一种钢结构表面的防静电涂料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种钢结构表面的防静电涂料及其制备方法。该涂料由锌铝合金粉浆料与正硅酸乙酯浆料按照质量比3:1～5:1混合形成；正硅酸乙酯浆料中正硅酸乙酯在催化剂条件下水解缩合，锌铝合金粉浆料中加入糠醛糠醇树脂作为改性剂，当二浆料混合后，糠醛糠醇树脂遇酸固化释放水分子，促进正硅酸乙酯水解缩合物的进一步缩合，与锌铝合金粉反应形成互穿网络，提高了涂料与钢结构基材表面的交联密度，同时增加了涂层对基材的浸润性和附着力。作为优选，在锌铝合金粉浆料中添加碳纳米管分散液与导电云母粉时能够相应改善所得涂层的防静电性能。因此，本发明的防护涂料适用于各类钢制储罐内外壁，大桥、船舶、海上石油钻井平台等钢结构表面。
【专利说明】一种钢结构表面的防静电涂料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属表面处理【技术领域】，尤其涉及一种钢结构表面，例如钢制储罐内外壁、大桥、船舶、海上石油钻井平台等钢结构表面、以锌铝合金为主要填充料的防静电涂料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]无机富锌涂料很早就用于钢结构基材表面，如钢制储罐内外壁、大桥、船舶、海上石油钻井平台等钢结构表面的防静电底漆。但是由正硅酸乙酯制得的无机富锌涂料在施工
中对基材表面处理要求严格，必须喷砂至Sa2 I级，并且容易出现如涂层脱落、龟裂等问题。
【发明内容】
[0003]本发明的技术目的是提供一种其涂层具有较高交联密度、附着力和柔韧性的钢结构长效防静电型底漆及其制备方法。
[0004]本发明实现上述技术目的所采取的技术方案为:一种钢结构表面的防静电涂料，由锌铝合金粉浆料与正硅酸乙酯浆料按照质量比3:1~5:1混合形成；按照质量百分数计，即所述锌铝合金粉浆料质量份数为100份，其中包括60~75份锌铝合金粉、3~7份无水乙醇、2~4份正丁醇、I~3份糠醛糠醇树脂作为改性剂，余量为复合填料和其他助剂；所述正硅酸乙酯浆料是由40~50份正硅酸乙酯、3~10份催化剂、30~40份无水乙醇、6~20份正丁醇组成；所述催化剂是质量百分比浓度为0.1%~0.5%的稀盐酸。
[0005]上述技术方案中，所述的糠醛糠醇树脂作为改性剂。正硅酸乙酯在催化剂条件下水解缩合，当锌铝合金粉浆料与正硅酸乙酯浆料混合后，糠醛糠醇树脂遇酸固化，释放水分子，促进正硅酸乙酯水解缩合物的进一步缩合，而且与正硅酸乙酯水解缩合物混合均匀，与锌铝合金粉反应形成互穿网络，提供了涂料与钢结构基材表面的交联密度，同时也增加了涂层对基材的浸润性和附着力。
[0006]其中，正硅酸乙酯包括但不限于硅酸乙酯-28、硅酸乙酯-32、硅酸乙酯-40中的一种或几种的混合物；锌铝合金粉包括600~1000目的低铅锌铝合金粉。
[0007]所述的复合填料的质量份数优选为5~10份。该复合填料包括但不限于磷铁粉、铁钛粉、滑石粉、硅灰石粉、氧化锌、硫酸钡、氧化铁红、硅化锆、碳化锆、氧化锆纤维、硅酸铝纤维、钛酸钾晶须、硼酸铝晶须、莫来石晶须、碳化硅晶须中的一种或几种。例如，磷铁粉、铁钛粉能够增加涂层的防锈性，氧化锌能够提高锌铝合金浆料的稳定性，滑石粉、硅灰石粉、硫酸钡能够增加涂层厚度，降低成本。无机纤维和晶须能够提高涂层抗裂性。
