專利名稱：鋼結(jié)構(gòu)表面vci鱗片鋅鋁涂層體系的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于鋼結(jié)構(gòu)表面并含有VCI (Vapor corrosion inhibitor,氣相緩釋劑)的鱗片型冷鍍鋅鋁涂料及其制備方法，以及由此制 備的鋼結(jié)構(gòu)表面VCI鱗片型冷鍍鋅鋁防護(hù)涂層體系。
背景技術(shù)：
富鋅涂料是鋼結(jié)構(gòu)防腐領(lǐng)域與車間底漆領(lǐng)域使用最為廣泛的防銹底 漆，不同于通常的熱鍍鋅工藝，該涂料可以在常溫下噴涂施工并固化，俗 稱"冷鍍鋅"。但是目前國內(nèi)外工程中實際應(yīng)用的富鋅涂料均屬球鋅涂料， 即均以球狀鋅粉為填料。在球鋅涂料中為了追求高的干膜含鋅量，以保證 涂層的導(dǎo)通性和使用壽命，料漿中鋅粉的加入量高達(dá)80%以上。如此大量 的添加鋅粉已大大超過填料的臨界體積濃度(CPVC)。料漿中粘結(jié)劑的量 不足以填充球鋅顆粒間的孔隙，這就注定涂層結(jié)構(gòu)的多孔性，孔隙度大， 屏蔽性差。同時，涂層中鋅粉含量過高，涂層就易多孔，引起橫向共聚破 壞(分層)，富鋅底漆上若再涂覆其它高固體組分面漆，便會使面漆生成 氣泡的傾向增加。在施工是也經(jīng)常發(fā)生因球鋅沉淀而造成的堵槍、賭管故 障，從而影響了涂裝重量和施工效率。
用鱗片型鋅粉配制的防腐涂料，噴涂施工在經(jīng)過噴砂處理的鋼結(jié)構(gòu)表 面，形成了瓦片狀搭接結(jié)構(gòu)的鱗片型冷鍍鋅鋁涂層，使涂層的CPVC(臨 界顏料體積濃度)減小，鋅粉的用量降低，涂層致密，耐腐蝕性較好，且由于鱗片型鋅粉優(yōu)良的屏蔽性能、平行搭接性能、電接觸性能、易懸浮的 特性，使這一 系列的鱗片型富鋅涂料的防腐性能以及施工性能明顯優(yōu)于傳
統(tǒng)的球鋅富鋅涂料。例如球狀鋅粉的粒徑在5 10j^m左右，而片鋅的厚度 在O.lpm左右，只有普通球鋅的百分之一。這樣同為60(im的涂層，普通 球鋅只有幾層鋅粒，而鱗片型鋅粉可以在涂層中形成平行搭接、交疊排列 的體系，達(dá)到了上百層，平行搭接的片鋅之間是以面接觸取代球鋅間的點 接觸，所以雖然涂料中鋅粉添加數(shù)量大幅度降低，涂層仍保持有良好的導(dǎo) 通性，保證了涂層的電化學(xué)保護(hù)性能。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺陷，本發(fā)明采用在鋼結(jié)構(gòu)表面涂覆一層保護(hù)性涂料， 使其與鋼結(jié)構(gòu)形成一個VCI鱗片型冷鍍鋅鋁涂層復(fù)合體系以使得鋼結(jié)構(gòu)達(dá) 到一個更長的防腐壽命。
根據(jù)本發(fā)明的一種技術(shù)方案，其涂料為醇溶性VCI鱗片型冷鍍鋅鋁涂 料，其中該冷鍍鋅鋁涂料由A、 B兩種組分按如下重量比組成，
A組分鱗片狀鋅粉3%~30%;鱗片狀鋁粉3%~20%;流平助劑 0.1 ~ 0.5 % ;樹脂15 % ~ 20 % ;氣相緩蝕劑0.5 % ~ 3 % ;溶劑5 % ~ 20 % ;
B組分固化劑5%~20%;觸變助劑0.1 — 1.0%;溶齊'j 5 % ~ 20 % 。
A+B組分的重量之和為100%。
根據(jù)本發(fā)明的一種技術(shù)方案， 一種鋼結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層體系，由鋼基材 和鱗片型冷鍍鋅鋁涂層構(gòu)成，其特征在于，所述的鱗片型冷鍍鋅鋁涂層由
