内表干，6-7min进行叠放，所以需要船用车间 底漆具有较快的干燥速度和一定的柔韧性；为了满足切割、焊接要求，船 用车间底漆必须要具有一定的耐热性和可焊接性；同时，为了使配套涂层 满足防腐要求，船用车间底漆必须要与中间漆具有较好的配套性；此外， 由于船舶用钢材种类繁多，薄厚不一，有时无法进行彻底的喷砂除锈仅能 进行简单的扫砂处理，因此要求车间底漆具有一定的低表面处理施工性。

目前，车间底漆主要有磷化底漆、环氧铁红车间底漆、环氧富锌车间 底漆和无机硅酸锌车间底漆四种类型。磷化底漆是以聚乙烯醇缩丁醛为基 料的车间底漆，其优点是对钢材的焊接和切割无不良影响、干燥快、与各 种有机涂料配套性好、价格低廉。缺点是保养期短(3个月左右)、热加工 涂层损伤面积较大、耐电位性能差；环氧铁红车间底漆是以环氧树脂为成 膜物质、以铁红为主要防锈填料的车间底漆，优点是耐溶剂和化学稳定性 好，热加工时不会产生氧化锌烟尘。缺点是保养期略高于磷化底漆(4个月 左右)，干性稍差，要求抛丸预处理流水线具有烘干设备；环氧富锌车间底 漆是以环氧树脂为成膜物质、以锌粉为主要防锈填料的车间底漆，优点是 保养期较长(6～9个月)，耐热性好，热加工涂层损伤面积较小。缺点是干 燥速度慢，在焊接和切割时产生较多氧化锌烟尘(锌雾)，其表面不能涂覆 常规的油性漆和油基漆，应用在船体水下部位会导致油性树脂皂化，造成 涂层气泡、剥离；无机硅酸锌车间底漆是以硅酸乙酯为成膜物质、以锌粉 为主要防锈填料的车间底漆，优点是保养期长(6～12个月)，干燥快、热加 工损伤面积小、耐溶剂性能优，是目前应用最为广泛的一种车间底漆，其 缺点是在焊接和切割时仍有一定量的氧化锌烟尘产生(比环氧富锌车间底 漆少)，漆膜较脆。

为了降低锌雾产生，研究人员做了大量的研究工作：在中国专利申请 CN102702884 A《一种多用途快干型无机锌车间底漆及其制备方法》中， 发明人以复合铁钛粉替代部分锌粉，可减少锌粉用量，从而降低锌雾产生； 在中国专利申请CN 102153922 A《一种无机车间底漆》中，发明人以价格 低廉的磷铁粉替代部分锌粉，在耐高温性、防腐蚀性基本不变的情况下使 车间底漆的成本显著降低；在中国专利申请CN 107868496 A《一种石墨烯 无机硅酸锌车间底漆及其制备方法》中，发明人通过在配方中加入石墨烯、 铁钛粉等来部分替代锌粉，可在焊接时降低锌雾产生；在中国专利CN 110183882 B《一种疏水性醇溶型无机硅酸锌车间底漆及其制备方法》中， 发明人以磷铁粉替代部分锌粉来降低锌粉含量、以加入十七氟癸基三甲氧 基硅烷来达到疏水目的；在中国专利申请CN 103342908 A《无机硅酸锌车 间底漆》中，发明人以磷铁粉替代部分锌粉来降低焊接时锌雾产生、以加 入硅丙乳液来增加涂膜韧性。

但上述5个专利申请中，磷铁粉、铁钛粉或硫酸钡的加入量均比较大， 在焊接时虽然会降低锌雾产生，但会在焊道内产生较多气泡和微型圆球， 降低焊接强度，存在安全隐患。

此外，现用车间底漆还存在一下两个难题：一是市售船用车间底漆主 要是以高锌粉含量来实现高防腐性的，但过高的锌粉含量会降低成膜树脂 含量，由于成膜物不足以粘结锌粉，使锌粉间存在大量气泡，导致现有的 船用车间底漆与中间漆之间的层间附着力相对较差，存在层间脱落风险。 尤其是对于表面疏水体系如专利CN 110183882B和专利申请CN 103342908 A，其层间附着力更差；二是由于船用车间底漆成膜物为聚硅酸乙酯，对底材处理要求苛刻，需要对底材进行彻底喷砂处理，大大增强了工人劳动强 度和施工难度。

