鋼結(jié)構(gòu)表面防護(hù)用vci粉末雙金屬涂料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于涂料領(lǐng)域，特別涉及一種鋼結(jié)構(gòu)表面防護(hù)用VCI粉末雙金屬涂料及其 制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱浸鋅又叫熱浸鍍鋅，是將除銹后的鋼構(gòu)件浸入600°C左右高溫融化的鋅液中，使 鋼構(gòu)件表面附著鋅層，鋅層厚度對5mm以下薄板不得小于65μηι，5mm及以上厚板不小于86μηι。 作為一種有效的金屬防腐方式，熱浸鋅工藝已被廣泛用于各行業(yè)的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)施上。
[0003] 現(xiàn)有熱浸鋅施工工藝主要包括：
[0005] 然而，現(xiàn)有熱浸鋅施工工藝具有多方面的缺陷：
[0006] (1)酸洗過程采用的是20%鹽酸會(huì)產(chǎn)生大量的酸性廢液，活化以及暴光處理階段 采用的是ZnC12、NH4Cl溶液會(huì)產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水，若直接排放會(huì)對水資源、土壤資源造成 嚴(yán)重的污染，而廢水處理成本較高；
[0007] (2)該工藝過程中需要消耗大量的煤炭資源，以維持鋅槽溫度，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。鋅 槽的溫度需要長期維持在470°C以上，烘干需要維持在180°C左右，不僅需要消耗大量的煤 炭、天然氣等資源，而且會(huì)產(chǎn)生大量的鋅蒸汽污染。以某表面處理廠為例，該廠每年處理橋 架5萬噸左右，每噸需要用煤55kg左右，每噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒排放2620kg的二氧化碳，可知該廠 每年排碳量7205噸左右(此數(shù)據(jù)不包括非工作時(shí)間維持鋅槽所消耗的煤炭），屬于高排碳行 業(yè)。
[0008] (3)施工工藝復(fù)雜，施工環(huán)境惡劣。施工過程中有大量廢氣、廢液產(chǎn)生，且處理難度 大，對周邊環(huán)境造成污染。
[0009] (4)鋅資源浪費(fèi)嚴(yán)重。金屬鋅為不可再生資源，該工藝所用金屬鋅材料量大，且得 到鍍層性能一般。
[0010]因此，現(xiàn)有鋼構(gòu)件的防腐通常采用富鋅涂料實(shí)現(xiàn)。室內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)的防腐涂裝一般 選用富鋅涂料為底，復(fù)合中間漆、面漆使用，其防腐性能主要利用富鋅底漆的陰極保護(hù)作 用;具有一次成本低，維護(hù)成本不高，防腐性能好等特點(diǎn)。
[0011]富鋅涂料包括無機(jī)富鋅涂料和有機(jī)富鋅涂料，其中無機(jī)富鋅涂料又包括水性無機(jī) 富鋅涂料和醇溶無機(jī)富鋅涂料。該種涂料對鋼鐵具有電化學(xué)保護(hù)作用，防銹性能優(yōu)良；耐海 水、耐油、耐鹽類、耐大氣腐蝕，導(dǎo)電性好，不影響焊接施工。無機(jī)富鋅涂料可長期在400°C以 上高溫環(huán)境中使用;有機(jī)富鋅涂料可做重防腐涂料的底漆，如"環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧云鐵漆+ 氯化橡膠面漆"構(gòu)成的重防腐涂料配套體系，使用壽命可達(dá)7-15年。因此國內(nèi)外的船舶、海 洋采油設(shè)施、熱力管道、橋梁、石油化工設(shè)備管線及高架鐵塔等防腐蝕措施，越來越多地采 用富鋅涂料作為防腐涂料。
[0012] 然而，近年來，由于環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，國家對環(huán)境治理的力度越來越大。傳統(tǒng) 的有機(jī)富鋅涂料中由于含有大量的苯、二甲苯、醋酸丁酯等有害溶劑，嚴(yán)重制約了該類涂料 的發(fā)展。水性無機(jī)富鋅涂料由于具有低VOC含量的特點(diǎn)而受到市場的青睞。但由于水性無機(jī) 富鋅涂料本身的特性，其對基材前處理的要求比較高（Sa2.5級），且涂層的柔韌性較差，這 些缺點(diǎn)的存在使得水性無機(jī)富鋅涂料的發(fā)展受到了限制。醇溶無機(jī)富鋅涂料雖然在一定程 度上解決了水性無機(jī)富鋅涂料柔韌性及前處理要求高的問題，但其本身的VOC含量較高，同 樣面臨著有機(jī)富鋅涂料的發(fā)展難題。
