CN108795183A - 一种高强度水性钢铁防腐蚀涂料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强度水性钢铁防腐蚀涂料的制备方法，属于涂料制备技术领域。本发明首先以混合硝酸盐为原料，通过水热反应合成机械性能优异的水滑石，接着将水热反应后的水滑石在一氧化碳的作用下热处理，得到自制防腐填料，再将自制防腐填料和花生油共混后酸败并发酵，最终得到改性防腐填料，最后将防腐填料和基体树脂以及其他助剂共混研磨，最终制得高强度水性钢铁防腐蚀涂料，本发明制得的高强度水性钢铁防腐蚀涂料分散性好，防腐蚀性能优异，耐冲击性强，机械强度高，具有广阔的应用前景。

Description

一种高强度水性钢铁防腐蚀涂料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高强度水性钢铁防腐蚀涂料的制备方法，属于涂料制备技术领域。
背景技术
钢铁与环境介质之间发生的化学物理或电化学效应，引起钢铁的变质和劣化，称为钢铁腐蚀。钢铁的腐蚀是一种非常普遍的现象，而钢铁的破坏很少是因单纯的机械或者物理因素所引起的，大部分损坏的钢铁材料都与其周边环境因素有着密切的关系，而这些和钢铁接触的环境介质是钢铁腐蚀的元凶，它包括天然存在的大气、雨水、海水、土壤，生产用原料、产品等。
钢铁腐蚀会造成巨大损失，而实践证明，使用涂层对钢铁进行保护是最经济、实用、有效的方法，因此研究防腐涂料一直是涂料行业和钢铁保护的重要课题。传统的钢铁防腐蚀涂料，对钢铁基体的腐蚀防护效果较为不错，但几乎所有的防腐蚀涂料均为溶剂型涂料，在成膜过程中会有大量的溶剂挥发，而挥发的溶剂会对人体以及周围的环境造成伤害和污染，同时造成资源的浪费，而且溶剂型防腐蚀涂料中往往含有铅、镉、钴等有毒性离子，这些离子同样会对生产、施工以及使用人员造成伤害，传统型钢铁防腐蚀涂料所存在的以上弊端，限制了防腐蚀涂料的发展，而常见的水性防腐蚀涂料固化后的涂层耐冲击性较差，机械性能低，防腐蚀性能没有溶剂型防腐蚀涂料好。
因此，发明一种非溶剂型并且防腐蚀性好，耐冲击性强，机械性能高的新型水性防腐蚀涂料具有积极的意义。
发明内容
本发明主要解决的技术问题，针对目前溶剂型防腐蚀涂料在成膜过程中会有大量的溶剂挥发，而挥发的溶剂会对人体以及周围的环境造成伤害和污染，同时造成资源的浪费，而常见的水性防腐蚀涂料，防腐填料分散性差，固化后的涂层耐冲击性较差，机械性能低，防腐蚀性能没有溶剂型防腐蚀涂料好的缺陷，提供了一种高强度水性钢铁防腐蚀涂料的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种不锈钢用防腐蚀纳米复合涂料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）按重量份数计，称取18～25份硝酸镁、40～50份硝酸铝、30～40份硝酸锌和200～300份去离子水混合10～15min得到混合溶液，将混合溶液和质量分数为50%的尿素溶液混合后得到预反应液；
（2）将上述预反应液装入高压水热釜中，水热预反应3～5h，水热预反应结束后再向高压水热釜中加入焦磷酸钠和柠檬汁，继续水热反应24～30h；
（3）待上述水热反应结束后，过滤分离得到滤饼，将滤饼放入马弗炉中，并向炉内通入一氧化碳直至置换出所有空气，密封热处理1～2h，出料即得自制防腐蚀填料；
（4）将上述自制防腐蚀填料和花生油混合后放入不锈钢托盘中，再将不锈钢托盘放入温室中，静置酸败7～9天，得到酸败产物；
（5）将上述酸败产物放入发酵罐中，密封发酵，得到发酵产物，用去离子水冲洗发酵产物3～5遍后自然晾干即得改性防腐填料；
（6）按重量份数计，称取200～300份丙烯酸树脂、30～50份环氧树脂、60～80份乙二醇单丁醚和30～40份上述改性防腐填料装入球磨机中，研磨后出料，装罐即得高强度水性钢铁防腐蚀涂料。
