專利名稱：一種水性帶銹防腐涂料的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種水性帶銹防腐涂料。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的鋼鐵防腐蝕一般采用除銹防腐蝕的方法，對鋼鐵進行電化學防腐蝕和隔離防腐蝕，存在污染嚴重、施工強度大等弊端。帶銹防腐蝕雖然也采用電化學防腐蝕和隔離防腐蝕的原理，但其在產(chǎn)品特性、施工工藝等方面與傳統(tǒng)的除銹防腐蝕有著很大的不同，見表1表1 帶銹防腐蝕與傳統(tǒng)除銹防腐蝕的區(qū)別

帶銹涂料根據(jù)其與銹蝕產(chǎn)物作用原理不同，可分為轉(zhuǎn)化型、穩(wěn)定型、滲透型等3種。穩(wěn)定型帶銹涂料是在成膜物中加入多種化銹劑、穩(wěn)定劑來達到帶銹涂裝的目的，其缺點是只能適用于輕銹(銹層厚小于30tma)的鋼鐵表面；滲透型帶銹涂料主要是利用漆料對疏松鐵銹的潤濕、滲透作用，把鐵銹分離并包圍在漆料中，以阻止銹蝕的發(fā)展，滲透型帶銹涂料既不含穩(wěn)銹劑也不含轉(zhuǎn)化劑，對鋼鐵幾乎不起什么化學作用，因此它不具備化銹能力；轉(zhuǎn)化型又稱為反應型帶銹涂料，是利用轉(zhuǎn)化劑與金屬表面銹層起反應生成穩(wěn)定絡合物、鰲合物，形成化學性能穩(wěn)定的致密保護層來達到化銹防銹的目的，是三種帶銹涂料中化銹防銹能力最好、最具市場前景的一種。
鑒于帶銹防腐蝕涂料能夠明顯的降低除銹工藝的勞動強度、改善施工環(huán)境，符合節(jié)能環(huán)保的要求，目前國內(nèi)外市場上陸續(xù)出現(xiàn)了多種帶銹防腐蝕涂料，但其中絕大部分以穩(wěn)定型和滲透型為主，無化銹能力或化銹能力很差，如目前市面上的改性高氯聚乙烯(HCPE)防腐蝕漆、改性聚氨脂-環(huán)氧樹脂雙組分帶銹涂料、環(huán)氧帶銹防腐底漆等品種均屬此類。
目前，國內(nèi)外市場上已經(jīng)出現(xiàn)了一些水性轉(zhuǎn)化型帶銹防腐蝕涂料產(chǎn)品，最具代表性的主要有以下三種配方。配方一磷酸(85％)、甲醛(37％)、尿素、三乙醇胺、三聚氰胺、氫氧化鈉、氧化鋅、酒精等；配方二環(huán)氧樹脂(E-44)、瀝青清漆、溶劑(丁醇和二甲苯體積比1∶1)、鐵銹轉(zhuǎn)化劑(主要由磷酸組成)、檸檬酸、鉬酸鈉、磷酸二氫鈉、滲透劑(JFC或OP-10)、炭黑、乙醇、助劑(乙二醇)等；配方三硅丙乳液、鞣酸、三聚磷酸鋁、磷化液、磷酸鋅、滲透劑、顏(填)料、緩蝕劑、防霉劑、水等。
但這類帶銹涂料的共同缺點是難以掌握銹層厚度與涂料用量之間的關(guān)系，即無法控制化銹反應的轉(zhuǎn)化度問題。若酸含量少，銹的轉(zhuǎn)化不完全，若酸含量多，漆膜中留有酸性物質(zhì)，對鋼鐵有腐蝕作用，且不能作真正的底漆，只能作表面處理劑用，施工時必須再涂刷耐酸底、面漆才能起到防腐蝕作用，因此無法得到廣泛的應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有良好防腐性能的水性帶銹防腐涂料。
本發(fā)明所提供的水性帶銹防腐涂料，包括轉(zhuǎn)化層涂料和防腐層涂料兩個部分，其中，轉(zhuǎn)化層涂料含有如下重量份的組分環(huán)氧改性丙烯酸樹脂20-25；磷酸350-380；分散劑10-12；肌醇六磷酸酯(以下簡稱LZ防銹劑)2-3；防腐層涂料含有如下重量份的組分丙烯酸樹脂40-50；水40-60。
優(yōu)選的，環(huán)氧改性丙烯酸樹脂為CRF樹脂。
