CN113185894A - 一种增韧型钢筋防腐粉末涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种增韧型钢筋防腐粉末涂料及其制备方法。粉末涂料由以下组分制成：底粉60份，玻璃鳞片1‑5份，邦定助剂0.2‑1份，疏松剂0.1‑0.3份。所述底粉由以下重量百分含量的组分组成：树脂、固化剂及增韧固化剂60‑85％，固化促进剂0.5‑2％，流平剂0.7‑1.5％，消泡剂0.2‑1.5％,填料5‑20％，颜料0.5‑5％，偶联剂0.2‑1.5％。本发明还给出了增韧型钢筋防腐粉末涂料的制备方法。本发明的增韧型钢筋防腐粉末涂料所形成的涂层具有优异的防腐性能和低温柔韧性，尤其适用苛刻环境下的混凝土钢筋的防护。

Description

一种增韧型钢筋防腐粉末涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于粉末涂料领域，具体涉及一种增韧型钢筋防腐粉末涂料及其制备方法。

背景技术

粉末涂料是近年来发展迅猛的不含溶剂的绿色环保型涂料，它是以固体树脂和颜料、填料及助剂等组成的固体粉末状涂料，在常温下，经静电喷涂或流化床浸涂后，加热烘烤，经化学交联后固化成平整坚硬的涂膜。

混凝土钢筋结构在现代建筑工程中早已得到了广泛应用，混凝土是多孔性凝胶体，空气中的氧、湿气和其它腐蚀介质能通过孔隙和细裂缝侵蚀钢筋，降低钢筋的力学性能，而钢筋变成铁锈时体积要膨胀几十倍，导致混凝土开裂、保护层剥落，进一步缩短钢筋混凝土建筑的服役寿命，甚至引发严重的灾难性事故。在对钢筋混凝土结构中的钢筋在使用前喷涂一层粉末涂料延缓钢筋的锈蚀，延长混凝土的使用寿命，已被证明是目前钢筋混凝土防护的最佳手段。

目前的钢筋用防腐粉末涂料主要是环氧树脂，用酚醛树脂、酚树脂、酸酐等做固化剂，以咪唑做催化剂形成的成膜体系，这种体系固化后交联结构致密，虽耐腐蚀效果较好,但同时也存在质脆、韧性不足的缺点，导致在折弯成型时(尤其低温)，涂膜易出现裂纹，影响防腐效果；另外由于制作工艺所限，配方中采用的填料都是球型的，这类填料涂层的微观缺陷多（指涂膜在固化过程中形成的针孔、结构中的孔隙以及分子振动产生的空穴），而腐蚀介质在此缺陷趋于直线型渗透，使腐蚀介质容易到达钢筋表面引起锈蚀，影响防腐效果；这两种缺陷会使得现有混凝土钢筋在沿海的港口码头、跨海大桥、需要洒盐水防冻解冻的机场及高速公路等设施环境中容易被腐蚀，使用寿命受到影响。

近年来，利用玻璃鳞片等片状填料的“迷宫”阻隔效应提高有机涂层的抗渗透性和防腐性，已成为国内外防腐涂料领域的研究趋势。玻璃鳞片具有制造简易、成本低廉和化学性质稳定等特点，在油性漆中已普遍使用，然而玻璃鳞片，在粉末涂料传统的加工粉碎过程中难以维持原有的片状形状，这一点限制了其在粉末涂料中的应用；如果把玻璃鳞片直接加到底粉中（干混法），使用高速混合设备进行充分混合分散后成为成品，由于玻璃鳞片和底粉的物性（如密度、形状、介电常数和电阻）差别较大，且二者没有粘结吸附，在静电喷涂过程中二者发生分离，造成固化后的涂膜成分不均匀，还会出现堵枪等故障，影响粉末涂料的质量，不能发挥玻璃鳞片的屏蔽抗渗透防腐性能。