上述的醇溶性VCI鱗片型冷鍍鋅鋁涂料構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方案，醇溶性鋅鋁涂料的制備方法包括如下
步驟A組分的制備將鱗片狀鋅粉和鱗片狀鋁粉加入到低沸點有機(jī)溶劑中 進(jìn)行攪拌，充分混合后，加入流平助劑和樹脂以及氣相緩蝕劑，攪拌均勻。
B組分的制備將固化劑溶解在低沸點有機(jī)溶劑中，然后加入觸變助 劑；攪拌均勻。
使用時，將A、 B兩種組分充分混合并攪拌，通常為半小時左右，即 得本發(fā)明的醇溶性VCI鱗片型冷鍍鋅鋁涂料。
在優(yōu)選的實施方案中，鱗片型鋅粉和鱗片型鋁粉的片厚為l)im以下； 優(yōu)選在0.1 lpm;更優(yōu)選在0.1 0.8pm;最優(yōu)選0.2~0.4 片徑為50pm 以下，優(yōu)選在1 50jxm;更優(yōu)選在5 45(im;最優(yōu)選15 30nm。
鱗片狀鋅粉基于涂料的總重量，優(yōu)選為5-28%重量，更優(yōu)選8-25%重 量，最優(yōu)選10-20%重量；鱗片狀鋁粉基于涂料的總重量，優(yōu)選為5-18%重 量，更優(yōu)選8-15%重量，最優(yōu)選10-12%重量。
VCI,即氣相緩蝕劑又稱揮發(fā)性緩蝕劑，在常溫下自動揮發(fā)出的氣體 吸附在金屬的表面上，能抑制金屬的大氣腐蝕，氣相緩蝕劑不直接接觸金 屬表面，可自發(fā)地吸附在被保護(hù)金屬表面，形成一層保護(hù)膜，因此能使金 屬制品的表面、內(nèi)腔、管道、溝槽甚至縫隙不分為都能得到保護(hù)，其防銹 期長，操作筒便，成本低。但由于VCI的揮發(fā)特性，通常該技術(shù)都應(yīng)用于 密閉環(huán)境中鋼結(jié)構(gòu)的保護(hù)，而普通涂料涂層的孔隙度較大，容易引起VCI 的揮發(fā)損失，所以該技術(shù)很少應(yīng)用于涂料中。但因為涂層中鱗片型鋅鋁粉 的存在，使整個涂層形成了瓦片狀的搭接結(jié)構(gòu)，使涂層具有極高的屏蔽性 能，給VCI技術(shù)的應(yīng)用提供了良好的前提條件，極大的減少了由于VCI 在涂層中的擴(kuò)散而導(dǎo)致的無效損失，提高了VCI的使用效率，因此本發(fā)明 采用了 VCI技術(shù)與鱗片型鋅鋁粉技術(shù)相結(jié)合研究鱗片型冷鍍鋅鋁涂料及其 制備方法。本發(fā)明的氣相緩蝕劑是本領(lǐng)域常規(guī)的氣相緩蝕劑，包括低分子量的胺 類，如異丙胺、二乙胺、環(huán)己胺、辛胺、乙二胺、二乙烯基三胺、三乙烯
基四胺等；還包括亞硝酸環(huán)乙胺、雙環(huán)巳基胺、單乙醇胺、碳酸環(huán)己胺、 亞硝酸二環(huán)己烷基銨、或脂肪酸二環(huán)己胺鹽；或六次曱基四胺等胺類；或 二曱基硫脲，苯曱酸鈉、磺酸鈉等；優(yōu)選亞硝酸環(huán)乙胺、雙環(huán)巳基胺、單 乙醇胺、六次甲基四胺或二曱基硫脲。
在優(yōu)選的實施方案中，A組分中的樹脂，優(yōu)選聚乙烯醇縮丁醛和環(huán)氧 樹脂；流平助劑為本領(lǐng)域常規(guī)的助劑，如改性聚硅氧烷型流平劑、相容性 受限制的長鏈樹脂型流平劑，如丙烯酸酯均聚物和共聚物；以高沸點溶劑 為主要成分的流平劑，優(yōu)選改性聚硅氧烷型流平劑、聚酰亞胺、聚碳酸酯、 聚丙烯酸，更優(yōu)選改性聚硅氧烷型流平劑。溶劑優(yōu)選為低沸點有機(jī)溶劑， 如醇類或芳香烴類，更優(yōu)選醇類，還更優(yōu)選CrC6烷醇，最優(yōu)選乙醇和正 丁醇。
