一种转化型水性带锈涂料及其制备方法与流程

本发明适用于带锈金属表面的除锈及防锈技术领域，具体涉及一种转化型水性带锈涂料及其制备方法。

背景技术：

国内石油石化行业使用的储罐、大型机械设备及钢结构的防腐过程中，为保证涂层的使用效果和使用寿命，通常要对金属基底表面进行喷砂或抛丸预处理至sa2.5以增大涂层和基底之间的附着力。但是，实际操作过程中却常常会遇到一些无法彻底除锈或者根本无法除锈的场合，例如有些大型建筑、桥梁、复杂设备、煤气储柜等钢结构，受施工条件的限制，不能采用喷砂或喷丸等方法除锈，而只能采用手工或电动工具除锈，处理后表面残留的铁锈和各种腐蚀残余物必然会影响防腐涂层的施工和寿命。另外，喷砂、抛丸工艺具有一定的弊端，例如操作过程耗能大、费用高，通常占到整个防腐工程的30～40％；施工过程中会产生大量的粉尘和噪声污染；喷砂处理过程中会减薄金属基底，使其结构强度降低；且仅限于新的储罐或设备安装前才可进行喷砂、抛丸，然后涂底漆再进行焊接安装，全部安装完成，最后涂装中涂和面漆，而大量旧的、已锈蚀的储罐、设备或其他钢结构，由于无法进行拆卸，也只能采用手工工具除锈。还有一种常用的除锈方法就是化学除锈法，主要利用酸性或碱性溶液与工件表面的氧化物及油污发生化学反应，使其溶解在酸性或碱性的溶液中，以达到去除工件表面锈迹氧化皮及油污，再利用尼龙制成的毛刷辊或304不锈钢丝清扫干净便可达到目的。但如果时间控制不当，即使加缓蚀剂，也能使钢材产生过蚀现象，对于较复杂的结构件和有孔的零件，经酸性溶液酸洗后，浸入缝隙或孔穴中的余酸难以彻底清除，若处理不当，将成为工件以后腐蚀的隐患，且化学物易挥发，成本高，处理后的化学排放工作难度大，若处理不当，将对环境造成严重的污染。为此，环保、便捷、节能、价廉的水性带锈涂料研发俨然成为涂料行业关注的焦点。

目前国内研发的水性带锈涂料，往往因为添加的锈转化剂腐蚀性能太强，易造成基底的二次腐蚀，且锈转化剂渗透性差导致锈转化程度不均匀。另外，涂膜机械性能较差，附着力通常只能达到1～2级，因此在现场应用中受到了一定的局限性。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明旨在提供一种锈转化性能优异(转锈稳定、可深层除锈)、涂层附着力强、使用方便、易于存储、安全可靠的水性带锈涂料，一方面可以在除锈不完全或者无法彻底除锈的金属表面直接涂刷，将锈层转化为稳定的惰性层；将其作为底漆，配合费用较低的除锈手段，可极大程度提高工作效率，降低除锈成本，且其处理效果可媲美传统的喷砂工艺；另一方面，改善以往水性带锈涂层机械性能差的缺点以及其与其他种类涂层的配套性，真正提高带锈涂料的适用性，与实际情况紧密结合。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种转化型水性带锈涂料，所述转化型水性带锈涂料的组分和质量百分比如下：0.1％～0.5％增稠剂，0.2％～0.4％消泡剂，1.3％～2.0％助溶剂，0.4％～0.6％成膜助剂，0.2％～0.3％表面活性剂，0.1％～0.3％缓蚀剂，0.3％～0.5％渗透剂，0.3％～0.5％润湿剂，16％～25％酸洗硫酸钡，0.5％～1.0％气相二氧化硅，55％～65％改性丙烯酸共聚乳液，3～5％单宁酸，10～15％去离子水；

所述的转化型水性带锈涂料锈转化程度达90％以上，转锈后涂层附着力达0级，耐冲击性达5j，在中性盐雾环境72h涂层不起泡、不开裂、不脱落。

所述增稠剂为有机膨润土和黄原胶，其中有机膨润土和黄原胶的质量比是1:3；添加过程需少量多次并在400～600rpm的转速下搅拌10～15min。

所述助溶剂为乙二醇单甲醚、二乙二醇单甲醚、乙二醇单丁醚和二乙二醇单丁醚中的一种或多种，若为乙二醇单丁醚和二乙二醇单甲醚配套使用，则质量比为1:1；若为乙二醇单丁醚和二乙二醇单丁醚配套使用，则质量比为2:1。

所述成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯，渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。

