CN116218323B - 一种用于钢结构的耐磨防腐涂层及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钢材防腐技术领域，具体地说，涉及一种用于钢结构的耐磨防腐涂层及制备方法。其包括以下原料：的环氧树脂、聚氨基甲酸酯、丙烯酸聚氨酯、增稠剂、改性剂、防锈剂和稳定剂。本发明中通过聚乙烯蜡的析出、迁移至涂层表面并以微晶的形式在表面形成一层“蜡化”膜，从而提高涂层的耐磨性能，另外硬脂酸铅在制备涂覆料时能够帮助聚乙烯蜡进一步的均匀分布于涂覆料内，并在涂敷于钢结构表面冷却时，便于聚乙烯蜡析出至涂层的表面，从而加强涂层的耐磨性能。
Description
技术领域
本发明涉及钢材防腐技术领域，具体地说，涉及一种用于钢结构的耐磨防腐涂层及制备方法。
背景技术
钢结构是由钢制材料组成的结构，是主要的建筑结构类型之一，结构主要由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成，钢结构在高湿或高温下会受到水分、氧或污染物作用侵蚀，使得钢结构的耐久性、使用性能受到影响。
如CN108816709A中涉及一种钢结构表面防腐涂层及其制备方法，表面防腐涂层主要由三部分构成：第一部分为醇溶性无机富锌底漆层，第二部分为聚氨酯中间漆层，第三部分为氟碳面漆层；该防腐涂层制备过程中首先对钢结构表面进行清洁和喷砂除锈处理，紧接着进行底漆涂覆、中间漆涂覆和面漆涂覆；所述醇溶性无机富锌底漆层涂覆在钢结构基材表面，所述聚氨酯中间漆涂覆在底漆上，所述氟碳面漆涂覆在中间漆上。本发明所制备得到的防腐涂层具有优异的耐腐蚀、耐高温、耐化学药品性和良好的装饰性，延长了钢结构的使用期限，降低了后期的防腐蚀维护成本。该防腐涂层中，醇溶性富锌底漆不仅起到隔离屏蔽的作用，而且其中的金属锌，在水和氧的存在下发生阳极反应，减缓腐蚀速率，对钢结构起到长效的电化学保护作用，然而该防腐涂层没有针对耐磨性能做改进，由于防腐涂层长期暴露于室外环境中，风吹雨淋会导致涂层逐渐脱落，从而影响钢结构的防腐效果。
为了提高防腐涂层的耐磨性能以维持钢结构的防腐效果，提出一种用于钢结构的耐磨防腐涂层及制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于钢结构的耐磨防腐涂层及制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，一方面，本发明目的之一在于，提供了一种用于钢结构的耐磨防腐涂层，包括以下重量份的原料：44-65重量份的环氧树脂、15-26重量份的聚氨基甲酸酯、10-21重量份的丙烯酸聚氨酯、3-9重量份的增稠剂、5-8重量份的改性剂、10-18重量份的防锈剂和3-7重量份的稳定剂，其中，
所述改性剂包括聚乙烯蜡和己烯基双硬脂酰胺，且聚乙烯蜡和己烯基双硬脂酰胺的重量配比为5：1；
所述稳定剂包括硬脂酸铅和环氧大豆油，且硬脂酸铅和环氧大豆油的重量配比为3：1。
作为本技术方案的进一步改进，所述防锈剂包括硫酸钡和碳酸钠，且硫酸钡和碳酸钠的重量配比为1：1。
作为本技术方案的进一步改进，所述增稠剂包括聚羧酸盐和羧甲基纤维素，且聚羧酸盐和羧甲基纤维素的重量配比为1：3。