[0008]所述的其他助剂包括但不限于偶联剂、防沉助剂、润湿分散助剂、增韧剂等中的一种或多种。
[0009]为了防止施工时防护涂料发生沉降，提高其储存性，所述其他助剂中包括防沉助剂，其质量份数优选为0.5~2份。该防尘助剂包括但不限于有机膨润土、有机粘土、聚酰胺蜡中的一种或几种。
[0010]为了使涂层同时具有较好的硬度和柔韧性，所述其他助剂包括偶联剂，其质量份数优选为0.5~2份。该偶联剂包括但不限于硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。所述的硅烷偶联剂可以选自双(1，2~三乙氧基硅基)乙烷、双(I, r三甲氧基硅基)乙烷、环氧基硅氧烷低聚物中的一种或几种。所述的钛酸酯偶联剂可以选自异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯、异丙基三(磷酸二辛酯)钛酸酯、异丙基三(焦磷酸二辛酯)钛酸酯中的一种或几种。所述偶联剂在酸性条件下遇水发生水解，得到偶联剂水解产物。在成膜过程中，该偶联剂水解产物与正硅酸乙酯的水解产物之间发生缩聚，通过这种形式可以在硅酸锌涂层中引入烷基侧链，从而使涂层同时获得较好的硬度和柔韧性。
[0011]为了提高涂料的分散效率，同时改善其浮色发花，所述其他助剂中包括润湿分散助剂，其质量份数优选为0.5~2份。该润湿分散助剂包括含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液、低分子量不饱和多元羧酸聚合物加聚硅氧烷共聚物的溶液的一种或几种，例如德国毕克公司生产的DISPERBYK-190、BYK-P 104S。
[0012]为了进一步改善涂层柔韧性和附着力，所述其他助剂中包括增韧剂，其质量份数优选为0.5~2份。该增韧剂包括但不限于聚乙烯醇缩丁醛。作为进一步优选，所述增韧剂通过后添加方式加入锌铝合金粉浆料中，以改善该锌铝合金粉浆料的颜填料的悬浮性与储存性。
[0013]为了进一步改善涂层柔韧性、抗冲击强度和抗静电性，同时提高阴极保护效果，作为优选，所述其他助剂中包含碳纳米管分散液，其质量份数优选为0.5~2份。所述碳纳米管分散液是将市售的碳纳米管通过加入分散助剂经超声分散而成。作为进一步优选，所述其他助剂中还包含导电云母粉，其质量份数优选为5~10份。该导电云母粉可与体系中的碳纳米管起协同作用，提高抗静电性形成更好的涂层阴极保护效果。
[0014]综上所述，与现有·技术相比，本发明具有如下有益效果:
[0015](I)采用在锌铝合金粉浆料中加入糠醛糠醇树脂作为改性剂，糠醛糠醇树脂遇酸固化，释放水分子，促进正硅酸乙酯在催化剂条件下发生水解缩合所产生的水解缩合物的进一步缩合，从而与锌铝合金粉反应形成互穿网络，提高了涂料与钢结构基材表面的交联密度，同时也增加了涂层对基材的浸润性和附着力，实验证实，该涂料一次喷漆干膜可达IOOum以上不龟裂；
[0016](2)作为优选，当在锌铝合金浆料中添加复合填料和其他助剂，该其他助剂包括偶联剂、防沉助剂、润湿分散助剂、增韧剂等中的一种或多种时，能够相应改善所得涂层的柔韧性能、机械性能、防腐蚀性能和施工性能；
[0017](3)当在锌铝合金浆料中添加碳纳米管和导电云母粉时，能够进一步提高涂料的抗静电能力；
[0018]因此，本发明的防静电涂料能够满足钢制储罐内外壁、大桥、船舶、海上石油钻井平台等钢结构表面的防护需要。
