專利名稱：無(wú)機(jī)涂料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種無(wú)機(jī)涂料，具體地說(shuō)，它屬于一種由無(wú)機(jī)固體微粒和酸性磷酸鹽組成的，能在室溫下自行干燥和硬化的涂料。它具有防腐蝕、耐熱、導(dǎo)電等優(yōu)良性能，有廣泛的適用性。
在現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)中，金屬腐蝕是個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題，特別是在惡劣腐蝕環(huán)境中使用的大型鋼鐵構(gòu)件，通常采用的涂漆方法是不能滿足防護(hù)要求的，必須采取更有效的措施。
陰極保護(hù)技術(shù)早已成功地用于水下或地下潮濕環(huán)境中使用的大型鋼鐵構(gòu)件的防腐蝕領(lǐng)域，但是對(duì)于大型鋼件處于水上的部位或腐蝕介質(zhì)不連續(xù)的部位，普通的陰極保護(hù)都不能奏效，這種場(chǎng)合采用也起陰極保護(hù)作用的犧牲性陽(yáng)極涂層保護(hù)是最有效的方法。熱浸鍍鋅(鋁或鋅鋁合金)是犧牲性陽(yáng)極涂層的一個(gè)實(shí)例。雖然它防止鋼鐵腐蝕的效果很好，但對(duì)于大型鋼鐵構(gòu)件實(shí)施起來(lái)難度較大，它必須對(duì)整個(gè)構(gòu)件進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，因?yàn)橹荒苁孪葘⒏鱾€(gè)零部件分別進(jìn)行熱浸鍍鋅(鋁或鋅鋁合金)，然后再進(jìn)行組裝。構(gòu)件經(jīng)過(guò)熱浸鍍鋅(鋁或鋅鋁合金)后。不能再進(jìn)行焊接或其他加工，否則鍍層遭到破損難以修復(fù)。熱噴鋅(或鋁)是犧牲性陽(yáng)極涂層的另一實(shí)例。雖然它可以對(duì)組裝好的構(gòu)件進(jìn)行整體噴涂，但對(duì)于大型鋼鐵構(gòu)件實(shí)施起來(lái)難度較大。因此人們寄希望于能在室溫下自行固化的無(wú)機(jī)富鋅涂層。英國(guó)專利958787和美國(guó)專利4219358是這種涂層的兩個(gè)實(shí)例。無(wú)機(jī)富鋅涂層具有鋅的負(fù)電位，因此它也是一種犧牲性陽(yáng)極涂層，但是用于大型鋼鐵構(gòu)件的實(shí)際效果并不理想，究其原因如下第一個(gè)原因是涂層的電阻太大，因而陰極保護(hù)功能不能充分發(fā)揮，特別是在腐蝕介質(zhì)的電阻也較大時(shí)更是如此[無(wú)機(jī)富鋅涂層的體電阻率是104～107Ω·m，而熱浸鍍鋅(鋁或鋅鋁合金)的體電阻率小于0.1Ω·m]；第二個(gè)原因是無(wú)機(jī)富鋅涂層與基材的粘結(jié)是一種機(jī)械咬合，不存在化學(xué)結(jié)合或冶金結(jié)合，因此涂覆前要求對(duì)鋼鐵構(gòu)件進(jìn)行嚴(yán)格的吹砂粗化和表面清理，包括嚴(yán)格的除油和除銹，實(shí)際上對(duì)于大型鋼鐵構(gòu)件很難做到這些，例如大型鋼鐵構(gòu)件的溝槽縫隙等凹陷區(qū)域的吹砂不易達(dá)到要求，銹跡很難徹底清除，現(xiàn)有的無(wú)機(jī)富鋅涂層在這些區(qū)域不易粘牢，不能有效地抑制這些區(qū)域銹蝕的發(fā)展，最終導(dǎo)致涂層也鼓泡脫落；第三個(gè)原因是無(wú)機(jī)富鋅涂層采用的是硅酸鹽粘結(jié)劑，其韌性較差，涂層較脆，涂厚了易開(kāi)裂利落，因此只能涂得較薄，從而也就更縮短了防護(hù)壽命。針對(duì)大型鋼鐵構(gòu)件徹底除銹較困難這一情況，一種稱為帶銹底漆的涂料應(yīng)運(yùn)而生，中國(guó)專利CN87102047和英國(guó)專利GB2160877是這種涂料的兩個(gè)實(shí)例。這種涂料能和鋼材表面的鐵銹起化學(xué)反應(yīng)(溶解銹)，因此可以帶銹涂覆，免去吹砂除銹的工序，大大簡(jiǎn)化涂前表面清理操作。但是這種涂層不具備陰極保護(hù)功能，防腐蝕能力不高，因此也不能適應(yīng)大型鋼鐵構(gòu)件長(zhǎng)期防護(hù)的需要。
