本發(fā)明屬于本發(fā)明屬于金屬防腐涂層技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種銹轉(zhuǎn)化劑及制備方法、水性鐵銹轉(zhuǎn)化底漆及制備方法。
背景技術(shù)：
腐蝕無(wú)時(shí)不有、無(wú)處不在，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失為當(dāng)年gdp的3％～5％，僅2012年我國(guó)因腐蝕所造成的損失為2萬(wàn)億～2.5萬(wàn)億元，按萬(wàn)元gdp消耗1噸標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)算，腐蝕造成的能源損失約為2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。此外，目前我國(guó)約有2/3的壓力容器爆炸事故和90％以上的地下各類管道破裂都是由腐蝕所導(dǎo)致；引起世界震驚的前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站和日本福島3.11核泄漏事故中，腐蝕同樣是重要原因；而美國(guó)密蘇里州際大橋和印度某大橋的垮塌竟然是鴿子糞便、檳榔殘?jiān)纫恍└g介質(zhì)長(zhǎng)期累積造成的。
腐蝕是可控可防的流行病，只要采取適當(dāng)?shù)姆栏g技術(shù)和措施，至少可以減少1/3的損失。照此推算，我國(guó)2014年可減少8000億～9500億元的經(jīng)濟(jì)損失。而鐵銹是鋼鐵制品發(fā)生嚴(yán)重腐蝕的主要導(dǎo)因之一。涂料涂覆簡(jiǎn)單方便、成本低，是鋼鐵表面最常用的有效防護(hù)措施之一。由于銹層疏松多孔的結(jié)構(gòu)對(duì)鋼鐵沒(méi)有保護(hù)性，而且這種結(jié)構(gòu)易吸收空氣中的水分和其它有腐蝕性的介質(zhì)，加速鋼鐵的腐蝕。因此，在涂刷之前，必須要對(duì)金屬表面進(jìn)行嚴(yán)格除銹、粗化處理，然后覆蓋涂料，才能起到較好的防腐效果。
較好的除銹和粗化工藝是噴砂處理，但噴砂工藝勞動(dòng)強(qiáng)度大、粉塵污染嚴(yán)重、設(shè)備復(fù)雜、能耗大、基體噴砂后有殘余應(yīng)力。同時(shí)噴砂在一些特殊行業(yè)的應(yīng)用受到極大的限制，如煤礦井下裝備的防腐，噴砂難度大，沖擊所產(chǎn)生的火星容易引起瓦斯爆炸。再者，各種艦艇修造時(shí)，特別是船艙維修時(shí)，盡管噴砂采用了可回收式設(shè)備，但仍有大量粉塵和砂粒漏出，容易造成對(duì)未出艙設(shè)備的污染和損害。另外，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜無(wú)法噴砂的構(gòu)件，防腐措施也受到了極大的制約。例如有些大型建筑、橋梁、復(fù)雜設(shè)備、煤氣貯氣柜等鋼結(jié)構(gòu)在維修過(guò)程中，由于受施工條件限制，不能采用噴砂或噴丸等方法進(jìn)行除銹處理，而只好采用手工或電動(dòng)工具除銹，不但勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，施工費(fèi)用高，而且銹塵也嚴(yán)重危害人體健康，其結(jié)果必然殘留鐵銹和各種腐蝕物。不管是采用熱噴涂還是采用價(jià)格昂貴、性能優(yōu)良的防銹涂料都難以發(fā)揮其應(yīng)有的作用。
在這種情況下，一種在一定的銹蝕表面上能直接施工而且具有較好的防銹效果的帶銹涂料就應(yīng)運(yùn)而生。帶銹涂料是一種可直接涂刷于殘余銹蝕鋼鐵表面的新型涂料。涂料中的銹轉(zhuǎn)化劑能與鐵銹發(fā)生反應(yīng)，使鐵銹鈍化或轉(zhuǎn)化，從而變成穩(wěn)定無(wú)害的物質(zhì)。這樣不僅可以免除涂覆前打磨、酸洗除銹、水洗、磷化、噴砂、鈍化等一系列復(fù)雜的涂裝前處理工序，而且還能達(dá)到除銹又保護(hù)基體的雙重目的。