检索出以下与本申请相关的专利文献，CN 103509431 A(201310376267.6)一种用于建筑钢筋涂敷的纯环氧型重防腐粉末涂料,该涂料由下列重量份的原料制成：环氧树脂200 份 ，环氧固化剂 10 ～ 50 份 ，固化促进剂 0 ～ 3 份 ，无机填料 0 ～ 100 份 ，助剂 2 ～ 10 份 ，颜料 0 ～ 10 份。该发明为了提高钢筋防腐粉末涂料形成涂层的柔韧性，采用环氧固化剂为酸酐类环氧固化剂及其改性物。在环氧树脂体系中固化剂的结构是决定性能的其性能的关键因素，酸酐固化剂大部分含有刚性苯环结构，缺少柔性链段，固化后网络刚性强,其低温韧性与本发明相比存在不足，在标准要求温度为 25℃的实验室测试环境中可以通过弯曲测试，但当 环境温度低于 10℃，钢筋弯曲时，涂层容易发生开裂。另外大部分酸酐固化剂，具有刺激性气味，有腐蚀性，对眼、皮肤和呼吸道有伤害，使用不方便。文献CN101531857（ZL200910031029.5） 也公开了一种环氧树脂粉末涂料，可用于钢筋防护，该涂料由下列重量份数的原料制成 ：橡胶 环氧树脂 650 ～ 750 份、酚醛固化剂150 ～ 250 份、二氧化钛 60 ～ 100 份、颜料 5 ～ 10 份，但该发明采用酚醛固化剂，因其官能度较高、分子链刚性较强，由于该发明没有使用增韧环氧树脂，也存在低温韧 性不足的缺陷。两篇专利文献配方中采用的无机填料在粉碎工艺过程中都变成球型，抗渗透性差，因而防腐效果略显不足。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种增韧型钢筋防腐粉末涂料及其制备方法，解决了现有技术中钢筋粉末涂料低温韧性差，容易被腐蚀的问题。

本发明通过以下技术方案实现：一种增韧型钢筋防腐粉末涂料，其特征在于：由以下重量份的组分制成：

底粉60份，玻璃鳞片1-5份，邦定助剂0.2-1份，疏松剂0.1-0.3份；

所述底粉由以下重量百分含量的组分组成：树脂、固化剂及增韧固化剂60-85％，固化促进剂0.5-2％，流平剂0.7-1.5％，消泡剂0.2-1.5％,填料5-20％，颜料0.5-5％ ，偶联剂0.2-1.5％ ;

所述玻璃鳞片是耐化学腐蚀性能较好的鳞片状玻璃，厚度为2-5μm，粒径为10-40μm,是由1200℃以上的熔融C型中碱玻璃，经吹泡、冷却、粉碎、筛选及碾磨工艺制得。

添加的片状结构玻璃鳞片，在涂膜中的平行排列，切断了涂膜中的微孔，在涂膜中能形成高效的阻隔作用，使腐蚀性物质在涂膜中扩散、渗透和迁移的变得极其迂回曲折（屏蔽和迷宫效应），大大延长了腐蚀性介质在涂膜中的扩散路径，延缓了腐蚀介质对钢筋的侵蚀，从而极大地提高钢筋粉末涂料的防腐蚀性能。

所述增韧型钢筋防腐粉末涂料的制备方法包括以下步骤：

（1）配制底粉：

a.将树脂、固化剂及增韧固化剂、固化促进剂、流平剂、消泡剂、填料、颜料和偶联剂依次投入到混料机中，混合搅拌均匀,时间控制2-4min;

b.将混合好的物料通过加料器输送到挤出机进行熔融混合和分散挤出，挤出机温度控制Ι区100-105℃，Ⅱ区85-90℃;

c.熔融混合挤出的物料，经压片冷却辊压成薄片状易粉碎的物料，在经破碎机破碎成小片状的物料;

d.将小片状物料经输料器到ACM磨进行细粉碎后，通过150目筛网后，制得底粉;

(2)邦定玻璃鳞片：将底粉投到搅拌叶包覆5毫米厚的硅橡胶套的邦定釜中加入邦定蜡粉助剂，搅拌并加热；当邦定釜内达到预定温度56-58℃时，加入玻璃鳞片，邦定3-8分钟;

（3）将邦定好的粉料迅速输送到冷却罐中，降温至25℃，再加疏松剂搅拌2-5分钟，最后过80目筛，制得成品。

所述树脂为环氧树脂 ；所述固化剂为酚羟基树脂；增韧固化剂为芳香族聚氨酯预聚体、脂肪族聚氨酯预聚体的任意一种或两种；在成膜树脂中聚氨酯和环氧树脂、酚羟基树脂形成互穿网络聚合物，可以起到“强迫包容”和“协同效应”的作用，当涂膜受到外应力时（如拉伸、冲击等），通过互穿网络聚合物颗粒产生塑性变形及微裂纹的偏转和支化，能使涂膜交联网络产生能量消耗，从而显著提高涂膜的韧性。通过环氧树脂，酚羟基树脂固化剂和增韧聚氨酯固化剂的精准配比，不仅保留了环氧树脂的耐腐蚀性能和力学性能，同时还改善了环氧树脂固化产物质脆、韧性不足的缺点，使涂膜在在低温折弯成型时杜绝了裂纹，提高了钢筋粉末涂料的耐腐蚀性能。

