水基管道底漆.pdf

一种水基底漆以及一种保护铁或钢材免受腐蚀的方法，该方法通过首先用水性底漆组合物打底漆，然后涂覆含有沥青的材料，所述的水基底漆组合物包括a)基于一种或者多种丙烯酸单体和一种或多种氯化单体的一种或者多种丙烯酸共聚物粘合剂，b)防腐蚀颜料，c)一种或多种另外的颜料，d)任选的常规添加剂和/或助剂，以及e)水。与当前的基于有机溶剂的底漆相反，该水性底漆提供了低至零排放的有机挥发性化合物(VOC)并仍然满足防腐蚀效果、粘结性和粘合强度的需求。

1.  一种保护铁或者钢材免受腐蚀的方法，其特征在于：
用一种水性底漆组合物来打底漆，并用含沥青的材料进行涂覆，所述的底漆组合物包含：
a)一种或多种丙烯酸共聚物粘合剂，该共聚物基于一种或多种丙烯酸单体和一种或多种氯化单体，
b)防腐蚀颜料，
c)一种或多种另外的颜料，
d)任选的常规的添加剂和/或助剂，和
e)水。

2.  根据权利要求1的方法，特征在于基于按照干物质计算的100重量份的粘合剂(a)，防腐蚀颜料(b)的含量是2-12重量份。

3.  根据权利要求1或者2的方法，特征在于所述的另外的颜料(c)包括薄片颜料。

4.  根据前述任何一项权利要求的方法，特征在于防腐蚀颜料(b)是磷酸盐颜料。

5.  根据权利要求4的方法，特征在于防锈磷酸盐颜料(b)是三磷酸铝。

6.  根据权利要求3的方法，特征在于薄片颜料(c)包括滑石和/或云母。

7.  根据前述任何一项权利要求的方法，其中该丙烯酸共聚物基料(a)包括丙烯酸单体和单-和/或二-卤化的C₂-C₁₂-烯烃的单体。

8.  一种底漆，特征在于其是一种水性组合物，包含：
a)一种或多种丙烯酸共聚物粘合剂，该共聚物基于一种或多种丙烯酸单体和一种或多种氯化单体，
b)防腐蚀颜料，
c)一种或多种另外的颜料，
d)任选的常规的添加剂和/或助剂，和
e)水。