為了提高涂料的溶劑性能以及防腐效果，轉(zhuǎn)化層涂料中還含有一種或幾種如下重量份的組分三乙醇胺5-8；甲醛25-30；尿素6-8；水20-40；助劑1-3；濃度高于95％的酒精60-80。
其中，三乙醇胺可以調(diào)節(jié)溶液的pH值，還作為保護金屬的緩蝕劑；甲醛能與磷酸反應共同組成轉(zhuǎn)銹成分，動態(tài)調(diào)整轉(zhuǎn)銹成分的含量；尿素可以中和多余的甲醛，使產(chǎn)品無甲醛揮發(fā)，達到環(huán)保要求；酒精作為溶劑，能加快漆膜的干燥速度；在轉(zhuǎn)化層涂料中助劑為JX附著力促進劑(50％)、JP流變改性劑(50％)。磷酸質(zhì)量濃度為85％；甲醛濃度為35-37％。
同樣的，為了提高涂料的溶劑性能以及防腐效果，防腐層涂料中還含有一種或幾種如下重量份的組分鈦白粉3-7；消泡劑2-5；鋅粉10-15；濃度高于95％的酒精10-20；流平劑1；成膜劑1。
其中，鈦白粉使漆膜為白色，能提高遮蓋能力；鋅粉可對鋼鐵形成陰極保護，提高防腐性能；以酒精為溶劑，加快漆膜的干燥速度；流平劑可以改善漆膜流變性；成膜劑能改善漆膜成膜平整度。優(yōu)選的，消泡劑選用AM1消泡劑，流平劑為JP流變改性劑，成膜劑為JX附著力促進劑。
在實際使用本發(fā)明涂料時，無需預先確定轉(zhuǎn)化層組分與防腐層組分間的用量。首先，在生銹鋼鐵表面涂覆轉(zhuǎn)化層，肉眼觀察漆膜下的鐵銹由黃色轉(zhuǎn)變?yōu)楹诤稚蜃厣纯?，若鐵銹未反應完全，可涂覆第二遍轉(zhuǎn)化層，直至漆膜內(nèi)鐵銹完全轉(zhuǎn)化為止。待轉(zhuǎn)化層表干后，即可在上面涂一層防腐層，達到完全遮蓋轉(zhuǎn)化層即可，無需確定其準確用量，防腐層和轉(zhuǎn)化層間的反應可緩沖調(diào)整和中和多余的化銹成分。
本發(fā)明涂料體系的底漆涂覆為雙層涂覆，按照轉(zhuǎn)化層中轉(zhuǎn)化成分適量富余，防腐層緩沖調(diào)整的原則進行配方設計，有效控制住了底漆轉(zhuǎn)化層的“轉(zhuǎn)化度”，進而可以使底漆適應各種銹蝕條件的鋼鐵構(gòu)件底材。本發(fā)明涂料是以“轉(zhuǎn)化”為主，同時兼有“封閉”和“滲透”性能，體系的基本組成為轉(zhuǎn)化層和防腐層，可與80μm以下的銹蝕層反應，直接將其轉(zhuǎn)化為漆膜的一部分，同時主要針對鋼鐵的電化學腐蝕過程，分別對鋼鐵表面進行陽極保護和陰極保護。與現(xiàn)有涂料的比較差別如表2所示。
表2 本發(fā)明涂料與其它帶銹防腐蝕涂料的區(qū)別


本發(fā)明涂料具有技術(shù)以及施工應用等方面的優(yōu)勢1、產(chǎn)品技術(shù)優(yōu)勢①水溶性、環(huán)保、不含Pb、Hg、Cr等重金屬、無VOC排放。
②降低除銹等級，不需要拋丸噴砂，表面處理ST1級即可。
③80μm以下的銹蝕層與轉(zhuǎn)化層反應，直接轉(zhuǎn)化為漆膜的一部分，漆膜與基材無間結(jié)合，附著力優(yōu)異。
④轉(zhuǎn)化層轉(zhuǎn)化膜形成后，陽極的電位升高約66mv，陽極的惰性提高，丟失電子的難度加大，有效的阻滯了電化學腐蝕的進行，實現(xiàn)了陽極保護。這種以提高陽極電極電位為手段，實現(xiàn)基材保護目的的防腐方法稱之為鋼鐵防腐的陽極保護法。陽極保護在鋼鐵防腐實踐已被廣泛采用，如在鋼鐵中加入鉻形成不銹鋼或鍍銀、鍍銅等。本發(fā)明漆膜可直接形成陽極保護，處于國內(nèi)領先。
⑤轉(zhuǎn)化膜形成后，其內(nèi)膜(雜多酸鹽)的晶格常數(shù)(3.21左右)與鐵的晶格常數(shù)(2.86)非常相近，它能夠與鋼鐵表面牢固地結(jié)合在一起，很難剝離；轉(zhuǎn)化膜中雜多酸鹽晶體結(jié)構(gòu)致密，即使在外層漆膜被破壞的情況下，它依然能夠有效地屏蔽外界的水分或腐蝕性物質(zhì)接觸到鐵表面。
