0 前 言
带锈涂料能将一般的铁锈转化成稳定的无害锈,并兼有防腐蚀功能,用于已锈蚀的金属表面,可不经严格的除锈和表面处理直接涂装,这不仅大大降低生产成本和劳动强度,而且还非常适用于难以表面处理的大型钢铁构件,如桥梁、交通护栏、大型机械和设施、钢铁门窗等直接涂装,深受用户的欢迎[ 1～6 ] 。目前,国内外带锈涂料有3种类型:一是利用漆料对疏松铁锈的湿润渗透作用将铁锈分隔开并将其包围的渗透型带锈涂料;二是利用活性颜料的组合,通过缓慢水解产生的配位阴离子与活泼的铁锈形成难溶的复杂多酸配位物稳定铁锈的稳定型带锈涂料;三是利用转化剂(如磷酸、亚铁氰化钾或鞣酸、水杨酸等)与铁锈反应,将活泼铁锈转化成为无害且具有一定保护作用的配位物或螯合物的转化型带锈涂料。3种涂料因钢铁表面状态不同(如油污、水、锈的厚度及锈蚀均匀性等) ,适用范围也不同,前两种防锈能力有限,只适用于锈蚀层较薄的钢铁表面涂装,后一种效果较好,但不能在潮湿、带油污、无锈的钢铁表面涂装。为此,在分析研究了3 种带锈涂料优缺点的基础上,采用环氧树脂、沥青、铁锈转化剂、配位剂、溶剂等为主要原料,研制成功了一种转化型带水带锈涂料,该涂料铁锈转化性和防腐蚀性能都较好,且能在水膜或水中及少量油污的表面施工,可广泛应用于钢铁材料及设备的防腐蚀、维修和保养。
1 带水带锈涂料的制备
1 带水带锈涂料的制备
1. 1 涂料配方
转化型带水带锈涂料的基础配方如下(质量分数) :
环氧树脂( E 244) 18% (工业级)
沥青清漆6% (工业级)
溶剂
(丁醇和二甲苯体积比1z 1)
10% (工业级)
铁锈转化剂
(主要由磷酸组成)
35% 自配
柠檬酸2% (工业级)
钼酸钠1% (工业级)
磷酸二氢钠1% (工业级)
渗透剂(JFC或OP - 10) 1% (工业级)
炭黑2% (工业级)
乙醇24% 含量≥95%
助剂(乙二醇) 0. 5%
1. 2 制备工艺
将环氧树脂溶于溶剂与乙醇的混合溶剂中,加入一定量的环烷酸盐作催化剂,搅拌至全部溶解后,在不断搅拌下升温至60 ℃左右,并缓慢滴加铁锈转化剂,反应1. 0～1. 5 h后,即得环氧磷酸脂(A组分) 。
将剩余的铁锈转化剂加入到配有搅拌装置的耐酸反应釜中,升温至40 ℃左右,在不断搅拌下加入乙醇、柠檬酸、钼酸钠和磷酸二氢钠,搅拌反应2h左右,自然冷却即得B组分。
将上述制得的A,B组分两组混合均匀后加入到装有搅拌装置的耐酸反应釜中,再加入沥青清漆、渗透剂、助剂和炭黑,升温至50～60 ℃反应5 h后,经研磨即得本带水带锈涂料。
2 结果与讨论
2. 1 基料的影响和选择
本涂料选用的基料为环氧树脂( E 244)和沥青清漆,环氧树脂具有良好的附着力、耐酸碱性、耐水性和耐油性,但环氧树脂固化后脆性较大,在大气环境下易发生早期破坏,为此选用沥青弥补,同时对环氧树脂用磷酸进行改性生成环氧磷酸酯,进一步强化其性能,沥青清漆本身具有优良的耐水性、防腐蚀性,其耐热性、耐溶剂性较差。这两种材料配合,可发挥各自的优点,其含量影响见表1和表2。各试验中,铁锈转化能力均较强。
表1 环氧树脂对漆膜质量的影响
表2 沥青清漆对漆膜质量的影响
表2 沥青清漆对漆膜质量的影响
从表1和表2可知:环氧树脂质量分数控制在15%～20% ,沥青质量分数控制在4%～8%为宜。
2. 2 铁锈转化剂的影响
