无机涂料制造技术

一种由酸性磷酸盐为主成分的粘结剂和无机固体微粒组成的涂料。它能在室温下自行干燥和固化。其中由该粘结剂和锌粉或铝粉（或铝锌合金粉）组成的涂层是钢铁的牺牲性阳极涂层，具有良好的耐热性、导电性和阴极保护功能。该涂料可在未经吹砂的钢材表面直接涂覆，并能将钢材表面的轻微锈蚀或氧化膜转化为涂层的组分，涂覆工艺简便，适用于大型钢铁构件的防护。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
无机涂料本专利技术属于一种无机涂料，具体地说，它属于一种由无机固体微粒和酸性磷酸盐组成的，能在室温下自行干燥和硬化的涂料。它具有防腐蚀、耐热、导电等优良性能，有广泛的适用性。在现代工业社会中，金属腐蚀是个严重问题，特别是在恶劣腐蚀环境中使用的大型钢铁构件，通常采用的涂漆方法是不能满足防护要求的，必须采取更有效的措施。阴极保护技术早已成功地用于水下或地下潮湿环境中使用的大型钢铁构件的防腐蚀领域，但是对于大型钢件处于水上的部位或腐蚀介质不连续的部位，普通的阴极保护都不能奏效，这种场合采用也起阴极保护作用的牺牲性阳极涂层保护是最有效的方法。热浸镀锌(铝或锌铝合金)是牺牲性阳极涂层的一个实例。虽然它防止钢铁腐蚀的效果很好，但对于大型钢铁构件实施起来难度较大，它必须对整个构件进行精心设计，因为只能事先将各个零部件分别进行热浸镀锌(铝或锌铝合金)，然后再进行组装。构件经过热浸镀锌(铝或锌铝合金)后。不能再进行焊接或其他加工，否则镀层遭到破损难以修复。热喷锌(或铝)是牺牲性阳极涂层的另一实例。虽然它可以对组装好的构件进行整体喷涂，但对于大型钢铁构件实施起来难度较大。因此人们寄希望于能在室温下自行固化的无机富锌涂层。英国专利958787和美国专利4219358是这种涂层的两个实例。无机富锌涂层具有锌的负电位，因此它也是一种牺牲性阳极涂层，但是用于大型钢铁构件的实际效果并不理想，究其原因如下：第一个原因是涂层的电阻太大，因而阴极保护功能不能充分发挥，特别是在腐蚀介质的电阻也较大时更是如此[无机富锌涂层的体电阻率是104～107Ω·m，而热浸镀锌(铝或锌铝合金)的体电阻率小于0.1Ω·m]；第二个原因是无机富锌涂层与基材的粘结是一种机械咬合，不存在化学结合或冶金结合，因此涂覆前要求对钢铁构件进行严格的吹砂粗化和表面清理，包括严格的除油和除锈，实际上对于大型钢铁构件很难做到这些，例如大型钢铁构件的沟槽缝隙等凹陷区域的吹砂不易达到要求，锈迹很难彻底清除，现有的无机富锌涂层在这些区域不易粘牢，不能有效地抑制这些区域锈蚀的发展，最终导致涂层也鼓泡脱落；第三个原因是无机富锌涂层采用的是硅酸盐粘结剂，其韧性较差，涂层较脆，涂厚了易开裂利落，因此只能涂得较薄，从而也就更缩短了防护寿命。针对大型钢铁构件彻底除锈较困难这一情况，一种称为带锈底漆的涂料应运而生，中国专利CN87102047和英国专利GB2160877是这种涂料的两个实例。这种涂料能和钢材表面的铁锈起化学反应(溶解锈)，因此可以带锈涂覆，免去吹砂除锈的工序，大大简化涂前表面清理操作。但是这种涂层不具备阴极保护功能，防腐蚀能力不高，因此也不能适应大型钢铁构件长期防护的需要。