⑥轉(zhuǎn)化膜中雜多酸鹽的陽離子為Zn2+、Al3+和Fe3+(少部分Fe2+)，其很難再被氧化或還原，因此，化學腐蝕很難破壞其結(jié)構(gòu)。
⑦防腐層為富鋅抗銹層。在漆膜被外力擊穿的情況下，由于鋅的存在，鋅極為陽級，鋼鐵基材相對為陰極，產(chǎn)生陰極保護，仍可保護鋼鐵不被銹蝕。
⑧防腐層與轉(zhuǎn)化層為反應型結(jié)合，層間結(jié)合力優(yōu)異。干燥后為酯溶性，與油性面漆配套性優(yōu)異。
⑨采用雙層涂覆，可有效控制轉(zhuǎn)化度，與其它帶銹防腐蝕涂料相比具有明顯的優(yōu)勢，在帶銹防腐蝕涂料行業(yè)中尚屬首創(chuàng)。
2、施工工藝優(yōu)勢①可直接作為普通防腐體系的底漆，如體系+油性中間漆、面漆(硝基快干漆)；體系+水溶性面漆等。配套附著力≤1，防腐蝕性能優(yōu)良。
②可作為重防腐、船舶、工業(yè)防腐原有防腐蝕體系的配套底漆，如體系+環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧云鐵中間漆+內(nèi)烯酸聚氨酯面漆等。配套附著力≤1，耐鹽霧1000小時以上。
③使用本發(fā)明涂料，前處理工藝簡單，或可直接作為前處理工藝，可以降低除銹等級(Sa1或St1級)，甚至可以不除銹，對傳統(tǒng)的噴砂除銹工藝和化學除銹工藝形成有力的沖擊，可大大的降低勞動強度、改善施工環(huán)境，市場前景優(yōu)于普通防腐蝕涂料。
④使用本發(fā)明涂料可以彌補噴砂或機械除銹的不足，可以達到設計防腐要求。
⑤使用本發(fā)明涂料可以取代酸洗磷化工藝。
本發(fā)明涂料化銹能力優(yōu)異，同時具有良好的耐油、耐堿、耐酸、耐鹽霧、耐化學腐蝕以及導靜電、阻燃、環(huán)保、與油性面漆配套性好等特性，可與80μm以下的銹蝕層反應，并直接將其轉(zhuǎn)化為漆膜的一部分，且轉(zhuǎn)化度可控。因此，作為底漆使用，可以明顯減少表面除銹處理工序，降低除銹等級，化銹的同時對基材形成雙極保護和隔離保護，具有優(yōu)異的防銹能力，可廣泛應用于石油、石化、電力、船舶、橋梁、市政工程、車輛制造、集裝箱制造、鐵藝家具等行業(yè)。


圖1為轉(zhuǎn)化層涂料的制備工藝流程圖。
圖2為防腐層涂料的制備工藝流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明涂料在生產(chǎn)過程中無需特殊生產(chǎn)工藝，只需將原料按比例與順序加入反應釜混合攪拌即可，具體轉(zhuǎn)化層涂料和防腐層涂料的制備工藝流程分別如圖1和圖2所示。所得到的轉(zhuǎn)化層涂料和防腐層涂料即構(gòu)成本發(fā)明的水性帶銹防腐涂料。在使用時，先將轉(zhuǎn)化層涂料涂覆于鋼鐵構(gòu)件上，表干后再涂覆防腐層涂料，干燥后即在鋼鐵構(gòu)件上形成雙層防腐涂料層。
以下以具體的配方來闡述本發(fā)明。
實施例1、1、轉(zhuǎn)化層涂料配方(重量份)配方一CRF樹脂22，磷酸(85％)370，RC分散劑11，LZ防銹劑3；配方二CRF樹脂22，磷酸(85％)370，RC分散劑11，LZ防銹劑3，三乙醇胺6，甲醛(35％)27，酒精(＞95％)60，尿素6，水40，助劑(JX附著力促進劑(50％)、JP流變改性劑(50％))2；配方三CRF樹脂20，磷酸(85％)350，RC分散劑10，LZ防銹劑2，三乙醇胺5，甲醛(37％)25，酒精(＞95％)60，尿素6，水40，助劑(JX附著力促進劑(50％)、JP流變改性劑(50％))1；配方四CRF樹脂25，磷酸(85％)380，RC分散劑12，LZ防銹劑3，三乙醇胺8，甲醛(35％)30，酒精(＞95％)80，尿素8，水20，助劑(JX附著力促進劑(50％)、JP流變改性劑(50％))3；其中，磷酸與甲醛濃度均為質(zhì)量百分濃度，助劑中JX附著力促進劑和JP流變改性劑比例為質(zhì)量百分比。