一种有机涂层钢板及其制造方法和应用与流程

本发明涉及螺栓链接罐钢板材料制造技术领域，具体涉及一种有机涂层钢板及其制造方法和应用。

背景技术：

有机涂层螺栓链接罐相对于其他罐体实现了材料、防腐技术和安装方式的突破创新，是一种世界先进的制罐技术。与市场上其它同类产品(搪瓷拼装罐、混凝土罐、焊接罐、利普罐等)相比，有机涂层螺栓连接罐具有外形美观、质量稳定、抗腐蚀性强、安装周期短、安装、维护简单、可扩容、迁移、设备标准化、设备化程度高、造价较低等特点。

具体的，有机涂层螺栓连接罐比现场防腐施工的碳钢焊接罐更节约成本，工作质量与效率也大幅度提高；与搪瓷拼装罐相比，搪瓷涂层作为一种惰性涂层，在很多重腐蚀环境中表现出优异的防护效果，但是对于实际工程运行而言，由于搪瓷瓷层极易出现的不均匀性以及局部缺陷使得搪瓷拼装罐不具备一些强腐蚀环境下的防腐性能要求。现有的罐体涂层技术是在已经具备罐体形状的焊接罐上进行涂敷防腐施工，而螺栓连接罐是采用在工厂中涂敷涂层后的有机涂层钢板进行螺栓连接安装工程，有机涂层螺栓连接罐的制造对所使用的有机涂层的韧性、弯曲性、附着力、硬度等方面具有更高的要求，需要从涂料性能方面进行研究，设计相应的涂料配方。为满足有机涂层钢板螺栓连接罐的实际应用，需要通过涂料配方设计、涂层性能优化、开发与配方相匹配的先进防腐施工工艺等方式，使得有机涂层在强度、柔韧性、附着性能、耐摩擦性能、耐久性能方面提升性能，使用的新型的有机涂料制造的螺栓连接罐具有极大的应用前景。

对于碳钢罐体的现场防腐工程，施工现场存在表面处理及涂装设备的稳定性差、人为影响因素多、受周围环境变化影响大的问题，而采用螺栓连接的有机涂层钢罐可以将涂装工程设备化、自动化，在工厂内完成表面处理及涂装以避免上述问题，表面处理、涂装过程以及固化过程的质量及稳定性高。由于是涂装之后再进行采用螺栓连接施工，对钢板有机涂层的附着性、抗冲击性、硬度及柔韧性提出了更高的要求，对涂料的配方以及涂层的制备技术提出了更高的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种有机涂层强度、柔韧性、附着性能、耐摩擦性能、耐久性能等方面优异的有机涂层钢板，使其适用于螺栓链接罐的制造。

本发明提供的有机涂层钢板，由钢板和涂覆在钢板两面的底漆、以及涂覆在底漆上的面漆组成；

所述底漆为环氧富锌底漆，环氧富锌底漆由双酚s型环氧树脂、300-400目超细锌粉、混合溶剂、固化剂、消泡剂组成；

所述面漆为环氧-聚氨酯复合面漆，环氧-聚氨酯复合面漆由环氧树脂、50-200目聚氨酯粉末、混合溶剂、固化剂以及其他成分组成；所述环氧树脂为双酚s型环氧树脂、双酚a型环氧树脂、或双酚af型环氧树脂；所述其他成分为钛白粉、滑石粉、云母氧化铁、中铬黄、磷酸锌中的一种或几种，用于增加强度、提供颜色等；

所述底漆和面漆中的固化剂包括树枝状聚酰胺胺、超支化聚酰胺酰亚胺、超支化聚酰亚胺、超支化聚酰胺中的一种或几种；混合溶剂为甲基乙基酮、乙基戊基酮、甲苯、二甲苯、丙醚、丙二醇甲醚、正丁醇、丙二醇、水、乙二醇乙醚、乙二醇单甲醚中的两种以上。

底漆中的锌粉用于对基层钢板的电化学保护，由于聚酰胺、聚酰亚胺类强极性固化剂以及环氧树脂的使用，底漆中的聚合物成膜组分的导电性能有显著提高，且锌粉易于均匀分散在涂层中，形成连续的有机无机复合保护层。因本发明中底漆的锌粉含量显著低于一般环氧富锌底漆的80wt％左右的含量，因此需要锌粉的细度达到300目以上，才易于形成所述有机无机复合保护层，从而达到阴极保护的目的。聚氨酯为面漆中的最大含量的干膜组成，需要所使用的聚氨酯具有相当高的分子量，本发明聚氨酯分子量选择范围是20000～80000，优选30000～50000，需要使用较细的粉末易于分散在有机溶剂中。所述消泡剂主要是醚型的消泡剂。

