本发明涉及防腐涂料技术领域，具体而言，涉及一种环氧锌粉底漆、油漆配套组合物及应用。
背景技术：
环氧涂料具有优异的防腐性能和耐化学性，因而常用作钢铁防腐涂料。环氧涂料组成通常是单组分或双组分。如果是双组分，组分a通常以环氧基料为主，组分b以固化剂为主。如果环氧涂料是环氧锌粉底漆，那么锌粉通常存在于基料组分中。
环氧锌粉底漆是以环氧树脂、锌粉和固化剂为主要原料，增稠剂、填料、助剂、溶剂等组成的特种涂料，主要应用于大气环境中的钢管、储罐钢结构及集装箱等。
环氧锌粉底漆的防腐性能优于标准的环氧涂料，因为它们作为牺牲阳极直接附在清洁的钢铁表面上。当涂层受损时，锌会通过电化学过程保护受损区域。其功效类似于镀锌钢。
现有的环氧锌粉底漆既可用作多层涂料体系的底漆、中间漆或面漆，也可以与聚氨酯、聚脲、聚硅氧烷等面漆配合使用，用作单层涂料体系。
近年来，出现了快速固化产品。快速固化缩短了整个施工时间，这对涂料施工人员和承包商来说变得非常重要。然而，迄今为止，如果施工性和防腐性都要顾及的话，那么固化时间就只能缩短到一定程度。
固化过程是从涂层表面开始的。如果固化太快，软的未固化涂层将不会有足够的力量“运送”组合应力，当表面固化和缺陷进化时，会导致随后的附着力、内聚力和腐蚀问题。
此外，涂料的挥发性有机化合物(voc)含量也是影响涂料应用范围的重要因素。到目前为止，上述应用领域的涂料解决方案基本上是中等固含量涂料，干燥或固化时间较长，voc排放较高。
因此，有必要开发一种既能提高防腐性能，又能加快施工速度的环氧锌粉底漆。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种环氧锌粉底漆、油漆配套组合物及应用，以解决现有技术中的难以同时实现提高防腐性能及缩短施工周期的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种环氧锌粉底漆，该环氧锌粉底漆包括a组分和b组分，a组分包括：环氧树脂、锌粉及云母氧化铁，b组分包括固化剂。
进一步地，按重量份计，环氧锌粉底漆包括8～25份的环氧树脂、25～60份的锌粉、≤40份的云母氧化铁以及1～11份的固化剂；优选地，环氧锌粉底漆包括13～20份的环氧树脂、30～50份的锌粉、10～30份的云母氧化铁以及3～9份的固化剂。
进一步地，a组分还包括溶剂和增塑剂；b组分还包括颜填料、助剂、环氧活性稀释剂和附着力促进剂；优选地，环氧锌粉底漆中，按重量份计，环氧活性稀释剂为0.2～5份，附着力促进剂为0.1～1.0份，增塑剂为1～5份，颜填料为1～8份，助剂为1～10份，溶剂为3～13份；更优选地，按重量份计，环氧活性稀释剂为0.4～3份，附着力促进剂为0.2～0.8份，增塑剂为2～4份，颜填料为2～6份，助剂为2～8份，溶剂为6～10份。
进一步地，锌粉的平均粒径为2～5微米；优选云母氧化铁的平均粒径为20～50微米。
进一步地，环氧树脂选自双酚a环氧树脂、双酚f环氧树脂、改性环氧树脂及缩水甘油酯中的一种或多种；优选至少一种环氧树脂为液态环氧树脂；更优选液态环氧树脂在环氧树脂中的含量为30～85wt％。
进一步地，固化剂选自脂肪胺、脂环胺、聚胺、聚酰胺、聚乙二醇胺、亚烷基胺、芳烷基胺、芳香胺、曼尼希碱、环氧加成物中的一种或多种。
进一步地，附着力促进剂选自硅烷类有机物。
进一步地，增塑剂选自碳氢树脂、邻苯二甲酸酯、氯化石蜡或苯甲醇；优选地，溶剂选自芳烃类、醇类、酮类、醚醇类或酯类溶剂的一种或多种。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种油漆配套组合物，包括面漆和底漆，底漆为上述任一种环氧锌粉底漆。
根据本发明的另一方面，提供了一种上述任一种环氧锌粉底漆在电力工业、海洋工程、石油化工以及基础设施中的结构上应用，且在应用过程中，环氧锌粉底漆形成防腐涂层。
进一步地，防腐涂层的厚度为80～200微米。
