輸電鐵塔表面防護(hù)用水性低表面處理涂料及制備方法
【專利摘要】一種輸電鐵塔表面防護(hù)用水性低表面處理涂料及其制備方法，屬于防腐涂料領(lǐng)域，應(yīng)用于銹蝕輸電鐵塔涂裝防護(hù)。水性低表面處理涂料由單組份三元共聚水性樹脂、防銹顏料、體積填料、銹轉(zhuǎn)化穩(wěn)定劑、防閃蝕劑、助劑、去離子水組成；三元共聚水性樹脂質(zhì)量百分比為50～63％、防銹顏料質(zhì)量百分比為5～19.5％、體積填料質(zhì)量百分比為6～21％、銹轉(zhuǎn)化穩(wěn)定劑質(zhì)量百分比為0.5～8.5％、防閃蝕劑0.5～5％、助劑質(zhì)量百分比為10～20％、去離子水質(zhì)量百分比為1～5％。本發(fā)明涂料具有良好的銹轉(zhuǎn)化穩(wěn)定功能，可以常溫固化，室溫粘度可為25s，附著力達(dá)到5MPa，在表面處理St2的基材上涂刷可耐中性鹽霧1000h。這種低表面處理涂料施工工藝簡單，無毒環(huán)保，防護(hù)性能優(yōu)異。
【專利說明】輸電鐵塔表面防護(hù)用水性低表面處理涂料及制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及在役輸電鐵塔等大氣環(huán)境下金屬構(gòu)件的防護(hù)領(lǐng)域以及單組份水性低 表面處理防銹涂料的研制【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 輸電鐵塔的安全可靠運(yùn)行對于保障電力可靠輸送至關(guān)重要。在某些特定的環(huán)境中 (如重污染工業(yè)區(qū)），污染大氣中腐蝕性化學(xué)成分的作用使得鐵塔更為容易發(fā)生腐蝕，縮短 鐵塔的使用壽命，甚至危及鋼結(jié)構(gòu)安全性并引發(fā)輸電線路安全事故。對輸電鐵塔防進(jìn)行有 效維護(hù)不但可以為國家節(jié)約大量資金，而且也可以提高送電線路安全運(yùn)行水平。高質(zhì)量的 涂裝需要對鋼結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行噴砂等嚴(yán)格的表面處理，需達(dá)到Sa2. 0?Sa2. 5級別，對于正在 服役的地處野外或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鋼材體系，無法進(jìn)行此類嚴(yán)格表面處理，若采用常規(guī)涂料進(jìn) 行涂裝，涂層在基材表面的附著力難以保證，易發(fā)生膜下腐蝕，不能滿足防護(hù)要求。因此，可 以直接涂覆在未經(jīng)過嚴(yán)格表面處理的金屬表面、仍能起到良好防護(hù)效果的低表面處理涂料 對于輸電鐵塔防腐維護(hù)具有重要意義；高性能低表面處理維護(hù)涂料的開發(fā)也是目前涂料行 業(yè)中的重要研究課題之一。
[0003] 現(xiàn)今低表面處理涂料多為溶劑型產(chǎn)品，如H2000帶銹涂裝底漆、ONIVAN系列底漆 等，大量有機(jī)溶劑會造成資源的浪費(fèi)，更對環(huán)境存在污染和破壞。水性涂料具有環(huán)保的優(yōu) 勢，因而國內(nèi)外相繼推出了多種水性低表面處理涂料產(chǎn)品，如RF-GS05系列水性防銹涂料、 美國APP水性防銹底漆等，我國水性帶銹涂料發(fā)展相對較晚；一般水性低表面處理涂料多 選用弱堿性乳液樹脂（pH在9?10范圍穩(wěn)定）作為成膜物（如劉兢科等人利用順丁烯二 酸酐和C5石油樹脂對亞麻仁油進(jìn)行改性并與核殼苯丙乳液復(fù)配做為成膜物，薛東星等人 用純丙及苯丙復(fù)合乳液做為成膜物），不能添加酸性銹轉(zhuǎn)化劑或活性顏料，否則會發(fā)生破乳 現(xiàn)象，因此涂層的防護(hù)性能較低。人們通過磷酸和助劑等的添加來調(diào)節(jié)樹脂乳液的酸性，一 定程度上改善了這種體系的穩(wěn)定性，但是涂層的防護(hù)性能仍然受到很大限制。
