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CN109096802A - 一种磷酸盐基无机金属防腐涂料及其应用 - Google Patents

一种磷酸盐基无机金属防腐涂料及其应用 Download PDF

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CN109096802A
CN109096802A CN201810744685.9A CN201810744685A CN109096802A CN 109096802 A CN109096802 A CN 109096802A CN 201810744685 A CN201810744685 A CN 201810744685A CN 109096802 A CN109096802 A CN 109096802A
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Abstract

本发明提供了一种磷酸盐基无机金属防腐涂料及其应用。本发明提供的磷酸盐基无机金属防腐涂料，以重量份计，包括以下组分：磷酸二氢盐34～50份；固化剂20～40份；缓凝剂1～7份；防锈颜料0.1～18份；所述防锈颜料为三聚磷酸铝、三聚磷酸二氢铝和改性三聚磷酸铝中的一种或多种。本发明提供的磷酸盐基无机金属防腐涂料，所需原料种类少，制备工艺简单，防腐蚀效果优良。

Description

一种磷酸盐基无机金属防腐涂料及其应用
技术领域
本发明涉及防腐蚀材料技术领域，尤其涉及一种磷酸盐基无机金属防腐涂料及其应用。
背景技术
全世界每年因金属腐蚀而造成的直接经济损失约700亿～10000亿美元。我国2014年因金属腐蚀产生的损失高达21278亿元人民币，占国家GDP的3.34％。就目前来讲，防止金属腐蚀最有效、最经济的方法是在金属表面涂刷防腐涂料。用于金属表面涂刷的防腐涂料主要是有机涂料，有机涂料容易老化、对环境污染大，而无机防腐涂料则具有以下方面的优势，例如无机涂料产品多数是以水为分散介质，生产及使用过程中对环境的污染小，无环境和健康方面的不良影响；无机涂料的耐老化性能比有机涂料好；无机涂料多数呈碱性，更适合于在同样显碱性的水泥和灰砂等基层上应用，能够和基层形成一体。因此，无机涂料具有良好的综合技术经济性能。
磷酸盐涂料属于化学结合的胶凝材料，其与金属具有良好的粘结力，温度适应性强，耐磨、抗冻，具有较高的致密度、较高的力学性能以及优异的耐酸、碱、盐腐蚀的特性。
中国专利CN201410617572.4公开了一种使用磷酸盐粘结剂加上各种颜填料、功能性助剂、工业固体废物等制备而成的一种常温自固化无机磷酸盐防腐蚀涂料，但是在制备过程中所需颜料和各种助剂种类较多，制备过程比较繁琐。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磷酸盐基无机金属防腐涂料及其应用，本发明提供的磷酸盐基无机金属防腐涂料，所需原料种类少，制备工艺简单，防腐蚀效果优良。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种磷酸盐基无机金属防腐涂料，以重量份计，包括以下组分：
所述防锈颜料为三聚磷酸铝、三聚磷酸二氢铝和改性三聚磷酸铝中的一种或多种。
优选的，包含以下组分：
优选的，所述磷酸二氢盐为磷酸二氢钾、磷酸二氢钠和磷酸二氢铵中的一种或多种。
优选的，所述固化剂为镁砂、氧化锌和氧化铝中的一种或多种。
优选的，所述缓凝剂为硼砂和/或硼酸。
优选的，所述缓凝剂为固化剂重量的5～15％。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的磷酸盐基无机金属防腐涂料在金属材料表面防腐中的应用。
优选的，将所述磷酸盐基无机金属防腐涂料与水混合，得到混合料液，将所述混合料液涂覆在金属材料表面。
优选的，以所述磷酸盐基无机金属防腐涂料中磷酸二氢盐的34～50重量份计，所述水为13～27重量份。
