CN117070120B - 一种水性环氧防腐涂料及其涂覆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水性环氧防腐涂料，由A组分和B分组组成，A组分包括以下重量份的物质：水性环氧乳液40～60份、玄武岩鳞片15～35份、贝壳粉5～10份、二氧化硅1～10份、二氧化钛0.5～10份、聚苯胺0.5～5份、碳粉0.5～1.5份、稀土氧化物0.5～2份、流平剂0.5～2份；B组分为10～20重量份的固化剂。本发明采用多类型耐腐蚀的微纳米尺度有机‑无机非金属填料混搭构建腐蚀障碍层，替代金属锌粉的消耗性保护层，达到无锌防腐效果。
Description
技术领域
本发明涉及防腐涂料领域，尤其涉及一种水性环氧防腐涂料及其涂覆方法。
背景技术
涂料涂装是钢结构最常用的现场防腐维护方法，水性环氧富锌防腐涂料是常用的一种环保型防腐涂料。它通过环氧树脂的高附着力在钢结构表面形成一层锌的保护涂层，以金属锌作为牺牲阳极而达到保护钢结构的作用，阻止钢结构免受腐蚀环境的侵蚀，提高钢结构的使用寿命。富锌涂料的防腐性能随锌含量增加而提高。但是，涂料中高含量锌粉会增加涂料成本和锌粉沉降分层，增加涂料施工难度和成本。而且，富锌涂料制备过程中大量接触锌粉会增加人体锌中毒的风险。
中国专利CN114539879A公开了一种水性富锌玄武岩鳞片防腐涂料，利用玄武岩鳞片和纳米锌粉粒径的差异，将纳米锌粉填充在玄武岩鳞片堆叠后产生的缝隙中，在延长腐蚀因子路线的同时纳米锌粉同时对腐蚀因子进行消耗，从而在保证足够的防腐性能的前提下大幅降低玄武岩鳞片和纳米锌粉的用量，避免颗粒性物质占比过高导致涂料力学性能降低而影响防腐效果的问题。但是，该发明仍是利用锌粉与腐蚀因子的反应而保护钢结构，未解决无锌防腐的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种水性环氧防腐涂料，由A组分和B分组组成，A组分包括以下重量份的物质：水性环氧乳液40～60份、玄武岩鳞片15～35份、贝壳粉5～10份、二氧化硅1～10份、二氧化钛0.5～10份、聚苯胺0.5～5份、碳粉0.5～1.5份、稀土氧化物0.5～2份、流平剂0.5～2份；B组分为10～20重量份的固化剂。
本发明防腐涂料基材为环氧树脂，功能性物质为无机颗粒，均匀分散在环氧树脂基材中，因此，无机颗粒的尺寸控制对涂料的力学性能以及防腐性能至关重要。本发明对无机组分的粒径控制具体如下：玄武岩鳞片厚度为2～7μm，粒径为13～44μm；贝壳粉为直径13～33μm的球状粉末；二氧化硅为直径10～30nm的球状粉末；二氧化钛为直径10～40nm的球状粉末；聚苯胺为直径10～30μm的球状粉末；碳粉为直径40～100nm的石墨粉；稀土氧化物为氧化镧和氧化铈质量比为(5～10):1的混合粉末，粉末直径为10～30μm。
在本发明中，由于环氧树脂和无机颗粒之间存在界面效应，因此必要添加流平剂，流平剂可以促进有机和无机之间的相容性，提高涂料原料混合后的稳定性，本发明采用聚氨酯缔合化合物作为流平剂，具体为乙氧化聚氨酯，它能够通过氢键和疏水缔合作用形成分子间或者分子内缔合网络结构，降低水分子的自由运动，增加乳液的剪切黏度，继而提高水性涂料的流动性。
水性环氧乳液与胺类固化剂配合使用，固化时间可控且固化后稳定性好，本发明胺类固化剂具体为聚酰胺。
本发明水性环氧防腐涂料的涂覆方法包括以下步骤：按重量份称取A组分各物质，将玄武岩鳞片、贝壳粉、二氧化硅、二氧化钛、聚苯胺、碳粉、稀土氧化物在混粉机中混合搅拌，制成混合粉末，用搅拌机对水性环氧乳液进行搅拌，搅拌过程中将混合粉末均匀加入，在加入流平剂，搅拌充分，将A组分和B组分混合后搅拌均匀，60分钟内完成涂覆。