美國(guó)專利3248251公開(kāi)了一種由愛(ài)倫(Allen)發(fā)明的無(wú)機(jī)鋁涂層(以下簡(jiǎn)稱為無(wú)機(jī)鋁涂層)，它是+2和+3價(jià)金屬的磷酸鹽、鉻酸鹽和鋁粉組成的涂層，是一種性能極好的無(wú)機(jī)(犧牲性)陽(yáng)極涂層，它廣泛地應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的各種鋼鐵零部件的防護(hù)。它有極好的導(dǎo)電性，涂層的體電阻率小于1Ω·m，是前面所說(shuō)的無(wú)機(jī)富鋅涂層體電阻率的萬(wàn)分之一到千萬(wàn)分之一。它的粘附力、韌性、耐熱性、抗氧化性、耐油性和防腐蝕能力都遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過(guò)上述的無(wú)機(jī)富鋅涂層和其他防腐蝕涂層。雖然它和富鋅涂層一樣同屬于無(wú)機(jī)涂層，但前者的粘結(jié)劑是磷酸鹽而后者的粘結(jié)劑是硅酸鹽，這是前者性能比后者優(yōu)越的主要原因。眾所周知，鋼鐵的磷化處理是鋼鐵件的一種表面處理技術(shù)，鋼鐵表面和磷酸鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成的磷酸鐵鹽保護(hù)膜，它除了起保護(hù)作用外，更主要的功能是提高基材和油漆的結(jié)合力，上述無(wú)機(jī)鋁涂層中的磷酸鹽也能和鋼鐵起化學(xué)結(jié)合的作用，而硅酸鹽富鋅涂層則不能起這種作用。因此磷酸鹽無(wú)機(jī)涂層的粘結(jié)力勝過(guò)硅酸鹽無(wú)機(jī)涂層上述無(wú)機(jī)鋁涂層的主要缺點(diǎn)是它不像無(wú)機(jī)富鋅涂層那樣在室溫下能自行干燥固化，它必須加熱到650°F才能固化，固化后的涂層還需進(jìn)行后處理(進(jìn)行噴玻璃珠拋光或再加熱到1000°F)才導(dǎo)電，才具備陰極保護(hù)功能。對(duì)于大型鋼鐵構(gòu)件進(jìn)行這樣的加熱和后處理是非常困難的，因而限制了它的使用范圍。
本發(fā)明的主要目的就是要?jiǎng)?chuàng)造這樣一種涂料組份和涂覆技術(shù)，它具有和上述無(wú)機(jī)鋁涂層接近的導(dǎo)電性能、陰極保護(hù)功能、抗腐蝕性能以及耐熱、耐油等性能，和已有的無(wú)機(jī)富鋅涂層一樣能在室溫下自行干燥并固化，又能像帶銹底漆那樣不需要苛刻的涂前處理，能溶解鋼鐵表面的輕微鐵銹，將它轉(zhuǎn)變?yōu)橥繉拥慕M份。因此本發(fā)明的涂層是將上述三種已有涂層各自的優(yōu)點(diǎn)融為一體的新一代的無(wú)機(jī)涂層。本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)將在后面討論，并在一些使用實(shí)例中作介紹。
觀察愛(ài)倫發(fā)明的無(wú)機(jī)鋁涂層固化過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)，可以發(fā)現(xiàn)涂料原來(lái)所含的六價(jià)鉻鹽(即鉻酸鹽)在加熱固化過(guò)程中幾乎全部被涂料中的鋁粉所還原，轉(zhuǎn)變?yōu)槿齼r(jià)鉻鹽?？梢杂孟旅娴碾x子方程式來(lái)表達(dá)氧化還原的結(jié)果，涂料中增加了大量的金屬陽(yáng)離子Cl3+和Al3+，同時(shí)H+大量減少，涂料由酸性轉(zhuǎn)變?yōu)橹行?。