铁锈转化剂与铁锈发生化学反应,使有害的铁锈转化为无害或有用的配位物。常用的转化剂有磷酸、亚铁氰化钾和鞣酸,磷酸与铁锈反应生成磷酸亚铁,它能使膜层附着牢固,具有阴极化和阻蚀钝化作用。在磷酸存在下,鞣酸容易与钢铁表面及锈层中的铁离子作用生成鞣酸铁配合物,形成一种良好的不溶性保护膜,抑制腐蚀过程。为此,本研究选用磷酸与鞣酸按体积比3～4z 1的比例混配,加入5%亚铁氰化钾复配铁锈转化剂,同时磷酸参与环氧树脂的改性,生成环氧磷酸酯,能与铁离子形成环氧磷酸铁螯合物,达到进一步保护基体的目的。铁锈转化剂用量控制在32% ～40%为宜。低于30% ,由于铁锈转化不完全,造成膜层附着力较差;高于40% ,铁锈转化完全,但其中过量的磷酸会继续与铁基体反应,产生氢气,使漆膜起泡。
2. 3 防锈剂的选择
为了增强防锈能力,在带锈涂料中加入了由钼酸钠和磷酸二氢钠复配而成的防锈剂,在铁锈转化剂的存在下能与铁反应生成钼酸铁沉积于钢铁基体表面,使点蚀迅速得到抑制。磷酸盐在游离酸的作用下生成磷酸盐保护膜,能成倍提高漆膜的耐蚀性和耐水性。防锈剂加入量控制在2%左右为宜。
2. 4 溶剂和分散剂的选择
根据基料的性质,选用了二甲苯和丁醇作溶剂,两者按1z 1的体积比配成混合溶剂使用。为了使铁锈转化剂均匀地分散在带锈涂料中,选用了乙醇作分散剂。两者的影响见表3和表4。
表3 混合溶剂的影响
表4 乙醇的影响
表4 乙醇的影响
由表3 和表4 可知:溶剂质量分数应控制在8%～12% ,乙醇质量分数应控制在20% ～28%为佳。
2. 5 其他成分的作用和影响
为了提高漆膜的耐热性和耐化学腐蚀性,缩短涂料在水膜上或水中施工的固化时间,加入了炭黑,其用量控制在2%左右。炭黑用量小于1% ,漆膜有缩孔现象,表面有水汗;超过3%,由于炭黑吸潮,漆膜发生膨胀而使附着力下降。加入适量的渗透剂(采用具有较强渗透作用的表面活性剂JFC或OP210) ,加快铁锈转化剂向内层渗透,使内部铁锈转化成无害的具有一定保护作用的配合物或螯合物稳定下来,同时能使表面少量的油污乳化分散其中,加入量约为1% ,过多会影响漆膜的附着力。另外加入柠檬酸作配位剂,加快铁锈的转化速度,使其形成配合物或螯合物而稳定下来,其用量控制在1%～2%。
3 性能检测
3. 1 涂料与涂膜性能
两者性能见表5。
表5 涂料与涂膜性能检测结果
3. 2 施工性能
本涂料可采用刷涂、浸涂、喷涂施工,一般以刷涂施工为主,可直接在锈厚100μm以内的有少量油污或潮湿的钢铁表面上施工,钢铁件表面有疏松块锈、旧漆、泥沙等杂物,应先作必要的清理,再施工。本涂料可在潮湿表面或水中施工,但漆膜未干前应避免淋雨水。本涂料为单组分,稳定性好,室温下贮存1 a以上不会发生变质。
3. 3 配套性能
本涂料可与大部分面漆配套使用,采用本涂料作底漆,再分别涂硝基面漆、醇酸磁漆、丙烯酸面漆、聚氨酯面漆、聚酯面漆以及环氧面漆(因本转化型带水带锈涂料是黑色,面漆主要采用相近色漆) ,待漆膜干燥后,将其浸入5%NaCl溶液中90d,均未出现咬底、渗色、脱落、起泡等现象,说明本涂料与其他面漆的配套性较好。
4 结 论
以改性环氧树脂为主要成膜物、磷酸和鞣酸及少量亚铁氰化钾为转化剂的带水带锈涂料,原料易得,生产工艺简单,除锈效果好,漆膜附着力强,干燥快,防腐蚀性能好,与面漆配套性能好,且涂料本身性能稳定,达到了国家质量标准,能在潮湿环境或水中施工并固化成膜,可广泛应用于钢铁材料及构件的防腐蚀维护、维修和保养。