[0004] 本發(fā)明采用在分子結(jié)構(gòu)上含酸性基團(tuán)的乳液樹脂作為成膜物質(zhì)，該樹脂不但具有 更好的穩(wěn)定性，還能與基材表面銹蝕發(fā)生反應(yīng)，既與多種酸性防銹組分良好相容，又使得涂 膜在基材表面具有更好的附著性能。通過合理設(shè)計(jì)選取成膜物質(zhì)與功能成分、解決成膜物 與酸性功能成分的相容性，開發(fā)出具有銹穩(wěn)定轉(zhuǎn)化功能的高性能水性低表面處理涂料。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種與St2低表面處理基材相容性良好、單組份、可室溫固化、環(huán)保 并具有銹穩(wěn)定轉(zhuǎn)化功能的水性低表面處理涂料的組成及制備工藝。
[0006] 本發(fā)明的是利用先進(jìn)的新型水性酸性改性共聚樹脂、高活性防銹填料以及高性能 的有機(jī)螯合類銹蝕轉(zhuǎn)化穩(wěn)定劑，開發(fā)一種具有滲透、轉(zhuǎn)化、穩(wěn)定銹蝕功能，并與鐵塔表面具 有很好相容性的單組份常溫固化低表面處理（達(dá)到St2級）涂料；同時(shí)滿足現(xiàn)代電網(wǎng)體系 對鐵塔長效、多功能、綠色環(huán)保的需求。
[0007] 本發(fā)明由單組份三元共聚水性樹脂、防銹顏料、體積填料、銹轉(zhuǎn)化穩(wěn)定劑、防閃蝕 齊IJ、助劑、去離子水組成。三元共聚水性樹脂質(zhì)量百分比為50?63%、防銹顏料質(zhì)量百分比 為5?19. 5 %、體積填料質(zhì)量百分比為6?21 %、銹轉(zhuǎn)化穩(wěn)定劑質(zhì)量百分比為0. 5?8. 5 %、 防閃蝕劑質(zhì)量百分比為〇. 5?5%、助劑質(zhì)量百分比為10?20%、去尚子水質(zhì)量百分比為 1 ?5%。
[0008] 其中三元共聚水性樹脂為丙烯酸（CH2 = CH-C00H)、氯乙烯（CHCl = CH2)、偏氯乙 烯（CH2 = CCl2)三元共聚樹脂，樹脂含有羧基等強(qiáng)極性基團(tuán)，提高與基材的附著性能；樹脂 呈酸性（pH為2)，防銹顏料、銹轉(zhuǎn)化穩(wěn)定劑等酸性功能組分的直接加入不會破壞其乳液穩(wěn) 定性。
[0009] 防銹顏料、銹轉(zhuǎn)化穩(wěn)定劑及防閃蝕劑作為防銹組分，其配比為10?39:1? 17:1?10 ;各功能組分與水性樹脂之間相容性良好，涂料集滲透、穩(wěn)定、轉(zhuǎn)化銹層功能于一 身，防護(hù)性能優(yōu)異，在碳鋼表面處理等級為St2時(shí)，耐鹽霧達(dá)1000h，耐紫外老化達(dá)2000h。
[0010] 防銹顏料由三聚磷酸鋁、磷酸鋅、球狀或片狀鋁粉任意組合；
[0011] 體積填料由氧化鋅、滑石粉、二氧化鈦/云母氧化鐵灰或鐵紅任意組合；
[0012] 銹轉(zhuǎn)化穩(wěn)定劑為復(fù)合酸性銹轉(zhuǎn)化劑、鋅鉻黃、有機(jī)螯合劑（二乙基三胺五乙酸、乙 二胺四乙酸）中的一種或任意混合，
[0013] 防閃蝕劑為具有電化學(xué)活性的金屬粉末，由鋅粉、鎂粉任意組合。
[0014] 助劑包括分散劑、滲透劑、成膜助劑、防凍劑、殺菌劑等。