本发明提供了一种磷酸盐基无机金属防腐涂料，以质量份计，包括以下组分：磷酸二氢盐34～50份；固化剂20～40份；缓凝剂1～7份；防锈颜料0.1～18份；所述防锈颜料为三聚磷酸铝、三聚磷酸二氢铝和改性三聚磷酸铝中的一种或多种。本发明的磷酸二氢盐在有水存在的条件下能够与固化剂在常温下反应形成防腐蚀性能优异以及耐磨性好的磷酸盐胶凝材料；采用三聚磷酸铝、改性三聚磷酸铝和三聚磷酸二氢铝中的一种或多种为防锈颜料，使得磷酸盐基无机金属防腐涂料具有化学防蚀和隔绝防锈的双重效果。实施例的结果表明，本发明提供的磷酸盐基无机金属防腐涂料与金属表面具有较强界面结合强度，附着力0～1级；固化后表面平整光滑；硬度大，涂料硬度在5H～8H；耐磨性好，磨损指数在0.00038～0.00041；耐盐雾性好，经1440小时无铁锈出现；腐蚀电位为-0.689V～-0.591V，且经高温下720h的干湿循环后表面平整光滑，无裂纹，无锈蚀。总体来说，本发明提供的磷酸盐基无机金属防腐涂料防腐蚀效果优良。
附图说明
图1为涂覆对比例1和实施例1涂料试样的表面宏观形貌图；
图2为涂覆对比例1和实施例1涂料的试样在盐水浸泡30天后的Tafel曲线图；
图3为涂覆对比例1和实施例1涂料的试样在高温(68℃)下干湿循环720小时后的表面宏观形貌图。
具体实施方式
本发明提供了一种磷酸盐基无机金属防腐涂料，以重量份计，包括以下组分：
所述防锈颜料为三聚磷酸铝、三聚磷酸二氢铝和改性三聚磷酸铝中的一种或多种。
本发明提供的磷酸盐基无机金属防腐涂料包含34～50重量份磷酸二氢盐，优选为38～48份，更优选为40～46份。在本发明中，所述磷酸二氢盐优选为磷酸二氢钾、磷酸二氢钠和磷酸二氢铵中的一种或多种。本发明对所述磷酸二氢钾、磷酸二氢钠和磷酸二氢铵的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知来源的磷酸二氢钾、磷酸二氢钠和磷酸二氢铵即可，具体的如市售的磷酸二氢钾、磷酸二氢钠和磷酸二氢铵。本发明所述磷酸二氢盐在有水存在的条件下能够与固化剂反应生成防腐蚀性能优异以及耐磨性好的磷酸盐胶凝材料。
以所述磷酸二氢盐的重量份为基准，本发明所述磷酸盐基无机金属防腐涂料包含20～40份固化剂，优选为25～38份，更优选为28～35份。在本发明中，所述固化剂优选为镁砂、氧化锌和氧化铝中的一种或多种，更优选为镁砂。当所述固化剂含有镁砂时，所述镁砂中MgO的含量优选大于等于90％，更优选为大于等于98％。本发明对所述镁砂、氧化锌和氧化铝的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知来源的镁砂、氧化锌和氧化铝即可，具体的如市售的镁砂、氧化锌和氧化铝。本发明所述固化剂可以使涂料在常温下进行固化，也可以作为填料改善涂料的致密性。
以所述磷酸二氢盐的重量份为基准，本发明所述磷酸盐基无机金属防腐涂料包含1～7份缓凝剂，优选为1～6份；所述缓凝剂的重量更优选为固化剂重量的5～15％。在本发明中，所述缓凝剂优选为硼砂和/或硼酸，更优选为硼砂。本发明对所述硼砂和硼酸的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知来源的硼砂和硼酸即可，具体的如市售的硼砂和硼酸。本发明所述缓凝剂可以延缓涂料的凝结时间，且对涂料的各项性能影响较小。
以所述磷酸二氢盐的重量份为基准，本发明所述磷酸盐基无机金属防腐涂料包含0.1～18份防锈颜料，优选为1～15份，更优选为5～10份。在本发明中，所述防锈颜料为三聚磷酸铝、三聚磷酸二氢铝和改性三聚磷酸铝中的一种或多种。本发明对所述防锈颜料的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的市售三聚磷酸铝、三聚磷酸二氢铝和改性三聚磷酸铝商品即可。本发明所述防锈颜料具有化学防腐和隔绝防锈的双重效果。
本发明对所述磷酸盐基无机金属防腐涂料的制备方法没有特殊要求，将各组分直接混合均匀即可。在本发明中，所述混合优选为低速搅拌混合。在本发明中，所述低速搅拌的速率优选为57～67r/min，更优选为62r/min；所述低速搅拌的时间优选为20～30s，更优选为20s。本发明所述低速搅拌是为了防止粉尘飞溅。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的磷酸盐基无机金属防腐涂料在金属材料表面防腐中的应用。
