钢结构表面防护用VCI粉末富锌涂料及其制备方法

摘要

本发明提供了一种钢结构表面防护用VCI粉末富锌涂料，其特征在于：包括以下重量份的组份：包括基料、填料、VCI气相缓蚀剂和助剂；所述基料包括20份～50份环氧粉末树脂、20份～50份聚酯粉末树脂；所述填料包括30份～60份片状锌粉、5份～10份三聚磷酸铝、5份～10份磷酸锌；所述助剂为流平剂、导电剂、脱气剂、中的一种或几种；所述基料、填料的质量比为3:1～3:7；所述VCI气相缓蚀剂的质量为基料和填料总质量的5份～10份；所述助剂的质量为基料和填料总质量的2份～10份。该涂料既具有粉末涂料良好的屏蔽作用，又具有相当一般富锌涂料的阴极保护作用，同时还具有VCI气相缓蚀剂的缓蚀效果，从而达到对金属基材优异的防护效果。

说明书

技术领域

本发明属于涂料领域，特别涉及一种钢结构表面防护用VCI粉末富锌涂料及其制备方法。

背景技术

热浸锌又叫热浸镀锌，是将除锈后的钢构件浸入600℃左右高温融化的锌液中，使钢构件表面附着锌层，锌层厚度对5mm以下薄板不得小于65μm，5mm及以上厚板不小于86μm。作为一种有效的金属防腐方式，热浸锌工艺已被广泛用于各行业的金属结构设施上。

现有热浸锌施工工艺如图1所示，然而，现有热浸锌施工工艺具有多方面的缺陷：

(1)酸洗过程采用的是20％盐酸会产生大量的酸性废液，活化以及暴光处理阶段采用的是ZnCl2、NH4Cl溶液会产生大量的工业废水，若直接排放会对水资源、土壤资源造成严重的污染，而废水处理成本较高；

(2)该工艺过程中需要消耗大量的煤炭资源，以维持锌槽温度，能源浪费严重。锌槽的温度需要长期维持在470℃以上，烘干需要维持在180℃左右，不仅需要消耗大量的煤炭、天然气等资源，而且会产生大量的锌蒸汽污染。以某表面处理厂为例，该厂每年处理桥架5万吨左右，每吨需要用煤55kg左右，每吨标准煤燃烧排放2620kg的二氧化碳，可知该厂每年排碳量7205吨左右(此数据不包括非工作时间维持锌槽所消耗的煤炭)，属于高排碳行业。

(3)施工工艺复杂，施工环境恶劣。施工过程中有大量废气、废液产生，且处理难度大，对周边环境造成污染。

(4)锌资源浪费严重。金属锌为不可再生资源，该工艺所用金属锌材料量大，且得到镀层性能一般。

因此，现有钢构件的防腐通常采用富锌涂料实现。室内外钢结构的防腐涂装一般选用富锌涂料为底，复合中间漆、面漆使用，其防腐性能主要利用富锌底漆的阴极保护作用；具有一次成本低，维护成本不高，防腐性能好等特点。

富锌涂料包括无机富锌涂料和有机富锌涂料，其中无机富锌涂料又包括水性无机富锌涂料和醇溶无机富锌涂料。该种涂料对钢铁具有电化学保护作用，防锈性能优良；耐海水、耐油、耐盐类、耐大气腐蚀，导电性好，不影响焊接施工。无机富锌涂料可长期在400℃以上高温环境中使用；有机富锌涂料可做重防腐涂料的底漆，如“环氧富锌底漆+环氧云铁漆+氯化橡胶面漆”构成的重防腐涂料配套体系，使用寿命可达7-15年。因此国内外的船舶、海洋采油设施、热力管道、桥梁、石油化工设备管线及高架铁塔等防腐蚀措施，越来越多地采用富锌涂料作为防腐涂料。

然而，近年来，由于环境污染越来越严重，国家对环境治理的力度越来越大。传统的有机富锌涂料中由于含有大量的苯、二甲苯、醋酸丁酯等有害溶剂，严重制约了该类涂料的发展。水性无机富锌涂料由于具有低VOC含量的特点而受到市场的青睐。但由于水性无机富锌涂料本身的特性，其对基材前处理的要求比较高(Sa2.5级)，且涂层的柔韧性较差，这些缺点的存在使得水性无机富锌涂料的发展受到了限制。醇溶无机富锌涂料虽然在一定程度上解决了水性无机富锌涂料柔韧性及前处理要求高的问题，但其本身的VOC含量较高，同样面临着有机富锌涂料的发展难题。

