专利名称：钢结构表面vci鳞片锌铝涂层体系的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于钢结构表面并含有VCI (Vapor corrosion inhibitor,气相緩释剂)的鳞片型冷镀锌铝涂料及其制备方法，以及由此制 备的钢结构表面VCI鳞片型冷镀锌铝防护涂层体系。
背景技术：
富锌涂料是钢结构防腐领域与车间底漆领域使用最为广泛的防锈底 漆，不同于通常的热镀锌工艺，该涂料可以在常温下喷涂施工并固化，俗 称"冷镀锌"。但是目前国内外工程中实际应用的富锌涂料均属球锌涂料， 即均以球状锌粉为填料。在球锌涂料中为了追求高的干膜含锌量，以保证 涂层的导通性和使用寿命，料浆中锌粉的加入量高达80%以上。如此大量 的添加锌粉已大大超过填料的临界体积浓度(CPVC)。料浆中粘结剂的量 不足以填充球锌颗粒间的孔隙，这就注定涂层结构的多孔性，孔隙度大， 屏蔽性差。同时，涂层中锌粉含量过高，涂层就易多孔，引起横向共聚破 坏(分层)，富锌底漆上若再涂覆其它高固体组分面漆，便会使面漆生成 气泡的倾向增加。在施工是也经常发生因球锌沉淀而造成的堵枪、赌管故 障，从而影响了涂装重量和施工效率。
用鳞片型锌粉配制的防腐涂料，喷涂施工在经过喷砂处理的钢结构表 面，形成了瓦片状搭接结构的鳞片型冷镀锌铝涂层，使涂层的CPVC(临 界颜料体积浓度)减小，锌粉的用量降低，涂层致密，耐腐蚀性较好，且由于鳞片型锌粉优良的屏蔽性能、平行搭接性能、电接触性能、易悬浮的 特性，使这一 系列的鳞片型富锌涂料的防腐性能以及施工性能明显优于传
统的球锌富锌涂料。例如球状锌粉的粒径在5 10j^m左右，而片锌的厚度 在O.lpm左右，只有普通球锌的百分之一。这样同为60(im的涂层，普通 球锌只有几层锌粒，而鳞片型锌粉可以在涂层中形成平行搭接、交叠排列 的体系，达到了上百层，平行搭接的片锌之间是以面接触取代球锌间的点 接触，所以虽然涂料中锌粉添加数量大幅度降低，涂层仍保持有良好的导 通性，保证了涂层的电化学保护性能。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明采用在钢结构表面涂覆一层保护性涂料， 使其与钢结构形成一个VCI鳞片型冷镀锌铝涂层复合体系以使得钢结构达 到一个更长的防腐寿命。
根据本发明的一种技术方案，其涂料为醇溶性VCI鳞片型冷镀锌铝涂 料，其中该冷镀锌铝涂料由A、 B两种组分按如下重量比组成，
A组分鳞片状锌粉3%~30%;鳞片状铝粉3%~20%;流平助剂 0.1 ~ 0.5 % ;树脂15 % ~ 20 % ;气相緩蚀剂0.5 % ~ 3 % ;溶剂5 % ~ 20 % ;
B组分固化剂5%~20%;触变助剂0.1 — 1.0%;溶齐'j 5 % ~ 20 % 。
A+B组分的重量之和为100%。
根据本发明的一种技术方案， 一种钢结构的复合涂层体系，由钢基材 和鳞片型冷镀锌铝涂层构成，其特征在于，所述的鳞片型冷镀锌铝涂层由
上述的醇溶性VCI鳞片型冷镀锌铝涂料构成。
根据本发明的另一种实施方案，醇溶性锌铝涂料的制备方法包括如下
步骤A组分的制备将鳞片状锌粉和鳞片状铝粉加入到低沸点有机溶剂中 进行搅拌，充分混合后，加入流平助剂和树脂以及气相緩蚀剂，搅拌均匀。
B组分的制备将固化剂溶解在低沸点有机溶剂中，然后加入触变助 剂；搅拌均匀。
使用时，将A、 B两种组分充分混合并搅拌，通常为半小时左右，即 得本发明的醇溶性VCI鳞片型冷镀锌铝涂料。
在优选的实施方案中，鳞片型锌粉和鳞片型铝粉的片厚为l)im以下； 优选在0.1 lpm;更优选在0.1 0.8pm;最优选0.2~0.4 片径为50pm 以下，优选在1 50jxm;更优选在5 45(im;最优选15 30nm。