9.  根据权利要求8的底漆，特征在于基于按照干物质计算的100重量份的粘合剂(a)，防腐蚀颜料(b)的含量是2-12重量份。

10.  根据权利要求8或者9的底漆，特征在于所述的另外的颜料(c)包括薄片颜料。

11.  根据权利要求8-10中任何一项的底漆，特征在于防腐蚀颜料(b)是磷酸盐颜料。

12.  根据权利要求11的底漆，特征在于防锈磷酸盐颜料(b)是三磷酸铝。

13.  根据权利要求10-12中任何一项的底漆，特征在于薄片颜料(c)包括滑石和/或云母。

14.  根据前述权利要求8-13中任何一项的底漆，其中丙烯酸共聚物基料(a)包括丙烯酸单体和单-和/或二-卤化的C₂-C₁₂-烯烃的单体。

15.  根据权利要求8-14中任何一项的底漆在一种保护材料免受腐蚀的方法中的用途，所述的方法通过用该底漆来进行打底漆并涂覆含沥青的材料来进行防腐蚀。

16.  根据权利要求15的用途，其中被保护的材料是包括管道的陆上或海上材料。

水基管道底漆
技术领域
本发明涉及一种用于保护铁或钢材料的方法。更进一步地本发明涉及一种用于这种方法的底漆以及该底漆在涂覆含有沥青的材料之前的应用。
技术背景
材料例如用于海上和陆地二者的管道的防腐蚀的传统保护，是以涂覆底漆开始，然后涂覆热的含沥青材料。为了支持含沥青材料，将一层或者多层包裹材料或另外一种支持体系例如聚合物涂层同时应用到该液态含沥青材料上。
底漆的用途是保证与管道的金属表面以及与含沥青材料之间的粘合性。为了保证高的耐阴极剥离，整个保护体系是基本上不能渗透的也是重要的。
一些传统的底漆是由氯化橡胶或者烃树脂、增塑剂和着色物质以及溶剂一起组成，需要用溶剂来提供适于施涂底漆的均匀性。
WO 92/06141公开了一种底漆，其包含氯丁橡胶，氯化橡胶，萜烯酚，硅烷和炭黑以及作为溶剂的二甲苯和亚甲基氯化物。这种底漆已在实践中被用来提供对金属表面和对基于沥青的磁漆的有效粘合。然而有机溶剂的使用导致挥发性有机挥发物(VOC)的排放。这种排放是环境有害的。根据欧洲议会和理事会2004年4月21的2004/42/CE指令，基于这种挥发性有机溶剂的底漆将在不久的将来逐渐被淘汰。
源自欧洲标准化委员会(CEN)的欧洲标准EN10300：2005：“钢管和适用于陆上和海上的管道-用于外部涂料的沥青热应用材料”除了提及上述基于氯化橡胶或烃树脂的底漆类型之外，还提及了基于环氧树脂地水性底漆。这种类型底漆的例子有WO 00/01780和WO 00/04106中公开的水基环氧树脂涂料组合物。虽然这种水性底漆可以避免VOC的排放，但是环氧树脂的应用对施用这种底漆操作者的健康造成危害。
因此虽然EN10300：2005允许环氧树脂存在于底漆中，但仍需要一种低危害性的水基底漆。
已知在丙烯酸基涂料物质中加入防腐蚀颜料例如三磷酸铝以得到具有防腐蚀性能的涂层。为了确保防腐蚀性能，在这种常规防腐蚀涂覆材料中的防腐蚀颜料的含量典型的是17-25重量份，基于100份重量的丙烯酸粘合剂，两者均是干物质计算。虽然这种单独使用或者作为底漆用于很多应用的涂料被发现具有满意的防腐蚀效果，但是当将其用作底漆施用于海上或陆上管道然后热涂覆含沥青材料时，其具有不足的粘结性、粘合性和/或防腐蚀效果。
因此本发明的目的是提供一种与含沥青材料涂料结合的用于材料防腐蚀的方法和底漆配料，这种方法和底漆满足防腐蚀效果、粘结和粘合强度，低至零排放的VOC的需求。
发明的简要说明
因此本发明涉及一种保护铁或钢材料免受腐蚀的方法，其特征在于首先用水性底漆组合物打底漆，并涂覆含沥青材料，所述的底漆组合物包含a)一种或多种丙烯酸共聚物粘合剂，其基于一种或多种丙烯酸单体和一种或多种氯化单体，b)防腐蚀颜料，c)一种或多种其他颜料，d)任选的常规添加剂和/或助剂，以及e)水。
本发明也涉及一种粘合和抗腐蚀底漆，特征在于其是水性组合物，包含a)一种或多种丙烯酸共聚物粘合剂，其基于一种或多种丙烯酸单体和一种或多种氯化单体，b)防腐蚀颜料，c)一种或多种其他颜料，d)任选的常规添加剂和/或助剂，以及e)水。
在优选的实施方案中，防腐蚀颜料(b)的含量为2-12重量份，更优选3-8重量份，基于100重量份的粘合剂(a)，两者均是以干物质计算。
在更进一步优选的实施方案中，主要部分的其他颜料(c)，即除了防腐蚀颜料以外的其余颜料，包括薄层颜料。薄层颜料的使用提供了底漆粘合和粘结强度的提高并也有助于减少涂料中水的扩散速率。
原则上任何已知防腐蚀颜料可作组分b)。合适的防腐蚀颜料的例子为金属磷酸盐。任何这种金属磷酸盐可用于提供金属阳离子作为防腐蚀颜料(b)，其对底漆性能不具有可测量出的影响。预期的防腐蚀颜料不受限制的实例是三磷酸铝，磷酸钡，磷酸锌，磷硅酸盐和离子交换颜料，包括它们的混合物。
合适的薄片颜料(c)的例子是滑石(水合硅酸镁)和云母(铝硅酸钾)。
典型的丙烯酸共聚物基料(a)包括丙烯酸单体和单-和/或二-卤化的C₂-C-₁₂-烯烃的单体，例如丙烯酸单体与氯乙烯和偏氯乙烯的组合。
与基于乙烯基/丙烯酸粘合剂和作为防腐蚀成分的防腐蚀颜料的常规防腐蚀涂料配方相比，在本发明底漆中的防腐蚀颜料的量通常要小得多。如上所述，常规的防腐蚀丙烯酸涂料典型地包括17-25重量份的防腐蚀颜料，本发明的底漆为2-12重量份，二者都是基于按照干物质计算的100重量份的粘合剂。