[0019]本发明一种钢结构表面的防静电涂料的制备方法可以通过常规的溶液混合配制的方法得到。考虑到涂料的施工性能与储藏性能，以及所得涂层的性能优化，本发明人尝试了大量实验，总结出一种制备方法，该方法通过控制投料顺序、反应温度等反应条件使涂层各部分反应速率均匀，不发生应力集中现象，进一步提高了与基体的附着力。该制备方法具体包括如下步骤:
[0020]步骤1:按照质量百分数计，将30~40质量份无水乙醇加入到容器中，搅拌条件下在其中加入40~50质量份正硅酸乙酯，并将体系升温至60±5° C，再加入3~10质量份催化剂，所述催化剂是质量百分比浓度为0.1%~0.5%的稀盐酸，保温3~5h后降温至室温，加入6~20质量份正丁醇，得到正硅酸乙酯浆料； [0021]步骤2:按照质量百分数计，在容器中加入3~7质量份的无水乙醇、2~4质量份的正丁醇、I~3质量份改性剂，然后加入60~75质量份的锌铝合金粉与余量的复合填料和其它助剂，高速分散均匀后得到锌铝合金浆料；
[0022]步骤3:使用时将步骤2制得的锌铝合金浆料和步骤I制得的正硅酸乙酯浆料按质量比3:1~5:1进行混合，搅拌均匀，即得到钢结构表面的防静电涂料。
[0023]所述的步骤2中，复合填料的质量份数优选为5~10份；其它助剂包括但不限于偶联剂、防沉助剂、润湿分散助剂、增韧剂等中的一种或多种。作为优选，其它助剂还包括碳纳米管分散液与导电云母粉。质量份数优选为:偶联剂0.5~2质量份、防沉助剂0.5~2质量份、润湿分散助剂0.5~2质量份、增韧剂0.5~2质量份、碳纳米管分散液0.5~2质量份、导电云母粉5~10质量份。作为进一步优选,先加入3~7质量份的无水乙醇、2~4质量份的正丁醇、I~3质量份的改性剂、0.5~2质量份的偶联剂、0.5~2质量份的防沉助剂，分散均匀后依次加入0.5~2质量份的润湿分散助剂，0.5~2质量份的碳纳米管分散液、5~10份的导电云母粉、60~75质量份的锌铝合金粉和5~10质量份的复合填料，分散均匀后再缓慢加入0.5~2质量份的增韧剂，分散均匀后得到锌铝合金浆料。
[0024]将本发明制备得到的防静电涂料涂刷在钢结构表面，干燥后即得到长效防静电涂层。该防护涂层具有较高的附着力与优良的耐腐蚀性，能够耐5000h的盐雾，优良的抗静电性能，并且具有良好的柔韧性、自修复功能以及施工适应性，能够满足Sa2的基础处理条件等特点。因此是一种适用于各类钢制储罐内外壁，大桥、船舶、海上石油钻井平台等钢结构的表面防静电涂层。另外，本发明钢结构表面的防静电涂料制备工艺简单、制备成本低，并且无须特殊设备。
【具体实施方式】
[0025]以下结合实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
[0026]实施例1:
[0027]本实施例中，钢结构表面的防静电料由锌铝合金粉浆料与正硅酸乙酯浆料按照质量比4:1混合形成；按照质量百分数计，所述锌铝合金粉浆料包括75份锌铝合金粉、3份无水乙醇、2份正丁醇、1份糠醛糠醇树脂作为改性剂、0.5份偶联剂双(1，2-三乙氧基硅基)乙烷、0.5份有机膨润土、0.5份毕克公司的DISPERBYK-190、0.5份碳纳米管分散液、9.5份导电云母粉、2份的磷铁粉、2份滑石粉、2份氧化锌、0.5份硅酸铝纤维、0.5份硼酸铝晶须以及
0.5份聚乙烯醇缩丁醛；按照质量百分数计，所述正硅酸乙酯浆料是由40份正硅酸乙酯、8份催化剂、38份无水乙醇、14份正丁醇组成；所述催化剂是质量百分比浓度为0.2%的稀盐酸。