鳞片状锌粉基于涂料的总重量，优选为5-28%重量，更优选8-25%重 量，最优选10-20%重量；鳞片状铝粉基于涂料的总重量，优选为5-18%重 量，更优选8-15%重量，最优选10-12%重量。
VCI,即气相緩蚀剂又称挥发性緩蚀剂，在常温下自动挥发出的气体 吸附在金属的表面上，能抑制金属的大气腐蚀，气相緩蚀剂不直接接触金 属表面，可自发地吸附在被保护金属表面，形成一层保护膜，因此能使金 属制品的表面、内腔、管道、沟槽甚至缝隙不分为都能得到保护，其防锈 期长，操作筒便，成本低。但由于VCI的挥发特性，通常该技术都应用于 密闭环境中钢结构的保护，而普通涂料涂层的孔隙度较大，容易引起VCI 的挥发损失，所以该技术很少应用于涂料中。但因为涂层中鳞片型锌铝粉 的存在，使整个涂层形成了瓦片状的搭接结构，使涂层具有极高的屏蔽性 能，给VCI技术的应用提供了良好的前提条件，极大的减少了由于VCI 在涂层中的扩散而导致的无效损失，提高了VCI的使用效率，因此本发明 采用了 VCI技术与鳞片型锌铝粉技术相结合研究鳞片型冷镀锌铝涂料及其 制备方法。本发明的气相緩蚀剂是本领域常规的气相緩蚀剂，包括低分子量的胺 类，如异丙胺、二乙胺、环己胺、辛胺、乙二胺、二乙烯基三胺、三乙烯
基四胺等；还包括亚硝酸环乙胺、双环巳基胺、单乙醇胺、碳酸环己胺、 亚硝酸二环己烷基铵、或脂肪酸二环己胺盐；或六次曱基四胺等胺类；或 二曱基硫脲，苯曱酸钠、磺酸钠等；优选亚硝酸环乙胺、双环巳基胺、单 乙醇胺、六次甲基四胺或二曱基硫脲。
在优选的实施方案中，A组分中的树脂，优选聚乙烯醇縮丁醛和环氧 树脂；流平助剂为本领域常规的助剂，如改性聚硅氧烷型流平剂、相容性 受限制的长链树脂型流平剂，如丙烯酸酯均聚物和共聚物；以高沸点溶剂 为主要成分的流平剂，优选改性聚硅氧烷型流平剂、聚酰亚胺、聚碳酸酯、 聚丙烯酸，更优选改性聚硅氧烷型流平剂。溶剂优选为低沸点有机溶剂， 如醇类或芳香烃类，更优选醇类，还更优选CrC6烷醇，最优选乙醇和正 丁醇。
B组分的固化剂优选烷基硅酸酯、聚酰胺、脂肪胺、酚醛胺、亚酮胺 类，还优选多元醇烷基硅酸酯，其采用缩聚硅氧垸、烷基硅酸酯或式含有 1-6个碳原子的羟烷基、烷氧烷基、羟烷氧烷基的有机硅酸酯与多元醇进行 酯交换反应，生成具有一定分子量的预缩聚产物。
触变助剂优选膨润土或气相二氧化硅等；溶剂优选醇类或芳香烃类， 更优选一元d-C6烷醇或多元醇以及芳香烃类，尤其优选乙醇、正丁醇、 乙二醇、二已二醇、二丙二醇、曱苯、二甲苯等；最优选乙醇、正丁醇和 二甲苯。
根据本发明的一种实施方案，其涂料为水溶性VCI鳞片型冷镀锌铝涂 料，由A、 B两种组分按如下重量比组成，
A组分鳞片状锌粉5 % ~ 30% ;鳞片状铝粉5 % ~ 15 % ,B组分固化剂25% ~35%;触变助剂0.1 1.0%;气相緩蚀剂0.5% ~ 3%;溶剂10% ~20%。
A+B组分的总和为100%质量。
根据本发明的另一种技术方案， 一种钢结构的复合涂层体系，由钢基 材和鳞片型冷镀锌铝涂层构成，其特征在于，所述的鳞片型冷镀锌铝涂层 由上述的水溶性VCI鳞片型冷镀锌铝涂料构成。
本发明还进一步涉及如下技术方案， 一种如上所述的水溶性涂料的制 备方法，其特征在于
A组分的制备，鳞片状锌粉和鳞片状铝粉混合搅拌均匀。
B组分的制备将固化剂加入到水中搅拌均匀，然后加入触变助剂和 气相緩蚀剂，搅拌均匀。
使用时，将A、 B两种组分充分混合并搅拌，通常为半小时左右，即 得本发明的水溶性锌铝涂料。