[0013] 近年來粉末涂料的環(huán)境友好性和節(jié)能減排優(yōu)勢日益凸顯，行業(yè)面臨良好的發(fā)展機(jī) 遇。粉末涂料作為無溶劑涂料，符合國際上流行的"四E"原則(經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、高效、性能卓越）， 而受到人們的歡迎。其特點(diǎn)如下：
[0014] 工藝簡單:粉末涂料是利用靜電發(fā)生器使粉末粒子帶電，均勻地吸附在金屬基材 上，然后通過高溫熔融和固化轉(zhuǎn)變成堅(jiān)硬的保護(hù)涂層的一種技術(shù)，投資少，涂裝工藝簡單方 便；
[0015] 清潔:粉末涂料不含溶劑，這對于世界上日益增長的保護(hù)環(huán)境意識是不可否認(rèn)的 優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，噴涂落地的粉末涂料可以回收再利用，噴涂時(shí)輔以旋風(fēng)除塵或?yàn)V袋除器，使得 粉末涂料是目前最清潔的涂料品種，可以做到100%環(huán)保。
[0016] 經(jīng)濟(jì):粉末涂料是百分之百的固體，這就意味著幾乎百分之百地形成涂層而沒有 任何損耗，而且在噴涂時(shí)一次可以達(dá)到所要求的厚度，無須噴涂數(shù)層。
[0017] 高效:粉末涂料具有卓越的機(jī)械性能，尤其是它的抗沖擊性，柔韌性和表面硬度， 優(yōu)異的防腐性能及耐化學(xué)介質(zhì)(酸類、堿類、溶劑等)性能，用于戶外的系列產(chǎn)品還具有很高 的耐候性，可以在惡劣的氣候條件下對基材提供良好的保護(hù)。
[0018] 《涂料行業(yè)"十一五"發(fā)展規(guī)劃》和《涂料行業(yè)科技中長期發(fā)展規(guī)劃》均明確提出要 大力發(fā)展環(huán)保型粉末涂料。未來10年，我國將大幅削減傳統(tǒng)溶劑涂料在工業(yè)涂料中的比例， 使其所占份額由目前的50 %銳減至5 %。而粉末涂料的市場份額將由目前的18 %上升到 40%，最終用10~15年時(shí)間，對傳統(tǒng)涂料產(chǎn)業(yè)實(shí)行新技術(shù)嫁接與改造，最終將傳統(tǒng)溶劑涂料 市場份額縮減至1%以下。這些規(guī)劃為環(huán)保型粉末涂料的發(fā)展提供了機(jī)遇。今后包括水性涂 料和粉末涂料在內(nèi)的環(huán)保型涂料將逐步取代傳統(tǒng)溶劑型涂料，成為市場的主導(dǎo)產(chǎn)品。
[0019] 粉末涂料品種眾多，包括各種顏色，各種美術(shù)紋理和高光、無光等效果的產(chǎn)品。樹 脂類型包括環(huán)氧聚酯（混合）型、環(huán)氧型、聚酯型、聚氨酯型等各種系列產(chǎn)品，品種基本可與 溶劑型工業(yè)防腐涂料相當(dāng)。但是，粉末涂料由于不具備向富鋅涂料的電化學(xué)陰極保護(hù)作用， 使得粉末涂料在重防腐領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)，必須結(jié)合熱浸鋅、電鍍鋅或者其他陰極保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用， 這不僅提高了工程造價(jià)也造成了資源的極大浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 技術(shù)問題:為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種鋼結(jié)構(gòu)表面防護(hù)用VCI粉 末雙金屬涂料。
[0021] 技術(shù)方案:本發(fā)明提供的一種鋼結(jié)構(gòu)表面防護(hù)用VCI粉末雙金屬涂料，包括以下重 量份的組份:包括基料、填料、VCI氣相緩蝕劑和助劑;所述基料包括15份~25份環(huán)氧粉末樹 月旨、15份~25份聚酯粉末樹脂、5份~15份聚四氟乙烯樹脂、5份~15份有機(jī)硅樹脂;所述填 料包括30份~60份片狀鋅粉、1份~5份片狀鋁粉、5份~10份三聚磷酸鋁、5份~10份磷酸 鋅;所述助劑為流平劑、導(dǎo)電劑、脫氣劑、光穩(wěn)定劑中的一種或幾種;所述基料、填料的質(zhì)量 比為3 :1~1: 2.5;所述VCI氣相緩蝕劑的質(zhì)量為基料和填料總質(zhì)量的5~10 % ;所述助劑的 質(zhì)量為基料和填料總質(zhì)量的2~10%。
[0022]作為優(yōu)選，所述流平劑為聚丙酸乙酯、醋酸丁酯、二甲基聚硅氧烷、聚乙烯縮丁醛 中的一種或者多種。
[0023] 作為另一種優(yōu)選，所述導(dǎo)電劑為非金屬粉末，優(yōu)選石墨或無定形碳黑。
[0024] 作為另一種優(yōu)選，所述脫氣劑為安息香、雙酰胺蠟中的一種或者多種。