酸性的減弱，使得涂料原來(lái)所含的易溶于水的酸性的磷酸二氫鹽(即一代磷酸鹽)轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苡谒闹行缘牧姿嵴}(即三代磷酸鹽)，于此同時(shí)易溶于水的六價(jià)鉻鹽也轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苡谒娜齼r(jià)鉻鹽，這樣涂層就完全固化了。雖然在加熱過(guò)程中還存在簡(jiǎn)單磷酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)雜的多聚磷酸鹽的化學(xué)變化，但它們的化學(xué)反應(yīng)也與正磷酸鹽近似，仍然是由可溶的酸性鹽轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗艿闹行喳}。上述的氧化還原反應(yīng)是在加熱的條件下完成的，在室溫下由于六價(jià)鉻鹽的作用使鋁粉處于鈍化狀態(tài)，因而涂料也處于穩(wěn)定狀態(tài)，不會(huì)固化?？梢栽O(shè)想，如果是在上述涂料中取消鉻酸鹽，這種+2和+3價(jià)金屬的酸性磷酸鹽水溶液，能夠在室溫下和鋁粉(或鋅粉)發(fā)生反應(yīng)，形成不溶于水的中性化合物?，F(xiàn)以二價(jià)金屬(以M表示)的酸性磷酸鹽和鋁粉的反應(yīng)舉例如下②③
困難在于這一化學(xué)反應(yīng)難于控制，這種酸性溶液對(duì)鋁(或鋅)沒(méi)有鈍化作用，因而溶液和鋁(或鋅)的反應(yīng)較快，往往在涂料調(diào)配過(guò)程或是剛涂覆到基材上溶劑水尚未揮發(fā)前，化學(xué)反應(yīng)已經(jīng)完成，使得涂料變成一堆不溶于水的廢渣，完全喪失粘附力。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，如果將酸性磷酸鹽中的磷酸根含量和+2、+3價(jià)金屬離子含量的比值保持在合適的范圍內(nèi)，這種酸性磷酸鹽可分散或溶解于液態(tài)醇，或液態(tài)醇和水的混合液，或液態(tài)醇、液態(tài)酮和水的混合液，形成一種粘性的膠液。以它作為粘結(jié)劑和鋁粉、鋅粉或其它固體粉末混合組成的涂料，在貯料罐內(nèi)能夠在一段時(shí)間內(nèi)保持較穩(wěn)定的狀態(tài)，這段時(shí)間稱為涂料的適用壽命(又稱為罐藏壽命)，在這段時(shí)間內(nèi)可以完成涂覆操作。液態(tài)醇的存在能延緩酸性磷酸鹽和鋁(或鋅)粉或其它粉末產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的速度，液態(tài)酮的作用主要是加速溶劑的揮發(fā)速度。當(dāng)涂料涂覆到基材上后，隨著溶劑的揮發(fā)，涂料中各組份間的化學(xué)反應(yīng)逐漸加速，涂層也隨之干燥和硬化。調(diào)節(jié)粘結(jié)劑中各組份的含量，就能有效控制在室溫下涂層的自干和硬化(或固化)的速度和涂料的適用壽命。
在上述粘結(jié)劑中，磷酸根和+2、+3價(jià)金屬離子的摩爾數(shù)比值在1.4～9∶1范圍內(nèi)選擇，磷酸根含量與+2、+3價(jià)金屬離子含量的比值較大時(shí)，涂料的酸性較大，比值較小時(shí)，涂料的弱性也較弱，對(duì)于表面有銹的鋼鐵基材，最好先涂一層酸性高的涂料，例如用磷酸根和+2、+3價(jià)金屬離子的摩爾數(shù)比值為9∶1(粘結(jié)劑配方四)的涂料，這種涂料溶解轉(zhuǎn)化鐵銹的作用較強(qiáng)，待這層涂層干燥后，再涂覆酸性適中的涂料(例如用配方一的粘結(jié)劑，其中磷酸根和+2、+3價(jià)金屬離子的摩爾數(shù)比值為5.88∶1)。對(duì)于鈍態(tài)的固體微粒宜采用酸性較弱的粘結(jié)劑來(lái)配制涂料。需要涂覆非金屬基材或涂覆鈍態(tài)的金屬基材也宜采用酸性低的涂料(例如用配方五的粘結(jié)劑，其中磷酸根和+2、+3價(jià)金屬離子的摩爾數(shù)比值為1.4∶1)。