所述固化促进剂为十一烷基咪唑、十七烷基咪唑或 烷基咪唑系列衍生物中的任意一种或几种。相比普通咪唑是其促进固化的环氧粉末涂料涂层具有很好的柔韧性。

所述邦定助剂为聚乙烯蜡粉 、聚四氟乙烯蜡粉、聚丙烯微粉蜡、氟改性聚乙烯蜡粉中的任意一种或几种, 邦定助剂的平均粒径为1-5µm。在底粉颗粒中起到分散阻隔的作用，防止邦定过程中的粘结而结块，显著改善玻璃鳞片与底粉颗粒的粘结性能，降低误邦定和预固化等弊端，提高邦定效率。

所述疏松剂为氧化铝C、气相二氧化硅中的任意一种或两种,疏松剂的比表面积为200m²/g。疏松剂起到疏松的作用，降低粉末涂料粒子之间的亲和力和凝聚力，改进粉末涂料的干粉流动性和供粉槽的硫化性能，提高上粉率。

所述流平剂为丙烯酸醋类共聚物和聚醚类中的一种或两种；流平剂的作用是通过降低体系的表面张力起到润湿流平的作用，使涂料有好的流平效果，形成光滑、平整、均匀的涂膜。

所述消泡剂为苯偶姻、脱气蜡粉、消泡蜡粉、聚乙烯蜡粉、聚丙烯复合微粉蜡中的任意一种或几种。消泡剂的作用是减少或消除气泡，在固化过程中能迅速将气泡从涂层中脱出，保证涂膜的致密性，防止涂层出现如针孔微观缺陷，减少腐蚀通道，使涂膜的外观平整光亮。

所述填料为钛白粉、沉淀硫酸坝、滑石粉，轻体碳酸钙和硅微粉中的任意一种或几种，其平均粒径大小为1000 -3000目,填料粒径的优选可增加其在树脂中分散的均匀程度，增强涂层的物理机械性能。颜料根据客户需要的颜色进行添加。

所述偶联剂为为硅氧烷类偶联剂，钛酸酯类偶联剂中的任意一种或两种。偶联剂可增加树脂与填料间的结合力，增强和改善涂膜的物理机械性能。另外偶联剂的化学键可以和底材、混凝土发生亲和作用，可显著改善界面层的细观结构 ,从而使底材、涂层和混凝土的粘结性能大幅提高。

本发明的有益效果是：

1.在成膜体系中添加了低温韧性优异的聚氨酯预聚体和长链型系列咪唑衍生物，在保留了环氧树脂的耐腐蚀性能和力学性能以外，提升了涂膜的韧性，使其可承受钢筋在低温弯曲时应力的变化，有效的避免了钢筋在低温折弯成型时涂膜容易出现的裂纹。减少了钢筋折弯过程的废品率，提高生产效率和经济效益。

2.运用热邦定技术把片状结构玻璃鳞片引进了粉末涂料中，由多层与基材近似平行排列的玻璃鳞片构成的鱼鳞效应，可将腐蚀介质的渗透距离延长数倍甚至数十倍，使得腐蚀介质难以渗透到基材，从而极大地提高钢筋粉末涂料的防腐蚀性能；玻璃鳞片可降低整个涂层的膨胀系数及硬化收缩率从而提高了涂层和基体材料的接着性，防止裂缝和剥离脱落现象的出现；玻璃鳞片的力学性能好并与树脂粘结紧密，使涂膜的耐磨性和抗冲击性都有大幅提高。

3.偶联剂使得体系里的树脂和填料粘结紧密，不但改善涂膜的物理机械性能，还提高了钢筋和混凝土相对粘结强度。

4.邦定釜的搅拌叶包覆5毫米厚的硅橡胶套，可大幅度的减少搅拌叶对玻璃鳞片的损坏，最大限度的保护了玻璃鳞片的片状结构，使其能彻底发挥其片状结构的物理屏蔽效应，增强了钢筋粉末涂料的防腐性能。

5.采用的原料易得，制备方法简单，生产过程对环境无污染，易于实现产业化。适用于处在潮湿环境或腐蚀介质中的钢筋混凝土结构中的钢筋防腐，可延缓基底钢筋的腐蚀，从而延长建筑物的使用寿命。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