本发明采用多类型耐腐蚀的微纳米尺度有机-无机非金属填料混搭构建腐蚀障碍层，替代金属锌粉的消耗性保护层，达到无锌防腐效果。玄武岩鳞片，能够在涂料中叠加排列，形成物理阻隔腐蚀因子的屏蔽层。贝壳粉，主要用于提高无机非金属填料与钢基体的亲和性，增加无机非金属填料混合均匀性。纳米二氧化硅主要用于保证各类填料混合均匀，放在涂料产生沉降分层。纳米二氧化钛，既可以促进涂层与钢基体的结合力，又能提高涂层的抗紫外老化性能。聚苯胺，主要是影响钢结构氧化过程的电子转移，阻止钢进一步氧化锈蚀。碳粉，采用纳米石墨形式既能润滑各类固体填料的混合过程，促进固体填料的均匀性，便于形成均匀化涂层。稀土氧化物，主要改善涂层的力学性能，提高涂层的耐磨性和附着强度。与富锌防腐涂层相比，本发明综合利用各类耐腐蚀无机非金属填料形成物理屏障层，切断腐蚀因子的传播路径而保护钢结构，既可以降低成本，又能避免重金属锌对人体和环境的不利影响。
附图说明
图1为实施例1水性环氧防腐涂料固化后的涂层断面SEM图。
图2为对比例1水性环氧富锌涂料固化后的涂层断面SEM图。
具体实施方式
以下结合实例对本发明进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
一种水性环氧防腐涂料，由A组分和B分组组成，其中，A组分包括以下重量份的物质：水性环氧乳液50份、玄武岩鳞片25份、贝壳粉8份、二氧化硅5份、二氧化钛5份、聚苯胺3份、碳粉1份、稀土氧化物1份、乙氧化聚氨酯流平剂1份；B组分为15重量份的聚酰胺固化剂；其中，玄武岩鳞片厚度为2μm，粒径为35μm，贝壳粉为直径15μm的球状粉末，二氧化硅为直径20nm的球状粉末，二氧化钛为直径20nm的球状粉末，聚苯胺为直径20μm的球状粉末，碳粉为直径50nm的石墨粉，稀土氧化物为氧化镧和氧化铈质量比为8:1的混合粉末，直径为20μm。
实施例2
一种水性环氧防腐涂料，由A组分和B分组组成，其中，A组分包括以下重量份的物质：水性环氧乳液60份、玄武岩鳞片15份、贝壳粉10份、二氧化硅1份、二氧化钛10份、聚苯胺0.5份、碳粉1.5份、稀土氧化物2份、乙氧化聚氨酯流平剂0.5份；B组分为20重量份的聚酰胺固化剂；其中，玄武岩鳞片厚度为7μm，粒径为13μm，贝壳粉为直径13μm的球状粉末，二氧化硅为直径30nm的球状粉末，二氧化钛为直径40nm的球状粉末，聚苯胺为直径10μm的球状粉末，碳粉为直径100nm的石墨粉，稀土氧化物为氧化镧和氧化铈质量比为5:1的混合粉末，直径为10μm。
实施例3
一种水性环氧防腐涂料，由A组分和B分组组成，其中，A组分包括以下重量份的物质：水性环氧乳液40份、玄武岩鳞片35份、贝壳粉5份、二氧化硅10份、二氧化钛0.5份、聚苯胺5份、碳粉0.5份、稀土氧化物0.5份、乙氧化聚氨酯流平剂0.5份；B组分为10重量份的聚酰胺固化剂；其中，玄武岩鳞片厚度为5μm，粒径为44μm，贝壳粉为直径33μm的球状粉末，二氧化硅为直径30nm的球状粉末，二氧化钛为直径10nm的球状粉末，聚苯胺为直径30μm的球状粉末，碳粉为直径40nm的石墨粉，稀土氧化物为氧化镧和氧化铈质量比为10:1的混合粉末，直径为30μm。
对比例1
一种水性环氧富锌涂料，由A组分和B分组组成，其中，A组分包括以下重量份的物质：水性环氧乳液50份、纳米锌粉20份、乙氧化聚氨酯流平剂1份；B组分为20重量份的聚酰胺固化剂。