近年來(lái)國(guó)內(nèi)該類涂料發(fā)展迅速,此類涂料根據(jù)其作用機(jī)理,大致可分為三種類型:(1)滲透型：漆膜中的某些成分能滲透到銹層中的一種涂料。滲透性的好壞受溫度影響和漆膜薄厚影響較大，溫度低或漆膜厚時(shí)，滲透不完全，對(duì)于含水量較大的鐵銹，漆膜還沒(méi)有完全包裹鐵銹并置換水時(shí)，漆膜可能已干燥，失去滲透性，在水和鹽離子及氧的存在下依然可以生成新的鐵銹。(2)轉(zhuǎn)化型：將鐵銹轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定型物質(zhì)的一種涂料。轉(zhuǎn)化型是在涂料中添加部分酸性物質(zhì)，通過(guò)和鐵銹反應(yīng)而達(dá)到去除的目的，由于不同金屬構(gòu)件鐵銹含量千差萬(wàn)別，所以酸性物質(zhì)的量很難把握，量小反應(yīng)不完全，量大會(huì)造成漆的儲(chǔ)存穩(wěn)定性變差，而且會(huì)腐蝕金屬，適得其反。(3)穩(wěn)定型：通過(guò)和鐵銹螯合將鐵銹穩(wěn)定不擴(kuò)散的一種涂料。此種方法是在漆中添加螯合劑，同樣面臨的問(wèn)題是金屬銹的含量和鐵銹的形態(tài)不同，很難確定螯合劑的添加量和種類。(4)綜合型：通過(guò)多種配合作用將鐵銹將鐵銹處理成不擴(kuò)散的物質(zhì)。此方法綜合以上三種方法，其缺點(diǎn)是腐蝕性嚴(yán)重，損壞底材，量大會(huì)造成底材腐蝕過(guò)度。
幾類帶銹涂料的主要特性
通過(guò)比較這幾類帶銹涂料的特性可以看出，穩(wěn)定型帶銹涂料是在成膜物中加入多種銹轉(zhuǎn)化劑、穩(wěn)定劑來(lái)達(dá)到帶銹涂裝的目的，其缺點(diǎn)是只能適用于銹層厚度較小的鋼鐵表面；滲透型帶銹涂料主要是利用漆料對(duì)疏松鐵銹的潤(rùn)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(duì)鋼鐵幾乎不起什么化學(xué)作用，因此它不具備化銹能力；綜合型帶銹涂料利用多種作用防銹、轉(zhuǎn)銹，但其腐蝕嚴(yán)重，voc含量高，對(duì)環(huán)境不友好；轉(zhuǎn)化型帶銹涂料又稱反應(yīng)型帶銹涂料，是利用轉(zhuǎn)化劑與金屬表面銹層起反應(yīng)生成穩(wěn)定絡(luò)合物、螯合物，形成化學(xué)性能穩(wěn)定的致密保護(hù)層來(lái)達(dá)到化銹防銹的目的，是四種帶銹涂料中化銹防銹能力最好、最具市場(chǎng)前景的一種。
目前，市場(chǎng)上現(xiàn)有的銹轉(zhuǎn)化涂料所使用的銹轉(zhuǎn)化劑大多為有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸的混合物，例如磷酸、亞鐵氰化鉀(鈉)、草酸、鉻酸、酒石酸、單寧酸、沒(méi)食子酸、金精酸、乙?；取＞湍壳岸?，無(wú)論是哪一種組成，都需要加入磷酸來(lái)完成轉(zhuǎn)銹。但是磷酸的用量較難控制，磷酸用量少，銹蝕不能完全被轉(zhuǎn)化，影響涂膜耐腐蝕的持久性；若體系中有過(guò)量的磷酸存在時(shí)，可能還會(huì)進(jìn)行下述反應(yīng)：
fe(oh)3+h3po4→fepo4↓+3h2o
2fe+2h3po4→2fepo4↓+3h2↑
反應(yīng)放出的氫氣會(huì)在涂層中產(chǎn)生小氣泡，導(dǎo)致涂層附著力的下降，腐蝕嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生的氣體還會(huì)將涂層頂起，大大降低涂膜的附著力和防腐性能。