实施例1：

一种增韧型钢筋防腐粉末涂料：其特征在于：由以下重量份的组分制成：

底粉60㎏ ，邦定助剂聚乙烯蜡粉0.5㎏，疏松剂氧化铝C 0.15㎏,玻璃鳞片2 ㎏。

所述底粉各组分重量为：E-12环氧树脂 35㎏，固化剂酚羟基树脂5.90㎏，增韧固化剂聚氨酯B1530 4.70㎏，固化促进剂Curezol C11Z 0.66㎏，流平剂GLP288 0.53㎏,消泡剂苯偶姻 0.60㎏,填料沉淀硫酸钡7.76㎏，填料滑石粉0.42㎏，钛白粉3.32㎏，颜料酞青蓝0.42㎏，偶联剂W-6670 0.69㎏。

酚羟基树脂（自制），羟基值0.5 mol/100g。底粉的平均粒径为20-45μm。

制备方法包括以下步骤：

（1）配制底粉：

a.将上述底粉各组份依次投入到混料机中，混合搅拌均匀,时间3min;

b.将混合好的物料通过加料器输送到挤出机进行熔融混合和分散挤出，挤出机温度控制Ι区100-105℃，Ⅱ区85-90℃;

c 熔融混合挤出的物料，经压片冷却辊压成薄片状易粉碎的物料，在经破碎机破碎成小片状的物料;

d.将小片状物料经输料器到ACM磨进行细粉碎后，通过150目筛网后，制得底粉。

(2)邦定玻璃鳞片：将底粉投到搅拌叶包覆5毫米厚的硅橡胶套的邦定釜中加入邦定蜡粉助剂，搅拌并加热；当邦定釜内达到预定温度57℃时，加入玻璃鳞片，邦定3-8分钟。

（3）将邦定好的粉料迅速输送到冷却罐中，降温至25℃，再加疏松剂搅拌2-5分钟，搅拌转速为2-5转/S，最后过80目筛，制得成品。

涂膜检测方法：

取本实施例中所得的钢筋粉末涂料进行主要性能检验，螺纹钢筋直径φ18㎜，将螺纹钢筋按照JG/T502-2016 标准要求处理后，预热到 230-235℃，用静电喷枪喷涂上述粉末，厚度180-200μm，利用余温，固化 90 秒。然后按照JG/T502-2016 标准测试。

其中抗冲击性，材质为喷砂钢板，尺寸100×100×5㎜；耐磨性，材质铝板，尺寸100㎜；钢板、铝板按GB/T9271的规定处理。

另外取现有的市售环氧钢筋粉末涂料即对照样一，环氧酚醛钢筋粉末涂料即对照样二，二者皆为球形填料，按照上述方法固化成膜，并分别进行相同的性能测试。试验检测结果见表1。

实施例2：

一种增韧型钢筋防腐粉末涂料：其特征在于：由以下重量份的组分制成：

底粉60㎏，邦定助剂氟改性聚乙烯蜡粉0.4㎏，疏松剂气相二氧化硅0.1㎏，玻璃鳞片2.3㎏ 。

所述底粉各组分重量为：E-12环氧树脂35㎏，固化剂酚羟基树脂 5.36㎏，增韧固化剂聚氨酯BF1320 4.96㎏，固化促进剂Curezol C17Z 0.57㎏，流平剂GLP288 0.58㎏,消泡剂聚乙烯蜡粉0.50㎏,填料沉淀硫酸钡7.1㎏，填料轻体碳酸钙1.62㎏，钛白粉3.24㎏，颜料炭黑0.49㎏，偶联剂ND-782 0.58㎏。

酚羟基树脂（自制），羟基值0.5 mol/100g，底粉的平均粒径为20-45μm。

制备方法和涂膜检测方法同实施例1。试验检测结果见表1。

实施例3：

一种增韧型钢筋防腐粉末涂料：其特征在于：由以下重量份的组分制成：

底粉60㎏，邦定助剂聚四氟乙烯蜡粉0.5㎏，疏松剂氧化铝C 0.15㎏，玻璃鳞片2.7㎏。

所述底粉各组分重量为：E-12环氧树脂35㎏，固化剂酚羟基树脂 5.73㎏，增韧固化剂聚氨酯AdditoL X1428 5.31㎏，固化促进剂Curezol C11Z 0.62㎏，流平剂GLP2880.66㎏,消泡剂聚丙烯复合微粉蜡0.54㎏,填料沉淀硫酸钡6.79㎏，填料硅微粉0.83㎏，填料钛白粉3.32㎏，颜料酞青绿0.50㎏和偶联剂ND-783 0.70㎏。