作为本技术方案的进一步改进，所述聚羧酸盐包括聚丙烯酸盐和聚甲基丙烯酸盐，且聚丙烯酸盐和聚甲基丙烯酸盐的重量配比为1：1。
另一方面，本发明还提供一种用于制备上述所述的用于钢结构的耐磨防腐涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1、将环氧树脂、聚氨基甲酸酯和丙烯酸聚氨酯投入搅拌罐内并加入足量水混合产生搅拌料；
S2、取出搅拌料将其投入反应釜内，并依次加入改性剂和防锈剂后进行升温搅拌产生反应料；
S3、反应釜内升温并向反应釜内投入增稠剂和稳定剂混合后，向反应釜内补水定容产生混合母料；
S4、取出并滤除混合母料的沉淀物后，通过加热脱水以产生涂覆料。
作为本技术方案的进一步改进，所述S1中，加入的水为去离子水。
作为本技术方案的进一步改进，所述S2中，搅拌时温度范围100-120℃，搅拌转速为25-40rpm/min。
作为本技术方案的进一步改进，所述S3中，反应釜内温度保持在120-150℃，且增稠剂和稳定剂与反应料的混合方式为对流混合。
作为本技术方案的进一步改进，所述S4中，滤除方式为通过工业过滤器滤除混合母料的沉淀物，且工业过滤器的过滤精度范围为5-20μm。
本发明中通过添加改性剂，在制备时处于高温环境，己烯基双硬脂酰胺能够作为高熔点润滑剂以辅助聚乙烯蜡溶解并均匀分布于涂覆料中，当涂覆料被涂覆于钢结构表面且冷却至常温时，由于聚乙烯蜡的疏水性使得聚乙烯蜡从涂覆料中析出，迁移至涂层表面并以微晶的形式在表面形成一层“蜡化”膜，从而提高涂层的耐磨性能，通过添加稳定剂，硬脂酸铅和环氧大豆油能够抑制涂覆料中组分的氧化反应并降低表面张力，确保各组分的均匀分布，另外在制备中的高温环境时，硬脂酸铅能够作为聚乙烯蜡的热稳定剂和润滑剂，制备涂覆料时能够帮助聚乙烯蜡进一步的均匀分布于涂覆料内，并在涂敷于钢结构表面冷却时，便于聚乙烯蜡析出至涂层的表面，从而加强涂层的耐磨性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、该用于钢结构的耐磨防腐涂层及制备方法中，通过聚乙烯蜡的析出、迁移至涂层表面并以微晶的形式在表面形成一层“蜡化”膜，从而提高涂层的耐磨性能，另外硬脂酸铅在制备涂覆料时能够帮助聚乙烯蜡进一步的均匀分布于涂覆料内，并在涂敷于钢结构表面冷却时，便于聚乙烯蜡析出至涂层的表面，从而加强涂层的耐磨性能。
2、该用于钢结构的耐磨防腐涂层及制备方法中，通过添加防锈剂能够在钢结构表面形成一层防护膜，阻止水分、氧气和其他杂质的入侵，从而避免钢结构表面被腐蚀锈蚀，并且通过添加增稠剂能够增加乳液涂料的稠度，减慢涂料的沉淀速度，而且沉淀物松散，易搅拌均匀，使乳液涂料施工时涂刷省力，又可减少流挂，保证涂层的外观和质量。
附图说明
图1为本发明的整体流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例目的在于，提供了一种用于钢结构的耐磨防腐涂层，包括以下重量份的原料：44-65重量份的环氧树脂、15-26重量份的聚氨基甲酸酯、10-21重量份的丙烯酸聚氨酯、3-9重量份的增稠剂、5-8重量份的改性剂、10-18重量份的防锈剂和3-7重量份的稳定剂，其中，
改性剂包括聚乙烯蜡和己烯基双硬脂酰胺，且聚乙烯蜡和己烯基双硬脂酰胺的重量配比为5：1；
