一种表面涂层组合物及其制备方法.pdf

本发明提供了一种表面涂层组合物及其制备方法，该组合物的组分包括聚乙烯醇缩丁醛、醇、甲基取代的苯、松香、磷酸锌、草酸和氟硅聚合物，所述醇为2-4个碳的醇，所述组分的重量比为1∶5-8∶2-4∶0.5-1.5∶0.5-1∶0.05-0.1∶0.5-1.5；该方法包括：将聚乙烯醇缩丁醛、醇、甲基取代的苯、松香、磷酸锌、草酸和氟硅聚合物混合乳化，研磨，即可；该表面涂层组合物可作为持久性防腐涂料用于铁塔等电力设备金属构件表面。

1、  一种表面涂层组合物，其特征在于，该组合物的组分包括聚乙烯醇缩丁醛、醇、甲基取代的苯、松香、磷酸锌、草酸和氟硅聚合物，所述醇为2-4个碳的醇，所述组分的重量比为1∶5-8∶2-4∶0.5-1.5∶0.5-1∶0.05-0.1∶0.5-1.5。

2、  如权利要求1所述的表面涂层组合物，其中，所述的组分还包括颜填料，该颜填料包括选自太白粉、化石粉、铁红、铁黑、三氧化二镉中至少一种；所述聚乙烯醇缩丁醛、醇、甲基取代的苯、松香、颜填料、磷酸锌、草酸和氟硅聚合物的重量比为1∶5-8∶2-4∶0.5-1.5∶1-2∶0.5-1∶0.05-0.1∶0.5-1.5；所述的醇为重量比1∶4-6的丁醇和乙醇。

3、  如权利要求2所述的表面涂层组合物，其中，所述的组分聚乙烯醇缩丁醛、醇、甲基取代的苯、松香、颜填料、磷酸锌、草酸和氟硅聚合物的重量比为7∶48∶20∶7∶11∶6∶0.5∶7。

4、  如权利要求1所述的表面涂层组合物，其中，以氟硅聚合物为7重量份计，所述的颜填料选自2-10份的太白粉或化石粉、8-10份的铁红、1-5份的铁黑、1-5份的三氧化二镉中至少一种。

5、  如权利要求1所述的表面涂层组合物，其中，所述的颜填料为重量比8.5∶2.5的铁红和化石粉。

6、  如权利要求1所述的表面涂层组合物，其中，所述的甲基取代的苯为重量比1∶0.5-1.5的甲苯和二甲苯。

7、  如权利要求1所述的表面涂层组合物，其中，该组合物的组分由聚乙烯醇缩丁醛、丁醇、乙醇、甲苯、二甲苯、松香、铁红、化石粉、磷酸锌、草酸和氟硅聚合物组成，所述组分的重量比依次为1∶1-1.5∶5-7∶1-2∶1-2∶0.5-1.5∶0.8-1.5∶0.2-0.5∶0.5-1∶0.05-0.1∶0.5-1.5。

8、  如权利要求7所述的表面涂层组合物，其中，该组合物的组分由聚乙烯醇缩丁醛、丁醇、乙醇、甲苯、二甲苯、松香、铁红、化石粉、磷酸锌、草酸和氟硅聚合物组成，其重量比为7∶8∶40∶10∶10∶7；8.5∶2.5∶6∶0.5∶7。

9、  权利要求1所述的表面涂层组合物的制备方法，该方法包括：将聚乙烯醇缩丁醛、醇、甲基取代的苯、松香、磷酸锌、草酸和氟硅聚合物混合乳化，研磨；所述组分的重量比为1∶5-8∶2-4∶0.5-1.5∶0.5-1∶0.05-0.1∶0.5-1.5；所述醇为2-4个碳的醇。

10、  权利要求9所述的制备方法，其中，该方法包括将聚乙烯醇缩丁醛、丁醇、乙醇、甲苯、二甲苯、松香、铁红、化石粉、磷酸锌、草酸和氟硅聚合物混合乳化，研磨；所述组分的重量比为1∶1-1.5∶5-7∶1-2∶1-2∶0.5-1.5∶0.8-1.5∶0.2-0.5∶0.5-1∶0.05-0.1∶0.5-1.5。