归纳起来，目前船用车间底漆主要存在以下几个缺点：

1、现有的船用车间底漆与中间漆之间的层间附着力相对较差；

2、现有的船用车间底漆由于成膜物为无机硅酸盐因此对基材表面处理 等级要求较高；

3、现有的船用车间底漆在焊接时焊道内存在较多气泡和微型圆球，降 低焊接强度，存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，通过在配方中添加合适量的导电碳 纳米管、石墨烯、纳米磷铁粉等替代部分锌粉，在减少锌雾的同时，还可 有效降低焊道内气泡和微型圆球的产生，从而提高焊接质量。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种车间底漆，该车间底 漆包括A组分和B组分；

A组分包括：醇溶性树脂、流变助剂、硅烷偶联剂、填料、锌粉、溶 剂；

B组分包括：聚硅酸乙酯、乙醇；

填料包括纳米磷铁粉、碳纳米管、石墨烯和功能性防锈填料；

所述功能性防锈填料选自磷酸盐、三聚磷酸盐、硼酸盐和硅酸盐中的 至少一种；

作为优选方案：

A组分包括以重量计的：

醇溶性树脂5～19份、流变助剂0.5～1.5份、硅烷偶联剂0.3份～1份、 填料3～33份、锌粉45～75份、溶剂4～14份、消泡剂0～1份、分散剂0～1 份；

B组分包括以重量计的：

聚硅酸乙酯20～40份、乙醇60～80份。

根据本发明，本领域技术人员可根据需要选择是否添加消泡剂、分散 剂，添加量可根据需要进行选择。

作为优选方案，在添加消泡剂、分散剂的情况下，A组分中的消泡剂 为0.1～1份，分散剂为0.1～1份。

作为优选方案，在使用时，A组分和B组分的重量比为2～5:1。

作为优选方案，所述醇溶性树脂选自松香改性醇酸树脂、热塑性酚醛 树脂、脲醛树脂和丙烯酸树脂中的至少一种。

作为优选方案，所述流变助剂选自改性脲类流变助剂、缔合型聚氨酯 增稠剂、改性酰胺类衍生物、聚乙烯蜡、聚酰胺蜡、有机膨润土和气相二 氧化硅中的至少一种。

作为优选方案，所述消泡剂选自聚醚硅氧烷共聚物、不含硅的酰胺类 聚合物中的至少一种。

作为优选方案，所述填料还包括滑石粉和云母粉中的至少一种。

作为优选方案，所述分散剂选自多元酰胺和酸性聚酯盐、多元羧酸聚 酯、多元羧酸的烷醇铵盐、含酸性基团共聚物的烷醇铵盐和结构化丙烯酸 共聚物中的至少一种。

作为优选方案，所述溶剂选自二甲苯、正丁醇和乙醇中的至少一种。

作为优选方案，填料中纳米磷铁粉、碳纳米管、石墨烯和功能性防锈 填料的质量比为(4-8)：(0.4-0.6)：(1-1.4)：(4-6)。在上述用量范围内， 可具有合适的涂料粘度，同时有效保证涂料的防腐性能。

本发明的第二方面提供上述的车间底漆的制备方法，该制备方法包括：

获得A组分：

将醇溶性树脂、溶剂、任选的分散剂混合分散；

加入流变助剂，混合分散；

加入任选的消泡剂、硅烷偶联剂，混合分散；

加入填料和锌粉，混合分散，获得A组分：

获得B组分：

将聚硅酸乙酯和乙醇混合均匀，获得B组分。

根据本发明，在一个具体的实施方式中，车间底漆的制备方法包括：

(1)将醇溶性树脂、溶剂、分散剂加入分散缸中，用高速分散机以 800r/min的转速搅拌分散10min；

(2)加入流变助剂，继续以800r/min的转速分散10min；

(3)加入消泡剂、硅烷偶联剂，以800r/min的转速分散5min；

(4)加入任选的滑石粉、任选的云母粉、碳纳米管、石墨烯、功能性 防锈填料、纳米磷铁粉和锌粉，用高速分散机以800r/min分散30min；

(5)任选地以100目的滤网过滤出料，得到A组分；

(6)将聚硅酸乙酯和乙醇混合均匀，获得B组分；

(7)将A组分和B组分以2～5:1的配比混合均匀，得到成品车间底漆。

在上述的一个具体的实施方式中，为了过滤出未分散好的大颗粒，以 确保涂料细度和性能满足标准要求，即使填料原始粒径均小于100目，但 由于填料团聚，其产品粒径可能会高于原始粒径，为满足指标要求，出料 时须进行过滤以过滤掉未分散开的大颗粒。