[0015] 本發(fā)明的另一目的在于提供上述新型水性低表面處理涂料的制備方法。不同于一 般水性涂料，本發(fā)明中顏料、樹脂和酸性銹轉(zhuǎn)化穩(wěn)定劑的加入時(shí)間以及涂料分散方式會影 響涂料的穩(wěn)定和涂層在基材表面的附著。本發(fā)明所提供的涂料制備方法要點(diǎn)如下：顏料、樹 脂和酸性銹轉(zhuǎn)化穩(wěn)定劑的添加順序?yàn)橄燃尤腩伭?、再加入樹脂、最后加入酸性銹轉(zhuǎn)化穩(wěn)定 齊?，涂料分散方式為加入樹脂前先將顏料漿進(jìn)行高速剪切分散，加入樹脂后只能對涂料進(jìn) 行低速攪拌混合。具體包括以下步驟：
[0016] 1.助劑A組分的配制工藝。
[0017] (1)稱取1/2去離子水（以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)）待用；
[0018] (2)稱取2/3滲透劑、分散劑、1/4成膜助劑（以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)）加入⑴中去離 子水中，低速攪拌（50-100r/min) 15min至均勻后待用。
[0019] 2.顏填料的粗配工藝。
[0020] (1)稱取經(jīng)50°C烘干（15min)的全部滑石粉、鈦白粉、氧化鋅、磷酸鋅、三聚磷酸 鋁、云母氧化鐵灰或鐵紅與全部的球狀或片狀A(yù)l粉、螯合劑混合后待用；
[0021] (2)將⑴中混合顏填料與1中助劑A組分混合，低速攪拌（50-100r/min) 15min 至均勻后待用；
[0022] 3.顏填料的剪切分散工藝。
[0023] 稱取全部乙二醇，加入2中所制顏料漿中，高速剪切（轉(zhuǎn)速3000r/min以上）分散 Ih后測試涂料細(xì)度，若達(dá)到要求，冷卻后待用；若不達(dá)標(biāo)，需進(jìn)一步剪切分散。
[0024] 4.測試顏填料漿細(xì)度。
[0025] 根據(jù)《GB1724-79涂料細(xì)度測定法》進(jìn)行涂料細(xì)度測定，細(xì)度彡60 μ m為合格。
[0026] 5.助劑B組分的配制工藝。
[0027] 稱取全部殺菌劑、1/3滲透劑、3/4成膜助劑（以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)），混合后低速攪拌 (50-100r/min) IOmin 至均勻后待用。
[0028] 6.助劑B組分的添加工藝。
[0029] 將5中所得助劑B組分加入4中經(jīng)檢測合格的顏料漿中，低速攪拌（50-100r/ min) 30min至均勻后待用。
[0030] 7.成膜物質(zhì)的添加工藝。
[0031] 稱取全部樹脂乳液，與5中所得組分混合，低速攪拌（50-lOOr/min) Ih至體系均勻 后待用。
[0032] 8.銹轉(zhuǎn)化穩(wěn)定劑的添加工藝。
[0033] 稱取全部銹轉(zhuǎn)化穩(wěn)定劑，加入7中所得組分中，低速攪拌（50-100r/min)30min，冷 卻后待用。
[0034] 9.在8中所得的組分中加入金屬粉末，混合均勻。
[0035] 10.涂料黏度的調(diào)整。
[0036] 加入1/2去離子水（以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)）低速攪拌（50-100r/min) 15min，粘度按照 《GB/T1723-93涂料粘度測定法》測定達(dá)到20?30S為宜，混合均勻得到涂料。
[0037] 即獲得新型水性低表面處理涂料
