一种水性环氧重防腐涂料及其制备方法与流程

本发明涉及金属材料表面防腐，具体是涉及一种水性环氧重防腐涂料及其制备方法。

背景技术：

1、涂料是由高分子聚合物和填料等构成，通过涂装在基体表面形成耐蚀的涂层。利用涂层覆盖在钢铁表面从而屏蔽钢铁，隔绝钢铁与腐蚀介质的接触达到防腐蚀的目的。通过添加金属锌粉体作为填料到高分子聚合物中去，来形成富锌涂料，是目前国内最为广泛使用的防腐措施。

2、富锌涂料是通过添加球形状粉体来制备。对于球形状粉体而言，其理论堆积分数为68％，还有32％的孔隙率，其屏蔽性能较差。同时，球形颗粒的体积一定时，表面积最小，极易导致填料颗粒沉淀，极大地降低涂料的涂装效果。鳞片状粉体作为填料，代表着防腐涂料的发展方向，这其中，鳞片状玻璃作为填料的玻璃鳞片胶泥涂料得到广泛应用。

3、钢铁表面的锈蚀即氧化物的电极电位高于纯铁，由于氧化物的存在，就会与基体的铁形成原电池，产生电化学反应，基体的铁被氧化成氧化物，同时氧化层变厚，进而降低涂层防腐的效果。为保证涂层的防腐效果，防腐涂料在施工前均要对基体表面进行除油、污和铁锈等，必须将其铁锈完全清除干净。这其中，去锈工作不仅环境恶劣，而且其成本约占整个涂装的成本50％，尤其是，对于大型、复杂的构件，因除锈达不到gb/t8923.1规定的sa21/2级时，涂层防腐效果明显降低，严重增加设备、设施防腐成本和降低其使用寿命，降低前处理的要求，实现低处理、锈面涂装是大势所趋。

4、另外，水性涂料降低有机物的挥发对大气、环境的污染，改善施工作业环境，代表着涂料发展的方向，对环境友好。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有重防腐涂料的使用寿命、环保和除锈施工所存在的问题，基于鳞片状粉体作为填料，构建水性重防腐涂料的防腐性能，达到长效防腐的效果。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

3、一种水性环氧重防腐涂料，由填料-固化剂组分和树脂组分组成，所述树脂组分为环氧树脂溶液，所述填料-固化剂组分由鳞片状粉体、固化剂溶液、分散剂以及溶剂组成，所述鳞片状粉体是通过在金属zn表面原位形成厚度为0.1～20nm的zno层构成的zno/zn/zno三层结构片状颗粒，其d50在2～25μm范围内，厚度小于0.1μm；

4、锌表面形成的氧化锌层为致密的膜，阻止锌继续氧化，氧化锌膜具有透明导电性、宽的禁带宽度且相结构稳定，此三层结构设计的主要的功能为：降低填料所形成屏蔽层的自身的腐蚀速率，保持金属锌作为填料的防腐和阴极保护功能，避免锌在制备、储存过程中与溶剂反应析出气体等。

5、所述填料-固化剂组分和所述树脂组分在涂装前混合均匀，鳞片状粉体在基体表面涂装后形成的干燥涂层中所占重量比大于90％，涂层中鳞片状粉体以层片状的形式交替叠加，构成防腐涂层的组织结构，鳞片间导通，涂层形成导电整体。

6、本发明所采用的鳞片状粉体的制备方法为：选择d50在5～50μm范围内的zn粉为原料，在球磨机中进行球磨，料：球：水比为1：1.5：0.8；球磨时间直接决定氧化锌层的厚度，严格控制在1～4小时内；为防止氢氧化锌的形成，球磨后的粉体在250℃下保温1～2小时，让氢氧化锌全部转变为氧化锌。

7、作为本发明的优选技术方案，所述填料-固化剂组分中，鳞片状粉体、固化剂溶液、分散剂以及溶剂的重量比为160～180：4.5～5.5：1～1.5：50～100，所述树脂组分中环氧树脂以干燥涂层中鳞片状粉体所占重量比大于90％为基准添加。

8、本发明根据鳞片状金属粉体的二维特征，配之以相匹配的涂料配比、工艺，实现涂层对钢铁材料表面进行低处理锈面或非锈面涂装，达到长效防腐的效果。

9、对于涂料配比方面，形成的涂层中，鳞片状粉体填料所占的重量比大于90％。鳞片状粉体颗粒的尺度控制是前提，只有当鳞片状颗粒厚度小于0.1μm，d50在2～25μm范围内时，颗粒始终保持平躺的状态，悬浮于液体中，才能获得所要求的涂层组织结构。