對(duì)于酸性較強(qiáng)的粘結(jié)劑宜采用無(wú)水或含水低的液態(tài)醇(或含水低的液態(tài)醇與液態(tài)酮的混合液)。這樣可以延長(zhǎng)涂料的適用壽命。酸性較弱的粘結(jié)劑，它和鋁(或鋅)粉或其它粉末的反應(yīng)速度較低，在這種情況下，既可以采用液態(tài)醇，也可以采用不含醇或含少量醇的非離子表面活性劑的水溶液作為+2和+3價(jià)金屬磷酸鹽的分散劑來(lái)制備涂料。非離子表面活性劑的作用是提高磷酸鹽在溶劑中的分散效果和提高涂料的潤(rùn)濕性和粘附性。其中聚氧乙烯脂肪醇醚是較適用的非離子表面活性劑。為了延長(zhǎng)涂料的適用壽命和提高防腐蝕效果，還可以在涂料中添加金屬緩蝕劑，其用量小于1mol/L，例如添加六價(jià)鉻化合物，如鉻酐、鉻酸鹽或重鉻酸鹽。
粘結(jié)劑中的+2和+3價(jià)金屬離子主要是鉻、鎂、鋅、鈣、鍶、鋁、鐵和錳等金屬離子，其中的鉻選自+3價(jià)鉻離子或在磷酸溶液中用還原劑還原+6價(jià)鉻而獲得的+3價(jià)鉻離子。粘結(jié)劑中的液態(tài)醇選自乙醇、甲醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、正戊醇、異戊醇和液態(tài)多元醇等，以及它們的混合物。粘結(jié)劑中的液態(tài)酮選自丙酮、丁酮、環(huán)己酮等以及它們的混合物。粘結(jié)劑中的溶劑的含量可根據(jù)不同需要改變，對(duì)于密度很低且粒徑很小的超細(xì)固體微粒宜采用較稀的粘結(jié)劑來(lái)調(diào)合涂料，這時(shí)溶劑含量有時(shí)可高達(dá)粘結(jié)劑含量的95％，為了適應(yīng)某些特殊需要，例如作粘接使用時(shí)，可以只加少量溶劑(例如5％溶劑)，為了便于運(yùn)輸和貯存，也可以不加溶劑，在使用前再補(bǔ)加溶劑，因此粘結(jié)劑中各組份的含量范圍較寬。粘結(jié)劑中磷酸根[(PO4)3-]的含量是0.5～10mol/L，+2和+3價(jià)金屬離子的總量是0.056～6.2mol/L，溶劑的含量是5～95％，在溶劑中，液態(tài)醇0～99.5％，液態(tài)酮不大于40％，非離子表面活性劑含量不大于2％，其余為水。在不含醇和酮的水溶液溶劑中，非離子表面活性劑含量不小于0.01％。
涂料中的固體微粒對(duì)于抗腐蝕涂層是鎂、鋅、鋁等金屬粉末或以這些金屬為基的合金粉末以及經(jīng)過(guò)鈍化處理過(guò)的鋅粉或鋅合金粉、包鋅鋁粉和滲鋅鋁粉，對(duì)于導(dǎo)電涂層是石墨粉、銀或銀合金粉、銅或銅合金粉、鋅或鋅合金粉以及其它能導(dǎo)電的粉末，對(duì)于固體潤(rùn)滑涂層是石墨、氮化硼、二硫化鉬、二硫化鎢、滑石粉、氧化鉛及其它潤(rùn)滑粉末，對(duì)于耐熱涂層是難熔氧化物、難熔氮化物、難熔碳化物、難熔硅化物和其它耐熱粉末。涂料中還可以加入一些直徑小于1微米的鋅、鋁、鎂等金屬的氧化物、氫氧化物或磷酸鹽的超細(xì)粉末，用以調(diào)整涂料的粘度和促使涂層固化。為了提高涂層耐蝕壽命，還可以在涂料中加緩蝕劑，例如鉻酸鍶、鉻酸鋅或鉻酸鉛等，用來(lái)減緩鋁、鋅、鎂及其合金的犧牲性損耗。所有固體微粒應(yīng)能通過(guò)100目篩網(wǎng)，最好是通過(guò)325目篩網(wǎng)。固體微粒的用量視不同用途而定，每升粘結(jié)劑需加的固體微粒量在10～2000克范圍內(nèi)選擇，最好是300～1000克。作為粘接用時(shí)采用較少的固體微粒，例如每升粘結(jié)劑只加10克固體微粒。