稳定剂包括硬脂酸铅和环氧大豆油，且硬脂酸铅和环氧大豆油的重量配比为3：1。
进一步的防锈剂包括硫酸钡和碳酸钠，且硫酸钡和碳酸钠的重量配比为1：1，防锈剂能够在钢结构表面形成一层防护膜，阻止水分、氧气和其他杂质的入侵，从而避免钢结构表面被腐蚀锈蚀。
再进一步的，增稠剂包括聚羧酸盐和羧甲基纤维素，且聚羧酸盐和羧甲基纤维素的重量配比为1：3，通过添加增稠剂能够增加乳液涂料的稠度，减慢涂料的沉淀速度，而且沉淀物松散，易搅拌均匀，使乳液涂料施工时涂刷省力，又可减少流挂，保证涂层的外观和质量。
更进一步的，聚羧酸盐包括聚丙烯酸盐和聚甲基丙烯酸盐，且聚丙烯酸盐和聚甲基丙烯酸盐的重量配比为1：1，聚丙烯酸盐和聚甲基丙烯酸盐的优点是相容性好，所增稠的乳液容易成膜，不易被微生物降解。
本发明中通过添加改性剂，在制备时处于高温环境，己烯基双硬脂酰胺能够作为高熔点润滑剂以辅助聚乙烯蜡溶解并均匀分布于涂覆料中，当涂覆料被涂覆于钢结构表面且冷却至常温时，由于聚乙烯蜡的疏水性使得聚乙烯蜡从涂覆料中析出，迁移至涂层表面并以微晶的形式在表面形成一层“蜡化”膜，从而提高涂层的耐磨性能，通过添加稳定剂，硬脂酸铅和环氧大豆油能够抑制涂覆料中组分的氧化反应并降低表面张力，确保各组分的均匀分布，另外在制备中的高温环境时，硬脂酸铅能够作为聚乙烯蜡的热稳定剂和润滑剂，制备涂覆料时能够帮助聚乙烯蜡进一步的均匀分布于涂覆料内，并在涂敷于钢结构表面冷却时，便于聚乙烯蜡析出至涂层的表面，从而加强涂层的耐磨性能。
请参阅图1所示，本发明实施例还提供了一种用于制备上述的用于钢结构的耐磨防腐涂层的制备方法，具体步骤如下：
S1、将44-65重量份的环氧树脂、15-26重量份的聚氨基甲酸酯和10-21重量份的丙烯酸聚氨酯投入搅拌罐内并加入足量水混合产生搅拌料，加入的水为去离子水，能够避免水中杂质离子与原料混合反应，能够提高生成制品的纯度；
S2、取出搅拌料将其投入反应釜内，并依次加入5-8重量份的改性剂和10-18重量份的防锈剂后进行升温搅拌产生反应料，搅拌时温度范围100-120℃，搅拌转速为25-40rpm/min，通过高温搅拌，以便于投入的改性剂和稳定剂能够充分的与搅拌料接触，实现反应料内各组分的均匀分布；
S3、反应釜内升温保持在120-150℃的范围内，并向反应釜内投入3-9重量份的增稠剂和3-7重量份的稳定剂混合后，向反应釜内补水定容产生混合母料，且增稠剂和稳定剂与反应料的混合方式为对流混合，对流混合即在外力作用下，固体颗粒群做大幅度位置移动，在循环流动的过程中实现混合，其优点是能够促进物料间的均匀分布；
S4、取出并滤除混合母料的沉淀物后，通过加热脱水以产生涂覆料，滤除方式为通过工业过滤器滤除混合母料的沉淀物，且工业过滤器的过滤精度范围为5-20μm，通过滤除沉淀物能够确保最终生成的涂覆料的质量均一。
根据制备过程中原料用量以及工艺参数的差异，通过以下具体实施例来对本发明所制备的用于钢结构的耐磨防腐涂层进行进一步的说明。
实施例1
S1、将44重量份的环氧树脂、15重量份的聚氨基甲酸酯和10重量份的丙烯酸聚氨酯投入搅拌罐内并加入足量水混合产生搅拌料，加入的水为去离子水；
S2、取出搅拌料将其投入反应釜内，并依次加入5重量份的改性剂和10重量份的防锈剂后进行升温搅拌产生反应料，搅拌时温度为100℃，搅拌转速为25rpm/min；