优选的，上述有机涂层钢板中，以质量百分比计，底漆中各成含量如下：

优选的，上述有机涂层钢板中，以质量百分比计，面漆中各成分含量如下：

优选的，上述有机涂层钢板中，所述钢板材质为q235、q275、q345或srt480。

本发明还提供了以上任一所述有机涂层钢板的制备方法，是依次对钢板进行以下操作：

(1)表面处理：喷砂处理至钢板表面清洁度sa2或sa2.5级别，再进行抛丸处理至钢板表面粗糙度10-30μm；

(2)漆膜涂敷及固化：在经过表面处理后的钢板上涂敷底漆，经过100～280℃高温固化0.1～0.5h后，在底漆膜上涂敷一层面漆，再次经过100～280℃高温固化0.1～0.5h，得到有机涂层钢板。

本发明还提供了以上任一所述有机涂层钢板在制作螺栓链接罐中的应用。

本发明还提供了一种螺栓链接罐，是由以上任一所述的有机涂层钢板通过螺栓连接而成。所使用的有机涂层钢板，钢板两面采用相同的底漆，面漆的种类根据钢板在罐体上所处的位置进行区分，可以是一样的，也可以是不一样的。当罐体内部接触气相介质时，不需要因耐介质侧与耐环境侧的不同而区分面漆涂层的种类，当罐体内部接触液相介质时，采用不同的面漆涂层。有机涂层最多采用底漆和面漆两层，不需要使用中间层涂层。

优选的，上述螺栓链接罐，使用的有机涂层钢板，一张钢板的长度5～8m，高度2～3m，厚度3mm～35mm。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的有机涂层钢板，在固化剂使用上，底漆和面漆中通过采用树枝状聚酰胺胺、超支化聚酰胺酰亚胺、超支化聚酰亚胺、超支化聚酰胺等极性较高的固化剂，提高涂层内有机物的分子极性，可以提高涂层的导电性能，当因局部涂层损坏产生局部腐蚀时，使得作为阴极保护的锌粉更加容易起到对钢材的牺牲保护作用。树枝状或超支化结构的引入可以增加涂料的整体流动性，具有更佳的流平性，使得涂料在喷涂到钢板表面后可以较快速的流动平整。树枝状或超支化结构的引入，在分子量一致的情况下具有更多的分子链末端反应性基团，可以提高固化剂的固化能力，加速固化过程。树枝状或超支化结构的引入可以进一步提高涂层内高分子膜物质的交联密度，从而提高涂层的柔韧性及弯曲性。

第二，树脂的选择上，本发明提供的有机涂层钢板，底漆中环氧树脂富含氧原子，对钢材表面具有极佳的吸附作用，采用双酚s作为合成环氧树脂的原料二酚，其中含有的砜基结构可以促进环氧树脂涂层对钢材表面的吸附性能，引入双酚s结构后涂层具有更佳的结合力。在上述固化剂存在的情况下，在偶极相互作用的存在下，进一步提高了涂层对钢材表面的附着力以及涂层的自身强度。

第三，固化条件方面，本发明的有机涂层钢板底漆和面漆固化温度低，不超过300℃，固化时间短，在0.5h内完成。漆膜涂层固化温度低，不超过300℃，不会因为热处理过程使得钢板的强度下降。如果热处理温度超过600℃以上，例如搪瓷钢板，则会导致钢板强度的下降，使得在建设同样尺寸的螺栓连接罐时的钢材用量大幅上升。

第四，对钢板的表面处理程度方面，本发明提供的有机涂层钢板，对钢板表面处理的清洁度要求很低，在sa2即可满足有机涂层的涂敷工程的清洁度要求，对于对罐体使用寿命要求不高的场合，sa1即可满足要求，相较于搪瓷具有明显的工艺和成本优势。搪瓷是瓷釉与金属两相相容，金属表面的清洁度、杂质组成会严重影响到搪瓷瓷层的性能，表面处理的清洁度等级往往需要达到sa2.5以上。

第五，表面粗糙度方面，本发明的有机涂层钢板，其钢板基材表面的粗糙度仅仅需要达到10-30μm即可满足涂料的涂敷工程要求。

第六，性能方面，本发明的有机涂层钢板，强度方面，与搪瓷钢板不同，有机涂层钢板的强度不在涂敷及固化过程中降低；附着性能方面，有机涂层具有极佳的附着性能，按照gb/t9286的标准进行检测，具有最佳的0级附着性能；硬度及耐磨性方面，可以达到86-90d的邵氏硬度，具有优异的耐磨性能；弯曲性能方面，可以满足300m³的小型螺栓连接罐的制造弧度要求；抗冲击性能方面，按照gb/t9286的标准进行检测，在冲头直径16±0.3mm、凹坑深度2.5±0.3mm的条件下，无开裂或脱落；耐久及耐酸碱有机溶剂性能方面，10wt％的氢氧化钠溶液80℃下浸泡8500h无明显变化，10wt％的硫酸溶液80℃下浸泡8500h无明显变化，常温下二甲苯溶液浸泡1年时间无明显变化，水沸腾温度下浸泡10000h无明显变化，盐雾试验10000h无明显变化。