美国专利3248251公开了一种由爱伦(Allen)专利技术的无机铝涂层(以下简称为无机铝涂层)，它是+2和+3价金属的磷酸盐、铬酸盐和铝粉组成的涂层，是一种性能极好的无机(牺牲性)阳极涂层，它广泛地应用于航空发动机的各种钢铁零部件的防护。它有极好的导电性，涂层的体电阻率小于1Ω·m，是前面所说的无机富锌涂层体电阻率的万分之一到千万分之一。它的粘附力、韧性、耐热性、抗氧化性、耐油性和防腐蚀能力都远远胜过上述的无机富锌涂层和其他防腐蚀涂层。虽然它和富锌涂层一样同属于无机涂层，但前者的粘结剂是磷酸盐而后者的粘结剂是硅酸盐，这是前者性能比后者优越的主要原因。众所周知，-->钢铁的磷化处理是钢铁件的一种表面处理技术，钢铁表面和磷酸盐发生化学反应而形成的磷酸铁盐保护膜，它除了起保护作用外，更主要的功能是提高基材和油漆的结合力，上述无机铝涂层中的磷酸盐也能和钢铁起化学结合的作用，而硅酸盐富锌涂层则不能起这种作用。因此磷酸盐无机涂层的粘结力胜过硅酸盐无机涂层上述无机铝涂层的主要缺点是它不像无机富锌涂层那样在室温下能自行干燥固化，它必须加热到650°F才能固化，固化后的涂层还需进行后处理(进行喷玻璃珠抛光或再加热到1000°F)才导电，才具备阴极保护功能。对于大型钢铁构件进行这样的加热和后处理是非常困难的，因而限制了它的使用范围。本专利技术的主要目的就是要创造这样一种涂料组份和涂覆技术，它具有和上述无机铝涂层接近的导电性能、阴极保护功能、抗腐蚀性能以及耐热、耐油等性能，和已有的无机富锌涂层一样能在室温下自行干燥并固化，又能像带锈底漆那样不需要苛刻的涂前处理，能溶解钢铁表面的轻微铁锈，将它转变为涂层的组份。因此本专利技术的涂层是将上述三种已有涂层各自的优点融为一体的新一代的无机涂层。本专利技术的其他目的和优点将在后面讨论，并在一些使用实例中作介绍。观察爱伦专利技术的无机铝涂层固化过程的化学反应，可以发现涂料原来所含的六价铬盐(即铬酸盐)在加热固化过程中几乎全部被涂料中的铝粉所还原，转变为三价铬盐。可以用下面的离子方程式来表达：氧化还原的结果，涂料中增加了大量的金属阳离子Cl3+和Al3+，同时H+大量减少，涂料由酸性转变为中性。酸性的减弱，使得涂料原来所含的易溶于水的酸性的磷酸二氢盐(即一代磷酸盐)转变为不溶于水的中性的磷酸正盐(即三代磷酸盐)，于此同时易溶于水的六价铬盐也转变为不溶于水的三价铬盐，这样涂层就完全固化了。虽然在加热过程中还存在简单磷酸盐转变为复杂的多聚磷酸盐的化学变化，但它们的化学反应也与正磷酸盐近似，仍然是由可溶的酸性盐转变为不溶的中性盐。上述的氧化还原反应是在加热的条件下完成的，在室温下由于六价铬盐的作用使铝粉处于钝化状态，因而涂料也处于稳定状态，不会固化。可以设想，如果是在上述涂料中取消铬酸盐，这种+2和+3价金属的酸性磷酸盐水溶液，能够在室温下和铝粉(或锌粉)发生反应，形成不溶于水的中性化合物。现以二价金属(以M表示)的酸性磷酸盐和铝粉的反应举例如下： ② ③-->困难在于这一化学反应难于控制，这种酸性溶液对铝(或锌)没有钝化作用，因而溶液和铝(或锌)的反应较快，往往在涂料调配过程或是刚涂覆到基材上溶剂水尚未挥发前，化学反应已经完成，使得涂料变成一堆不溶于水的废渣，完全丧失粘附力。