对于鳞片状锌粉、鳞片状铝粉、以及气相缓蚀剂的要求，水溶性VCI鳞片型 冷镀锌铝涂料如醇溶性VCI鳞片型冷镀锌铝涂料中所定义。
而对于固化剂，水溶性鳞片型冷镀锌铝涂料中的固化剂优选为高模数 硅酸锂、硅酸钾、硅酸钠水溶液等；触变助剂优选为海藻酸钠或气相二氧 化硅等；溶剂为水。
根据本发明的一种实施方案，对于醇溶性VCI锌铝涂料，在施用到钢 结构表面时，优选对表面进行喷砂处理，以增强醇溶性VCI锌铝涂料与钢 结构表面的附着力。同时醇溶性VCI锌铝涂料可以采用膏状含硬脂酸的锌 粉和/或铝粉作为填料。这样可以节省片锌(铝)制备工艺中清洗、烘干、 再抽滤和分散四大工序，从而节省工时约3/5，节省电力约2/3,使片锌(铝) 的制造成本降低超过50 % ，并进一步改善了涂料的施工性能。根据本发明的另 一种实施方案，对于水溶性VCI鳞片型冷镀锌铝涂料， 其中的原料鳞片状锌粉和鳞片状铝粉优选进行脱脂处理，如采用清洗剂对 鳞片状锌粉和鳞片状铝粉的表面进行脱脂处理，从而克服目前制备的鳞片 状锌粉和鳞片状铝粉无法适用到水性涂料的不足，使得鳞片状锌粉和鳞片
状铝粉能够适用到水性涂料领域。所述清洗剂选自十二烷基二乙醇酰胺、 脂肪醇聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚或烷基磺酸钠。
本发明通过处理的复合涂层能够实现4000h左右的较为苛刻的耐盐雾性能。
本发明制备的新型的环保型鳞片型冷镀锌铝涂料具有如下特点
1、 该涂料涂层为无机涂层，抗紫外老化性能好，使用寿命长；
2、 采用鳞片型锌粉与铝粉作为填料，涂层屏蔽性好，抗蚀性能佳；
3、 涂料中采用了高性能气相緩蚀剂，对浸锌层与锌粉起緩蚀作用，减 緩了锌粉的消耗，以及减少了锌粉表面白色氧化锌的生成；
4、 涂层光泽好，金属质感强，装饰性优良。 在优选的实施方案中，优选醇溶型的锌铝涂料，因为其与浸锌层表面
亲和性好，附着力强，边缘保护性强；采用的溶剂为无毒的环境友好溶剂； 抗蚀性能优异；0。C以下也可固化，可以全天候施工；可全天候施工。涂料 具有涂膜干燥迅速的特性，可在0。C以下的环境以及高湿的环境中施工， 适合高压无气喷涂。涂膜可在-20。C 40(TC的宽广条件下长期使用。且不 易褪色和出现锌白；生产工艺方便。
图1为VCI鳞片型锌铝涂料涂层与钢板基材形成的耐蚀复合涂层体系。
1——钢板基材；2——VCI涂层。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明进行详细说明，所述实施例仅是便于理解本 发明，而非对本发明的限制，本领域技术人员，在阅读本发明说明书的基 础上，作出的任何变型或改变，都不会背离本发明的精神和范围。
测试样板的制备
除非特别说明，测试样板通常为冷轧低碳钢板。钢板在涂覆醇溶性VCI
鳞片型冷镀锌铝涂料之前，首先将进行喷砂处理。 对测试部件的涂覆
将醇溶(或水性)VCI鳞片锌铝涂料的两个组份按比例混合均匀后，用
空气喷枪将配制好的涂料喷涂在上述已制备好的测试样板上。喷涂后，采 用自然干燥的形式，并停放至少两周，然后进行下列试验。 弯曲实验
通过ASTM-D522的测试步骤实现。用 一条涂有压敏胶的胶带粘贴在 测试样板形变部分的涂覆面，然后迅速揭开。涂层根据被粘贴胶带带走的 漆量进行计算。 划格实验
首先用 一把锐利的刀划过金属样板上的涂层，第 一组平行线与第二组 平行线垂直。再用一条涂有压敏胶的胶带粘贴在测试样板涂覆面划过的部 分，然后迅速揭开。涂层根据被粘贴胶带带走的漆量进行计算。 防腐性试验(ASTM B 117 )与评估