[0028]上述钢结构表面的防静电涂料的制备方法包括如下步骤:[0029](I)将38份无水乙醇加入到容器中，开动搅拌，将40份正硅酸乙酯滴加入容器中，将体系升温至60±5° C，将8份的催化剂滴加入容器中，保温3h，用吗啡啉测定反应终点，产物合格后停止加热和搅拌，待体系温度降至室温后，加入出料14份的正丁醇，得到正硅酸乙酯浆料；
[0030](2)在容器中先加入3份的无水乙醇、2份的正丁醇、1份改性剂、0.5份的双(I, 2-三乙氧基硅基)乙烷、0.5份的有机膨润土，在高速分散机中分散lOmin，然后依次加A 0.5份的含有颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液，0.5份的碳纳米管分散液、9.5份的导电云母粉、75份的800目锌铝合金粉、2份的磷铁粉、2份滑石粉、2份氧化锌、0.5份硅酸铝纤维、0.5份硼酸铝晶须，高速分散30min后再缓慢加入0.5份的聚乙烯醇缩丁醛，继续高速分散2h后，停止搅拌，出料，得到锌铝合金粉浆料；
[0031](3)使用时将步骤(3)配制的锌铝合金粉浆料和步骤(2)配制的正硅酸乙酯浆料按质量比4:1进行混合，搅拌均匀，即得到钢结构表面的防静电涂料。将上述制备得到的防静电涂料涂刷在钢结构表面，干燥后即得到长效防静电涂层。
[0032]实施例2:
[0033]本实施例中，钢结构表面的防静电料由锌铝合金粉浆料与正硅酸乙酯浆料按照质量比3:1混合形成；
[0034]按照质量百分数计，所述锌铝合金粉浆料包括65份锌铝合金粉、5份无水乙醇、3份正丁醇、2份糠醛糠醇树脂作为改性剂、2份偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷、1份聚酰胺蜡、I份毕克助剂BYK-P 104SU.5份碳纳米管分散液、9.5份导电云母粉、4份磷铁粉、2份滑石粉、2份氧化锌、1份氧化铁红、0.5份莫来石晶须，以及0.5份聚乙烯醇缩丁醛；按照质量百分数计，所述正硅酸乙酯浆料是由45份正硅酸乙酯、6份催化剂、35份无水乙醇、14份正丁醇组成；所述催化剂是质量百分比浓度为0.3%的稀盐酸。
[0035]上述钢结构表面的 防静电涂料的制备方法包括如下步骤:
[0036](I)将35份无水乙醇加入到容器中，开动搅拌，将45份正硅酸乙酯滴加入容器中，将体系升温至60±5° C，将6份的催化剂滴加入容器中，保温3h，用吗啡啉测定反应终点，产物合格后停止加热和搅拌，待体系温度降至室温后，加入出料14份的正丁醇，得到正硅酸乙酯浆料；
[0037](2)在容器中先加入5份的无水乙醇、3份的正丁醇、2份改性剂、2份的乙烯基三乙氧基硅烷、1份的聚酰胺蜡，在高速分散机中分散lOmin，然后依次加入1份的毕克助剂BYK-P 104SU.5份的碳纳米管分散液、9.5份的导电云母粉、65份的锌铝合金粉和4份的磷铁粉、2份滑石粉、2份氧化锌、1份氧化铁红、0.5份莫来石晶须，高速分散30min后再缓慢加入0.5份的聚乙烯醇缩丁醛，继续高速分散2h后，停止搅拌，出料，得到锌铝合金粉浆料；
[0038](3)使用时将步骤(3)配制的锌铝合金粉浆料和步骤(2)配制的正硅酸乙酯浆料按质量比3:1进行混合，搅拌均匀，即得到钢结构表面的防静电涂料。将上述制备得到的防静电涂料涂刷在钢结构表面，干燥后即得到长效防静电涂层。
[0039]实施例3:
[0040]本实施例中，钢结构表面的防静电料由锌铝合金粉浆料与正硅酸乙酯浆料按照质量比5:1混合形成；按照质量百分数计，所述锌铝合金粉浆料包括60份锌铝合金粉、7份无水乙醇、4份正丁醇、3份糠醛糠醇树脂作为改性剂、2份偶联剂异丙基三(磷酸二辛酯)钛酸酯、2份有机膨润土、2份毕克助剂DISPERBYK-190U份碳纳米管分散液、10份导电云母粉、2份的磷铁粉、2份滑石粉、2份氧化锌、1份硅酸铝纤维、1份硼酸铝晶须以及1份聚乙烯醇缩丁醛；按照质量百分数计，所述正硅酸乙酯浆料是由50份正硅酸乙酯、8份催化剂、30份无水乙醇、12份正丁醇组成；所述催化剂是质量百分比浓度为0.2%的稀盐酸。
[0041]上述钢结构表面的防静电涂料的制备方法包括如下步骤:
[0042]( I)将30份无水乙醇加入到容器中，开动搅拌，将50份正硅酸乙酯滴加入容器中，将体系升温至60±5° C，将8份的催化剂滴加入容器中，保温3h，用吗啡啉测定反应终点，产物合格后停止加热和搅拌，待体系温度降至室温后，加入出料12份的正丁醇，得到正硅酸乙酯浆料；
[0043](2)在容器中先加入7份的无水乙醇、4份的正丁醇、3份改性剂、2份的异丙基三(磷酸二辛酯)钛酸酯、2份的有机膨润土，在高速分散机中分散lOmin，然后依次加入2份的毕克助剂DISPERBYK-190，1份的碳纳米管分散液、10份的导电云母粉、60份的800目锌铝合金粉、2份的磷铁粉、2份滑石粉、2份氧化锌、1份硅酸铝纤维、1份硼酸铝晶须，高速分散30min后再缓慢加入1份的聚乙烯醇缩丁醛，继续高速分散2h后，停止搅拌，出料，得到锌铝合金粉浆料；
[0044](3)使用时将步骤(3)配制的锌铝合金粉浆料和步骤(2)配制的正硅酸乙酯浆料按质量比5:1进行混合，搅拌均匀，即得到钢结构表面的防静电涂料。将上述制备得到的防静电涂料涂刷在钢结构表面，干燥后即得到长效防静电涂层。 [0045]对上述实施例1、2与3得到的涂层进行性能测试:外观、细度、适用期、干燥时间、铅笔硬度、附着力、柔韧性、耐冲击性、耐盐雾性、表面电阻率等，测试方法均按相关国家标准进行检测，测试结果如下表所示。
[0046]
【权利要求】
1.一种钢结构表面的防静电涂料，其特征是:由锌铝合金粉浆料与正硅酸乙酯浆料按照质量比3:1~5:1混合形成；按照质量百分数计，所述锌铝合金粉浆料包括60~75份锌铝合金粉、3~7份无水乙醇、2~4份正丁醇、I~3份糠醛糠醇树脂作为改性剂，余量为复合填料和其他助剂；所述正硅酸乙酯浆料是由40~50份正硅酸乙酯、3~10份催化剂、30~40份无水乙醇、6~20份正丁醇组成；所述催化剂是质量百分比浓度为0.1~0.5%的稀盐酸。
2.如权利要求1所述的钢结构表面的防静电涂料，其特征是:所述的复合填料包括磷铁粉、铁钛粉、滑石粉、硅灰石粉、氧化锌、硫酸钡、氧化铁红、硅化锆、碳化锆、氧化锆纤维、硅酸铝纤维、钛酸钾晶须、硼酸铝晶须、莫来石晶须、碳化硅晶须中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的钢结构表面的防静电涂料，其特征是:所述的其他助剂包括偶联剂、防沉助剂、润湿分散助剂、增韧剂中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的钢结构表面的防静电涂料，其特征是:所述的复合填料的质量份数为5~10份。