本发明将所述磷酸盐基无机金属防腐涂料与水混合，得到混合料液，将所述混合料液涂覆在金属材料表面。在本发明中，所述混合优选为将水加入所述磷酸盐基无机金属防腐涂料后进行高速搅拌混合；所述高速搅拌的速率优选为115～135r/min，更优选为125r/min；所述高速搅拌的时间为40～50s，更优选为40s。本发明采用高速搅拌是为了使液体和固体颗粒之间充分混合均匀。以所述磷酸盐基无机金属防腐涂料中磷酸二氢盐的重量份为基准，本发明添加13～27份水，优选为14～25份，更优选为15～23份。在本发明中，所述水优选为去离子水。本发明对所述去离子水的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知来源的去离子水即可。本发明在所述磷酸盐基无机金属防腐涂料与水混合过程中磷酸二氢盐在固化剂作用下发生胶凝反应，得到胶凝态的混合料液。
得到混合料液后，本发明将所述混合料液涂覆在金属材料表面。本发明对所述涂覆方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的涂覆实施方式即可，具体的如喷涂、涂刷等。
下面结合实施例对本发明提供的磷酸盐基无机金属防腐涂料及其应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
对比例1
按重量份数称取磷酸二氢铵34份，镁砂30份，硼酸2.4份，将各粉体原料放入搅拌锅内，采用60r/min的搅拌速率低速搅拌30s使粉体混合均匀，得到磷酸盐基无机金属防腐涂料；
然后加入15.4份去离子水继续搅拌，水放完后换成133r/min的高速搅拌，高速搅拌50s，得到混合料液，备用。
将得到的混合料液均匀的涂刷在经过去油、除锈、清洗、烘干、打磨处理过的Q235钢板表面，然后放置在室温下进行养护7天，得到涂覆有磷酸盐基无机金属防腐涂料的试样。
实施例1
按重量份数称取磷酸二氢钾34份，镁砂30份，硼酸2.4份，三聚磷酸二氢铝3.7份，将各粉体原料放入搅拌锅内，采用60r/min的搅拌速率低速搅拌30s使粉体混合均匀，得到磷酸盐基无机金属防腐涂料；
然后加入16.2份去离子水继续搅拌，水放完后换成133r/min的高速搅拌，高速搅拌50s，得到混合料液，备用。
将得到的混合料液均匀的涂刷在经过去油、除锈、清洗、烘干、打磨处理过的Q235钢板表面，然后放置在室温下进行养护7天，得到涂覆有磷酸盐基无机金属防腐涂料的试样。
将经实施例1和对比例1处理后的试样进行状态测试，测试结果分别如图1～3所示。其中图1中(a)为对比例1试样的表面宏观形貌图，(b)为实施例1试样的表面宏观形貌图，从图1中可以看出，二者表面均光滑平整，无裂纹无缺陷；图2为试样在盐水浸泡30天后的Tafel曲线图，从图2可以看出，试样在浸泡30天之后实施例1与对比例1的腐蚀电位相差甚大，对比例1试样的腐蚀电位仅为-0.729V，而实施例1试样的腐蚀电位高达-0.591V，说明对比例1试样的耐腐蚀性差，而实施例1试样的耐腐蚀性良好；图3为不同试样在高温(68℃)下干湿循环720小时后的表面宏观形貌图，其中(a)为对比例1试样检测结果，(b)为实施例1试样检测结果，由图3可知，对比例1的测试试样四周表面出现了少许的锈蚀，实施例1试样表面无任何锈蚀现象，表面依旧光滑平整无裂纹。
实施例2
按重量份数称取磷酸二氢铵34份，镁砂20份，硼酸2份，三聚磷酸铝2.7份，将各粉体原料放入搅拌锅内，采用62r/min的搅拌速率低速搅拌20s使粉体混合均匀，得到磷酸盐基无机金属防腐涂料；
然后加入13.6份去离子水继续搅拌，水放完后换成125r/min的高速搅拌，高速搅拌40s，得到混合料液，备用。
将得到的混合料液均匀的涂刷在经过去油、除锈、清洗、烘干、打磨处理过的Q235钢板表面，然后放置在室温下进行养护7天，得到涂覆有磷酸盐基无机金属防腐涂料的试样。
实施例3
按重量份数称取磷酸二氢铵38份，镁砂25份，硼酸4份，三聚磷酸铝8.1份，将各粉体原料放入搅拌锅内，采用57r/min的搅拌速率低速搅拌25s使粉体混合均匀，得到磷酸盐基无机金属防腐涂料；
然后加入14.9份去离子水继续搅拌，水放完后换成130r/min的高速搅拌，高速搅拌45s，得到混合料液，备用。
将得到的混合料液均匀的涂刷在经过去油、除锈、清洗、烘干、打磨处理过的Q235钢板表面，然后放置在室温下进行养护7天，得到涂覆有磷酸盐基无机金属防腐涂料的试样。
实施例4