被涂覆表面的防腐性是按照对色漆和清漆的标准盐雾实验A S TM B-117的方法进行测试的。测试时，将部件放置在一容器中保持恒温，使之暴露于5%重量盐溶液的稀薄盐雾中，维持确定的一段时间，然后用水漂 洗，再干燥。被测部件的腐蚀程度用红锈的百分比表示。对于弯曲部分的 被测样板，弯曲腐蚀液可以用红锈的百分比表示。首先进行涂覆和弯曲， 再将一条压敏胶带粘贴在弯曲部分，迅速揭走胶带。胶带用作测定涂层粘
接性。样板用作防腐性实验。(也可参照化工行业标准HG/T 3668《富锌 底漆》的耐盐雾实验方法进行实验评估。)
实施例1 (醇溶性VCI鳞片型冷镀锌铝涂料的制备)
A组分制备将片厚《0.2jim、片径< 20 fim的鳞片型锌粉300克和片 厚《0.1iim、片径《25 jim鳞片型铝粉IOO克，加入到100 mL、 95%的乙 醇中搅拌0.5小时以上，使两者充分混合均匀，加入2克改性聚硅氧烷型 流平剂、150克聚乙烯醇缩丁醛和IO克亚硝酸环己胺，搅拌0.5小时以上， 至均匀。
B组分的制备将160克烷基硅酸酯溶解在100 mL、 95%的乙醇中搅 拌充分混合均勻，加入2克有机膨润土，搅拌均匀。
涂覆前，将A、 B两种组分混合，搅拌均匀后，得到银灰色成品醇溶 性鳞片型冷镀锌铝涂料。
实施例2 (水溶性VCI鳞片型冷镀锌铝涂料的制备)
A组分制备将片厚《0.2pm、片径《20 (im的鳞片型锌粉300克；片 厚《0.2pm、片径《20jam的鳞片型铝粉200克，使两者充分混合均匀。
B组分的制备将300克高模数硅酸钠加入到100 mL的去离子水中搅 拌均匀，然后加入1克海藻酸钠和10克亚硝酸环己胺，搅拌0.5小时以上， 至均匀。涂覆前，将A、 B两种组分混合，搅拌均勻后，得到银白色成品水溶 性鳞片型冷镀锌铝涂料。
实验结果
采用本发明的鳞片型冷镀锌铝涂料对钢板基材进行涂覆实验，钢板基 材为达到喷砂2.5级的冷轧板材，板材规格尺寸为150 x 70 x 2mm;醇溶性/ 水性VCI鳞片型冷镀锌铝涂料的涂层厚度为30~60pm,优选40 50pm。
醇溶性/水性VCI鳞片型锌铝复合涂层均在已钢结构表面进行喷涂，涂 层厚度均在40~50|im左右。经划格法与弯曲法检验，涂层附着力良好。 经长寿命盐雾实验(划叉法)检验，涂层耐盐雾寿命达4000h，涂层未开 裂、未起泡、无红锈，且白色产物较少。同时经4000h湿热实验检验，涂 层冗好。
权利要求1、一种用于钢结构表面的锌铝复合涂层体系，由钢基材和鳞片型冷镀锌铝涂层构成，其特征在于，所述的鳞片型冷镀锌铝涂层由醇溶性VCI鳞片型冷镀锌铝涂料涂层构成。
2、 根据权利要求1所述的复合涂层体系，其中所述的钢板基材 为冷轧板材或热板材。
3、 根据权利要求1-2任一项所述的复合涂层体系，其中所述的 鳞片型冷镀锌铝涂层的厚度为40-50 pm。
4、 一种用于钢结构表面的复合涂层体系，包括钢基材和鳞片型 冷镀锌铝涂层，其特征在于，所述的鳞片型冷镀锌铝涂层由水溶 性VCI鳞片型冷镀锌铝涂料涂层构成。
5、 根据权利要求4所述的复合涂层体系，其中所述的钢板基材 为冷轧板材或热板材。
6.根据权利要求4或5所述的复合涂层体系，其中所述的鳞片型 冷镀锌铝涂层的厚度为40-50 pm。
专利摘要一种用于钢结构表面的VCI锌铝复合涂层体系，由钢基材和鳞片型冷镀锌铝涂层构成，其特征在于，所述的鳞片型冷镀锌铝涂层由VCI鳞片型冷镀锌铝涂料构成。
文档编号C23F11/00GK201272831SQ20082013620
公开日2009年7月15日 申请日期2008年9月17日 优先权日2008年9月17日
发明者于一川, 姜小刚, 华 师, 亮 张, 军 张, 李运德, 杨忠林, 杨振波, 胡立明, 郭万生, 陈立江, 黄玖梅 申请人:北京航材百慕新材料技术工程有限公司