所述润湿剂为surfynol104与异丙醇或乙二醇的混合物，其中surfynol104与异丙醇或乙二醇的质量比是3:1。

所述消泡剂为byk-019、byk-024和byk-028中的一种。

所述缓蚀剂为重铬酸钾和磷酸二氢锌中的一种或两种，若重铬酸钾和磷酸二氢锌配套使用，则质量比为2:3。

所述改性丙烯酸共聚乳液为纳米材料和偏二氯乙烯改性的丙烯酸共聚乳液，其中纳米材料为纳米氧化铝或纳米磷化硅。

所述的转化型水性带锈涂料的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备砂磨浆：按比例分别称取上述原料，将去离子水加入高速分散机中，在400～600rpm的转速下少量、多次添加增稠剂，匀速分散10～15min后依次加入消泡剂、助溶剂、表面活性剂、润湿剂、缓蚀剂、渗透剂和成膜助剂，搅拌30～40min；调节转速至600～800rpm，再依次添加酸洗硫酸钡及气相二氧化硅，加料过程中视搅拌程度逐渐提高转速至1500～2000rpm，待粉体分散均匀砂磨达到细度低于40μm后过滤得到待用砂磨浆；

(2)制备水性带锈涂料：按比例称取单宁酸和改性丙烯酸共聚乳液，将单宁酸均匀地加入改性丙烯酸共聚乳液中，调节高速搅拌机搅速至200～400rpm，待分散均匀后，取步骤1中待用的砂磨浆加入步骤(2)制备的水性带锈涂料中，调节转速至400～600rpm，分散1h即制成转化型水性带锈涂料。

优选地，消泡剂在加料过程中分批多次加入。

本发明制备的转化型水性带锈涂料和现有的技术相比，具有以下优点：

1.不含无机酸类的转锈剂，如磷酸，不会造成金属基底的二次腐蚀。

2.不含有毒的颜料及填料，voc排放极低。

3.具有干燥速度快(表干10～20min，实干小于12h)、转锈迅速(<2min)、转锈程度高(>90％)。

4.由于添加了改性后的丙烯酸共聚乳液及单宁酸，单道厚度可达100～120μm，涂层没有任何缺陷，光泽度高，机械性能优异(附着力0级、耐落锤3～5j冲击)，可直接涂覆于已锈蚀的钢材表面，可用于大型钢结构、路桥工程、石油管道及设备等。

5.与多种涂料复配性好，且不降低复配涂层本身的性能，复配后的涂层性能较大程度优于手工打磨后直接涂覆其他涂料的性能。

附图说明

图1是转化型水性带锈涂料转锈效果图。

图2是转化型水性带锈涂料转锈过程及配套其他涂层的sem图。图2a为锈层sem图；图2b为转锈层表面sem图；图2c为水性带锈涂料与常规体系的涂料配套后的sem图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一：

一种转化型水性带锈涂料，按质量百分比称取0.2％增稠剂，0.2％消泡剂，1.5％助溶剂，0.5％成膜助剂，0.2％表面活性剂，0.3％缓蚀剂，0.3％渗透剂，0.5％润湿剂，18％酸洗硫酸钡，1％气相二氧化硅，60％纳米氧化铝和偏二氯乙烯改性的丙烯酸共聚乳液，3％单宁酸，14.3％去离子水。

其中增稠剂为有机膨润土，消泡剂为byk-028，成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯，助溶剂为乙二醇单丁醚和二乙二醇单丁醚(质量比为2:1)，润湿剂为surfynol104与乙二醇的混合物，渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，缓蚀剂为重铬酸钾与磷酸二氢锌的混合物。

制备方法包括如下步骤：

1.制备砂磨浆：按比例分别称取上述原料，在450rpm转速下将增稠剂少量、多次加入去离子水中，保持转速10min至混合均匀。在500rpm转速下依次加入消泡剂、助溶剂、表面活性剂、润湿剂、缓蚀剂、渗透剂和成膜助剂，保持转速30min至混合均匀；调节转速至600rpm，再依次添加酸洗硫酸钡及气相二氧化硅，加料过程中视搅拌程度逐渐提高转速至1500rpm，待粉体分散均匀后砂磨至细度小于40μm后过滤得到待用砂磨浆。

2.制备水性带锈涂料：在300rpm转速下将纳米氧化铝和偏二氯乙烯改性丙烯酸共聚乳液及锈转化剂(单宁酸)充分搅拌均匀，在500rpm转速下加入步骤1中待用的砂磨浆，分散1h即可得到转化型水性带锈涂料。

将制备的转化型水性带锈涂料涂刷在锈蚀钢板表面，可将钢板表面锈层转化为黑色螯合物并用成膜物质固定，生成黑色的惰性漆膜，见附图1所示，从图中可以看出：转锈层非常致密而且均一。