按重量份数称取磷酸二氢铵40份，镁砂30份，硼酸6份，三聚磷酸铝10.8份，将各粉体原料放入搅拌锅内，采用67r/min的搅拌速率低速搅拌20s使粉体混合均匀，得到磷酸盐基无机金属防腐涂料；
然后加入15.6份去离子水继续搅拌，水放完后换成135r/min的高速搅拌，高速搅拌48s，得到混合料液，备用。
将得到的混合料液均匀的涂刷在经过去油、除锈、清洗、烘干、打磨处理过的Q235钢板表面，然后放置在室温下进行养护7天，得到涂覆有磷酸盐基无机金属防腐涂料的试样。
实施例5
按重量份数称取磷酸二氢铵34份，镁砂20份，硼酸2份，三聚磷酸铝1份，将各粉体原料放入搅拌锅内，采用62r/min的搅拌速率低速搅拌30s使粉体混合均匀，得到磷酸盐基无机金属防腐涂料；
然后加入13份去离子水继续搅拌，水放完后换成125r/min的高速搅拌，高速搅拌50s，得到混合料液，备用。
将得到的混合料液均匀的涂刷在经过去油、除锈、清洗、烘干、打磨处理过的Q235钢板表面，然后放置在室温下进行养护7天，得到涂覆有磷酸盐基无机金属防腐涂料的试样。
实施例6
按重量份数称取磷酸二氢钾45份，镁砂38份，硼砂5份，三聚磷酸二氢铝11.1份，将各粉体原料放入搅拌锅内，采用62r/min的搅拌速率低速搅拌20s使粉体混合均匀，磷酸盐基无机金属防腐涂料；
然后加入18.0份去离子水继续搅拌，水放完后换成125r/min的高速搅拌，高速搅拌40s，得到混合料液，备用。
将得到的混合料液均匀的涂刷在经过去油、除锈、清洗、烘干、打磨处理过的Q235钢板表面，然后放置在室温下进行养护7天，得到涂覆有磷酸盐基无机金属防腐涂料的试样。
实施例7
按重量份数称取磷酸二氢钾46份，镁砂33份，硼砂3份，三聚磷酸二氢铝14.8份，将各粉体原料放入搅拌锅内，采用62r/min的搅拌速率低速搅拌20s使粉体混合均匀，得到磷酸盐基无机金属防腐涂料；
然后加入18.9份去离子水继续搅拌，水放完后换成125r/min的高速搅拌，高速搅拌40s，得到混合料液，备用。
将得到的混合料液均匀的涂刷在经过去油、除锈、清洗、烘干、打磨处理过的Q235钢板表面，然后放置在室温下进行养护7天，得到涂覆有磷酸盐基无机金属防腐涂料的试样。
实施例8
按重量份数称取磷酸二氢钠50份，镁砂40份，硼砂3.2份，三聚磷酸铝15份，去离子水21.6份，将各粉体原料放入搅拌锅内，采用62r/min的搅拌速率低速搅拌20s使粉体混合均匀，得到磷酸盐基无机金属防腐涂料；
然后加入21.6份去离子水继续搅拌，水放完后换成125r/min的高速搅拌，高速搅拌40s，得到混合料液，备用。
将得到的混合料液均匀的涂刷在经过去油、除锈、清洗、烘干、打磨处理过的Q235钢板表面，然后放置在室温下进行养护7天，得到涂覆有磷酸盐基无机金属防腐涂料的试样。
实施例9
按重量份数称取磷酸二氢钠50份，氧化锌37份，硼砂6份，改性三聚磷酸铝4.5份，将各粉体原料放入搅拌锅内，采用62r/min的搅拌速率低速搅拌20s使粉体混合均匀，得到磷酸盐基无机金属防腐涂料；
然后加入22.7份去离子水继续搅拌，水放完后换成125r/min的高速搅拌，高速搅拌40s，得到混合料液，备用。
将得到的混合料液均匀的涂刷在经过去油、除锈、清洗、烘干、打磨处理过的Q235钢板表面，然后放置在室温下进行养护7天，得到涂覆有磷酸盐基无机金属防腐涂料的试样。
实施例10
按重量份数称取磷酸二氢钠46份，氧化铝40份，硼砂4份，改性三聚磷酸铝13.5份，将各粉体原料放入搅拌锅内，采用62r/min的搅拌速率低速搅拌20s使粉体混合均匀，得到磷酸盐基无机金属防腐涂料；
然后加入24.8份去离子水继续搅拌，水放完后换成125r/min的高速搅拌，高速搅拌40s，得到混合料液，备用。
将得到的混合料液均匀的涂刷在经过去油、除锈、清洗、烘干、打磨处理过的Q235钢板表面，然后放置在室温下进行养护7天，得到涂覆有磷酸盐基无机金属防腐涂料的试样。
实施例11
按重量份数称取磷酸二氢钠50份，镁砂40份，硼砂7份，改性三聚磷酸铝18份，去离子水25.9份，将各粉体原料放入搅拌锅内，采用62r/min的搅拌速率低速搅拌20s使粉体混合均匀，得到磷酸盐基无机金属防腐涂料；
然后加入去离子水继续搅拌，水放完后换成125r/min的高速搅拌，高速搅拌40s，得到混合料液，备用。