一种表面涂层组合物及其制备方法
技术领域
本发明提供一种组合物，尤其是一种表面涂层组合物，其属于一种氟硅防腐涂料。
背景技术
电力系统作为能源运输的一个主要流通途径，在国民经济发展过程中发挥了巨大的作用。金属材料是电力系统中输变电设备的一个重要的结构材料，包括架空输电线路的杆塔、输变电设备的基座、箱柜等都是以钢铁为主的金属构件。而大量线路铁塔及其它各类金属构件长期运行于各种恶劣环境中，包括化工厂、化肥厂、制药厂、矿山等严重污染的环境，在长期运行条件下，金属构件表面常常出现腐蚀现象。据不完全统计，全世界每年因腐蚀而报废的钢铁构件和设备相当于钢铁年产量的四分之一，我国因腐蚀而造成的经济损失每年在2000亿元左右，在我国电力系统每年由于设备外腐蚀造成的经济损失足可以新建4座500KV变电站或一座大中型发电厂。如果输变电设备中线路杆塔及其它金属构件腐蚀情况日益发展，甚至可以威胁到设备运行安全，使得输电线路存在安全隐患，例如：降低铁塔机械强度；铁锈随雨水流至绝缘子表面，降低绝缘子污闪电压等等。
因此，电力系统铁塔等金属构件的腐蚀已经是业内急需解决的问题。目前，电力系统输变电设备在运行期间主要采用“冷涂锌”防腐措施进行二次或多次防腐，该方法和措施科技含量较低、寿命偏短，短则2～3年需重做一次防腐，消耗大量人力、物力。
金属腐蚀的现象与机理比较复杂，根据腐蚀的机理和特点分为物理腐蚀、化学腐蚀和电化学腐蚀。金属材料由于单纯的物理溶解作用而引起的破坏属于物理腐蚀；金属与介质发生化学作用引起的腐蚀属于化学腐蚀，又可分为气体化学腐蚀和非电解质溶液化学腐蚀，金属材料在不导电的非电解质溶液中也会发生化学腐蚀；而电化学腐蚀是最普遍、最常见的腐蚀。在电化学腐蚀发生的过程中有电流产生，金属腐蚀反应有一个阳极反应和一个阴极反应；阳极反应是金属离子从金属转移到溶液中放出电子的过程，阴极反应即溶液中氧化性物质(如H⁺、O₂)接收来自阳极的电子的还原过程。金属在阳极发生腐蚀，阴极是不发生腐蚀的。通常因为金属都含有一些杂质，由于金属与杂质的电负性不同，当与电解质溶液接触时，每颗小杂质对金属本身来说都成为阴极，在金属表面就必然有许多微小的阴极和阳极同时存在，金属表面就形成了许多微电池。另一种情况，金属与电解质溶液相接触时，金属表面的各个部分的电极电位不相同，结果形成腐蚀微电池而发生腐蚀。
输变电设备的金属构件在运行状态下，所处环境条件十分恶劣，由于季节的变化和材料组成等原因，都经受着物理腐蚀、化学腐蚀和电化学腐蚀的考验。
所有的防腐措施中，就防腐蚀的基本原理来看，涂敷防腐蚀涂料是最适合输变电设备在野外作业的特殊要求的防止腐蚀的措施方法。
目前的防腐涂料主要有：氟树脂涂料、氟硅共聚物涂料、漆酚环氧重防腐涂料、高聚物合金重防腐涂料等品种。这些新型防腐涂料的最大特点是耐化学介质、耐油拒水、耐气候、电绝缘性佳、使用寿命长。
由于自然环境日益恶化，线路铁塔及其它输变电金属构件防腐蚀的要求也越来越高，而对于电力系统中金属构件的防腐蚀研究开展却相对滞后，需要进一步开展。
根据国家电网公司“十五”期间科技发展方向对该问题的提出及电网运行的实际需要，开发研制一种用于铁塔等电力设备金属构件的持久性防腐涂料，以替代目前大量使用的“冷涂锌”防腐措施，对电力设备金属构件做长期有效的保护，确保电网安全稳定运行，显得尤为重要。
发明内容
为了解决现有技术存在的种种缺陷，本发明经过大量的实验，根据电力系统线路杆塔及其它输变电设备金属构件防腐的使用需求，研发了一种表面涂层组合物，该组合物可作为持久性防腐涂料用于铁塔等电力设备金属构件表面。