S3、反应釜内升温保持在120℃，并向反应釜内投入3重量份的增稠剂和3重量份的稳定剂混合后，向反应釜内补水定容产生混合母料，且增稠剂和稳定剂与反应料的混合方式为对流混合；
S4、取出并滤除混合母料的沉淀物后，通过加热脱水以产生涂覆料，滤除方式为通过工业过滤器滤除混合母料的沉淀物，且工业过滤器的过滤精度为5μm。
实施例2
S1、将50重量份的环氧树脂、20重量份的聚氨基甲酸酯和12重量份的丙烯酸聚氨酯投入搅拌罐内并加入足量水混合产生搅拌料，加入的水为去离子水；
S2、取出搅拌料将其投入反应釜内，并依次加入7重量份的改性剂和12重量份的防锈剂后进行升温搅拌产生反应料，搅拌时温度为115℃，搅拌转速为30rpm/min；
S3、反应釜内升温保持在140℃，并向反应釜内投入4重量份的增稠剂和6重量份的稳定剂混合后，向反应釜内补水定容产生混合母料，且增稠剂和稳定剂与反应料的混合方式为对流混合；
S4、取出并滤除混合母料的沉淀物后，通过加热脱水以产生涂覆料，滤除方式为通过工业过滤器滤除混合母料的沉淀物，且工业过滤器的过滤精度为10μm。
实施例3
S1、将60重量份的环氧树脂、18重量份的聚氨基甲酸酯和19重量份的丙烯酸聚氨酯投入搅拌罐内并加入足量水混合产生搅拌料，加入的水为去离子水；
S2、取出搅拌料将其投入反应釜内，并依次加入6重量份的改性剂和16重量份的防锈剂后进行升温搅拌产生反应料，搅拌时温度为105℃，搅拌转速为35rpm/min；
S3、反应釜内升温保持在130℃，并向反应釜内投入7重量份的增稠剂和4重量份的稳定剂混合后，向反应釜内补水定容产生混合母料，且增稠剂和稳定剂与反应料的混合方式为对流混合；
S4、取出并滤除混合母料的沉淀物后，通过加热脱水以产生涂覆料，滤除方式为通过工业过滤器滤除混合母料的沉淀物，且工业过滤器的过滤精度为15μm。
实施例4
S1、将65重量份的环氧树脂、26重量份的聚氨基甲酸酯和21重量份的丙烯酸聚氨酯投入搅拌罐内并加入足量水混合产生搅拌料，加入的水为去离子水；
S2、取出搅拌料将其投入反应釜内，并依次加入8重量份的改性剂和18重量份的防锈剂后进行升温搅拌产生反应料，搅拌时温度为120℃，搅拌转速为40rpm/min；
S3、反应釜内升温保持在150℃，并向反应釜内投入9重量份的增稠剂和7重量份的稳定剂混合后，向反应釜内补水定容产生混合母料，且增稠剂和稳定剂与反应料的混合方式为对流混合；
S4、取出并滤除混合母料的沉淀物后，通过加热脱水以产生涂覆料，滤除方式为通过工业过滤器滤除混合母料的沉淀物，且工业过滤器的过滤精度为20μm。
表1实施例1-4中原料用量对比
表2实施例1-4中工艺参数对比
对比例1
本对比例采用实施例1的制备方法，只缺少改性剂，其余不变，具体步骤如下：
S1、将44重量份的环氧树脂、15重量份的聚氨基甲酸酯和10重量份的丙烯酸聚氨酯投入搅拌罐内并加入足量水混合产生搅拌料，加入的水为去离子水；
S2、取出搅拌料将其投入反应釜内，并加入10重量份的防锈剂后进行升温搅拌产生反应料，搅拌时温度为100℃，搅拌转速为25rpm/min；
S3、反应釜内升温保持在120℃，并向反应釜内投入3重量份的增稠剂和3重量份的稳定剂混合后，向反应釜内补水定容产生混合母料，且增稠剂和稳定剂与反应料的混合方式为对流混合；