将得到的混合料液均匀的涂刷在经过去油、除锈、清洗、烘干、打磨处理过的Q235钢板表面，然后放置在室温下进行养护7天，得到涂覆有磷酸盐基无机金属防腐涂料的试样。
分别对实施例1～11和对比例1防腐处理后的试样按照《GB-T9286-1998色漆和清漆漆膜的划格试验》、《GB/T1768-2006色漆和清漆耐磨性的测定-旋转橡胶砂轮法》、《GB-T673-2006色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度》和《ASTM_B117-2011盐雾试验标准》对试样进行性能测试，其测试结果列于表1。
表1对比例1及实施例1～11的磷酸盐基无机金属防腐涂料性能测试结果
分别对实施例1～11和对比例1防腐处理后的试样进行tafel曲线测试和干湿循环测试，测试结果见表2。
表2对比例1及实施例1～11的磷酸盐基无机金属防腐涂料tafel曲线测试结果及干湿循环测试结果
从表1可以看出，本发明对比例1和实施例1～11提供的磷酸盐基无机金属防腐涂料外观均为白色，表面平整光滑；磷酸盐基无机金属防腐涂料与金属表面具有较强界面结合强度，附着力0～1级；固化后表面平整光滑；硬度大，涂料硬度在5H～8H；耐磨性好，磨损指数在0.00038～0.00041；但本发明实施例1～11的耐盐雾性更好，经1440小时无铁锈出现，而对比例1只能耐1200h，说明本发明加入防锈颜料后得到的磷酸盐基无机金属防腐涂料具有更好的耐盐雾性，即具备更好的防腐能力。
表2的结果显示，实施例试样的腐蚀电位为-0.689V～-0.591V，且经高温下720h的干湿循环后表面平整光滑，无裂纹，无锈蚀；而对比例1试样的腐蚀电位仅为-0.729V，经高温下720h的干湿循环后表面出现少许的锈蚀，说明本发明加入防锈颜料后得到的磷酸盐基无机金属防腐涂料具有更好的防腐能力。
由以上实施例可知，本发明提供了一种磷酸盐基无机金属防腐涂料，以重量份计，包括以下组分：磷酸二氢盐34～50份；固化剂20～40份；缓凝剂1～7份；防锈颜料0.1～18份；所述防锈颜料为三聚磷酸铝、三聚磷酸二氢铝和改性三聚磷酸铝中的一种或多种。本发明提供的磷酸盐基无机金属防腐涂料与金属表面具有较强界面结合强度，附着力0～1级；固化后表面平整光滑；硬度大，涂料硬度在5H～8H；耐磨性好，磨损指数在0.00038～0.00041；耐盐雾性好，经1440小时无铁锈出现；腐蚀电位为-0.689V～-0.591V，且经高温下720h的干湿循环后表面平整光滑，无裂纹，无锈蚀。总体来说，本发明提供的磷酸盐基无机金属防腐涂料防腐蚀效果优良。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种磷酸盐基无机金属防腐涂料，以重量份计，包括以下组分：
所述防锈颜料为三聚磷酸铝、三聚磷酸二氢铝和改性三聚磷酸铝中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的磷酸盐基无机金属防腐涂料，其特征在于，包含以下组分：
3.根据权利要求1或2所述的磷酸盐基无机金属防腐涂料，其特征在于，所述磷酸二氢盐为磷酸二氢钾、磷酸二氢钠和磷酸二氢铵中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的磷酸盐基无机金属防腐涂料，其特征在于，所述固化剂为镁砂、氧化锌和氧化铝中的一种或多种。
5.根据权利要求1或2所述的磷酸盐基无机金属防腐涂料，其特征在于，所述缓凝剂为硼砂和/或硼酸。
6.根据权利要求1或2所述的磷酸盐基无机金属防腐涂料，其特征在于，所述缓凝剂为固化剂重量的5～15％。
7.权利要求1～6任一项所述的磷酸盐基无机金属防腐涂料在金属材料表面防腐中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，将所述磷酸盐基无机金属防腐涂料与水混合，得到混合料液，将所述混合料液涂覆在金属材料表面。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，以所述磷酸盐基无机金属防腐涂料中磷酸二氢盐的34～50重量份计，所述水为13～27重量份。
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