[0025] 作為另一種優(yōu)選，所述光穩(wěn)定劑為聚丁二酸酯、二苯甲酮、草酰苯胺的一種或者多 種。
[0026] 作為另一種優(yōu)選，所述助劑為質(zhì)量比（15~25): (20~40): (5~15): (30~50)的流 平劑、導(dǎo)電劑、脫氣劑、光穩(wěn)定劑。
[0027]本發(fā)明還提供了上述鋼結(jié)構(gòu)表面防護(hù)用VCI粉末雙金屬涂料的制備方法，包括以 下步驟：
[0028] (1)將環(huán)氧粉末樹脂、聚酯粉末樹脂、聚四氟乙烯樹脂、有機(jī)硅樹脂、片狀鋅粉、三 聚磷酸鋁、磷酸鋅和助劑加入到高速混合機(jī)中，混合并破碎，得到均勻的混合物；
[0029] (2)將步驟（1)制得的混合物加入到擠出機(jī)中，熔融擠出；擠出溫度：前溫80°C~ 100°(3，后溫110°(3~130°(3;
[0030] (3)將步驟(2)擠出機(jī)擠出的熱融狀態(tài)物質(zhì)經(jīng)過壓片機(jī)壓輥滾壓，形成1~2mm厚度 的帶狀物，冷卻后破碎成片狀物料；
[0031] (4)將步驟(3)制得的片狀物料重復(fù)步驟（1)至步驟(3)1~3次后將得到的產(chǎn)物加 入磨粉機(jī)中進(jìn)行細(xì)磨;過篩；
[0032] (5)將步驟(4)篩分的產(chǎn)品與片狀鋁粉置于綁定機(jī)中綁定處理;綁定參數(shù)為:初始 混合溫度為室溫;升溫0.5min~3min至開始綁定溫度為50°C~70°C;升溫3min~8min至最 高綁定溫度為75°C~95°C;冷卻IOmin~20min至出料溫度為20°C~40°C;
[0033] (6)過篩，即得。
[0034] 有益效果:本發(fā)明提供的鋼結(jié)構(gòu)表面防護(hù)用VCI粉末雙金屬涂料既具有粉末涂料 良好的屏蔽作用，又具有相當(dāng)一般富鋅涂料的陰極保護(hù)作用，同時(shí)還具有VCI氣相緩蝕劑的 緩蝕效果，從而達(dá)到對金屬基材優(yōu)異的防護(hù)效果。此外，本發(fā)明采用不同耐候樹脂混拼的工 藝，使該類粉末涂料具有比一般粉末涂料更為優(yōu)異的耐候性。
[0035] VCI是氣相緩蝕劑(Volatile Corrosion Inhibitor)的英文縮寫，是經(jīng)特殊合成 工藝、復(fù)配制備而成的一種腐蝕抑制劑。它能單獨(dú)或依附于合適的載體，在常溫常壓下直接 氣化;在密封環(huán)境中通過自身可調(diào)節(jié)的持續(xù)揮發(fā)而使得作業(yè)單元內(nèi)的任何空間縫隙中，都 會(huì)充盈含有VCI防銹因子的混合氣體，這種氣體遭遇金屬表面時(shí)會(huì)吸附其上，形成只有一個(gè) 或數(shù)個(gè)分子厚的致密保護(hù)膜層;該保護(hù)膜層能有效隔絕金屬表面與水分、氧氣及其他有害 大氣腐蝕因素的接觸，抑制促使金屬腐蝕的電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，從而達(dá)到最佳的防銹蝕效 果。
[0036] 而片狀鋅粉(片鋅)是將球狀鋅粉經(jīng)過球磨工藝制作而成。片鋅作為金屬填料應(yīng)用 涂料中，所形成的涂層對鐵基體有很好的保護(hù)作用，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面:1、電化學(xué)方 面，由于鋅的電位比鐵更負(fù)，因此對鐵基體具有很好的電化學(xué)保護(hù)作用；2、密封和密封性， 由于鋅粉的腐蝕反應(yīng)物（主要是堿式碳酸鋅，2ZnC03、3Zn(0H)2)沉積在鋅粉顆粒之間，填塞 顏料之間的空隙，又不導(dǎo)電，從而對涂層起到了封閉的作用；3、屏蔽效果，由于鱗片狀鋅粉 在涂層中平行于涂膜表面排列，且互相重疊和交錯(cuò)，大大增加了水和腐蝕介質(zhì)滲透過涂層 的距離，從而提高了涂層的防腐蝕能力。
[0037] 本發(fā)明中片狀鋅粉與VCI的協(xié)同作用，由于片狀填料有很好的屏蔽效果，當(dāng)VCI分 子緩慢釋放的時(shí)候，片狀填料的平行搭接結(jié)構(gòu)為其提供了一層封閉的膜，能夠顯著的降低 VCI分子的彌散速度，從而對金屬基體起到良好的緩蝕作用。
[0038] 具體而言，本發(fā)明提供的鋼結(jié)構(gòu)表面防護(hù)用VCI粉末雙金屬涂料具有以下突出的 優(yōu)勢：
[0039] 1、防銹效果全面。無論金屬表面規(guī)則與否，均能全方位防止銹蝕，不留任何死角。
[0040] 2、防銹期限長。一般為2-5年，經(jīng)特殊處理，可達(dá)10年以上。
[0041] 3、VCI氣化后形成的單分子保護(hù)層，不會(huì)損傷金屬制品的材質(zhì)，無任何副作用。
[0042] 4、防銹性能卓著。即便是在像遠(yuǎn)洋運(yùn)輸那