附图说明

图1为有机涂层钢板制造技术研究路线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行详细地解释和说明，以使本领域技术人员能够更好地理解本发明并予以实施。

选用普通碳素结构钢或者低合金结构用钢作为基材，依次对基材进行形状处理、表面处理、有机涂层的涂敷及固化，得到有机涂层钢板。

钢板材质的选择包括q235、q275、q345、srt480等，一张钢板的长度2-6m，高度1-3m，厚度3mm～35mm。

形状处理包括开平、冲孔、切角三个步骤；表面处理过程包括清理金属表面的氧化皮及灰尘等杂质、增加金属表面的粗糙度两个步骤。

对于形状处理，开平使钢板平整度提升、冲孔在钢板四周形成直径相等的圆孔用于螺栓安装、切角用于增加不同钢板之间紧密度。

对于表面处理过程，喷砂处理至金属表面清洁度sa2或sa2.5级别，抛丸处理至金属表面粗糙度10-30μm。

对于有机涂层的涂敷及固化：

1)在经过表面处理后的钢板上涂敷底层有机涂层漆膜，经过高温固化后，在其上涂敷一层面漆有机涂层，再次经过高温固化，得到有机涂层钢板。固化温度在100～280℃，固化时间在0.5～6h。钢板两面采用相同的底漆涂层，面漆涂层的种类根据涂层钢板在罐体上所处的位置进行区分，可以是一样的，也可以是不一样的。当罐体内部接触气相介质时，不需要因耐介质侧与耐环境侧的不同而区分面层涂层的种类，当罐体内部接触液相介质时，采用不同的面层涂层。有机涂层最多采用底层及面层两层，不需要使用中间层涂层。

2)底层采用环氧富锌底漆，环氧富锌底漆由双酚s型环氧树脂、300-400目超细锌粉、混合溶剂、固化剂、消泡剂组成。固化剂包含树枝状聚酰胺胺、超支化聚酰胺酰亚胺、超支化聚酰亚胺、超支化聚酰胺中的一种或几种。混合溶剂为甲基乙基酮、乙基戊基酮、甲苯、二甲苯、丙醚、丙二醇甲醚、正丁醇、丙二醇、水、乙二醇乙醚、乙二醇单甲醚中的两种或几种。环氧树脂的含量在2～20wt％，超细锌粉的含量在40～60wt％，固化剂的含量在2～20wt％，混合溶剂的含量0～20wt％。

3)面层采用环氧-聚氨酯复合面漆，环氧-聚氨酯复合面漆由双酚s型、双酚a型、或双酚af型环氧树脂、50-200目聚氨酯粉、混合溶剂、固化剂以及其他成分组成。固化剂包含树枝状聚酰胺胺、超支化聚酰胺酰亚胺、超支化聚酰亚胺、超支化聚酰胺中的一种或几种。混合溶剂为甲基乙基酮、乙基戊基酮、甲苯、二甲苯、丙醚、丙二醇甲醚、正丁醇、丙二醇、水、乙二醇乙醚、乙二醇单甲醚中的两种或几种。其他成分包含钛白粉、滑石粉、云母氧化铁、中铬黄、磷酸锌中的一种或几种。环氧树脂的含量在2～30wt％，聚氨酯粉末的含量在30～50wt％，固化剂的含量在2～20wt％，混合溶剂的含量0～40wt％，其他成分的含量为5～30wt％。

表1不同实施例有机涂层成分及用量

实施例1-4在性能方面具有以下特征：

(1)有机涂层配方中采用具有支化结构的固化剂，与热固性树脂共混后进行固化，形成的涂层在自然环境下的稳定性可以满足长期使用；(2)在钢板与有机涂层之间不设置钝化层，其附着能力能够达到0级；(3)生产工艺简单，条件温和；(4)耐腐蚀性能、耐久性、耐自然气候性能优越，特别适用于放置在自然环境中长期使用。

强度方面，与搪瓷钢板不同，有机涂层钢板的强度不在涂敷及固化过程中降低；附着性能方面，有机涂层具有极佳的附着性能，按照gb/t9286的标准进行检测，具有最佳的0级附着性能；硬度及耐磨性方面，可以达到86-90d的邵氏硬度，在工程材料里，具有优异的耐磨性能；弯曲性能方面，可以满足300m³的小型螺栓连接罐的制造弧度要求；抗冲击性能方面，按照gb/t9286的标准进行检测，在冲头直径16±0.3mm、凹坑深度2.5±0.3mm的条件下，无开裂或脱落；耐久及耐酸碱有机溶剂性能方面，10wt％的氢氧化钠溶液80℃下浸泡8000～8500h无明显变化，10wt％的硫酸溶液80℃下浸泡8000～8500h无明显变化，常温下二甲苯溶液浸泡6月-1年时间无明显变化，水沸腾温度下浸泡9000-10000h无明显变化，盐雾试验9000-10000h无明显变化。

本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。