B組分的固化劑優(yōu)選烷基硅酸酯、聚酰胺、脂肪胺、酚醛胺、亞酮胺 類，還優(yōu)選多元醇烷基硅酸酯，其采用縮聚硅氧垸、烷基硅酸酯或式含有 1-6個碳原子的羥烷基、烷氧烷基、羥烷氧烷基的有機(jī)硅酸酯與多元醇進(jìn)行 酯交換反應(yīng)，生成具有一定分子量的預(yù)縮聚產(chǎn)物。
觸變助劑優(yōu)選膨潤土或氣相二氧化硅等；溶劑優(yōu)選醇類或芳香烴類， 更優(yōu)選一元d-C6烷醇或多元醇以及芳香烴類，尤其優(yōu)選乙醇、正丁醇、 乙二醇、二已二醇、二丙二醇、曱苯、二甲苯等；最優(yōu)選乙醇、正丁醇和 二甲苯。
根據(jù)本發(fā)明的一種實施方案，其涂料為水溶性VCI鱗片型冷鍍鋅鋁涂 料，由A、 B兩種組分按如下重量比組成，
A組分鱗片狀鋅粉5 % ~ 30% ;鱗片狀鋁粉5 % ~ 15 % ,B組分固化劑25% ~35%;觸變助劑0.1 1.0%;氣相緩蝕劑0.5% ~ 3%;溶劑10% ~20%。
A+B組分的總和為100%質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明的另一種技術(shù)方案， 一種鋼結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層體系，由鋼基 材和鱗片型冷鍍鋅鋁涂層構(gòu)成，其特征在于，所述的鱗片型冷鍍鋅鋁涂層 由上述的水溶性VCI鱗片型冷鍍鋅鋁涂料構(gòu)成。
本發(fā)明還進(jìn)一步涉及如下技術(shù)方案， 一種如上所述的水溶性涂料的制 備方法，其特征在于
A組分的制備，鱗片狀鋅粉和鱗片狀鋁粉混合攪拌均勻。
B組分的制備將固化劑加入到水中攪拌均勻，然后加入觸變助劑和 氣相緩蝕劑，攪拌均勻。
使用時，將A、 B兩種組分充分混合并攪拌，通常為半小時左右，即 得本發(fā)明的水溶性鋅鋁涂料。
對于鱗片狀鋅粉、鱗片狀鋁粉、以及氣相緩蝕劑的要求，水溶性VCI鱗片型 冷鍍鋅鋁涂料如醇溶性VCI鱗片型冷鍍鋅鋁涂料中所定義。
而對于固化劑，水溶性鱗片型冷鍍鋅鋁涂料中的固化劑優(yōu)選為高模數(shù) 硅酸鋰、硅酸鉀、硅酸鈉水溶液等；觸變助劑優(yōu)選為海藻酸鈉或氣相二氧 化硅等；溶劑為水。
根據(jù)本發(fā)明的一種實施方案，對于醇溶性VCI鋅鋁涂料，在施用到鋼 結(jié)構(gòu)表面時，優(yōu)選對表面進(jìn)行噴砂處理，以增強(qiáng)醇溶性VCI鋅鋁涂料與鋼 結(jié)構(gòu)表面的附著力。同時醇溶性VCI鋅鋁涂料可以采用膏狀含硬脂酸的鋅 粉和/或鋁粉作為填料。這樣可以節(jié)省片鋅(鋁)制備工藝中清洗、烘干、 再抽濾和分散四大工序，從而節(jié)省工時約3/5，節(jié)省電力約2/3,使片鋅(鋁) 的制造成本降低超過50 % ，并進(jìn)一步改善了涂料的施工性能。根據(jù)本發(fā)明的另 一種實施方案，對于水溶性VCI鱗片型冷鍍鋅鋁涂料， 其中的原料鱗片狀鋅粉和鱗片狀鋁粉優(yōu)選進(jìn)行脫脂處理，如采用清洗劑對 鱗片狀鋅粉和鱗片狀鋁粉的表面進(jìn)行脫脂處理，從而克服目前制備的鱗片 狀鋅粉和鱗片狀鋁粉無法適用到水性涂料的不足，使得鱗片狀鋅粉和鱗片
狀鋁粉能夠適用到水性涂料領(lǐng)域。所述清洗劑選自十二烷基二乙醇酰胺、 脂肪醇聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚或烷基磺酸鈉。
本發(fā)明通過處理的復(fù)合涂層能夠?qū)崿F(xiàn)4000h左右的較為苛刻的耐鹽霧性能。
本發(fā)明制備的新型的環(huán)保型鱗片型冷鍍鋅鋁涂料具有如下特點