应用本发明的技术方案，通过常规用作中间漆成分的云母氧化铁加入到底漆配方中，云母氧化铁不仅具有很强的紫外线吸收性和耐候性，而且能够强化底漆的矩阵结构，提高底材附着力和层间附着力。将其加入到涂料中，鳞片会定向排列平行于底材表面，形成重叠屏障，鳞片的不可渗透性形成的物理屏障能阻止水、氧气和离子进入，进而防止钢铁腐蚀和涂层粘合剂退化。因此，该环氧锌粉底漆具有锌粉保护和云母氧化铁鳞片保护屏障的双重保护，施工时仅需涂覆底漆(即无需底漆加中间漆)即可，进而同时达到提高防腐性能和缩短施工周期的效果。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
为了改善现有的环氧锌粉底漆在施工应用时存在施工周期长，且voc排放量相对较大的缺陷，在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种环氧锌粉底漆，该环氧锌粉底漆包括环氧树脂、锌粉、云母氧化铁以及固化剂。
锌粉是环氧锌粉底漆的一种重要成分，能够提高涂层的防腐性。云母氧化铁被称为镜面赤铁矿和片状赤铁矿，是一种天然矿石，精炼后主要组成是fe2o3。使用术语“云母”是因为其鳞片结构类似云母。云母氧化铁是一种功能性颜料，具有优异的防腐性，可用作被动屏蔽和紫外线吸收颜料，对涂料性能有重大的影响。超薄云母氧化铁颜料可部分取代锌粉底漆中的锌粉，使锌粉含量降低，在保证防腐性能的情况下还可以降低成本。目前，云母氧化铁一般用于厚膜中间漆或面漆。
本申请的环氧锌粉底漆通过将锌粉与云母氧化铁结合使用，由于云母氧化铁是一种暗灰色金属光泽的鳞片结构，具有很强的紫外线吸收性和耐候性，可防止粘合剂体系表面免受紫外线和大气侵蚀。另外，本申请发明人还发现云母氧化铁还可强化粘合剂矩阵结构，提高底材附着力和层间附着力。将其加入到涂料中，鳞片会定向排列平行于底材表面，形成重叠屏障，鳞片的不可渗透性形成的物理屏障能阻止水、氧气和离子进入，防止钢铁腐蚀和涂层粘合剂退化。
相比现有技术在工装时，先涂覆一层环氧锌粉底漆，干燥后再涂覆中间漆，最后再涂覆面漆的施工时间相比，采用本申请的上述将锌粉与云母氧化铁结合使用的环氧锌粉底漆，在施工时仅需涂覆一种底漆或者底漆加面漆即可符合工装要求，因而施工周期大大缩短(现有三层涂料体系的施工周期通常需要20小时，而本申请的涂料体系施工周期可缩短至5小时)。
本申请上述环氧锌粉底漆中云母氧化铁的加入可以适当减少锌粉的用量，其余成分的用量可以在现有的环氧锌粉底漆的基础上进行合理调整得到。在优选实施例中，按重量份计，环氧锌粉底漆包括8～25份的环氧树脂、25～60份的锌粉、0～40份(不包括等于0的情况)的云母氧化铁以及1～11份的固化剂；优选地，环氧锌粉底漆包括13～20份的环氧树脂、30～50份的锌粉、10～30份的云母氧化铁以及3～9份的固化剂。将各成分的重量份控制在上述范围内，兼具防腐性能优异、成本低及使用时施工周期短的优点。
根据现有的环氧锌粉底漆的成分，也可以在本申请的环氧锌粉底漆中添加其他可选的调节性的辅料成分。在一优选实施例中，上述环氧锌粉底漆中，a组分还包括溶剂和增塑剂；b组分还包括颜填料、助剂、环氧活性稀释剂和附着力促进剂。
环氧活性稀释剂可根据所使用的环氧树脂的固液体形态而合理确定添加与否或者合理调整其添加量，以调节环氧树脂的粘度。当环氧树脂为固态环氧树脂时，由于固态环氧树脂通常用溶剂溶解并调整粘度，而液态环氧树脂由于不含溶剂，因而需要合适的环氧活性稀释剂来调节其粘度。
本发明中适用的环氧活性稀释剂优选缩水甘油醚，具体可以选自如下任一种或几种：aralditedy-c(huntsman)，aralditedy-e(huntsman)，epodil748(airproducts)，aralditedy-h(huntsman)，aralditedy-l(huntsman)，cardolitenc-513(cardolite)，cardurae10a(momentive)。