[0038] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0039] 1)本發(fā)明新型水性低表面處理涂料集滲透、轉(zhuǎn)化、穩(wěn)定銹層功能于一身，并具有化 學(xué)與電化學(xué)活性?？梢耘c低表面處理基材（St2)良好相容。
[0040] 2)本發(fā)明的新型水性低表面處理涂料為單組份，可在常溫固化，環(huán)保無毒。

【具體實(shí)施方式】
[0041] 下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。
[0042] 實(shí)施例1
[0043] 1實(shí)驗(yàn)材料：8塊Q235冷乳板,形狀為1_X 75_X 150_。
[0044] 2涂料制備：分別稱取三聚磷酸鋁4g，磷酸鋅2g，氧化鋅I. 5g，滑石粉3g，二氧化 鈦3g，球狀鋁粉I. 5g，云鐵灰lg，50°C干燥15分鐘，混合后得到組分A ;稱取去離子水2g， 加入BYK-154分散劑0. 5g，BYK-346滲透劑0. 2g，成膜助劑0. 25g，攪拌均勻得到組分B ;將 A加入到B中，再加入有機(jī)螯合劑lg，機(jī)械攪拌5分鐘得到組分C ;稱取乙二醇10g，殺菌劑 LXEO. lg，BYK-346滲透劑0. lg，成膜助劑0. 75g，加入到C中，高速剪切30分鐘得到組分D ; 再依次向其中加入202s三元共聚樹脂50g，復(fù)合酸性銹轉(zhuǎn)化劑4g，機(jī)械攪拌20分鐘得到配 制的涂料85g。最后稱取2g金屬粉末供涂刷前使用。
[0045] 3制備用于鹽霧試驗(yàn)的帶銹層基材樣品：將8塊冷軋板清洗除油，一側(cè)表面用240# 砂紙打磨粗糙，向其表面噴灑3. 5%氯化鈉溶液，室溫放置15天用以培養(yǎng)銹層；將其表面浮 銹用150#砂紙打磨干凈，只保留底部牢銹層，并打磨粗糙，制得帶銹基材樣品?？偣残枰?備8個(gè)這樣的樣品。
[0046] 4制備測試試樣：將步驟2中制得的涂料與稱量好的金屬粉末混合，機(jī)械攪拌10 分鐘涂刷在步驟3中制得的銹板樣品，養(yǎng)護(hù)15天備用。
[0047] 5涂層常規(guī)性能和防腐蝕檢測
[0048] 表1涂料性能列表

【權(quán)利要求】
1. 一種輸電鐵塔表面防護(hù)用水性低表面處理涂料，其特征在于：水性低表面處理涂料 由單組份三元共聚水性樹脂、防銹顏料、體積填料、銹轉(zhuǎn)化穩(wěn)定劑、防閃蝕劑、助劑、去離子 水組成；三元共聚水性樹脂質(zhì)量百分比為50?63%、防銹顏料質(zhì)量百分比為5?19. 5%、 體積填料質(zhì)量百分比為6?21 %、銹轉(zhuǎn)化穩(wěn)定劑質(zhì)量百分比為0. 5?8. 5 %、防閃蝕劑 0. 5?5%、助劑質(zhì)量百分比為10?20%、去離子水質(zhì)量百分比為1?5%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性低表面處理涂料，其特征在于：其中成膜樹脂為丙烯酸、 氯乙烯、偏氯乙烯三元共聚樹脂，樹脂含有羧基等強(qiáng)極性基團(tuán)，提高與基材的附著性能；樹 脂呈酸性（pH為2)，防銹顏料、銹轉(zhuǎn)化穩(wěn)定劑直接加入不會破壞其乳液穩(wěn)定性。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性低表面處理涂料，其特征在于：防銹顏料、銹轉(zhuǎn)化穩(wěn)定劑 及防閃蝕劑作為防銹組分，其配比為10?39:1?17:1?10 ;各功能組分與水性樹脂之間 相容性良好，涂料集滲透、穩(wěn)定、轉(zhuǎn)化銹層功能于一身，防護(hù)性能優(yōu)異，在碳鋼表面處理等級 為St2時(shí)，耐鹽霧達(dá)1000h，耐紫外老化達(dá)2000h。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性低表面處理涂料，其特征在于：防銹顏料由三聚磷酸鋁、 磷酸鋅、球狀或片狀鋁粉任意組合；