1、 該涂料涂層為無機(jī)涂層，抗紫外老化性能好，使用壽命長；
2、 采用鱗片型鋅粉與鋁粉作為填料，涂層屏蔽性好，抗蝕性能佳；
3、 涂料中采用了高性能氣相緩蝕劑，對浸鋅層與鋅粉起緩蝕作用，減 緩了鋅粉的消耗，以及減少了鋅粉表面白色氧化鋅的生成；
4、 涂層光澤好，金屬質(zhì)感強(qiáng)，裝飾性優(yōu)良。 在優(yōu)選的實施方案中，優(yōu)選醇溶型的鋅鋁涂料，因為其與浸鋅層表面
親和性好，附著力強(qiáng)，邊緣保護(hù)性強(qiáng)；采用的溶劑為無毒的環(huán)境友好溶劑； 抗蝕性能優(yōu)異；0。C以下也可固化，可以全天候施工；可全天候施工。涂料 具有涂膜干燥迅速的特性，可在0。C以下的環(huán)境以及高濕的環(huán)境中施工， 適合高壓無氣噴涂。涂膜可在-20。C 40(TC的寬廣條件下長期使用。且不 易褪色和出現(xiàn)鋅白；生產(chǎn)工藝方便。

圖1為VCI鱗片型鋅鋁涂料涂層與鋼板基材形成的耐蝕復(fù)合涂層體系。
1——鋼板基材；2——VCI涂層。
具體實施方式

以下通過實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，所述實施例僅是便于理解本 發(fā)明，而非對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員，在閱讀本發(fā)明說明書的基 礎(chǔ)上，作出的任何變型或改變，都不會背離本發(fā)明的精神和范圍。
測試樣板的制備
除非特別說明，測試樣板通常為冷軋低碳鋼板。鋼板在涂覆醇溶性VCI
鱗片型冷鍍鋅鋁涂料之前，首先將進(jìn)行噴砂處理。 對測試部件的涂覆
將醇溶(或水性)VCI鱗片鋅鋁涂料的兩個組份按比例混合均勻后，用
空氣噴槍將配制好的涂料噴涂在上述已制備好的測試樣板上。噴涂后，采 用自然干燥的形式，并停放至少兩周，然后進(jìn)行下列試驗。 彎曲實驗
通過ASTM-D522的測試步驟實現(xiàn)。用 一條涂有壓敏膠的膠帶粘貼在 測試樣板形變部分的涂覆面，然后迅速揭開。涂層根據(jù)被粘貼膠帶帶走的 漆量進(jìn)行計算。 劃格實驗
首先用 一把銳利的刀劃過金屬樣板上的涂層，第 一組平行線與第二組 平行線垂直。再用一條涂有壓敏膠的膠帶粘貼在測試樣板涂覆面劃過的部 分，然后迅速揭開。涂層根據(jù)被粘貼膠帶帶走的漆量進(jìn)行計算。 防腐性試驗(ASTM B 117 )與評估
被涂覆表面的防腐性是按照對色漆和清漆的標(biāo)準(zhǔn)鹽霧實驗A S TM B-117的方法進(jìn)行測試的。測試時，將部件放置在一容器中保持恒溫，使之暴露于5%重量鹽溶液的稀薄鹽霧中，維持確定的一段時間，然后用水漂 洗，再干燥。被測部件的腐蝕程度用紅銹的百分比表示。對于彎曲部分的 被測樣板，彎曲腐蝕液可以用紅銹的百分比表示。首先進(jìn)行涂覆和彎曲， 再將一條壓敏膠帶粘貼在彎曲部分，迅速揭走膠帶。膠帶用作測定涂層粘
接性。樣板用作防腐性實驗。(也可參照化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG/T 3668《富鋅 底漆》的耐鹽霧實驗方法進(jìn)行實驗評估。)
實施例1 (醇溶性VCI鱗片型冷鍍鋅鋁涂料的制備)
A組分制備將片厚《0.2jim、片徑< 20 fim的鱗片型鋅粉300克和片 厚《0.1iim、片徑《25 jim鱗片型鋁粉IOO克，加入到100 mL、 95%的乙 醇中攪拌0.5小時以上，使兩者充分混合均勻，加入2克改性聚硅氧烷型 流平劑、150克聚乙烯醇縮丁醛和IO克亞硝酸環(huán)己胺，攪拌0.5小時以上， 至均勻。