要记住的是使用常规的防腐蚀丙烯酸涂料作为底漆，随后涂覆含沥青的材料并不能满足抑制腐蚀的要求，非常令人惊讶的是具有更低含量的防腐蚀颜料的相应的底漆能够满足最大10mm的阴极剥离的需要(欧洲标准EN10300：2005；4，2，4，1表3)。
本发明的适用性程度从下面的详细说明中是显而易见的。但是，应当理解该详细的说明和具体的实施例仅仅被用来举例说明优选的实施方案，并且基于该详细的说明，在该保护范围内的不同的变化和改进对于本领域技术人员来说是显而易见的。
发明详述
本发明底漆的粘合剂是一种用于防腐蚀涂料的常规的丙烯酸粘合剂。该粘合剂可以是偏氯乙烯和/或氯乙烯与一种或多种具有1-12个碳原子的烷基基团的丙烯酸烷基酯和/或一种或多种具有2-12个碳原子烷基基团的甲基丙烯酸烷基酯和/或一种或多种脂肪族α，β-不饱和羧酸和/或2-12个碳原子的卤化的烯烃的共聚物。
合适的粘合剂的一个例子是来自DSM NeoResins，Waalwijk荷兰的在商标下可获得的水性气干性乙烯基/丙烯酸共聚物，其设计来保护钢材。基于作为主要的硬单体和软单体的氯乙烯和偏氯乙烯并且是用丙烯酸改性的。
基于这样的粘合剂的防腐蚀涂料组合物包括适量的颜料。该颜料可以包括防腐蚀颜料，例如磷酸盐，和填充料。如上所述，现有技术的用于钢材保护的底漆或涂料组合物的防腐蚀颜料的推荐量是17-25重量份，基于按照干物质计算的100重量份的粘合剂。其余量的颜料典型的是42-100重量份，基于按照干物质计算的100重量份的粘合剂。
用于涂料防腐蚀性能的一种重要的测试是阴极剥离测试(EN10300：2005，附件I)，其中测试由于施加了28天的电压产生的剥离半径mm。这一阴极剥离测试对涂覆有沥青基涂瓷涂层和适当的底漆的钢管的要求是最大10mm(EN10300：2005，4.2.4.1，表3)。
从下面的实施例来看，含有21.5重量份的三磷酸铝(基于按照干物质计算的100重量份的)的防腐蚀涂料组合物不满足这个要求，因为其阴极剥离是15mm。
通过一些预先的试验已经发现腐蚀抑制剂的减少：从常规的基于100重量份的粘合剂17-25重量份降低到大约11重量份不会如所料的使得阴极剥离变差。令人惊讶的是阴极剥离下降了。在进一步的4-7重量份的试验之后，例如基于按照干物质计算的100重量份粘合剂的大约5重量份的三磷酸铝目前被认为产生了最令人满意的防腐蚀结果。
基于上述发现，本发明所用的底漆与现有技术的防腐蚀涂料组合物的区别在于更低量的防腐蚀颜料，其例如可以是2-12重量份，基于按照干物质计算的100重量份的粘合剂。优选颜料的总量不变。因此，颜料的其余量典型的为40-85重量份，基于按照干物质计算的100重量份的粘合剂。如实施例所示，具有基于100重量份的粘合剂为5重量份防腐蚀颜料的底漆产生8mm值的阴极剥离，其满足最大10mm的要求。
一种用于与含沥青的涂料相结合的底漆中的优选的防腐蚀颜料是三磷酸铝，例如K-White 84，获自日本大阪的Tayca Corporation。同样可以预期的其他防腐蚀颜料是例如磷酸钡，磷酸锌，磷硅酸盐和离子交换颜料。
除了防腐蚀颜料，所述的底漆组合物包含其他适用于防腐蚀组合物中的颜料，包括着色颜料和填充剂。优选主要量的这些＂非防锈＂颜料是薄片颜料，因为薄片颜料提供具有提高的粘合和粘结强度的底漆，并且还有助于降低在涂层中水的扩散速率。有用的薄片颜料的例子是滑石(水合硅酸镁)和云母(铝硅酸钾)。
典型的还包括少量的其他颜料，例如用于着色目的的颜料。一个合适例子是炭黑。
除了粘合剂和颜料，所述的底漆还可以含有一种或多种任选的本领域已知的常规添加剂和/或助剂。其例子包括但不限于聚结剂、增稠剂、消泡剂、稳定剂、润湿剂、防腐蚀剂、分散剂、闪蚀抑制剂和pH调节剂。这样的添加剂和/或助剂的总量典型为基于按干物质计算的粘合剂的1-30重量％，优选8-25重量％。
所述的底漆组合物一个主要的特征是防腐蚀颜料(b)和粘合剂(a)的重量比(b)：(a)是2：100-12：100。优选该比例(b)：(a)是3.4：100-8.5：100，甚至更优选4：100-7：100。
如上所述，至少大部分的＂非防锈＂或者其他颜料(c)应当是薄片颜料，例如滑石。因此至少50重量％，优选至少75重量％和更优选至少85重量％的＂非防锈＂颜料应当是薄片颜料。
由于优异的结合性能，因此本发明的底漆适于和任何常规的用于钢管表面涂层的类型的含沥青的材料一起使用并适于陆上和海上的管道。这样的材料—也称为沥青基涂覆瓷漆-可以是被氧化的、非氧化的或者是改性的沥青瓷漆。这样的瓷漆可以或者可以不包含填料，并且它们通常以热态来施涂。
实施例
制备一种根据本发明的水性底漆(底漆1)，其具有每100重量份的氯乙烯/偏氯乙烯/丙烯酸共聚物大约5重量份的三磷酸铝，和两种对比底漆(底漆A和B)，其具有大约21.5重量份的三磷酸铝每100重量份的氯乙烯/偏氯乙烯/丙烯酸共聚物，并将这些底漆根据欧洲标准EN10300：2005，附件A和B施涂到洁净的钢板上。所测试的底漆的组合物表示在表1中。
                             表1