步骤（1）中所述的混合溶液和质量分数为50%的尿素溶液的质量比为13:5。
步骤（2）中所述的水热预反应的压力为1.8～2.0MPa，温度为200～220℃，焦磷酸钠的加入量为预反应液质量的5%，柠檬汁的加入量为预反应液质量的10%，继续水热反应的压力为2.3～2.5MPa，温度为250～300℃。
步骤（3）中所述的密封热处理的温度为800～900℃。
步骤（4）中所述的自制防腐蚀填料和花生油的质量比为1:1，温室的温度为28～32℃，空气相对湿度为60～65%。
步骤（5）中所述的密封发酵的温度为35～45℃，密封发酵的时间为10～12天。
步骤（6）中所述的研磨的转速为400～500r/min，研磨的时间为3～5h。
本发明的有益效果是：
（1）本发明首先以混合硝酸盐为原料，通过水热反应合成机械性能优异的水滑石，接着将水热反应后的水滑石在一氧化碳的作用下热处理，得到自制防腐填料，再将自制防腐填料和花生油共混后酸败并发酵，最终得到改性防腐填料，最后将防腐填料和基体树脂以及其他助剂共混研磨，最终制得高强度水性钢铁防腐蚀涂料，本发明通过水热反应制备得到镁铝锌类水滑石基体，并在水热法制备类水滑石的过程中还向预反应液中加入了焦磷酸钠和柠檬汁，在高温高压以及焦磷酸钠和柠檬汁的络合作用使得类水滑石中部分金属离子从原有的晶格中暴露逸出，从而在类水滑石的原有晶格上产生金属离子空穴，由于逸出的是金属离子，其带正电荷，因此所产生的金属离子空穴中富含可游离电子，由此做成防腐填料，当其与铁基底接触时，铁更容易得到这些可游离电子，从而提高了铁基底的稳定性，达到了防腐蚀的效果；
（2）本发明水热反应后得到滤饼中，既有类水滑石基体也含有被络合脱除的镁铝锌络合物，而本发明将此滤饼放入一氧化碳环境中热处理，首先通过热处理使得络合物结构被破坏，重新暴露出镁铝锌离子，再在强还原性气体一氧化碳的作用下将这些离子还原成镁铝锌单质，这些单质同样是防腐蚀填料的一部分，而我们知道，镁的标准电极电位为-2.36V，铝的标准电极电位为-1.66V，锌的标准电极电位为-0.76V，而铁的标准电极电位为-0.4V，因此当有腐蚀介质存在时，镁铝锌会和钢铁之间形成原电池反应，镁铝锌会作为原电池的阳极失电子，铁作为原电池的阴极得电子，从而钢铁受到保护，再一次达到防腐蚀效果；
（3）本发明的防腐蚀填料中的水滑石基体以及镁铝锌在失去电子后，会和腐蚀介质中的其他阴离子发生反应，生成难溶性络合物，这些难溶性络合物就会沉积在涂层表面或者封堵涂层中的空隙，使涂层形成的膜紧密的结合，再结合水滑石本身优异的力学性质，极大的提高了本发明防腐蚀涂层的耐冲击性和机械性能，而本发明通过植物油酸败产生大量游离性酯基以及其他活性基团，这些酯基以及活性基团又在发酵的过程中被引入到防腐蚀填料表面，其中酯基的引入使得填料和油性涂料基体树脂的相容性得到提高，提高了填料在涂料基体树脂中的分散性，另外其他化学基团的引入使得填料表面的活性官能团数量增加，而这些官能团往往是高分子分散剂吸附的场所，能够通过静电吸附使得高分子分散剂牢固吸附在填料表面，从而进一步高效增强了防腐填料在涂料基体中的分散性，相容性以及分散性的提高，更加有利于涂层防腐蚀性能的提高，同时也提高了防腐蚀涂层的机械性能，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
按重量份数计，称取18～25份硝酸镁、40～50份硝酸铝、30～40份硝酸锌和200～300份去离子水混合10～15min得到混合溶液，将混合溶液和质量分数为50%的尿素溶液按质量比为13:5混合后得到预反应液；将预反应液装入高压水热釜中，在压力为1.8～2.0MPa，温度为200～220℃的条件下，水热预反应3～5h，水热预反应结束后再向高压水热釜中加入预反应液质量5%的焦磷酸钠和预反应液质量10%的柠檬汁，在压力为2.3～2.5MPa，温度为250～300℃的条件下继续水热反应24～30h；待水热反应结束后，过滤分离得到滤饼，将滤饼放入马弗炉中，并向炉