所用的CRF樹脂為環(huán)氧改性丙烯酸樹脂，LZ防銹劑為肌醇六磷酸酯，以及RC分散劑等原料購自于北京振興化工廠。
將上述轉(zhuǎn)化層涂料涂覆于鋼鐵構(gòu)件上，從不同角度對上述四種轉(zhuǎn)化層涂料配方的性能進行比較，結(jié)果如表3。
表3 轉(zhuǎn)化層涂料性能比較

轉(zhuǎn)化層(帶銹層)以轉(zhuǎn)化鐵銹功能為主，同時具有一定的防腐功能，涂覆于材料成膜后又分為兩層，內(nèi)層為轉(zhuǎn)化膜，外層為CRF樹脂膜。其中的防銹劑可與材料上的銹蝕層反應形成致密的磷酸復合鹽晶體鈍化膜，從而使雙重保護膜中內(nèi)膜的電極電位比鐵升高66mv，對鋼鐵形成陽極保護。轉(zhuǎn)化層的主要技術(shù)與性能指標的描述如下①外觀無色透明。
②導靜電符合GB13348石油靜電安全規(guī)程和GB6950石油罐導靜電涂料技術(shù)指標等國內(nèi)外有關(guān)規(guī)定。
③阻燃在氧指數(shù)、阻燃時間等方面達到或超過國家標準規(guī)定。
④帶銹降低表面處理等級，可以清晰目測到銹蝕層由黃色或紅色變成黑色、灰白色或棕紅色，表面生成雙重保護膜。
⑤防腐表面生成的雙重保護膜中內(nèi)膜的電極電位比鐵升高66mv，大大的阻滯了電化學腐蝕的進行，其對鋼鐵的保護是陽極保護。
⑥水溶性不使用苯類、酮類、酯類等有機溶劑，能與水混溶。
⑦環(huán)保不含Pb、Hg、Cr等重金屬。
⑧機械物理性能好通過國家涂料質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心的檢測。
2、防腐層涂料(重量份)配方一丙烯酸樹脂45，水60；配方二丙烯酸樹脂45，水60，鈦白粉5，AM1消泡劑2，鋅粉10，酒精(＞95％)10，流平劑(JP流變改性劑)1；成膜劑(JX附著力促進劑)1；配方三丙烯酸樹脂40，水50，鈦白粉3，AM12，鋅粉10，酒精(＞95％)10，流平劑(JP流變改性劑)1；成膜劑(JX附著力促進劑)1；配方四丙烯酸樹脂50，水40，鈦白粉7，AM15，鋅粉15，酒精(＞95％)20，流平劑(JP流變改性劑)1；成膜劑(JX附著力促進劑)1。
先將轉(zhuǎn)化層涂料(配方二)涂覆于鋼鐵構(gòu)件上，表干后再涂覆上述各種配方的防腐層涂料，干燥后即在鋼鐵構(gòu)件上形成雙層防腐涂料層。從不同角度對上述四種防腐層涂料配方的性能進行比較，結(jié)果如表4。
表4 防腐層涂料性能比較

防腐層以防腐蝕功能為主，對鋼鐵形成陰極保護，具有明顯的緩蝕功能，只要其不被銹蝕完全，轉(zhuǎn)化層就可以得到很好的保護。同時防腐層可以中和轉(zhuǎn)化層可能存在的多余轉(zhuǎn)銹成分，可以有效避免因轉(zhuǎn)化反應過度而出現(xiàn)的漆膜不平整現(xiàn)象，同時可以促進帶銹層的干燥。防腐層的主要技術(shù)與性能指標的描述如下①外觀乳白色。
②水溶性富鋅涂料，導靜電。
③與轉(zhuǎn)化層為反應型結(jié)合，層間結(jié)合力優(yōu)異。
④水溶性不使用苯類、酮類、酯類等有機溶劑，能與水混溶。
⑤干燥后為酯溶性，與油性面漆配套性優(yōu)異。
⑥漆膜分子結(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀，柔韌性，機械物理性能好。
