一种无机防护涂层材料、制备方法及应用与流程

本发明涉及建筑材料，具体涉及一种无机防护涂层材料、制备方法及应用，特别涉及金属防腐。

背景技术：

1、保护基体不被侵蚀、腐蚀以及磨蚀等是绝大部分涂层的主要作用，应用最多的是用于钢材等金属的防腐涂层。目前用于涂层的材料可以分为有机和无机两大类型。

2、工业上通常利用有机涂料作为钢铁等金属材料防腐的主要涂料类型，但有机涂料存在防火性能差和不耐高温等缺陷，而且有一定量的挥发性有机组分，还需要对进行防腐的金属表面进行复杂的表面处理。广义的无机涂料主要包括以硅酸盐为主要组分能形成强度的无机硅酸盐涂料，和以磷酸盐类无机基料为基础的无机磷酸盐涂料。无机涂层具有较高强度，用于耐磨蚀通常具有比较好的效果，但防腐效果则没有有机涂层材料好。特别是，无机硅酸盐涂料的防腐效果非常有限，难以用于防腐要求比较高的场所，相对来说，无机磷酸盐涂料则具有较好的防腐效果和耐高温效果，因此较为广泛应用于耐高温涂层和金属防腐。

3、现有磷酸盐类无机涂料主要采用磷酸或磷酸铝作为主体材料的一种涂料，和通常所使用的硅酸盐基涂料相比较，磷酸盐基涂料在快速固化以及耐高温强度等方面都具有优异的性能，经常用在耐火材料、陶瓷复合材料等领域，在军工、航空、航天等方面也有较为广泛的应用，但这类磷酸盐基涂料耐水性很差，不能用于潮湿环境，或者受潮后很容易空鼓和起泡显著降低其性能。除采用磷酸作为主体材料的磷酸盐涂料外，还有使用磷酸加热溶解一些氧化物得到磷酸盐为主要组分的包括磷酸镁涂料、磷酸铬涂料、磷酸铝涂料、磷酸铝铬涂料的磷酸盐涂料，这些类型涂料需要在加热条件下固化，固化后耐水性有明显提升，但这类涂料不能在常温下实现自固化，因此影响这类无机磷酸盐涂料的应用。

4、磷酸盐水泥或磷酸盐化学结合陶瓷材料近年来得到很多应用和发展，有很多技术基于磷酸盐水泥特别是磷酸镁水泥的原理上开发的，主要组分为酸性组分和碱性组分，酸性组分主要为酸式磷酸盐，包括磷酸二氢铵、磷酸二氢钾和磷酸二氢钠等，碱性组分为氧化镁、氧化锌和氧化铁等，这些碱性组分需要高温煅烧得到的氧化物，如磷酸镁水泥通常采用的氧化镁则为煅烧温度超过1500度的重烧氧化镁，这些组分都以粉状形式混合后保存或者单独保存使用时再混合，使用时才能加入水，由于酸碱反应速度非常快，通常还需要比较多的缓凝剂，即使加入较大量的缓凝剂，通常也会在10分钟左右凝结而失去流动性，因此使用时操作时间非常短，用量较多的缓凝剂还会显著降低强度等性能。磷酸盐水泥以磷酸镁水泥为代表，目前理论研究和实际应用都比较充分，已有大量试验结果显示，硬化的磷酸镁水泥具有陶瓷性能因此强度高，适合作为涂层用于防护，同时还发现硬化磷酸镁水泥对钢材等金属具有非常好的防腐效果，因此磷酸镁水泥特别适合作为钢材的防腐涂层。但是，由于磷酸镁水泥水化硬化速度快，在作为钢材防腐涂层使用时只能尝试小面积试验，进行规模施工应用难度大，无法采用传统涂料施工工艺，难以适应实际应用的需要，因此未能得到规模应用。

技术实现思路

1、针对现有无机涂层和应用较多的磷酸盐无机涂层以及有机涂层在使用上存在的上述不足，同时针对磷酸镁水泥展现出的防腐优点但难以采用涂料形式大规模应用的问题，本发明的目的在于为钢材等金属防腐提供一种成本更低、使用便捷和防腐性能优异的低碳环保的无机涂层材料及其应用，这种涂层还适用于耐磨和其他防护需求。

2、本发明提供了一种无机防护涂层材料，所述涂层材料包括组分a和组分b，组分a和组分b分别单独存放；其中，组分a包括含镁粉体和水，含镁粉体和水的质量比为1：(0.15～3.0)，所述含镁粉体中氧化镁的质量百分数大于65％。进一步优选为，组分a中水的质量占含镁粉体质量的20％～200％。组分b中包括磷酸二氢盐、缓凝剂和水，缓凝剂的质量不大于磷酸二氢盐总质量的5％，磷酸二氢盐和缓凝剂总质量与水的质量比为1：(0.8～8.0)。