图1为实施例1水性环氧防腐涂料固化后的涂层断面SEM图，从图中可以看出，玄武岩鳞片和多种无机非金属粉末构成了致密的涂层，还可以看出玄武岩鳞片片层堆叠的结构。
图2为对比例1水性环氧富锌涂料固化后的涂层断面SEM图，从图中可以看出，片状锌粉和球状锌粉构成的涂层致密性差且存在明显的间隙。
将实施例1～3和对比例1涂料涂覆在150mm*70mm的钢板表面，涂覆厚度为220μm，固化后，进行相关检测。
表1为实施例1～3和对比例1涂料的力学性能和防腐性能检测。从表中数据可以看出，实施例1～3的水性环氧防腐涂料力学性能和防腐性能均优于对比例1的水性环氧富锌涂料。
表1.实施例1～3和对比例1涂料性能检测
表2为实施例1～3和对比例1涂层在10％浓缩海水中7天、14天、21天和28天后的拉开强度。从表中数据可以看出，在10％浓缩海水中浸泡不同天数后，实施例1～3的水性环氧防腐涂料拉开强度下降速率和下降程度均明显低于对比例1的水性环氧富锌涂料，这是由于对比例1水性环氧富锌涂料的抗腐蚀是消耗锌单质的机理，随着锌单质的消耗，涂料中的间隙会逐渐增大，从而力学性能快速下降，而实施例1～3的水性环氧富锌涂料的防腐机理是致密的无机填料对腐蚀因子的阻碍，尤其是玄武岩鳞片的片状结构增加了腐蚀因子的渗透路径，从而在长时间的腐蚀条件中涂料的力学性能较为稳定。
表2.实施例1～3和对比例1涂料浓缩海水实验
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | |
| 7天 | 4.8MPa | 4.3MPa | 5.4MPa | 3.8MPa |
| 14天 | 4.3MPa | 3.8MPa | 4.9MPa | 3.3MPa |
| 21天 | 3.6MPa | 3.1MPa | 4.1MPa | 2.5MPa |
| 28天 | 2.5MPa | 2.1MPa | 3.2MPa | 1.6MPa |
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种水性环氧防腐涂料，其特征在于，所述水性环氧防腐涂料由A组分和B组分组成，A组分包括以下重量份的物质：水性环氧乳液40~60份、玄武岩鳞片15~35份、贝壳粉5~10份、二氧化硅1~10份、二氧化钛0.5~10份、聚苯胺0.5~5份、碳粉0.5~1.5份、稀土氧化物0.5~2份、流平剂0.5~2份；B组分为10~20重量份的固化剂；
所述玄武岩鳞片厚度为2~7μm，粒径为13~44μm；所述贝壳粉为直径13~33μm的球状粉末；所述二氧化硅为直径10~30nm的球状粉末；所述二氧化钛为直径10~40nm的球状粉末；所述聚苯胺为直径10~30μm的球状粉末；所述碳粉为直径40~100nm的石墨粉；
所述稀土氧化物为氧化镧和氧化铈质量比为(5~10):1的混合粉末，直径为10~30μm。
2.根据权利要求1所述水性环氧防腐涂料，其特征在于，所述流平剂为聚氨酯缔合化合物；所述固化剂为聚酰胺。
3.一种如权利要求1~2任一项所述水性环氧防腐涂料的涂覆方法，其特征在于，包括以下步骤：按重量份称取A组分各物质，将玄武岩鳞片、贝壳粉、二氧化硅、二氧化钛、聚苯胺、碳粉、稀土氧化物在混粉机中混合搅拌，制成混合粉末，用搅拌机对水性环氧乳液进行搅拌，搅拌过程中将混合粉末均匀加入，最后再加入流平剂，搅拌充分制备A组分；将A组分和B组分混合后搅拌均匀，60分钟内完成涂覆。
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