5.如权利要求3所述的钢结构表面的防静电涂料，其特征是:所述的防沉助剂的质量份数为0.5~2份。
6.如权利要求3所述的钢结构表面的防静电涂料，其特征是:所述的偶联剂的质量份数为0.5~2份。
7.如权利要求3所述的钢结构表面的防静电涂料，其特征是:所述的偶联剂包括硅烷偶联剂或钦酸酷偶联剂；所述的硅烷偶联剂选自双(1，2 二乙氧基娃基)乙烧、双(1，2 二甲氧基娃基)乙烧、环氧基硅氧烷低聚物中的一种或几种；所述的钦酸酷偶联剂选自异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯、异丙基三(磷酸二辛酯)钛酸酯、异丙基三(焦磷酸二辛酯)钛酸酯中的一种或几种。
8.如权利要求3所述的钢结构`表面的防静电涂料，其特征是:所述的润湿分散助剂的质量份数为0.5~2份。
9.如权利要求3所述的钢结构表面的防静电涂料，其特征是:所述的润湿分散助剂包括含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液、低分子量不饱和多元羧酸聚合物加聚硅氧烷共聚物的溶液的一种或几种。
10.如权利要求3所述的钢结构表面的防静电涂料，其特征是:所述的增韧剂的质量份数为0.5~2份。
11.如权利要求1所述的钢结构表面的防静电涂料，其特征是:所述的其他助剂还包括碳纳米管分散液，其质量份数为0.5~2份。
12.如权利要求1所述的钢结构表面的防静电涂料，其特征是:所述的其他助剂还包括导电云母粉，其质量份数为5~10份。
13.如权利要求1至12中任一权利要求所述的钢结构表面的防静电涂料的制备方法，其特征是:包括如下步骤: 步骤1:将30~40质量份无水乙醇加入到容器中，搅拌条件下在其中加入40~50质量份正硅酸乙酯，并将体系升温至60±5° C，再加入3~10质量份催化剂，所述催化剂是质量百分比浓度为0.1%~0.5%的稀盐酸，保温3h~5h后降温至室温，加入6~20质量份正丁醇，得到正硅酸乙酯浆料；步骤2:在容器中加入3~7质量份的无水乙醇、2~4质量份的正丁醇、I~3质量份改性剂，然后加入60~75质量份的锌铝合金粉与余量的复合填料和其它助剂，高速分散均匀后得到锌铝合金浆料； 步骤3:使用时将步骤2制得的锌铝合金浆料和步骤I制得的正硅酸乙酯浆料按质量比3:1~5:1进行混合，搅拌均匀，即得到钢结构表面的防静电涂料。
14.如权利要求13所述的钢结构表面的防静电涂料的制备方法，其特征是:包括如下步骤:所述的步骤2中，其它助剂包括偶联剂、防沉助剂、润湿分散助剂、增韧剂、碳纳米管分散液与导电云母粉；先加入3~7质量份的无水乙醇、2~4质量份的正丁醇、I~3质量份的改性剂、0.5~2质量份的偶联剂、0.5~2质量份的防沉助剂，分散均匀后依次加入`0.5~2质量份的润湿分散助剂,0.5~2质量份的碳纳米管分散液、5~10质量份的导电云母粉、60~75质量份的锌铝合金粉和5~10质量份的复合填料，分散均匀后再缓慢加入`0.5~2质量份的增韧剂，分散`均匀后得到锌铝合金浆料。
【文档编号】C09D7/12GK103788726SQ201210435358
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年11月2日 优先权日:2012年11月2日
【发明者】王炜, 赵希娟, 邓宽, 于钦萍, 崔梓杰, 严岳荣 申请人:中冶建筑研究总院有限公司, 中冶工程材料有限公司, 中冶建研工程技术有限公司