现已发现，如果将酸性磷酸盐中的磷酸根含量和+2、+3价金属离子含量的比值保持在合适的范围内，这种酸性磷酸盐可分散或溶解于液态醇，或液态醇和水的混合液，或液态醇、液态酮和水的混合液，形成一种粘性的胶液。以它作为粘结剂和铝粉、锌粉或其它固体粉末混合组成的涂料，在贮料罐内能够在一段时间内保持较稳定的状态，这段时间称为涂料的适用寿命(又称为罐藏寿命)，在这段时间内可以完成涂覆操作。液态醇的存在能延缓酸性磷酸盐和铝(或锌)粉或其它粉末产生化学反应的速度，液态酮的作用主要是加速溶剂的挥发速度。当涂料涂覆到基材上后，随着溶剂的挥发，涂料中各组份间的化学反应逐渐加速，涂层也随之干燥和硬化。调节粘结剂中各组份的含量，就能有效控制在室温下涂层的自干和硬化(或固化)的速度和涂料的适用寿命。在上述粘结剂中，磷酸根和+2、+3价金属离子的摩尔数比值在1.4～9∶1范围内选择，磷酸根含量与+2、+3价金属离子含量的比值较大时，涂料的酸性较大，比值较小时，涂料的弱性也较弱，对于表面有锈的钢铁基材，最好先涂一层酸性高的涂料，例如用磷酸根和+2、+3价金属离子的摩尔数比值为9∶1(粘结剂配方四)的涂料，这种涂料溶解转化铁锈的作用较强，待这层涂层干燥后，再涂覆酸性适中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涂料，它由粘结剂和无机固体微粒组成，其特征在于涂料的粘结剂是＋２和＋３价金属的酸性磷酸盐分散于由液态醇、液态酮与非离子表面活性剂水溶液组成的溶剂，所形成的粘性胶液，粘结剂和无机固体微粒混合后的涂料，涂覆到基材上后，随着溶剂的挥发，自行干燥和硬化，形成涂层。

【技术特征摘要】
1．一种涂料，它由粘结剂和无机固体微粒组成，其特征在于涂料的粘结剂是+2和+3价金属的酸性磷酸盐分散于由液态醇、液态酮与非离子表面活性剂水溶液组成的溶剂，所形成的粘性胶液，粘结剂和无机固体微粒混合后的涂料，涂覆到基材上后，随着溶剂的挥发，自行干燥和硬化，形成涂层。2．按权利要求1所述的涂料，其中+2和+3价金属的酸性磷酸盐选自镁、锌、铝、钙、锶、铁、锰和铬等金属的酸性磷酸盐及其混合物，其中的铬选自+3价铬离子或在磷酸溶液中用还原剂还原+6价铬而获得的+3价铬离子。3．按权利要求1所述的涂料，其中的非离子表面活性剂是聚氧乙烯脂肪醇醚[RO(CH2CH2O-)n-H]。4．按权利要求1所述的涂料，添加有金属缓蚀剂，其添加量小于1mol/L。5．按权利要求4所述的涂料，添加的金属缓蚀剂是+6价铬化合物，选自铬酐、铬酸、铬酸盐和重铬酸盐。6．按权利要求1所述的涂料，其粘结剂中磷酸根[(PO4)3-]的含量是0.5～10mol/L，+2和+3价金属离子的总量是0.056～6.2mol/L，溶剂的含量是5～95％，每升粘结剂需调合的无机固体微粒的量是10～2000g。7．按权利要求1所述的涂料，其溶剂中，液态醇含量为0～99.5％，液态酮不大于40％，非离子表面活性剂含量不大于2％，其余为水。在不含醇和酮的水溶液溶剂中，非离子表面活性剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵全玺，
申请(专利权)人：赵全玺，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]