本发明的创新点与关键技术原理：

1、本发明通过在配方中添加硅烷偶联剂，利用其分子结构中独特的双 亲结构，可使中间漆对车间底漆有弱溶解作用；同时，由于其在体系中相 容性较差所带来的弱消泡作用，可显著降低涂层表面中的微泡，从而提高 中间漆对车间底漆的润湿性。两者共同作用，可显著提高车间底漆与中间 漆之间的粘结强度，从而使层间附着力显著提高。

2、通过在配方中添加功能性防锈填料，利用其磷酸根、三聚磷酸根、 硼酸根、硅酸根等对铁离子的络合、钝化作用，在显著提高涂层防腐蚀性 的同时，赋予涂层一定的低表面处理施工性从而降低基材表面处理等级。

3、通过在配方中添加合适量的碳纳米管、石墨烯和纳米磷铁粉，利用 碳纳米管、石墨烯优异的导电性可将锌粉用量降低10％，从而在焊接过程 中减少锌雾产生；利用纳米磷铁粉优异的导电性和防腐性，可替代部分无 机填料，在合适添加量下可减少焊接时焊道内气泡和微型圆球产生，从而 提高焊接强度。同时，添加纳米磷铁粉，能够有效的填充在锌粉孔隙，起 到导电和密闭作用；碳纳米管和石墨烯的优秀导电性和管状、片状结构， 深入体系内部，对体系起到类似水泥加强钢筋的作用，增加了体系的整体 强度，提高了涂膜内部抗拉开强度；石墨烯片状结构，具有一定阻隔水和 氧气渗入底部钢材的作用。配合磷酸根等防腐颜料，使得涂膜除了具有电 化学防腐外，还具有一定的物理屏蔽防腐作用。

本发明的车间底漆通过在配方中添加硅烷偶联剂、功能性复合防锈填 料、碳纳米管、石墨烯和纳米磷铁粉等多种技术手段，成功解决了传统船 用车间底漆与中间漆之间层间附着力相对较差、施工时对基材表面处理等 级要求高、焊接过程中焊缝内部气泡较多影响焊接强度的技术难题。制备 的船用车间底漆与中间漆之间的层间附着力显著提高，车间底漆在焊接过 程中锌雾显著减少且焊道内部气泡和微型圆孔数量明显降低，涂层具有较高防腐蚀性的同时还具有一定的低表面处理施工性从而可降低基材表面处 理等级。

本发明的其他特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明 的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这 里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加 透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

实施例1：

本实施例提供一种车间底漆，其制备方法如下：

(1)按配比将醇溶性树脂、溶剂、分散剂依此加入分散缸中，用高速 分散机以800r/min的转速搅拌分散10min；

(2)加入流变助剂，继续以800r/min的转速分散10min；

(3)加入消泡剂、硅烷偶联剂，以800r/min的转速分散5min；

(4)依此加入滑石粉、云母粉、碳纳米管、石墨烯、功能性复合防锈 填料、纳米磷铁粉和锌粉，用高速分散机以800r/min的转速分散30min；

(5)以100目的滤网过滤出料，得到A组分；

(6)聚硅酸乙酯和乙醇进行混合搅拌，得到B组分。

实施例2：

本实施例提供一种车间底漆，A组分和B组分的制备方法同实施例1。

对比例1：

本实施例提供一种车间底漆，其制备方法如下：

(1)按配比将醇溶性树脂、溶剂、分散剂依此加入分散缸中，用高速 分散机以800r/min的转速搅拌分散10min；

(2)加入流变助剂，继续以800r/min的转速分散10min；

(3)加入消泡剂，以800r/min的转速分散5min；

(4)依此加入滑石粉、云母粉、碳纳米管、石墨烯、功能性复合防锈 填料和锌粉，用高速分散机以800r/min的转速分散30min；

(5)以100目的滤网过滤出料，得到A组分；

(6)聚硅酸乙酯和乙醇进行混合搅拌，得到B组分。

实施例3：

本实施例提供一种车间底漆，与实施例1的制备方法的不同之处在步 骤(4)中分散60min。

实施例4：

本实施例提供一种车间底漆，A组分和B组分的制备方法同实施例1。

对比例2：

本实施例提供一种车间底漆，其制备方法如下：

(1)按配比将醇溶性树脂、溶剂、分散剂依此加入分散缸中，用高速 分散机以800r/min的转速搅拌分散10min；

(2)加入流变助剂，继续以800r/min的转速分散10min；

(3)加入消泡剂、功能助剂，以800r/min的转速分散5min；

(4)依此加入滑石粉、云母粉、硫酸钡和锌粉，用高速分散机以800r/min 的转速分散30min；

(5)以100目的滤网过滤出料，得到A组分；

(6)聚硅酸乙酯和乙醇进行混合搅拌，得到B组分。

各实施例及对比例基本配方见表1。

表1

测试例：

(1)将实施例1～2、对比例1～4中的A组分和B组分分别以3:1的配 比进行混合；

(2)将混合好的车间底漆喷涂在热轧铁板上，室温养护7天后进行盐 雾测试；将车间底漆喷涂在带锈铁板上，室温养护7天后进行划格法附着 力测试；将车间底漆喷涂在热轧铁板上，待其实干后再喷涂中间漆，室温 养护7天后进行拉开法附着力性能测试。