此類銹轉(zhuǎn)化劑銹轉(zhuǎn)化能力弱、耐水性差、穩(wěn)定性低、與水性、油性樹脂匹配性不好。且以此類銹轉(zhuǎn)化劑制成的銹轉(zhuǎn)化涂料含大量有機(jī)溶劑，voc揮發(fā)物一般在5％以上，不僅氣味大、毒性高，而且除銹能力低，表面上看除銹徹底，但隨著周圍物化環(huán)境的變化，鐵銹會(huì)從底部再生，破壞整個(gè)防護(hù)漆膜。且銹層處理厚度不易掌握，在施工中需利用大量的人力、物力和財(cái)力進(jìn)行涂裝預(yù)處理工作，如預(yù)處理工作不徹底則存在還存在彈坑、縮孔明顯、干燥時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。
目前國(guó)際上有代表性的帶銹底漆專利有：波蘭專利，3％合成單寧酸、15％天然單寧酸、34％丁苯膠乳，10％聚丙烯酸鈉，20％酚醛乳液，3％膨潤(rùn)土，15％水。該配方最終呈溶膠狀，流動(dòng)性很差，施工困難，很難在帶銹金屬構(gòu)件上均勻鋪展。美國(guó)專利，2-20％異丙醇，8.5-25.5％h3po3，0.3-3％nano3，0.3-3％zn(no3)2，0.1-2％單寧酸，0.1-1％表面活性劑。配方中使用的硝酸鹽還原形成的一氧化氮容易在轉(zhuǎn)化膜上形成空洞，破壞了轉(zhuǎn)化膜的完整性。因而鐵銹轉(zhuǎn)化劑的施工性能及轉(zhuǎn)化效率和防腐性能的提高是需要迫切解決的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種水性鐵銹轉(zhuǎn)化底漆及制備方法。
本發(fā)明所述的一種水性鐵銹轉(zhuǎn)化底漆，按重量計(jì)，由偏二氯乙烯復(fù)合高分子乳液30-60份，顏填料漿20-40份，2-羥基丙基3,4,5-三羥基苯甲酸銹轉(zhuǎn)化劑5-15份、消泡劑0.05-0.1份、增稠劑0.1-0.5份組成。
進(jìn)一步地，所述一種水性鐵銹轉(zhuǎn)化底漆：按重量計(jì)，由偏二氯乙烯復(fù)合高分子乳液40-50份，顏填料漿25-35份，2-羥基丙基3,4,5-三羥基苯甲酸銹轉(zhuǎn)化劑5-10份、消泡劑0.05-0.1份、增稠劑0.1-0.5份組成。
進(jìn)一步地，所述一種水性鐵銹轉(zhuǎn)化底漆，按重量計(jì)，由偏二氯乙烯復(fù)合高分子乳液45份，顏填料漿30份，2-羥基丙基3,4,5-三羥基苯甲酸銹轉(zhuǎn)化劑10份、消泡劑0.05-0.1份、增稠劑0.1-0.5份組成。
進(jìn)一步地，所述顏填料漿的重量配比包括：三聚磷酸鋁5-10份、滑石粉6-10份、硫酸鋇7-12份、納米二氧化硅2-5份、去離子水20-40份。
進(jìn)一步地，所述2-羥基丙基3,4,5-三羥基苯甲酸銹轉(zhuǎn)化劑沒(méi)食子酸、1,2-丙二醇和對(duì)甲苯磺酸為起始原料反應(yīng)得到。
本發(fā)明同時(shí)提供所述的一種水性鐵銹轉(zhuǎn)化底漆的制備方法，包括步驟：
1)冷水浴中，依次加入1，2-丙二醇、沒(méi)食子酸和對(duì)甲苯磺酸，經(jīng)二次升溫反應(yīng)后，降溫出料制得2-羥基丙基3,4,5-三羥基苯甲酸銹轉(zhuǎn)化劑；
2)將步驟1)得到的2-羥基丙基3,4,5-三羥基苯甲酸銹轉(zhuǎn)化劑、偏二氯乙烯復(fù)合高分子乳液、顏填料漿、消泡劑、增稠劑按照重量比混合均勻。
進(jìn)一步地：步驟1)中二次升溫包括：1)第一階段，水浴溫度升至70℃，攪拌反應(yīng)1h；2)第二階段，升至100℃，攪拌反應(yīng)2.5～3h。
進(jìn)一步地：步驟2)中顏填料漿是按照配比將去離子水、三聚磷酸鋁、滑石粉、硫酸鋇和納米二氧化硅高速分散均勻得到。
本發(fā)明的原理：