附着力促进剂优选硅烷类有机物。硅烷类附着力促进剂是有机硅化合物，有两个不同的官能团，其中一个与有机物反应，另一个与无机物反应。这种特性使它们能将有机物(涂料)粘附到无机物上(底材)。具体的官能团可以包括环氧基、氨基、酮亚胺基、乙烯基、甲基丙烯酰氧基或丙烯酰氧基等。硅烷类附着力促进剂不仅能够改善耐湿性和附着力，而且能够提高底漆的机械强度。具体适用的附着力促进剂如下：geniosilgf91(wacker)、silquesta-1120(momentive)、dynasylandamo(evonik)以及dowcorningz-6020(dowcorning)。
对于上述各种辅料的用量也可以在现有成分的基础上经过优化调整得到。优选地，按重量份计，环氧活性稀释剂为0.2～5份，附着力促进剂为0.1～1.0份，增塑剂为1～5份，颜填料为1～8份，助剂为1～10份，溶剂为3～13份；更优选地，按重量份计，环氧活性稀释剂为0.4～3份，附着力促进剂为0.2～0.8份，增塑剂为2～4份，颜填料为2～6份，助剂为2～8份，溶剂为6～10份。将各辅料成分控制在上述重量份范围内不仅能制备出高固体含量的环氧锌粉底漆，形成连续平整的漆膜，具有优异的防腐性能，而且涂料快干可以缩短施工周期。
环氧锌粉底漆中锌粉的平均粒径优选为2～5微米，在该平均粒径范围内比该范围外的平均粒径具有减少沉降、减小涂层孔隙率以及提高涂层屏蔽性的效果。锌粉的平均粒径为2.5-30微米，最好控制在2.5-12微米。锌粉的粒径分布对涂装施工非常重要。例如，锌粉太粗会导致整个干膜充满毛刺，影响屏蔽效应和防腐性能。因此，应该优先使用平均粒径低于30微米的粉料，最好低于20微米。平均粒径通常控制在12微米以下，最好是5微米以下。适用的锌粉如下：锌粉：zmp4p16(umicore)、锌粉500目(优美科富虹锌业)、zmp4p645，(umicore)。云母氧化铁可以是天然或人造云母氧化铁。
云母氧化铁的平均粒径优选为20～50微米，20～50微米的云母氧化铁通常获得的干膜厚度超过50um，获得薄片重叠形成的屏障，通常用于厚浆型涂料。适用的云母氧化铁如karntner公司的mioxmicro30、mioxmicro40及mioxmicro50等。
上述环氧锌粉底漆中的环氧树脂可以为一种或多种，每一种含有不止一个环氧基团，它们位于内部、末端或环状结构上，与一种或多种合适的固化剂配合。为了降低粘度，改善施工和物理性能，可以结合脂肪族、脂环族或芳香族化合物的单官能团缩水甘油醚或酯类活性稀释剂。合适的环氧树脂包括双酚a环氧树脂(双酚a和环氧氯丙烷制得的环氧树脂是双酚a环氧树脂)、双酚f环氧树脂(双酚f和环氧氯丙烷制得的环氧树脂是双酚f环氧树脂)、改性环氧树脂(改性环氧树脂包括增韧改性、耐湿热改性、阻燃改性、化学改性等)及缩水甘油酯中的一种或多种等。优选至少一种环氧树脂为液态环氧树脂；更优选液态环氧树脂在环氧树脂中的含量为30～85wt％。具体适用的双酚a环氧树脂如下：eponresin828(hexion，液态)、aralditegy250(huntsman，液态)、der331(dow，液态)、eponresin1001-x-75(hexion，固态，含有25％的溶剂)、aralditegz7071x75(huntsman，固态，含有25％的溶剂)及der671-x75(dow，固态，含有25％的溶剂)。双酚a和双酚f混合物有epikoteresin235(hexion，液态)、aralditepy302-2(huntsman，液态)及der352(dow，液态)。适用的双酚f有eponresin862(hexion，液态)、aralditegy282(huntsman，液态)及der354(dow，液态)。