S4、取出并滤除混合母料的沉淀物后，通过加热脱水以产生涂覆料，滤除方式为通过工业过滤器滤除混合母料的沉淀物，且工业过滤器的过滤精度为5μm。
对比例2
本对比例采用实施例2的制备方法，只缺少改性剂，其余不变，具体步骤与对比例1相似，本对比例不再赘述。
对比例3
本对比例采用实施例3的制备方法，只缺少改性剂，其余不变，具体步骤与对比例1相似，本对比例不再赘述。
对比例4
本对比例采用实施例4的制备方法，只缺少改性剂，其余不变，具体步骤与对比例1相似，本对比例不再赘述。
表3对比例1-4中原料用量对比
对比例5
本对比例采用实施例1的制备方法，只缺少稳定剂，其余不变，具体步骤如下：
S1、将44重量份的环氧树脂、15重量份的聚氨基甲酸酯和10重量份的丙烯酸聚氨酯投入搅拌罐内并加入足量水混合产生搅拌料，加入的水为去离子水；
S2、取出搅拌料将其投入反应釜内，并依次加入5重量份的改性剂和10重量份的防锈剂后进行升温搅拌产生反应料，搅拌时温度为100℃，搅拌转速为25rpm/min；
S3、反应釜内升温保持在120℃，并向反应釜内投入3重量份的增稠剂混合后，向反应釜内补水定容产生混合母料，且增稠剂和稳定剂与反应料的混合方式为对流混合；
S4、取出并滤除混合母料的沉淀物后，通过加热脱水以产生涂覆料，滤除方式为通过工业过滤器滤除混合母料的沉淀物，且工业过滤器的过滤精度为5μm。
对比例6
本对比例采用实施例2的制备方法，只缺少稳定剂，其余不变，具体步骤与对比例5相似，本对比例不再赘述。
对比例7
本对比例采用实施例3的制备方法，只缺少稳定剂，其余不变，具体步骤与对比例5相似，本对比例不再赘述。
对比例8
本对比例采用实施例4的制备方法，只缺少稳定剂，其余不变，具体步骤与对比例5相似，本对比例不再赘述。
表4对比例5-8中原料用量对比
表5对比例1-8中工艺参数对比
对比例9
本对比例采用实施例1的制备方法，只将搅拌温度设置为80℃，其余不变，具体步骤与实施例1相似，本对比例不再赘述。
对比例10
本对比例在对比例1的基础上，只将搅拌温度设置为150℃，其余不变，具体步骤与对比例1相似，本对比例不再赘述。
对比例11
本对比例采用实施例2的制备方法，只将搅拌转速设置为50rpm/min，其余不变，具体步骤与实施例2相似，本对比例不再赘述。
对比例12
本对比例采用实施例3的制备方法，只将升温温度设置为160℃，其余不变，具体步骤与实施例3相似，本对比例不再赘述。
对比例13
本对比例在对比例7的基础上，只将升温温度设置为100℃，其余不变，具体步骤与对比例5相似，本对比例不再赘述。
对比例14
本对比例采用实施例1的制备方法，只将过滤精度设置为25μm，其余不变，具体步骤与实施例1相似，本对比例不再赘述。
表6对比例9-14中原料用量对比
表7对比例9-14中工艺参数对比
试验例
分别根据实施例1-4和对比例1-14所提供的用于钢结构的耐磨防腐涂层的制备方法制备出涂覆料，并根据GB/T 1768-2006《色漆和清漆耐磨性的测定旋转橡胶砂轮法》对涂覆料所形成的防腐涂层作耐磨性测试(耐磨性是以经过规定次数的摩擦循环后漆膜的质量损耗来表示，或者以磨去该道涂层至下道涂层或底材所需要的循环次数来表示)，并将测得的数据填入表8。
表8实施例和对比例所制备涂覆料的耐磨性能对比