沒(méi)食子酸或其衍生物化合物分子中含有較多的鄰位羥基，它能與金屬底材上的鐵銹中fe3+發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成黑色穩(wěn)定的致密性螯合物，并堅(jiān)固地覆蓋在鋼鐵表面，從而阻止了鐵銹的發(fā)展。
沒(méi)食子酸可以與鐵銹發(fā)生反應(yīng)，但其水溶性不好(1g沒(méi)食子酸溶于87ml水)，用于水性涂料中，涂層干燥后未反應(yīng)的沒(méi)食子酸易在涂層中結(jié)晶析出，析出的沒(méi)食子酸吸水后會(huì)導(dǎo)致涂層起泡，影響涂層的耐水性以及與底材的結(jié)合力。且沒(méi)食子酸與鐵銹發(fā)生反應(yīng)時(shí)，其滲透性差，不能很好地轉(zhuǎn)化整個(gè)銹層，故銹轉(zhuǎn)化能力差。1,2-丙二醇的粘性和吸濕性好，并且無(wú)毒，在銹轉(zhuǎn)化涂料使用過(guò)程中是優(yōu)良的溶劑和成膜助劑。1，2-丙二醇與沒(méi)食子酸酸在特定條件下制備銹轉(zhuǎn)化劑，多余的醇不必分離，留在體系中有利于后期銹轉(zhuǎn)化涂料在底材上的成膜，且簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝。沒(méi)食子酸分子中含有羧基和較多的羥基，可以與多種物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而可以改變其物理化學(xué)性能。本發(fā)明通過(guò)改性沒(méi)食子酸，以提高其施工性能及轉(zhuǎn)化效率和防腐性能。本發(fā)明用沒(méi)食子酸與1-3丙二醇反應(yīng)制備2-羥基丙基3,4,5-三羥基苯甲酸。用醇改性沒(méi)食子酸酸可以增加其水溶性，1-3丙二醇的的使用既能增加其水溶性，而且1-3丙二醇有成膜助劑的功效，留在體系中亦能提高帶銹底漆的成膜能力。
本發(fā)明的有益效果在于：
1、此銹轉(zhuǎn)化劑耐水性好、穩(wěn)定性強(qiáng)，與水性、油性漆匹配性良好。
2、此銹轉(zhuǎn)化劑和特定的樹脂結(jié)合補(bǔ)加相應(yīng)的顏填料和助劑制成的帶銹底漆不含苯、酮等有機(jī)溶劑，不含重金屬等有害物質(zhì)，voc有機(jī)揮發(fā)物小于1％，氣味低，溫和環(huán)保，而且不具有可燃性、導(dǎo)電性，完全無(wú)電化學(xué)(氧化)反應(yīng)的導(dǎo)體架橋作用。
3、此銹轉(zhuǎn)化劑通過(guò)高分子惰性基團(tuán)的螯合作用，可處理厚度約50微米的鐵銹，高分子聚合物呈分子級(jí)的重排成膜緊覆在鋼鐵表面，涂層質(zhì)量好，涂膜封閉性好，無(wú)針孔等缺陷，具有較強(qiáng)的抗鹽霧滲透能力和抗化學(xué)腐蝕能力。
4、具有較強(qiáng)的滲透性，轉(zhuǎn)化性好，由于采用自主合成的特殊的鐵銹轉(zhuǎn)化劑，可與鐵銹發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，與鐵銹生成穩(wěn)定的絡(luò)合物，有效地將鐵銹封閉起來(lái)，使其與外界介質(zhì)隔絕達(dá)到防銹的目的。
5、對(duì)表面處理要求低，可帶銹施工，只要工件表面無(wú)可見的油脂、污垢，附著不牢的氧化皮和浮銹及有關(guān)雜質(zhì)，就可刷涂和噴涂。
7、對(duì)銹蝕的表面具有較強(qiáng)的附著力，可耐酸及耐鹽水。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、特征更明顯易懂，下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，然而，本發(fā)明可以用不同的形式實(shí)現(xiàn)，不應(yīng)認(rèn)為只是局限在所述的實(shí)施例。
實(shí)施例1：