固體微粒中的鋅、鋁、鎂等金屬(或合金)粉末以及這些金屬的氧化物、氫氧化物粉末和粘結(jié)劑膠液反應(yīng)后，使膠液中酸性的一代磷酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)槎姿猁}(方程式②)，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆蝗苡谒娜姿猁}(方程式③)。第一步的轉(zhuǎn)變進(jìn)行較快，第二步轉(zhuǎn)變較慢。為了加速涂層的固化過(guò)程，當(dāng)涂層干燥后，還可在其表面再涂一層pH值8～14的堿性溶液(促凝液)，加快二代磷酸鹽轉(zhuǎn)化為三代磷酸鹽的速度，促使涂層完全固化。這種堿性的促凝液可以是水溶液也可以采用醇溶液或其它堿性溶液，也可以用本發(fā)明的涂層作為底涂層，待其干燥后，在它上面再涂覆一層堿性的硅酸鉀富鋅涂層作為面層，兩層涂層酸堿中和，起到相互促凝作用。本涂層完全固化后可以在其表面涂覆各種有機(jī)或無(wú)機(jī)涂層以適應(yīng)不同的需要。
下面結(jié)合涂覆工藝論述本發(fā)明的技術(shù)效果。首先一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明的涂層涂覆工藝簡(jiǎn)便，因而它有極廣泛的適用范圍。由于本涂料能夠溶解輕微的鐵銹或氧化膜以及微量的油污和水份，因此允許免除涂覆前對(duì)基材的吹砂處理，加上涂層能在室溫下自干和固化，這就大大簡(jiǎn)化了涂覆工藝。本涂層采用刷或噴的方法涂覆，根據(jù)實(shí)際需要確定涂覆的層數(shù)和涂層的厚度，不存在象現(xiàn)有的硅酸鹽富鋅涂層那樣涂厚了會(huì)開(kāi)裂脫落的現(xiàn)象，它完全可以根據(jù)實(shí)際需要反復(fù)涂覆而得到很厚的涂層，從而獲得更高的陰極保護(hù)壽命。采用鋅粉配制的涂料涂覆后在室溫的空氣中放數(shù)分鐘涂層就干燥變硬，約2小時(shí)涂層就固化了。為了加快或確保涂層完全固化，還可在涂層涂覆1～2小時(shí)后，再在涂層表面涂一層促凝液，再經(jīng)過(guò)10～20分鐘后涂層就完全固化了。鋅涂層經(jīng)過(guò)室溫固化后有良好的導(dǎo)電性。鋁涂層固化速度較慢，涂覆后室溫下約1～2小時(shí)干燥變硬，再經(jīng)過(guò)約20小時(shí)后再涂覆一層促凝液，然后再經(jīng)過(guò)20～30分鐘涂層就完全固化了。為了加快鋁涂層的固化速度，可將干燥變硬后的鋁涂層迅速加熱到400～650°F，在數(shù)分鐘內(nèi)涂層就完全固化。由于鋁粉表面有一層致密的氧化膜，因而按上述方法固化后的鋁涂層仍不導(dǎo)電，可以采用各種熱源將涂層快速加熱到接近鋁的熔點(diǎn)，可在數(shù)秒鐘內(nèi)使鋁涂層導(dǎo)電。如果采用鋁鋅合金粉、包鋅鋁粉或滲鋅鋁粉代替純鋁粉，可使涂層室溫固化后就具備導(dǎo)電性，并兼有鋁涂層和鋅涂層兩者的優(yōu)點(diǎn)。固化后的涂層不僅不溶于冷水也不溶于沸水，而且耐各種有機(jī)介質(zhì)長(zhǎng)期浸泡，不會(huì)溶脹或變質(zhì)。本涂層還有很高的耐熱性(例如本發(fā)明的鋁涂層耐熱性達(dá)1100°F)、抗氧化性和不老化性，這些都是有機(jī)涂層無(wú)法相比的。本發(fā)明的鋁涂層和鋅涂層的體電阻率只有1Ω·m，是現(xiàn)有的無(wú)機(jī)富鋅涂層體電阻率的萬(wàn)分之一到千萬(wàn)分之一，由于涂層的高導(dǎo)電性和負(fù)電位，從而獲得極好的陰極保護(hù)功能。
下面介紹本發(fā)明的鋅涂層和鋁涂層的性能實(shí)測(cè)結(jié)果㈠參照現(xiàn)行無(wú)機(jī)鋁涂層技術(shù)條件，對(duì)本發(fā)明的鋅涂層和鋁涂層進(jìn)行性能考察，除了鋅涂層的耐熱性略低(因鋅的熔點(diǎn)低于鋁)外，其它各項(xiàng)性能均達(dá)到或超過(guò)現(xiàn)行無(wú)機(jī)鋁涂層的技術(shù)指標(biāo)，詳見(jiàn)下表按現(xiàn)行鋁涂層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)考察本涂層