酚羟基树脂（自制），羟基值0.5 mol/100g，底粉的平均粒径为20-45μm。

制备方法和涂膜检测方法同实施例1。试验检测结果见表1。

由表1可看出，根据本发明所制得的增韧型钢筋防腐粉末涂料所形成的涂膜，无论是在物理机械性能，还是在抗化学腐蚀性能方面均达到了钢筋粉末涂料JG/T502-2016的要求指标。与对比例相比，在涂层可弯曲性、抗化学腐蚀性、抗氯化物和抗阴极剥离等方面都有大幅度的提高。

由检测结果可知本发明增韧型钢筋防腐粉末涂料，可满足当前国内建筑用环氧涂层钢筋的各项性能要求，尤其适用于处在潮湿环境或腐蚀介质中的钢筋混凝土结构中，延缓基底钢筋的腐蚀，从而延长建筑物的使用寿命，因而具有较大的实用价值和广阔的市场前景。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并没有对本发明造成任何限制，应当理解的是，本领域的技术人员在不脱离本发明的实质和范围内，做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (9)

1.一种增韧型钢筋防腐粉末涂料，其特征在于：由以下重量份的组分制成：

底粉60份，玻璃鳞片1-5份，邦定助剂0.2-1份，疏松剂0.1-0.3份；

所述底粉由以下重量百分含量的组分组成：树脂、固化剂及增韧固化剂60-85％，固化促进剂0.5-2％，流平剂0.7-1.5％，消泡剂0.2-1.5％,填料5-20％，颜料0.5-5％ ，偶联剂0.2-1.5％ ;

所述玻璃鳞片厚度为2-5μm，粒径为10-40μm,是由1200℃以上的熔融C型中碱玻璃，经吹泡、冷却、粉碎、筛选及碾磨工艺制得。

2.根据权利要求1所述的一种增韧型钢筋防腐粉末涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）配制底粉：

a.将树脂、固化剂及增韧固化剂、固化促进剂、流平剂、消泡剂、填料、颜料和偶联剂依次投入到混料机中，混合搅拌均匀,时间控制2-4min;

b.将混合好的物料通过加料器输送到挤出机进行熔融混合和分散挤出，挤出机温度控制Ι区100-105℃，Ⅱ区85-90℃;

c.熔融混合挤出的物料，经压片冷却辊压成薄片状易粉碎的物料，在经破碎机破碎成小片状的物料;

d.将小片状物料经输料器到ACM磨进行细粉碎后，通过150目筛网后，制得底粉;

(2)邦定玻璃鳞片：将底粉投到邦定釜中加入邦定蜡粉助剂，搅拌并加热；当邦定釜内达到预定温度56-58℃时，加入玻璃鳞片，邦定3-8分钟;

（3）将邦定好的粉料迅速输送到冷却罐中，降温至25℃，再加疏松剂搅拌2-5分钟，最后过80目筛，制得成品。

3.根据权利要求1所述的一种增韧型钢筋防腐粉末涂料，其特征在于：所述邦定助剂为聚乙烯蜡粉 、聚四氟乙烯蜡粉、聚丙烯微粉蜡、氟改性聚乙烯蜡粉中的任意一种或几种,邦定助剂的平均粒径为1-5µm。

4.根据权利要求1所述的一种增韧型钢筋防腐粉末涂料，其特征在于：所述疏松剂为氧化铝C、气相二氧化硅中的任意一种或两种,疏松剂的比表面积为 200m²/g。

5.根据权利要求1所述的一种增韧型钢筋防腐粉末涂料，其特征在于：所述树脂为环氧树脂 ；所述固化剂为酚羟基树脂；增韧固化剂为芳香族聚氨酯固化剂、脂肪族聚氨酯固化剂的任意一种或两种；所述固化促进剂为十一烷基咪唑、十七烷基咪唑或 烷基咪唑系列衍生物中的任意一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种增韧型钢筋防腐粉末涂料，其特征在于：所述流平剂为丙烯酸醋类共聚物和聚醚类中的一种或两种；所述消泡剂为苯偶姻、脱气蜡粉、消泡蜡粉、聚乙烯蜡粉、聚丙烯复合微粉蜡中的任意一种或几种。

7.根据权利要求1所述的一种增韧型钢筋防腐粉末涂料，其特征在于：所述填料为钛白粉、沉淀硫酸坝、滑石粉，轻体碳酸钙和硅微粉中的任意一种或几种，其平均粒径大小为1000 -3000目。

8.根据权利要求1所述的一种增韧型钢筋防腐粉末涂料，其特征在于：所述偶联剂为为硅氧烷类偶联剂，钛酸酯类偶联剂中的任意一种或两种。

9.根据权利要求2所述的一种增韧型钢筋防腐粉末涂料的制备方法，其特征在于：所述邦定釜的搅拌叶包覆5毫米厚的弹性材料。