根据表8可得知，实施例1-4所制备的涂覆料与对比例1-14所制备的涂覆料相比较，实施例所制备涂覆料的摩擦循环次数均大于对比例所制备涂覆料的摩擦循环次数，并且实施例所制备涂覆料的摩擦循环次数均大于360次，而采用由不同原料用量和工艺参数的对比例所制备涂覆料的摩擦循环次数均有所减少，因此本发明所制备的涂覆料的耐摩擦循环次数较高，作为防腐涂层的耐磨性能较好。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.一种用于钢结构的耐磨防腐涂层，其特征在于，包括以下重量份的原料：44-65重量份的环氧树脂、15-26重量份的聚氨基甲酸酯、10-21重量份的丙烯酸聚氨酯、3-9重量份的增稠剂、5-8重量份的改性剂、10-18重量份的防锈剂和3-7重量份的稳定剂，其中，
所述改性剂包括聚乙烯蜡和己烯基双硬脂酰胺，且聚乙烯蜡和己烯基双硬脂酰胺的重量配比为5：1；
所述稳定剂包括硬脂酸铅和环氧大豆油，且硬脂酸铅和环氧大豆油的重量配比为3：1；
所述防锈剂包括硫酸钡和碳酸钠，且硫酸钡和碳酸钠的重量配比为1：1；
所述增稠剂包括聚羧酸盐和羧甲基纤维素，且聚羧酸盐和羧甲基纤维素的重量配比为1：3；
用于钢结构的耐磨防腐涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1、将环氧树脂、聚氨基甲酸酯和丙烯酸聚氨酯投入搅拌罐内并加入足量水混合产生搅拌料；
S2、取出搅拌料将其投入反应釜内，并依次加入改性剂和防锈剂后进行升温搅拌产生反应料；
S3、反应釜内升温并向反应釜内投入增稠剂和稳定剂混合后，向反应釜内补水定容产生混合母料；
S4、取出并滤除混合母料的沉淀物后，通过加热脱水以产生涂覆料；
所述S1中，加入的水为去离子水；
所述S2中，搅拌时温度范围100-120℃，搅拌转速为25-40rpm；
所述S3中，反应釜内温度范围为120-150℃，且增稠剂和稳定剂与反应料的混合方式为对流混合；
所述S4中，滤除方式为通过工业过滤器滤除混合母料的沉淀物，且工业过滤器的过滤精度范围为5-20μm。
2.根据权利要求1所述的用于钢结构的耐磨防腐涂层，其特征在于：所述聚羧酸盐包括聚丙烯酸盐和聚甲基丙烯酸盐，且聚丙烯酸盐和聚甲基丙烯酸盐的重量配比为1：1。
3.一种如权利要求1-2中任意一项所述的用于钢结构的耐磨防腐涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将环氧树脂、聚氨基甲酸酯和丙烯酸聚氨酯投入搅拌罐内并加入足量水混合产生搅拌料；
S2、取出搅拌料将其投入反应釜内，并依次加入改性剂和防锈剂后进行升温搅拌产生反应料；
S3、反应釜内升温并向反应釜内投入增稠剂和稳定剂混合后，向反应釜内补水定容产生混合母料；
S4、取出并滤除混合母料的沉淀物后，通过加热脱水以产生涂覆料；
所述S1中，加入的水为去离子水；
所述S2中，搅拌时温度范围100-120℃，搅拌转速为25-40rpm；
所述S3中，反应釜内温度范围为120-150℃，且增稠剂和稳定剂与反应料的混合方式为对流混合；
所述S4中，滤除方式为通过工业过滤器滤除混合母料的沉淀物，且工业过滤器的过滤精度范围为5-20μm。
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