内通入一氧化碳直至置换出所有空气，以10℃/min的速率程序升温至800～900℃，密封热处理1～2h，出料即得自制防腐蚀填料；将自制防腐蚀填料和花生油按质量比为1:1混合后放入不锈钢托盘中，再将不锈钢托盘放入温度为28～32℃，空气相对湿度为60～65%的温室中，静置酸败7～9天，得到酸败产物；将酸败产物放入发酵罐中，密封罐口，在35～45℃下密封发酵10～12天，得到发酵产物，用去离子水冲洗发酵产物3～5遍后自然晾干即得改性防腐填料；按重量份数计，称取200～300份丙烯酸树脂、30～50份环氧树脂、60～80份乙二醇单丁醚和30～40份上述改性防腐填料装入球磨机中，以400～500r/min转速研磨3～5h后出料，装罐即得高强度水性钢铁防腐蚀涂料。
按重量份数计，称取18份硝酸镁、40份硝酸铝、30份硝酸锌和200份去离子水混合10min得到混合溶液，将混合溶液和质量分数为50%的尿素溶液按质量比为13:5混合后得到预反应液；将预反应液装入高压水热釜中，在压力为1.8MPa，温度为200℃的条件下，水热预反应3h，水热预反应结束后再向高压水热釜中加入预反应液质量5%的焦磷酸钠和预反应液质量10%的柠檬汁，在压力为2.3MPa，温度为250℃的条件下继续水热反应24h；待水热反应结束后，过滤分离得到滤饼，将滤饼放入马弗炉中，并向炉内通入一氧化碳直至置换出所有空气，以10℃/min的速率程序升温至800℃，密封热处理1h，出料即得自制防腐蚀填料；将自制防腐蚀填料和花生油按质量比为1:1混合后放入不锈钢托盘中，再将不锈钢托盘放入温度为28℃，空气相对湿度为60%的温室中，静置酸败7天，得到酸败产物；将酸败产物放入发酵罐中，密封罐口，在35℃下密封发酵10天，得到发酵产物，用去离子水冲洗发酵产物3遍后自然晾干即得改性防腐填料；按重量份数计，称取200份丙烯酸树脂、30份环氧树脂、60份乙二醇单丁醚和30份上述改性防腐填料装入球磨机中，以400r/min转速研磨3h后出料，装罐即得高强度水性钢铁防腐蚀涂料。
按重量份数计，称取21份硝酸镁、45份硝酸铝、35份硝酸锌和250份去离子水混合13min得到混合溶液，将混合溶液和质量分数为50%的尿素溶液按质量比为13:5混合后得到预反应液；将预反应液装入高压水热釜中，在压力为1.9MPa，温度为210℃的条件下，水热预反应4h，水热预反应结束后再向高压水热釜中加入预反应液质量5%的焦磷酸钠和预反应液质量10%的柠檬汁，在压力为2.4MPa，温度为280℃的条件下继续水热反应26h；待水热反应结束后，过滤分离得到滤饼，将滤饼放入马弗炉中，并向炉内通入一氧化碳直至置换出所有空气，以10℃/min的速率程序升温至850℃，密封热处理1h，出料即得自制防腐蚀填料；将自制防腐蚀填料和花生油按质量比为1:1混合后放入不锈钢托盘中，再将不锈钢托盘放入温度为30℃，空气相对湿度为63%的温室中，静置酸败8天，得到酸败产物；将酸败产物放入发酵罐中，密封罐口，在40℃下密封发酵11天，得到发酵产物，用去离子水冲洗发酵产物4遍后自然晾干即得改性防腐填料；按重量份数计，称取250份丙烯酸树脂、40份环氧树脂、70份乙二醇单丁醚和35份上述改性防腐填料装入球磨机中，以450r/min转速研磨4h后出料，装罐即得高强度水性钢铁防腐蚀涂料。
按重量份数计，称取25份硝酸镁、50份硝酸铝、40份硝酸锌和300份去离子水混合15min得到混合溶液，将混合溶液和质量分数为50%的尿素溶液按质量比为13:5混合后得到预反应液；将预反应液装入高压水热釜中，在压力为2.0MPa，温度为220℃的条件下，水热预反应5h，水热预反应结束后再向高压水热釜中加入预反应液质量5%的焦磷酸钠和预反应液质量10%的柠檬汁，在压力为2.5MPa，温度为300℃的条件下继续水热反应30h；待水热反应结束后，过滤分离得到滤饼，将滤饼放入马弗炉中，并向炉内通入一氧化碳直至置换出所有空气，以10℃/min的速率程序升温至900℃