㈡本發(fā)明的鋅涂層和已有的無(wú)機(jī)(硅酸鹽)富鋅涂層在工業(yè)大氣環(huán)境中的實(shí)用考察對(duì)比兩條70×5×0.3cm的熱軋中碳鋼帶材，表面原有輕微銹蝕，其中一條涂覆本發(fā)明的鋅涂層，另一條涂覆無(wú)機(jī)硅酸鹽富鋅涂層。兩種涂層的厚度都是60μm左右，在年平均相對(duì)濕度為80％的工業(yè)城市大氣環(huán)境中存放了三年半，涂硅酸鹽富鋅涂層的鋼帶出現(xiàn)了多處鐵銹和涂層鼓泡，涂本發(fā)明的鋅涂層的鋼帶無(wú)銹，涂層完好如初。
本發(fā)明的涂層不僅可以制成抗腐蝕涂層，還可按不同需要用其它固體粉末代替上述的鋅粉或鋁粉，制成其它特殊功能的涂層。例如采用本發(fā)明的粘結(jié)劑，調(diào)合石墨、二硫化鉬、氮化硼或其它潤(rùn)滑粉末，可以制成高溫潤(rùn)滑涂層；調(diào)合銀粉、石墨、銅粉、鋅粉或其它導(dǎo)電粉末可以制成導(dǎo)電涂層；調(diào)合難熔氧化物粉末或其它耐熱粉末，可以制成耐熱涂層。這些涂層的共同特點(diǎn)是低溫固化高溫使用，不僅可以涂覆在金屬上，而且還可以涂覆在非金屬基材上，如涂在塑料、玻璃或陶瓷上，因此本發(fā)明有著極為廣泛的用途。
下面介紹本發(fā)明的一些實(shí)施例子，它們只是一些典型代表，并不包括本發(fā)明的全部?jī)?nèi)容，因此不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
(1)粘結(jié)劑的配制配方一磷酸二氫鉻[Cr(H2PO4)3] 0.15mol磷酸 (H3PO4) 0.55mol氧化鎂(MgO) 0.02mol水(H2O) 30g溶解完畢后再加乙醇(C2H5OH)至1L配方二磷酸鋁 (AlPO4)0.26mol磷酸二氫鎂 [Mg(H2PO4)2·3H20] 0.04mol磷酸 (H3PO4) 0.66mol氧化鋅 (ZnO) 0.03mol水 (H2O) 11g乙醇 (C2H5OH)至1L配方三磷酸 (H3PO)42.3mol氫氧化鋁 [Al(OH)3] 1.2mol氧化鎂 (MgO) 0.05mol氧化鋅 (ZnO) 0.2mol非離子表面活性劑[RO(CH2CH2O-)n-H] 0.2g水 (H2O)至 1L
配方四磷酸二氫鉻 [Cr(H2PO4)3] 0.15mol磷酸 (H3PO4)1.08mol氧化鎂 (MgO)0.02mol水 (H2O) 30g溶解完畢后再加乙醇(C2H5OH)至1L配方五磷酸 (H3PO)42mol氫氧化鋁 [Al(OH)3] 1.2mol氧化鎂(MgO) 0.03mol氧化鋅(ZnO) 0.2mol非離子表面活性劑 [RO(CH2CH2O-)n-H]0.2g水(H2O) 至 1L(2)促凝液的制備配方一乙二胺(H2NCH2CH2NH2) 10g水(H2O) 20g工業(yè)乙醇 70g配方二A液 B液鉻酐(CrO3) 10g硝酸鍶[Sr(NO3)2] 40g氫氧化鈉(NaOH)10g水(H2O) 60g水 (H2O) 80g先在涂層上涂A液，晾干后再涂B液。配方二不僅起到促凝劑作用，而且還可在涂層的孔隙中填充鉻酸鍶沉淀，從而延緩鋅或鋁的犧牲性損耗。B液中的硝酸鍶可用硝酸鋅[Zn(NO3)2]或硝酸鉛[Pb(NO3)2]代替，在涂層孔隙中形成鉻酸鋅或鉻酸鉛沉淀起同樣的作用。
配方三碳酸鈉(Na2CO3)15g水(H2O)至 100ml配方四飽和碳酸鉀(K2CO3)水溶液除了以上四個(gè)配方外其它各種pH值在8～14范圍內(nèi)的各種堿性液體，包括水溶液、醇溶液、其它堿性溶液和它們的混合液均可作為促凝液使用。
(3)涂覆涂層的實(shí)施舉例實(shí)施例一粘結(jié)劑(按配方一) 1L鋅粉(粒徑5～10μm) 900g攪勻后涂覆于有輕銹的5片碳鋼試片上，涂層厚度約45～55μm。涂層在室溫的空氣中放置2小時(shí)后，再涂覆一層促凝液，晾20分鐘后擦去殘液，測(cè)得體電阻率為0.6～1Ω·m。取2片試片在沸水中煮一小時(shí)，涂層完好無(wú)損。其余三片用銳器在涂層上劃“X”至基體鋼露出，置于5％Nacl的鹽霧箱中保持95°F，經(jīng)1000小時(shí)無(wú)鐵銹出現(xiàn)。