⑦環(huán)保不含Pb、Hg、Cr等重金屬。
⑧漆膜無色透明，并可配成各種顏色。
實施例2、測試實施例1中的轉(zhuǎn)化層(配方二)和防腐層(配方三)形成的漆膜法導靜電特性。結(jié)果表明，該漆膜具有導靜電特性，底漆表面電阻為106Ω，體積電阻率為106Ω.M，符合GB13348石油靜電安全規(guī)程和GB6950石油罐導靜電涂料技術(shù)指標等國內(nèi)外有關(guān)規(guī)定(見表5)，并且本品在實際的實驗中已證明了它的可靠性及安全性。
表5 指標對比

權(quán)利要求
1.一種水性帶銹防腐涂料，包括轉(zhuǎn)化層涂料和防腐層涂料兩個部分，其中，轉(zhuǎn)化層涂料含有如下重量份的組分環(huán)氧改性丙烯酸樹脂20-25；磷酸350-380；分散劑10-12；肌醇六磷酸酯2-3；防腐層涂料含有如下重量份的組分丙烯酸樹脂40-50；水40-60。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性帶銹防腐涂料，其特征在于所述環(huán)氧改性丙烯酸樹脂為CRF樹脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性帶銹防腐涂料，其特征在于所述轉(zhuǎn)化層涂料中還含有一種或幾種如下重量份的組分三乙醇胺5-8；甲醛25-30；尿素6-8；水20-40；助劑1-3；濃度高于95％的酒精60-80。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水性帶銹防腐涂料，其特征在于所述助劑為附著力促進劑和流變改性劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水性帶銹防腐涂料，其特征在于所述磷酸質(zhì)量濃度為85％；所述甲醛質(zhì)量濃度為35-37％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的水性帶銹防腐涂料，其特征在于所述防腐層涂料中還含有一種或幾種如下重量份的組分鈦白粉3-7；消泡劑2-5；鋅粉10-15；濃度高于95％的酒精10-20；流平劑1；成膜劑1。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水性帶銹防腐涂料，其特征在于所述消泡劑為AM1消泡劑；所述流平劑為JP流變改性劑；所述成膜劑為JX附著力促進劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水性帶銹防腐涂料。本發(fā)明所提供的水性帶銹防腐涂料，包括轉(zhuǎn)化層涂料和防腐層涂料兩個部分，其中，轉(zhuǎn)化層涂料含有如下重量份的組分環(huán)氧改性丙烯酸樹脂20－25；磷酸350－380；分散劑10－12；肌醇六磷酸酯2－3；防腐層涂料含有如下重量份的組分丙烯酸樹脂40－50；水40－60。本發(fā)明涂料化銹能力優(yōu)異，同時具有良好的耐油、耐堿、耐酸、耐鹽霧、耐化學腐蝕以及導靜電、阻燃、環(huán)保、與油性面漆配套性好等特性，可廣泛應用于石油、石化、電力、船舶、橋梁、市政工程、車輛制造、集裝箱制造、鐵藝家具等行業(yè)。
文檔編號C09D5/08GK1923928SQ20061011324
公開日2007年3月7日 申請日期2006年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月20日
發(fā)明者李東林, 李玉榮, 趙鵬, 曹姍 申請人:趙鵬