，密封热处理2h，出料即得自制防腐蚀填料；将自制防腐蚀填料和花生油按质量比为1:1混合后放入不锈钢托盘中，再将不锈钢托盘放入温度为32℃，空气相对湿度为65%的温室中，静置酸败9天，得到酸败产物；将酸败产物放入发酵罐中，密封罐口，在45℃下密封发酵12天，得到发酵产物，用去离子水冲洗发酵产物3～5遍后自然晾干即得改性防腐填料；按重量份数计，称取300份丙烯酸树脂、50份环氧树脂、80份乙二醇单丁醚和40份上述改性防腐填料装入球磨机中，以500r/min转速研磨5h后出料，装罐即得高强度水性钢铁防腐蚀涂料。
对照例以武汉市某公司生产的水性钢铁防腐蚀涂料作为对照例
对本发明制得的高强度水性钢铁防腐蚀涂料和对照例中的水性钢铁防腐蚀涂料进行性能检测，检测结果如表1所示：
表1 性能检测结果
由上表中检测数据可以看出，本发明制得的高强度水性钢铁防腐蚀涂料分散性好，防腐蚀性能优异，耐冲击性强，机械强度高，具有广阔的应用前景。

Claims (7)

1.一种高强度水性钢铁防腐蚀涂料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）按重量份数计，称取18～25份硝酸镁、40～50份硝酸铝、30～40份硝酸锌和200～300份去离子水混合10～15min得到混合溶液，将混合溶液和质量分数为50%的尿素溶液混合后得到预反应液；
（2）将上述预反应液装入高压水热釜中，水热预反应3～5h，水热预反应结束后再向高压水热釜中加入焦磷酸钠和柠檬汁，继续水热反应24～30h；
（3）待上述水热反应结束后，过滤分离得到滤饼，将滤饼放入马弗炉中，并向炉内通入一氧化碳直至置换出所有空气，密封热处理1～2h，出料即得自制防腐蚀填料；
（4）将上述自制防腐蚀填料和花生油混合后放入不锈钢托盘中，再将不锈钢托盘放入温室中，静置酸败7～9天，得到酸败产物；
（5）将上述酸败产物放入发酵罐中，密封发酵，得到发酵产物，用去离子水冲洗发酵产物3～5遍后自然晾干即得改性防腐填料；
（6）按重量份数计，称取200～300份丙烯酸树脂、30～50份环氧树脂、60～80份乙二醇单丁醚和30～40份上述改性防腐填料装入球磨机中，研磨后出料，装罐即得高强度水性金属防腐蚀涂料。
2.根据权利要求1所述的一种高强度水性钢铁防腐蚀涂料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的混合溶液和质量分数为50%的尿素溶液的质量比为13:5。
3.根据权利要求1所述的一种高强度水性钢铁防腐蚀涂料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的水热预反应的压力为1.8～2.0MPa，温度为200～220℃，焦磷酸钠的加入量为预反应液质量的5%，柠檬汁的加入量为预反应液质量的10%，继续水热反应的压力为2.3～2.5MPa，温度为250～300℃。
4.根据权利要求1所述的一种高强度水性钢铁防腐蚀涂料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述的密封热处理的温度为800～900℃。
5.根据权利要求1所述的一种高强度水性钢铁防腐蚀涂料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述的自制防腐蚀填料和花生油的质量比为1:1，温室的温度为28～32℃，空气相对湿度为60～65%。
6.根据权利要求1所述的一种高强度水性钢铁防腐蚀涂料的制备方法，其特征在于：步骤（5）中所述的密封发酵的温度为35～45℃，密封发酵的时间为10～12天。
7.根据权利要求1所述的一种高强度水性钢铁防腐蚀涂料的制备方法，其特征在于：步骤（6）中所述的研磨的转速为400～500r/min，研磨的时间为3～5h。
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