B組分的制備將160克烷基硅酸酯溶解在100 mL、 95%的乙醇中攪 拌充分混合均勻，加入2克有機(jī)膨潤土，攪拌均勻。
涂覆前，將A、 B兩種組分混合，攪拌均勻后，得到銀灰色成品醇溶 性鱗片型冷鍍鋅鋁涂料。
實施例2 (水溶性VCI鱗片型冷鍍鋅鋁涂料的制備)
A組分制備將片厚《0.2pm、片徑《20 (im的鱗片型鋅粉300克；片 厚《0.2pm、片徑《20jam的鱗片型鋁粉200克，使兩者充分混合均勻。
B組分的制備將300克高模數(shù)硅酸鈉加入到100 mL的去離子水中攪 拌均勻，然后加入1克海藻酸鈉和10克亞硝酸環(huán)己胺，攪拌0.5小時以上， 至均勻。涂覆前，將A、 B兩種組分混合，攪拌均勻后，得到銀白色成品水溶 性鱗片型冷鍍鋅鋁涂料。
實驗結(jié)果
采用本發(fā)明的鱗片型冷鍍鋅鋁涂料對鋼板基材進(jìn)行涂覆實驗，鋼板基 材為達(dá)到噴砂2.5級的冷軋板材，板材規(guī)格尺寸為150 x 70 x 2mm;醇溶性/ 水性VCI鱗片型冷鍍鋅鋁涂料的涂層厚度為30~60pm,優(yōu)選40 50pm。
醇溶性/水性VCI鱗片型鋅鋁復(fù)合涂層均在已鋼結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行噴涂，涂 層厚度均在40~50|im左右。經(jīng)劃格法與彎曲法檢驗，涂層附著力良好。 經(jīng)長壽命鹽霧實驗(劃叉法)檢驗，涂層耐鹽霧壽命達(dá)4000h，涂層未開 裂、未起泡、無紅銹，且白色產(chǎn)物較少。同時經(jīng)4000h濕熱實驗檢驗，涂 層冗好。
權(quán)利要求1、一種用于鋼結(jié)構(gòu)表面的鋅鋁復(fù)合涂層體系，由鋼基材和鱗片型冷鍍鋅鋁涂層構(gòu)成，其特征在于，所述的鱗片型冷鍍鋅鋁涂層由醇溶性VCI鱗片型冷鍍鋅鋁涂料涂層構(gòu)成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合涂層體系，其中所述的鋼板基材 為冷軋板材或熱板材。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1-2任一項所述的復(fù)合涂層體系，其中所述的 鱗片型冷鍍鋅鋁涂層的厚度為40-50 pm。
4、 一種用于鋼結(jié)構(gòu)表面的復(fù)合涂層體系，包括鋼基材和鱗片型 冷鍍鋅鋁涂層，其特征在于，所述的鱗片型冷鍍鋅鋁涂層由水溶 性VCI鱗片型冷鍍鋅鋁涂料涂層構(gòu)成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合涂層體系，其中所述的鋼板基材 為冷軋板材或熱板材。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的復(fù)合涂層體系，其中所述的鱗片型 冷鍍鋅鋁涂層的厚度為40-50 pm。
專利摘要一種用于鋼結(jié)構(gòu)表面的VCI鋅鋁復(fù)合涂層體系，由鋼基材和鱗片型冷鍍鋅鋁涂層構(gòu)成，其特征在于，所述的鱗片型冷鍍鋅鋁涂層由VCI鱗片型冷鍍鋅鋁涂料構(gòu)成。
文檔編號C23F11/00GK201272831SQ20082013620
公開日2009年7月15日 申請日期2008年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月17日
發(fā)明者于一川, 姜小剛, 華 師, 亮 張, 軍 張, 李運德, 楊忠林, 楊振波, 胡立明, 郭萬生, 陳立江, 黃玖梅 申請人:北京航材百慕新材料技術(shù)工程有限公司