液体环氧树脂的平均分子量在700以下，而固体环氧树脂的平均分子量在700～1200。当上述环氧锌粉底漆采用固体环氧树脂时，则需要用溶剂来溶解成合适的粘度。这样的环氧锌粉底漆中固含量相对较低，干燥或固化时间长，voc排放量较高。而当环氧锌粉底漆中至少包括一种液态环氧树脂时，尽管液态环氧树脂的粘附性能较固态环氧树脂相对较差，但通过合理调整液态与固态的用量比，将其控制在液态环氧树脂的含量占环氧树脂整体总量的30～85wt％时，能够实现满足底漆对涂覆对象的粘附性能。此外，包括至少一种液态环氧树脂，相对减少了固态环氧树脂的用量，相应地减少溶剂用量，进而提高了底漆中的固含量，实现了快干的效果，并减少了voc的排放，进而减少环境污染。
上述环氧锌粉底漆中的包括一种或多种固化剂，它们至少含有两个链接氮的活泼氢原子。适用的固化剂包含脂肪胺、脂环胺、聚胺、聚酰胺、聚乙二醇胺、亚烷基胺、芳烷基胺、芳香胺、曼尼希碱及环氧加成物中的一种或多种。适用的曼尼希碱有：cardolitenc-541(cardolite)、cardolitelite2001(cardolite)、sunmidecx-105x(airproducts)、cardolitelite2002(cardolite)及epikurecuringagent3140(hexion)。聚酰胺有epikurecuringagent3115-x-75(hexion)。芳烷基胺有mxda(mitsubishigaschemical)及gaskamine240(mitsubishigaschemical)。脂肪胺有deapa(basf)及ancamine2609(airproducts)。脂环胺有aradur42(huntsman)、ipda(basf)。聚酰胺加成物有epikurecuringagent3090(hexion)及crayamide260e90(crayvalley)亚烷基胺有aradur943(huntsman)。芳香胺加成物有aradur863xw80(huntsman)
上述环氧锌粉底漆中的增塑剂选自碳氢树脂、邻苯二甲酸酯、氯化石蜡或苯甲醇。适用的碳氢树脂增塑剂有novaresla700(rutgers)、neciresexp-l(neville)及hirenolpl-1000s(kolon)。氯化石蜡有cereclorm50(ici)。
本发明的环氧锌粉底漆还可以包括颜填料。某些颜填料对防腐性能有利，例如氧化铁红、滑石粉、霞长石、云母和碳酸钙。还可以包括其它常用的涂料成分。这些涂料成分包括助剂，例如环氧促进剂、湿润分散剂、流变剂、防沉剂和消泡剂等常规助剂。
在一些优选的实施例中，环氧锌粉底漆包括环氧促进剂，例如2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚、对叔丁基苯酚、壬基苯酚、水杨酸。适用的环氧促进剂有：ancaminek54(airproducts)、accelerator960-1(huntsman)、水杨酸。另一些实施例中还包括流变剂、防沉剂及湿润分散剂。流变剂例如bentone38(rheox)或cab-o-silts-720(cabot)。防沉剂，例如crayvallac60x。湿润分散剂，例如yelkints(archerdaniels)。
环氧锌粉底漆组成中一般含有一种或多种溶剂。例如，醇类(甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、苯甲醇)；脂肪烃、脂环烃和芳烃类(白节水、环己烷、甲苯、二甲苯、三甲苯)；酮类(甲乙酮、丙酮、甲异丁酮、甲异戊酮、二丙酮醇、环己酮)；醚醇类(乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丁基二乙二醇醚)；酯类(丙二醇甲醚醋酸酯、醋酸丁酯、乙二醇乙醚醋酸酯)和其混合物。