近年来粉末涂料的环境友好性和节能减排优势日益凸显，行业面临良好的发展机遇。粉末涂料作为无溶剂涂料，符合国际上流行的“四E”原则(经济、环保、高效、性能卓越)，而受到人们的欢迎。其特点如下：

工艺简单：粉末涂料是利用静电发生器使粉末粒子带电，均匀地吸附在金属基材上，然后通过高温熔融和固化转变成坚硬的保护涂层的一种技术，投资少，涂装工艺简单方便；

清洁：粉末涂料不含溶剂，这对于世界上日益增长的保护环境意识是不可否认的优点。同时，喷涂落地的粉末涂料可以回收再利用，喷涂时辅以旋风除尘或滤袋除器，使得粉末涂料是目前最清洁的涂料品种，可以做到100％环保。

经济：粉末涂料是百分之百的固体，这就意味着几乎百分之百地形成涂层而没有任何损耗，而且在喷涂时一次可以达到所要求的厚度，无须喷涂数层。

高效：粉末涂料具有卓越的机械性能，尤其是它的抗冲击性，柔韧性和表面硬度，优异的防腐性能及耐化学介质(酸类、碱类、溶剂等)性能，用于户外的系列产品还具有很高的耐候性，可以在恶劣的气候条件下对基材提供良好的保护。

《涂料行业“十一五”发展规划》和《涂料行业科技中长期发展规划》均明确提出要大力发展环保型粉末涂料。未来10年，我国将大幅削减传统溶剂涂料在工业涂料中的比例，使其所占份额由目前的50％锐减至5％。而粉末涂料的市场份额将由目前的18％上升到40％，最终用10～15年时间，对传统涂料产业实行新技术嫁接与改造，最终将传统溶剂涂料市场份额缩减至1％以下。这些规划为环保型粉末涂料的发展提供了机遇。今后包括水性涂料和粉末涂料在内的环保型涂料将逐步取代传统溶剂型涂料，成为市场的主导产品。

粉末涂料品种众多，包括各种颜色，各种美术纹理和高光、无光等效果的产品。树脂类型包括环氧聚酯(混合)型、环氧型、聚酯型、聚氨酯型等各种系列产品，品种基本可与溶剂型工业防腐涂料相当。但是，粉末涂料由于不具备向富锌涂料的电化学阴极保护作用，使得粉末涂料在重防腐领域应用时，必须结合热浸锌、电镀锌或者其他阴极保护系统应用，这不仅提高了工程造价也造成了资源的极大浪费。

发明内容

技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种钢结构表面防护用VCI粉末富锌涂料。

技术方案：本发明提供的一种钢结构表面防护用VCI粉末富锌涂料，包括以下重量份的组份：包括基料、填料、VCI气相缓蚀剂和助剂；所述基料包括20～50份环氧粉末树脂、20～50份聚酯粉末树脂、；所述填料包括30～60份片状锌粉、5～10份三聚磷酸铝、5～10份磷酸锌；所述助剂为流平剂、导电剂、脱气剂、中的一种或几种；所述基料和填料的质量比为3:1～3:7；所述VCI气相缓蚀剂的质量为基料和填料总质量的5～10％；所述助剂的质量为基料和填料总质量的2～10％。

作为优选，所述流平剂为聚丙酸乙酯、醋酸丁酯、二甲基聚硅氧烷、聚乙烯缩丁醛中的一种或者多种。

作为另一种优选，所述导电剂为非金属粉末，优选石墨或无定形碳黑。

作为另一种优选，所述脱气剂为安息香、双酰胺蜡中的一种或者两种。

作为另一种优选，所述助剂为质量比(25～50)：(35～60)：(5～20)的流平剂、导电剂、脱气剂中的一种或几种。

本发明还提供了上述钢结构表面防护用VCI粉末富锌涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将环氧粉末树脂、聚酯粉末树脂、片状锌粉、三聚磷酸铝、磷酸锌和助剂加入到高速混合机中，混合并破碎，得到均匀的混合物；