實(shí)施例二粘結(jié)劑(按配方二) 1L鋁粉(粒徑4～5μm球型鋁粉) 330g攪勻后涂覆于1mm厚的8片碳鋼試片上，涂層厚度約55～65μm。室溫下晾1小時(shí)，涂層已干燥變硬，指甲刮不掉，用氧乙炔火焰將試片快速燒至深紅，冷卻后測(cè)涂層體電阻率約0.2～0.5Ω·m，取2片試片沿直徑8mm的曲率彎曲90°，涂層不脫落。按實(shí)施例1同樣條件取另外3片試片進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)1000小時(shí)無(wú)鐵銹出現(xiàn)。取余下的3片試片作耐熱性試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)1050°F烘烤100小時(shí)涂層完好無(wú)損。
實(shí)施例三粘結(jié)劑(按配方二) 1L石墨 (膠體粉末) 200g氧化鎂(粒徑小于1μm) 0.2mol氫氧化鋁(粒徑小于1μm) 0.15mol乙醇 500ml涂覆于陶瓷、玻璃或塑料等非金屬表面，室溫下放置24小時(shí)，再涂覆一層促凝液(按配方四)并晾干，涂層導(dǎo)電良好，并具有潤(rùn)滑作用。涂于陶瓷上的石墨涂層，耐1500°F高溫。
實(shí)施例四以500g氮化硼代替200g石墨涂覆于耐熱鋼上，涂覆工藝同實(shí)施例3，涂層有很好的潤(rùn)滑和減摩作用，涂層可耐1800°F50小時(shí)不破裂。
實(shí)施例五以500g二硫化鉬代替石墨，涂覆于鋼件上，涂覆工藝同實(shí)施例3，涂層有很好的潤(rùn)滑和減摩作用。
實(shí)施例六以600g氧化鋁代替石墨，涂于不銹鋼上，涂覆工藝同實(shí)施例3，涂層能耐1500°F以上高溫并有隔熱作用。
實(shí)施例七用700g(95％Zn 5％AL)的鋅鋁合金粉末代替鋅粉，其它同實(shí)施例1，涂層的耐蝕性能優(yōu)于鋅涂層。
實(shí)施例八用460g(55％AL、43.5％Zn、1.5％硅)的鋅鋁合金粉代替330g鋁粉，其它同實(shí)施例2。涂層的各項(xiàng)性能與例2的鋁涂層很接近，但在沒(méi)有氯離子的腐蝕介質(zhì)中陰極保護(hù)功能優(yōu)于鋁涂層。
實(shí)施例九在實(shí)施例1中增加2g鉻酸鍶，其它同例1，能延長(zhǎng)鋅涂層的保護(hù)壽命。
實(shí)施例十涂料配方同實(shí)施例1，但在涂覆涂料并在室溫的空氣中晾2小時(shí)后不涂促凝液，而在涂層上薄薄涂一層現(xiàn)行的硅酸鉀富鋅涂層，利用兩種涂層的不同酸堿性，起相互促凝作用。
實(shí)施例十一粘結(jié)劑(按配方二)1L銀粉(325目) 1330g鋅粉(325目) 6.4g氫氧化鋁(膠體粉末) 24g涂覆于陶瓷、塑料或玻璃等非金屬基材上，涂后在室溫空氣中放置24～72小時(shí)，然后涂覆一層促凝液(按配方四)，待干燥和固化后擦洗掉促凝液殘留物，涂層導(dǎo)電良好。
實(shí)施例十二鋼試片在含0.1％機(jī)械潤(rùn)滑油的汽油中浸泡片刻，取出晾干后試片上有一薄層油膜，按照實(shí)施例1同樣的涂料和方法涂覆涂層后進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)，效果與例1相同。
實(shí)施例十三按實(shí)施例1和例2涂覆涂層的試片在煤油中浸泡3000小時(shí)后取出，涂層完好如初，
實(shí)施例十四粘結(jié)劑(按配方三)1L鋁粉(粒徑4～5μm球型鋁粉) 750g其它同實(shí)施例二，效果也相同。
權(quán)利要求