在发明第二种典型的实施方式中，还提供了一种油漆配套组合物，包括面漆和底漆，其中，底漆为上述任一种环氧锌粉底漆。本发明的环氧锌粉底漆可以与现有的各种面漆进行配套使用，由于本发明的环氧锌粉底漆不仅防腐性能更优异，且涂覆厚度较厚(可达80～200微米)，因而在涂覆底漆后直接涂覆面漆即可满足施工要求，而不必涂覆中间漆，大大缩短施工周期，提高生产效率。
在发明第三种典型的实施方式中，还提供了一种上述任一种环氧锌粉底漆在电力工业、海洋工程、石油化工、基础设施中的结构上形成防腐涂层的应用，更优选地，应用本发明的环氧锌粉底漆所能涂覆的防腐涂层的厚度为80～200微米，既能提高防腐效果，又能缩短施工周期。
本发明的环氧锌粉底漆的制备方法采用涂料行业通用技术进行制备即可。首先，用高速分散机等设备来混合分散各种成分。然后，用过滤袋、振动筛或其它过滤器过滤。
本发明的环氧锌粉底漆适用于喷涂施工，其粘度允许采用传统喷涂设备施工。此外也可以采用喷涂、刷涂和辊涂方式施工，固化温度可低至0℃。这些性能与传统环氧涂料非常相似。
本发明的环氧锌粉底漆适用于电力工业、海洋工程、石油化工、基础设施等领域，在该领域的结构上形成防腐涂层。典型油漆配套体系如下：
(1)风力发电：塔筒外表面涂料配套，iso12944标准c5-m环境
环氧锌粉底漆200微米
聚脲涂料120微米
(2)风电：塔筒内表面涂料配套，iso12944标准c3/c4环境
环氧锌粉底漆120微米
聚脲涂料80微米
(3)基础设施：桥梁外表面涂料配套，iso12944标准c3/c4环境
环氧锌粉底漆80微米
聚脲涂料140微米
现有的环氧锌粉底漆，通常需要涂覆底漆50～75微米，中间漆100～200微米，面漆50～60微米。相比之下，本申请的上述体系的油漆体系中仅需要涂覆两层，且底漆的厚度可达80～200微米，因此可以明显改善施工生产效率，减少施工时间。
下面将结合具体的实施例来进一步说明本发明的有益效果。
实施例1至6
按照表1所示的配方配制实施例1至6的环氧锌粉底漆的a组分和b组分，将a组分和b组分混合制备本发明的环氧锌粉底漆。具体生产工艺如下：
a组分：将环氧树脂、分散剂、流变剂混合均匀，分散10分钟。搅拌中加入溶剂、锌粉和云母氧化铁，高速分散至粒度最大50微米。冷却，加入增塑剂，混合均匀。用二甲苯调整粘度。
b组分：加入固化剂，在搅拌中加入环氧活性稀释剂，混合均匀。放置24小时。加入环氧促进剂，搅拌均匀。加入流变剂、颜料和填料，高速分散至细度最大50微米，温度最低50℃。加入附着力促进剂和溶剂，混合均匀。
对比例1
对比例1中的环氧锌粉底漆的配方见表1，生产工艺同实施例。
检测：
对实施例1至12及对比例1提供的环氧锌粉底漆的物理参数及漆膜性能进行检测，检测标准及检测结果见表2。
表1：环氧锌粉底漆的配方组成
表2实施例1-6及对比例1的环氧锌粉底漆的原料种类
表3实施例1-6及对比例1的环氧锌粉底漆的漆膜性能
表4：实施例7-12的环氧锌粉底漆的配方组成
表5实施例7-12的环氧锌粉底漆的原料种类
表6实施例7-12的环氧锌粉底漆的漆膜性能
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：从实施例1-12与对比例1的数据可知，锌粉与云母氧化铁配合，结合附着力促进剂和增塑剂，有利于改善环氧锌粉底漆的防腐性能和机械性能。
在本发明的环氧锌粉底漆中，将锌粉与云母氧化铁结合使用，可以明显提高锌粉底漆的防腐性能，例如耐盐雾性、抗冷凝性。加入硅烷类附着力促进剂，可以提高涂层的机械强度，改善耐湿性和附着力。加入增塑剂，可以改善环氧涂料的机械性能，例如抗冲击性、抗裂性、柔韧性、耐冷热循环性和延伸率。以上几方面的因素，使得本发明所提供的环氧锌粉底漆具有优异的防腐性能和机械性能，可以明显改善施工生产效率，减少施工时间、能源消耗、voc排放和人工成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。