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性低表面處理涂料，其特征在于：體積填料由氧化鋅、滑石 粉、二氧化鈦/云母氧化鐵灰或鐵紅任意組合；
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性低表面處理涂料，其特征在于：銹轉(zhuǎn)化穩(wěn)定劑為復(fù)合酸 性銹轉(zhuǎn)化劑、鋅鉻黃、螯合劑中的一種或任意混合，螯合劑為二乙基三胺五乙酸、乙二胺四 乙酸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性低表面處理涂料，其特征在于防閃蝕劑為具有電化學(xué)活 性的金屬粉末，由鋅粉、鎂粉任意組合。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7所述的水性低表面處理涂料的制備方法，其特征在于：顏料、樹脂 和酸性銹轉(zhuǎn)化穩(wěn)定劑的添加順序?yàn)橄燃尤腩伭?、再加入樹脂、最后加入酸性銹轉(zhuǎn)化穩(wěn)定劑； 涂料配制工藝是加入樹脂前先將顏料漿進(jìn)行高速剪切分散，加入樹脂后只能對涂料進(jìn)行低 速攪拌混合，具體步驟如下： (1) 稱取1/2去離子水待用；稱取2/3滲透劑、分散劑、1/4成膜助劑加入去離子水中， 以50-100r/min低速攪拌15min至均勻后得到助劑A ; (2) 稱取經(jīng)50°C烘干15min的全部滑石粉、鈦白粉、氧化鋅、磷酸鋅、三聚磷酸鋁、云母 氧化鐵灰或鐵紅與全部的球狀或片狀A(yù)1粉、螯合劑混合后待用；將混合顏填料與1中助劑 A組分混合，50-100r/min低速攪拌15min至均勻后待用； (3) 稱取全部乙二醇，加入步驟（2)中所制顏料漿中，在轉(zhuǎn)速3000r/min以上高速剪切 分散lh后測試涂料細(xì)度，若達(dá)到要求，冷卻后待用；若不達(dá)標(biāo)，需進(jìn)一步剪切分散； (4) 稱取全部殺菌劑、1/3滲透劑、3/4成膜助劑，混合后50-100r/min低速攪拌lOmin 至均勻后得到助劑B ; (5) 將步驟⑷中所得助劑B組分加入3中所得到的顏料漿中，50-lOOr/min低速攪拌 30min至均勻后待用； (6) 稱取全部樹脂乳液，與步驟（5)中所得組分混合，50-lOOr/min低速攪拌lh至體系 均勻后待用； (7) 稱取全部銹轉(zhuǎn)化穩(wěn)定劑，加入步驟（6)中所得組分中，50-lOOr/min低速攪拌 30min，冷卻后待用； (8) 在步驟（7)所得的組分中加入金屬粉末，混合均勻； (9) 加入1/2去離子水調(diào)整涂料黏度，得到涂料。
【文檔編號】C09D127/06GK104403463SQ201410728249
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月4日
【發(fā)明者】高瑾, 李曉剛, 宋東東, 申琳, 李辛庚, 曹建梅, 王學(xué)剛 申請人:北京科技大學(xué), 國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院