对已涂覆好车间底漆的钢板进行焊接实验，观察漆膜锌雾产生情况。

将焊道剖开，观察焊道内部气泡情况。

各实施例及对比例的测试结果见表2。

表2

实施例1中，使用了硅烷偶联剂、功能性防锈填料以及石墨烯、纳米 磷铁粉和碳纳米管，其附着力、盐雾、锌雾等测试都最优。

实施例2中，由于硅烷偶联剂用量减半，导致拉开法附着力有所下降， 但其性能还是符合要求。

对比例1中，由于未加入硅烷偶联剂，导致涂层与基材附锚固作用力 降低，表现为涂层附着力测试值下降，同时锌粉用量的增加，导致锌雾产 生量较多。

实施例3中，由于分散剂的减少，导致分散时间较实施例1延长，生 产效率降低，能耗增加，但涂料性能依然优秀；实施例4中，减少增韧树 脂，对漆膜测试性能影响较小。

对比例2中，由于未添加导电碳纳米管和石墨烯，致使涂层导电能力 下降，阴极保护效果差，盐雾测试时间降低；由于采用球状硫酸钡替代了 磷酸锌等功能性填料，导致涂层对基材钝化络合能力降低，导致涂层附着 力下降。同时，球状硫酸钡的加入，致使涂层致密度下降，导致焊接时焊 道内产生较多气泡、微型圆孔数量。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽 性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范 围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更 都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种车间底漆，其特征在于，该车间底漆包括A组分和B组分；

A组分包括：醇溶性树脂、流变助剂、硅烷偶联剂、填料、锌粉、溶剂；

B组分包括：聚硅酸乙酯、乙醇；

填料包括纳米磷铁粉、碳纳米管、石墨烯和功能性防锈填料；

所述功能性防锈填料选自磷酸盐、三聚磷酸盐、硼酸盐和硅酸盐中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的一种车间底漆，其中，

A组分包括以重量计的：

醇溶性树脂5～19份、流变助剂0.5～1.5份、硅烷偶联剂0.3份～1份、填料3～33份、锌粉45～75份、溶剂4～14份、消泡剂0～1份、分散剂0～1份；

B组分包括以重量计的：

聚硅酸乙酯20～40份、乙醇60～80份。

3.根据权利要求1或2所述的车间底漆，其中，A组分和B组分的重量比为2～5:1。

4.根据权利要求1或2所述的车间底漆，其中，

所述醇溶性树脂选自松香改性醇酸树脂、热塑性酚醛树脂、脲醛树脂和丙烯酸树脂中的至少一种；

所述流变助剂选自改性脲类流变助剂、缔合型聚氨酯增稠剂、改性酰胺类衍生物、聚乙烯蜡、聚酰胺蜡、有机膨润土和气相二氧化硅中的至少一种。

5.根据权利要求1或2所述的车间底漆，其中，所述消泡剂选自聚醚硅氧烷共聚物、不含硅的酰胺类聚合物中的至少一种。

6.根据权利要求1或2所述的车间底漆，其中，所述填料还包括滑石粉和云母粉中的至少一种。

7.根据权利要求1或2所述的车间底漆，其中，所述分散剂选自多元酰胺和酸性聚酯盐、多元羧酸聚酯、多元羧酸的烷醇铵盐、含酸性基团共聚物的烷醇铵盐和结构化丙烯酸共聚物中的至少一种。

8.根据权利要求1或2所述的车间底漆，其中，所述溶剂选自二甲苯、正丁醇和乙醇中的至少一种。

9.根据权利要求1或2所述的车间底漆，其中，填料中纳米磷铁粉、碳纳米管、石墨烯和功能性防锈填料的质量比为(4-8)：(0.4-0.6)：(1-1.4)：(4-6)。

10.权利要求1-9中任意一项所述的车间底漆的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：

获得A组分：

将醇溶性树脂、溶剂、任选的分散剂混合分散；

加入流变助剂，混合分散；

加入任选的消泡剂、硅烷偶联剂，混合分散；

加入填料和锌粉，混合分散，获得A组分：

获得B组分：

将聚硅酸乙酯和乙醇混合均匀，获得B组分。