10、鳞片状粉体颗粒是以二维平面相接触而形成的团聚体存在的，将鳞片分离，形成高度分散体，是制备高性能防腐涂层的关键。本发明在无数次实验的基础上，总结出球磨+高速分散的制备浆料工艺，实现鳞片状粉体的均匀分布。

11、针对浆料的稳定性提出触变性流体方法，确保浆料在储存过程中的稳定性。理论上，所有的浆料都趋向于沉淀，尤其是本发明的浆料体系，粉体的加入量高达90％以上，且树脂含量低，粉体颗粒的密度与溶剂的密度相差大，一旦出现沉淀，又将形成鳞片体相互团聚，恶化涂料性能。

12、为此，采用触变性流体的方法，经高速分散后的浆料成为触变性流体，确保涂料在储存、放置过程中不发生沉淀，即涂料不受力时呈现出固体的特征，凝胶状态，当搅拌受力时，呈现出溶胶状态，有良好的粘度和流动性，同时提高涂装过程中的流挂性。

13、本发明所提出的该水性环氧重防腐涂料制备方法，步骤如下：

14、(1)球磨

15、将鳞片状粉体、固化剂溶液、分散剂以及溶剂加入球磨机内研磨4～6小时，此球磨过程中不含水；

16、(2)高速分散

17、将球磨后的浆料倒入高速分散机中，在线速度大于50米/秒的条件下，分散0.5～2小时；

18、(3)浆料

19、将分散后的浆料倒出，置于容器中，制得填料-固化剂组分；分散后的浆料形成触变性流体，即浆料不受力时变成凝胶状，呈现出固体特性，一旦受力时，即搅拌时，立即形成浆料，呈现出溶胶特性，在凝胶和溶胶间进行可逆转化，保证涂料在储存过程中不发生沉淀；

20、(4)树脂组分的制备

21、将环氧树脂与水一起加入容器内，在5～35℃下搅拌10～30分钟，制得树脂组分；

22、(5)涂料的制备

23、将制得的填料-固化剂组分和树脂组分混合均匀，即得水性环氧重防腐涂料。

24、本发明根据重防腐涂料的要求，设计出zno/zn/zno结构的鳞片状粉体作为填料，既充分利用金属锌作为填料的防腐特点，又最大程度上抑制金属锌的腐蚀速率，并配之球磨+高速分散的制备工艺，达到长效防腐的效果。与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：

25、1、优异的防腐性能。本发明采用的超细的特定尺寸的鳞片状粉体作为填料，一方面：鳞片状粉体自身具有优异的防腐性能。采用的粉体为zno/zn/zno三层结构，在金属锌的表面原位形成致密的氧化锌层。氧化锌在海洋和大气环境下，具有优异的防腐性能，阻止介质与内部金属锌反应，起到屏蔽的作用。与单纯的金属锌作为填料相比，提高了填料自身的防腐性能，提高了涂层的屏蔽性能。另一方面，鳞片状粉体在涂料中成片状排列，其三维尺寸中有一维处于亚微米或纳米级，另外两维处于微米级，如此特殊的平面结构，不但保持了微米级粉体较好的分散性，也使其能发挥纳米粉体的功能特性，表面活性较高和与其它活性基团能有效结合。因此，涂层致密，具有显著的屏蔽效应，并且更密实地附着于金属基体表面，从而得到优异的防锈、防腐蚀性能。

26、除此之外，形成的涂层中鳞片状粉体填料的含量大于90％，鳞片的厚度小于0.1μm，zno层的厚度小于20nm，在鳞片之间产生隧道效应而导电(在两层金属导体之间夹一薄绝缘层，就构成一个电子的隧道结。实验发现电子可以通过隧道结，即电子可以穿过绝缘层，这便是隧道效应)，涂层形成一个导电整体而具有阴极保护功能。

27、2、环境友好性。本发明制备的涂料为水性涂料，用水作为溶剂来部分替代传统有机溶剂，降低有害气体的排放，对生态环境更友好。

28、3、前处理要求低。可以填直接锈面涂装，从而降低对前处理的要求，改善涂装环境，降低涂装成本。本涂层中鳞片状粉体作为填料，片层间是以平面的形式排列，且涂层形成导电整体，使活性锈蚀惰性化、坚实化，使锈面涂装成为可能。可以极大地改善涂料的膜结合力，在去除油、污、浮锈(浮锈是指与基体表面结合力差，极易脱落的锈层，而在浮锈下面与基体结合力强的锈层无需除去)的基体表面上直接涂装。传统的前处理的必须是sa2.5，而本发明的涂料前处理为st2，使涂装便利性和长效防腐有机的相统一。