(2)将步骤(1)制得的混合物加入到挤出机中，熔融挤出；挤出温度：前温80℃～100℃，后温110℃～130℃；

(3)将步骤(2)挤出机挤出的热融状态物质经过压片机压辊滚压，形成1～2mm厚度的带状物，冷却后破碎成片状物料；

(4)将步骤(3)制得的片状物料重复步骤(1)至步骤(3)1～3次后将得到的产物加入磨粉机中进行细磨；

(5)过筛，即得。

有益效果：本发明提供的钢结构表面防护用VCI粉末富锌涂料既具有粉末涂料良好的屏蔽作用，又具有相当一般富锌涂料的阴极保护作用，同时还具有VCI气相缓蚀剂的缓蚀效果，从而达到对金属基材优异的防护效果。此外，本发明采用不同耐候树脂混拼的工艺，使该类粉末涂料具有比一般粉末涂料更为优异的耐候性。

VCI是气相缓蚀剂(VolatileCorrosionInhibitor)的英文缩写，是经特殊合成工艺、复配制备而成的一种腐蚀抑制剂。它能单独或依附于合适的载体，在常温常压下直接气化；在密封环境中通过自身可调节的持续挥发而使得作业单元内的任何空间缝隙中，都会充盈含有VCI防锈因子的混合气体，这种气体遭遇金属表面时会吸附其上，形成只有一个或数个分子厚的致密保护膜层；该保护膜层能有效隔绝金属表面与水分、氧气及其他有害大气腐蚀因素的接触，抑制促使金属腐蚀的电化学反应的发生，从而达到最佳的防锈蚀效果。

而片状锌粉(片锌)是将球状锌粉经过球磨工艺制作而成。片锌作为金属填料应用涂料中，所形成的涂层对铁基体有很好的保护作用，主要体现在以下三个方面：1、电化学方面，由于锌的电位比铁更负，因此对铁基体具有很好的电化学保护作用；2、密封和密封性，由于锌粉的腐蚀反应物(主要是碱式碳酸锌，2ZnCO₃、3Zn(OH)₂)沉积在锌粉颗粒之间，填塞颜料之间的空隙，又不导电，从而对涂层起到了封闭的作用；3、屏蔽效果，由于鳞片状锌粉在涂层中平行于涂膜表面排列，且互相重叠和交错，大大增加了水和腐蚀介质渗透过涂层的距离，从而提高了涂层的防腐蚀能力。

本发明中片状锌粉与VCI的协同作用，由于片状填料有很好的屏蔽效果，当VCI分子缓慢释放的时候，片状填料的平行搭接结构为其提供了一层封闭的膜，能够显著的降低VCI分子的弥散速度，从而对金属基体起到良好的缓蚀作用。

具体而言，本发明提供的钢结构表面防护用VCI粉末富锌涂料具有以下突出的优势：

1、防锈效果全面。无论金属表面规则与否，均能全方位防止锈蚀，不留任何死角。

2、防锈期限长。一般为2-5年，经特殊处理，可达10年以上。

3、VCI气化后形成的单分子保护层，不会损伤金属制品的材质，无任何副作用。

4、防锈性能卓著。即便是在像远洋运输那样的高温高湿高盐份的高腐蚀大气环境中，也能使被保护金属免遭锈蚀侵害。

5、卫生、安全、环保。不会对人体产生伤害，不会造成环境污染。

附图说明

图1为现有热浸锌施工工艺。

具体实施方式

本发明使用的原料见表1。

表1本发明使用的原料

其中，所述VCI气相缓蚀剂为：4—(N，N—二正丁基)—胺甲基吗啉、苯酸吗啉、氨基酸甲基酯、磷酸二环已胺、邻硝基苯甲酸六次甲基亚胺、苯并三氮唑的一种或者多种任意比例混合；其组成为现有技术。

下面对本发明钢结构表面防护用VCI粉末富锌涂料作出进一步说明。

实施例1

钢结构表面防护用VCI粉末富锌涂料，包括以下重量份的组份：包括基料、填料、VCI气相缓蚀剂和助剂；所述基料包括20份环氧粉末树脂E-12、50份聚酯粉末树脂T940；所述填料包括30份片状锌粉、10份三聚磷酸铝、10份磷酸锌；所述助剂为质量比25：60：5的流平剂、导电剂、脱气剂中的一种或几种；所述基料和填料的质量比为3:7；所述VCI气相缓蚀剂的质量为基料和填料总质量的10％；所述助剂的质量为基料和填料总质量的2％。