 202S获自DSM NeoResins，Waalwijk荷兰； 202S的非挥发物含量大约是59％w/w。
K-White 84(三磷酸铝)获自日本大阪Tayca Corporation。
Westmin D30E获自芬兰赫尔辛基的Mondo Minerals OY。
 LT是锂蒙脱土和羟乙基纤维素悬浮剂(增稠剂)，获自ElementisSpecialties，Inc.Hightstown，NJ，USA。
 H2，消泡剂，获自Cognis，Düsseldorf，德国。
 F87是非离子稳定剂，获自Uniqema，Gouda，荷兰。
Byk 181是多官能阴离子/非离子聚合物的烷基醇铵盐，获自Byk Chemie，Wessel，德国。
 DPM获自Dow Chemical Company.Midland，M1，USA。
 NA是闪蚀抑制剂，获自Laboratoires Labema，Lorette，法国。
然后根据(EN10300：2005，附件C)，将种类2的沥青瓷漆涂料(EN10300：2005；5.3.2.3)施涂到所述的打底漆后的钢板上。根据EN10300：2005测试该打过底漆和涂覆的钢板来评估流挂(附件D)，冲击(附件E)，剥落(附件F)，弯曲(附件G)和阴极剥离(附件I)。结果表示在表2中。
                             表2

该测试结果表明本发明的底漆(底漆1)满足腐蚀抑制效果的要求，因为阴极剥离低于根据EN10300：2005，4.2.4.1的10mm最大值，表3。对比的底漆A和B不满足这个要求，虽然它们都具有更大量的防锈三磷酸铝。
本发明上面的说明表明很显然它可以以多种方式进行改变。这样的变化不被认为是脱离了本发明的范围，并且全部这样的对领域技术人员显而易见的改变同样被认为包含于随后的权利要求的范围内。