3、优选地，所述含镁粉体包括活性氧化镁、轻烧氧化镁、重烧氧化镁、氢氧化镁中的一种或几种混合物，且所述含镁粉体的粒径小于80微米。

4、优选地，当含镁粉体为含有重烧氧化镁的混合物时，该混合物中重烧氧化镁的质量百分比小于50％，进一步优选为小于25％。

5、优选地，当含镁粉体为含有氢氧化镁的混合物时，该混合物中氢氧化镁的质量百分比小于50％。

6、优选地，磷酸二氢盐为磷酸二氢钠、磷酸二氢铵或磷酸二氢钾中的一种或几种混合物；缓凝剂为硼酸和硼砂的一种或两种混合物。

7、优选地，所述含镁粉体还包括减水剂、保水组分、掺和料中的一种或几种。

8、优选地，所述减水剂为聚羧酸减水剂和萘系减水剂中的一种，其用量不超过含镁粉体质量的3％；进一步优选为，所述减水剂为聚羧酸减水剂，用量不超过含镁粉体质量的2％。所述保水组分为纤维素醚、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇或木质纤维素中的一种或几种混合物，其用量不超过含镁粉体质量的5％；进一步优选为，所述保水组分为纤维素醚和聚丙烯酰胺一种，用量不超过含镁粉体质量的0.5％。所述掺和料为天然矿物的粉体或工业固体废弃物粉体，所述掺合料的粒径小于50微米，其用量不超过含镁粉体质量的两倍。进一步优选为，所述掺和料为硅灰、粉煤灰、石英粉等固体废弃物和天然矿物粉体，粒径小于50微米，用量不超过含镁粉体质量的一倍。

9、本发明还提供了一种无机涂层材料的制备方法，采用上述涂层材料的原料配比，所述涂层材料通过如下方法制备获得：

10、s1：将含镁粉体与水混合均匀后，得到组分a；

11、s2：将磷酸二氢盐、缓凝剂与水混合均匀后，得到组分b；

12、s3：组分a和组分b分别单独储存。

13、本发明还提供了一种无机防护涂层材料的应用，上述无机防护涂层材料用于金属防腐，进一步优选为用于钢材防腐；具体为如下步骤：

14、步骤1：将组分a涂覆在需要进行防护的物体表面；

15、步骤2：待组分a凝结或固化后，再涂覆组分b，通过组分a和组分b中活性成分快速反应最终形成涂层。

16、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

17、1、本发明所述涂层材料，通过组分a和组分b的分层涂覆或喷涂方式，使得施工简便且易于控制，可以在常温和低温条件下形成涂层。组分a可单独存放3天以上，组分a涂覆或喷涂在金属或其他需要防护基体表面后随水分蒸发和少量组分接触空气中二氧化碳后碳化就能很快凝结表面出现面干状态，通常在30min以内达到面干状态；组分b可单独存放3个月以上，可以在组分a面干后至7天内任意时间喷洒，即可以在组分a出现面干时立即喷洒，也可以涂覆组分a后7天内喷洒，因此本发明的涂层适合大面积的施工。组分a在凝结前具有很好触变性，很容易采用机械或手工喷涂、涂覆，形成遮盖效果好与钢材等金属粘结力强的涂层，组分b为粘度很小的液体，润湿性强，可以快速渗透到已出现表面面干的组分a之中，然后与组分a快速反应硬化，在几分钟到十几分钟之内硬化形成具有一定强度的涂层，随时间延长强度保持增长，具有非常高的粘结强度，与钢材等金属基体粘结强度达3mpa。

18、2、本发明所述涂层材料，优选条件下99％以上为无机材料，无挥发物质产生，干燥时间控制在30分钟内。所述涂层材料组分a和b能以膏状或液态形式分开储存，储存和使用时无粉尘污染。所述涂层材料硬化后形成强度高的类陶瓷防腐层，耐划伤能力强。

19、3、本发明所述涂层材料，对被保护的钢材等金属基层通过物理和化学两种作用起到防腐效果，一旦涂层出现破损而产生腐蚀也不会影响涂层的完好区域，特别是本发明涂层材料与原本发明涂层材料形成的涂层可以无缺陷再粘结而融为一体，因此已硬化涂层出现损伤可以在破损涂层处再涂覆本发明涂层材料即能再起到防护效果，不像现有绝大部分涂层材料需要大面积清除原有破损防腐涂层才可以进行修补。

20、4、本发明所述涂层，对于钢材基层只需要清除油污和浮锈，不需要酸洗等处理，前处理简单。本发明涂层材料的组分b不仅能与组分a反应，还能与众多金属氧化物以及两性氧化物发生反应而形成强度，因此可以与钢材等金属的锈蚀产物发生反应形成具有强度的产物，因此如果被防护的金属有少量锈蚀产物，只需清除浮锈而无需进一步处理，就能进行涂层的涂覆，因此，本发明的涂层将大大降低涂层施工特别是用于防腐场所施工前的处理，不仅降低成本，而且无污染物排放，更加环保。

21、5、本发明的涂层硬化后可以立即接触水分，潮湿环境更有利于涂层强度不断增强和防护效果的提升。

22、6、相比于现有磷酸镁水泥必须采用重烧氧化镁，而本发明可以采用轻烧氧化镁作为含镁粉体，因此大幅度降低涂层材料成本。