流平剂为聚丙酸乙酯、醋酸丁酯、二甲基聚硅氧烷、聚乙烯缩丁醛；导电剂为石墨或无定形碳黑；脱气剂为安息香、双酰胺蜡；所述光稳定剂为聚丁二酸酯。

其制备方法，包括以下步骤：

(1)将环氧粉末树脂、聚酯粉末树脂、聚四氟乙烯树脂、有机硅树脂、片状锌粉、三聚磷酸铝、磷酸锌和助剂加入到高速混合机中，混合并破碎，得到均匀的混合物；

(2)将步骤(1)制得的混合物加入到挤出机中，熔融挤出；挤出温度：前温80℃，后温110℃；

(3)将步骤(2)挤出机挤出的热融状态物质经过压片机压辊滚压，形成1～2mm厚度的带状物，冷却后破碎成片状物料；

(4)将步骤(3)制得的片状物料重复步骤(1)至步骤(3)1～3次后将得到的产物加入磨粉机中进行细磨；

(5)过筛，即得。

工艺流程为：混合→熔融挤出→压片冷却→粉碎→细磨→筛分。

实施例2

钢结构表面防护用VCI粉末富锌涂料，包括以下重量份的组份：包括基料、填料、VCI气相缓蚀剂和助剂；所述基料包括50份环氧粉末树脂E-12、30份聚酯粉末树脂T9401；所述填料包括60份片状锌粉、5份三聚磷酸铝、5份磷酸锌；所述助剂为质量比50：35：20的流平剂、导电剂、脱气剂、中的一种或几种；所述基料和填料的质量比为3:1；所述VCI气相缓蚀剂的质量为基料和填料总质量的5％；所述助剂的质量为基料和填料总质量的10％。

流平剂为聚丙酸乙酯、醋酸丁酯、二甲基聚硅氧烷、聚乙烯缩丁醛；导电剂为石墨或无定形碳黑；脱气剂为安息香、双酰胺蜡。

其制备方法，包括以下步骤：

(1)将环氧粉末树脂、聚酯粉末树脂、聚四氟乙烯树脂、有机硅树脂、片状锌粉、三聚磷酸铝、磷酸锌和助剂加入到高速混合机中，混合并破碎，得到均匀的混合物；

(2)将步骤(1)制得的混合物加入到挤出机中，熔融挤出；挤出温度：前温100℃，后温130℃；

(3)将步骤(2)挤出机挤出的热融状态物质经过压片机压辊滚压，形成1～2mm厚度的带状物，冷却后破碎成片状物料；

(4)将步骤(3)制得的片状物料重复步骤(1)至步骤(3)1～3次后将得到的产物加入磨粉机中进行细磨；

(5)过筛，即得。

工艺流程为：混合→熔融挤出→压片冷却→粉碎→细磨→筛分。

实施例3

钢结构表面防护用VCI粉末富锌涂料，包括以下重量份的组份：包括基料、填料、VCI气相缓蚀剂和助剂；所述基料包括40份环氧粉末树脂E-12、40份聚酯粉末树脂T9401；所述填料包括45份片状锌粉、7份三聚磷酸铝、8份磷酸锌；所述助剂为质量比35：45：15的流平剂、导电剂、脱气剂中的一种或几种；所述基料和填料的质量比为3:4；所述VCI气相缓蚀剂的质量为基料和填料总质量的7％；所述助剂的质量为基料和填料总质量的6％。

流平剂为聚丙酸乙酯、醋酸丁酯、二甲基聚硅氧烷、聚乙烯缩丁醛；导电剂为石墨或无定形碳黑；脱气剂为安息香、双酰胺蜡；。

其制备方法，包括以下步骤：

(1)将环氧粉末树脂、聚酯粉末树脂、、片状锌粉、三聚磷酸铝、磷酸锌和助剂加入到高速混合机中，混合并破碎，得到均匀的混合物；

(2)将步骤(1)制得的混合物加入到挤出机中，熔融挤出；挤出温度：前温90℃，后温120℃；

(3)将步骤(2)挤出机挤出的热融状态物质经过压片机压辊滚压，形成1～2mm厚度的带状物，冷却后破碎成片状物料；

(4)将步骤(3)制得的片状物料重复步骤(1)至步骤(3)1～3次后将得到的产物加入磨粉机中进行细磨；

(5)过筛，即得。

工艺流程为：混合→熔融挤出→压片冷却→粉碎→细磨→筛分。

测试实施例1至3的钢结构表面防护用VCI粉末富锌涂料性能，结果见表2。

表2实施例1至3的钢结构表面防护用VCI粉末富锌涂料性能

盐雾试验时间h 耐紫外老化时间h 附着力(划格法) 市售普通粉末 500 500 1级 实施例1涂料 ≥3000h ≥800h 1级 实施例2涂料 ≥3000h ≥800h 1级 实施例3涂料 ≥3000h ≥800h 1级