1．一種涂料，它由粘結(jié)劑和無(wú)機(jī)固體微粒組成，其特征在于涂料的粘結(jié)劑是+2和+3價(jià)金屬的酸性磷酸鹽分散于由液態(tài)醇、液態(tài)酮與非離子表面活性劑水溶液組成的溶劑，所形成的粘性膠液，粘結(jié)劑和無(wú)機(jī)固體微粒混合后的涂料，涂覆到基材上后，隨著溶劑的揮發(fā)，自行干燥和硬化，形成涂層。
2．按權(quán)利要求1所述的涂料，其中+2和+3價(jià)金屬的酸性磷酸鹽選自鎂、鋅、鋁、鈣、鍶、鐵、錳和鉻等金屬的酸性磷酸鹽及其混合物，其中的鉻選自+3價(jià)鉻離子或在磷酸溶液中用還原劑還原+6價(jià)鉻而獲得的+3價(jià)鉻離子。
3．按權(quán)利要求1所述的涂料，其中的非離子表面活性劑是聚氧乙烯脂肪醇醚[RO(CH2CH2O-)n-H]。
4．按權(quán)利要求1所述的涂料，添加有金屬緩蝕劑，其添加量小于1mol/L。
5．按權(quán)利要求4所述的涂料，添加的金屬緩蝕劑是+6價(jià)鉻化合物，選自鉻酐、鉻酸、鉻酸鹽和重鉻酸鹽。
6．按權(quán)利要求1所述的涂料，其粘結(jié)劑中磷酸根[(PO4)3-]的含量是0.5～10mol/L，+2和+3價(jià)金屬離子的總量是0.056～6.2mol/L，溶劑的含量是5～95％，每升粘結(jié)劑需調(diào)合的無(wú)機(jī)固體微粒的量是10～2000g。
7．按權(quán)利要求1所述的涂料，其溶劑中，液態(tài)醇含量為0～99.5％，液態(tài)酮不大于40％，非離子表面活性劑含量不大于2％，其余為水。在不含醇和酮的水溶液溶劑中，非離子表面活性劑含量不小于0.01％。
8．按權(quán)利要求1所述的涂料，其粘結(jié)劑中磷酸根和+2、+3價(jià)金屬離子總量的摩爾數(shù)比值是1.4～9∶1。
9．按權(quán)利要求1所述的涂料，其中液態(tài)醇選自乙醇、甲醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、正戊醇、異戊醇和液態(tài)的多元醇，以及它們的混合物，其中液態(tài)酮選自丙酮、丁酮、環(huán)己酮，及它們的混合物。
10．按權(quán)利要求1所述的涂料，其中的無(wú)機(jī)固體微粒選自鋁粉、鋁合金粉、鋅粉、鋅合金粉、鎂粉、鎂合金粉、銀粉、銀合金粉、銅粉、銅合金粉、鈍化過(guò)的鋅粉、鈍化過(guò)的鋅合金粉、包鋅鋁粉、滲鋅鋁粉、石墨、二硫化鉬、二硫化鎢、滑石粉、氧化鉛、氮化硼、氧化鎂、氫氧化鎂、氧化鋅、氫氧化鋅、氧化鋁、氫氧化鋁、磷酸鎂、磷酸鋅、磷酸鋁、鉻酸鍶、鉻酸鋅、鉻酸鉛、難熔氧化物、難熔氮化物、難熔碳化物、難熔硅化物和上述兩種或多種固體微粒的混合物。所有固體微粒應(yīng)能通過(guò)100目篩網(wǎng)。
11．按權(quán)利要求1所述的涂料，經(jīng)涂覆并干燥和硬化后，在涂層表面再涂覆一薄層促凝液，加速涂層的固化過(guò)程，該促凝液是pH值8～14的堿性液體，選自堿性的水溶液、堿性的醇溶液、其它堿性溶液和它們的混合物。
12．按權(quán)利要求11所述的促凝液是堿液和可溶的鉻酸鹽溶液混合的堿性溶液，該溶液涂覆到涂層上并晾干后再涂覆一層選自可溶的鍶鹽、可溶的鋅鹽和可溶的鉛鹽的水溶液，從而在涂層的孔隙中形成難溶的鉻酸鹽沉淀。
全文摘要
一種由酸性磷酸鹽為主成分的粘結(jié)劑和無(wú)機(jī)固體微粒組成的涂料。它能在室溫下自行干燥和固化。其中由該粘結(jié)劑和鋅粉或鋁粉(或鋁鋅合金粉)組成的涂層是鋼鐵的犧牲性陽(yáng)極涂層,具有良好的耐熱性、導(dǎo)電性和陰極保護(hù)功能。該涂料可在未經(jīng)吹砂的鋼材表面直接涂覆,并能將鋼材表面的輕微銹蝕或氧化膜轉(zhuǎn)化為涂層的組分,涂覆工藝簡(jiǎn)便,適用于大型鋼鐵構(gòu)件的防護(hù)。
文檔編號(hào)C09D1/00GK1210874SQ9710767
公開(kāi)日1999年3月17日 申請(qǐng)日期1997年9月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月9日
發(fā)明者趙全璽 申請(qǐng)人:趙全璽