实施例二：

一种转化型水性带锈涂料，按质量百分比称取0.4％增稠剂，0.2％消泡剂，1.5％助溶剂，0.6％成膜助剂，0.3％表面活性剂，0.2％缓蚀剂，0.3％渗透剂，0.5％润湿剂，16％酸洗硫酸钡，1％气相二氧化硅，65％纳米磷化硅和偏二氯乙烯改性的丙烯酸共聚乳液，5％单宁酸，9％去离子水。

其中增稠剂为黄原胶，消泡剂为byk-028，成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯，助溶剂为二乙二醇单甲醚，润湿剂为surfynol104与异丙醇的混合物，渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，缓蚀剂为磷酸二氢锌。

制备方法包括如下步骤：

1.制备砂磨浆：按比例分别称取上述原料，在500rpm转速下将增稠剂少量、多次加入去离子水中，保持转速15min至混合均匀。在550rpm转速下依次加入消泡剂(加入量为消泡剂总量的1/2)、助溶剂、表面活性剂、润湿剂、缓蚀剂、渗透剂和成膜助剂，保持转速35min至混合均匀。调节转速至800rpm，再依次添加酸洗硫酸钡及气相二氧化硅，加料过程中视搅拌程度逐渐提高转速至1700rpm，待粉体分散均匀后砂磨至细度小于40μm后过滤得到待用砂磨浆。

2.制备水性带锈涂料：在250rpm转速下将纳米磷化硅和偏二氯乙烯改性的丙烯酸共聚乳液、转锈剂(单宁酸)及消泡剂(加入量为消泡剂总量的1/2)充分搅拌均匀，在600rpm转速下加入步骤1中待用的砂磨浆，分散1h即可得到转化型水性带锈涂料。

实施例三：

一种转化型水性带锈涂料，按质量百分比称取0.3％增稠剂，0.4％消泡剂，1.3％助溶剂，0.4％成膜助剂，0.3％表面活性剂，0.2％缓蚀剂，0.5％渗透剂，0.5％润湿剂，24％酸洗硫酸钡，1％气相二氧化硅，60％纳米氧化铝和偏二氯乙烯改性的丙烯酸共聚乳液，3.5％单宁酸，7.6％去离子水。

其中增稠剂为黄原胶，消泡剂为byk-024，成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯，助溶剂为乙二醇单丁醚和二乙二醇单甲醚(质量比为1:1)，润湿剂为surfynol104与乙二醇的混合物，渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，缓蚀剂为磷酸二氢锌和重铬酸钾混合物。

制备方法包括如下步骤：

1.制备砂磨浆：按比例称取上述原料，在400rpm转速下将增稠剂少量、多次加入去离子水中，保持转速15min至混合均匀。在500rpm转速下依次加入消泡剂(加入量为消泡剂总量的2/3)、助溶剂、表面活性剂、润湿剂、缓蚀剂、渗透剂和成膜助剂，保持转速40min至混合均匀。调节转速至800rpm，再依次添加酸洗硫酸钡及气相二氧化硅，加料过程中视搅拌程度逐渐提高转速至1600rpm，待粉体分散均匀后砂磨至细度小于40μm后过滤得到待用砂磨浆。

2.制备水性带锈涂料：在350rpm转速下将纳米氧化铝和偏二氯乙烯改性的丙烯酸共聚乳液、转锈剂(单宁酸)及消泡剂(加入量为消泡剂总量的1/3)充分搅拌均匀，在600rpm转速下加入步骤1中待用的砂磨浆，分散1h即可得到转化型水性带锈涂料。

将上述实施例中制备的转化型水性带锈涂料涂刷在除去明显浮锈的锈板表面进行性能测试。物理化学性能测试结果如下表1所示。从表中可以看出，转化型水性带锈涂料具有优异的机械性能及耐介质性能。

表1转化型水性带锈涂料性能表

另外，选用实施例2所制涂料进行复配性测试，观察其微观形貌，结果见附图2中3幅sem图，其中图2a为测试钢板表面锈层sem图，图2b为在锈板表面的一半区域涂刷带锈涂料后表面的sem图(右侧为转锈层)，图2c为在带锈涂层表面一半区域复配环氧底漆后表面的sem图(左侧为转锈层，右侧为复配涂层)。从图2a为可以看出锈层为疏松多孔的结构，如果不做处理直接涂覆其他漆，势必会导致涂层的附着力变差，且锈层容易渗透，会使涂层使用寿命下降很多；图2b可以看出转锈层表面十分致密，而且能够明显的看出转化物的三维网片状结构形态；图2c可以看出水性带锈涂料与常规体系的涂料有良好的适配性，边缘非常致密，三维网片状结构与面漆紧密的结合，形成了一个更大的网格体系，提高了面漆涂层的致密性及附着力，可有效阻止腐蚀介质的侵蚀。