一種水性鐵銹轉(zhuǎn)化底漆，按重量計(jì)，由偏二氯乙烯復(fù)合高分子乳液48份，顏填料漿30份，2-羥基丙基3,4,5-三羥基苯甲酸銹轉(zhuǎn)化劑12份、消泡劑0.05-0.1份、增稠劑0.1-0.5份組成。
其制備步驟為：1)合成銹轉(zhuǎn)化劑：在四口燒瓶中加入30.6g1-2丙二醇置于冷水浴中，在攪拌條件下按比例加入10.2g沒(méi)食子酸及1.02g對(duì)甲苯磺酸，水浴溫度升至70℃，攪拌反應(yīng)1h左右，待固體物資完全溶解，體系呈淺黃色；使體系溫度升至105℃，維持恒溫，用攪拌器攪拌2.5～3h，降溫出料得到銹轉(zhuǎn)化劑。
2)在燒杯中加入25.0g去離子水，在攪拌下依次加入9.0g三聚磷酸鋁、12.0g滑石粉、2.0g硫酸鋇和1.5g納米二氧化硅，分散均勻后在設(shè)備上研磨至顆粒細(xì)度小于20微米，所得即為顏填料漿。在燒杯中加入48.0g偏二氯乙烯復(fù)合高分子乳液，攪拌均勻；將上述顏填料漿30g加入到乳液中，攪拌15分鐘左右，加入12g步驟1)制得的銹轉(zhuǎn)化劑，攪拌過(guò)程中視氣泡情況加入適量的消泡劑，加適量的增稠劑增稠，攪拌30分鐘。制得可以帶銹涂裝的水性鐵銹轉(zhuǎn)化底漆。
實(shí)施例2
一種水性鐵銹轉(zhuǎn)化底漆，按重量計(jì)，由偏二氯乙烯復(fù)合高分子乳液45份，顏填料漿25份，2-羥基丙基3,4,5-三羥基苯甲酸銹轉(zhuǎn)化劑10份、消泡劑0.05-0.1份、增稠劑0.1-0.5份組成。
其制備步驟為：1)合成銹轉(zhuǎn)化劑：在四口燒瓶中加入27g1-2丙二醇置于冷水浴中，在攪拌條件下按比例加入6.75g沒(méi)食子酸及0.7g對(duì)甲苯磺酸，水浴溫度升至75℃，攪拌反應(yīng)1h左右，待固體物資完全溶解，體系呈淺黃色；使體系溫度升至110℃，維持恒溫，用攪拌器攪拌2.5～3h，降至室溫出料得到銹轉(zhuǎn)化劑。
2)在燒杯中加入20.0g去離子水，在攪拌下依次加入9.0g三聚磷酸鋁、10.0g滑石粉、9.0g硫酸鋇和4g納米二氧化硅，分散均勻后在設(shè)備上研磨至顆粒細(xì)度小于20微米，所得即為顏填料漿。在燒杯中加入55.0g偏二氯乙烯復(fù)合高分子乳液，攪拌均勻；將上述顏填料漿加入到乳液中，攪拌15分鐘左右，加入8g實(shí)施例2制得的銹轉(zhuǎn)化劑，攪拌過(guò)程中視氣泡情況加入適量的消泡劑，加適量的增稠劑增稠，攪拌30分鐘。制得可以帶銹涂裝的水性鐵銹轉(zhuǎn)化底漆。
實(shí)施例3：
步驟1)同實(shí)施例2，步驟2)：在燒杯中加入25.0g去離子水，在攪拌下依次加入6.0g三聚磷酸鋁、8.0g滑石粉、10.0g硫酸鋇和4g納米二氧化硅，分散均勻后在設(shè)備上研磨至顆粒細(xì)度小于20微米，所得即為顏填料漿。在燒杯中加入55.0g偏二氯乙烯復(fù)合高分子乳液，攪拌均勻；將上述顏填料漿加入到乳液中，攪拌15分鐘左右，加入10g實(shí)施例1制得的銹轉(zhuǎn)化劑，攪拌過(guò)程中視氣泡情況加入適量的消泡劑，加適量的增稠劑增稠，攪拌30分鐘。制得可以帶銹涂裝的水性鐵銹轉(zhuǎn)化底漆。
實(shí)施例4：
步驟1)同實(shí)施例1，步驟2)：在燒杯中加入25.0g去離子水，在攪拌下依次加入8.0g三聚磷酸鋁、6.0g滑石粉、8.0g硫酸鋇和3g納米二氧化硅，分散均勻后在設(shè)備上研磨至顆粒細(xì)度小于20微米，所得即為顏填料漿。在燒杯中加入45.0g偏二氯乙烯復(fù)合高分子乳液，攪拌均勻；將上述顏填料漿加入到乳液中，攪拌15分鐘左右，加入6g實(shí)施例1制得的銹轉(zhuǎn)化劑，攪拌過(guò)程中視氣泡情況加入適量的消泡劑，加適量的增稠劑增稠，攪拌30分鐘。制得可以帶銹涂裝的水性鐵銹轉(zhuǎn)化底漆。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。