本发明的目的在于提供一种表面涂层组合物，该组合物具有较强的吸附力和机械强度，以及还具有致密的涂膜结构和超强的耐久性，可以用于长期运行于各种恶劣环境中的线路铁塔及其它各类金属构件表面，并起到优良的防腐作用。
为了达到上述目的，本发明提供了一种表面涂层组合物，一种表面涂层组合物，其特征在于，该组合物的组分包括聚乙烯醇缩丁醛、醇、甲基取代的苯、松香、磷酸锌、草酸和氟硅聚合物，所述醇为2-4个碳的醇，所述组分的重量比为1∶5-8∶2-4∶0.5-1.5∶0.5-1∶0.05-0.1∶0.5-1.5。
为了工程上的需要，上述表面涂层组合物其中的组分一般还包括颜填料，该颜填料包括选自太白粉、化石粉、铁红、铁黑、三氧化二镉中至少一种；即，在本发明的涂层组合物中，所述聚乙烯醇缩丁醛、醇、甲基取代的苯、松香、颜填料、磷酸锌、草酸和氟硅聚合物的重量比为1∶5-8∶2-4∶0.5-1.5∶1-2∶0.5-1∶0.05-0.1∶0.5-1.5；上述的醇优选为重量比1∶4-6的丁醇和乙醇。
本发明的原料之一氟硅聚合物也可称为含氟硅聚合物，其为本领域熟知的一种化工产品，其制备方法也已经被公开记载披露过，可参见《高分子通报》2006年07期“含氟硅聚合物的合成及应用”以及《华东理工大学学报(自然科学版)》2006年06期“功能性水性氟硅聚合物的制备”记载的方法。
本发明的表面涂层组合物具备的性能如下：
(1)超强的附着力：涂层与基材牢固附着，有效阻止水、氧气及其它腐蚀介质接触金属材料。
(2)超强的机械强度：有效阻止风沙冲击及踩踏磨损。
(3)致密的涂膜结构：防止水、氧气及其它腐蚀介质的渗透。
(4)超强的耐久性：具有优异的耐环境老化性、耐化学腐蚀性及耐高低温性，防止涂层溶解、分解或降解。
本发明所述的表面涂层组合物，其中，所述的组分聚乙烯醇缩丁醛、醇、甲基取代的苯、松香、颜填料、磷酸锌、草酸和氟硅聚合物的重量比优选为7∶48∶20∶7∶11∶6∶0.5∶7。
上述表面涂层组合物，其中所采用的醇优选为重量比1∶4-6的丁醇和乙醇；所述的颜填料选自太白粉或化石粉、铁红、铁黑、三氧化二镉中至少一种；例如，以氟硅聚合物为7重量份计，所述的颜填料选自2-10份的太白粉或化石粉、8-10份的铁红、1-5份的铁黑、1-5份的三氧化二镉中至少一种或其任意组合。
上述的颜填料更优选为重量比8.5∶2.5的铁红和化石粉。
上述的甲基取代的苯为重量比1∶0.5-1.5的甲苯和二甲苯，优选为重量比1∶1的甲苯和二甲苯的混合物。
在本发明所述的表面涂层组合物的优选实施例中，该组合物的组分由聚乙烯醇缩丁醛、丁醇、乙醇、甲苯、二甲苯、松香、铁红、化石粉、磷酸锌、草酸和氟硅聚合物组成，所述组分的重量比依次为1∶1-1.5∶5-7∶1-2∶1-2∶0.5-1.5∶0.8-1.5∶0.2-0.5∶0.5-1∶0.05-0.1∶0.5-1.5；其重量比更优选为7∶8∶40∶10∶10∶7；8.5∶2.5∶6∶0.5∶7。
本发明的表面涂层组合物具备的性能如下：
(1)超强的附着力：涂层与基材牢固附着，有效阻止水、氧气及其它腐蚀介质接触金属材料。
(2)超强的机械强度：有效阻止风沙冲击及踩踏磨损。
(3)致密的涂膜结构：防止水、氧气及其它腐蚀介质的渗透。
(4)超强的耐久性：具有优异的耐环境老化性、耐化学腐蚀性及耐高低温性，防止涂层溶解、分解或降解。
本发明的涂层组合物的使用寿命初步定在20年以上。
本发明的涂层组合物的颜填料还可以根据需要任意选择以下成分，包括：太白粉(5-10％)、铁红(8-10％)、铁黑(1-5％)、三氧化二镉(1-5％)，以该涂层组合物的重量为100％计。
本发明的涂层组合物其为一种氟硅防腐涂料，依照对防腐涂料的性能要求，申请人进行了大量的防腐涂料的研究、开发工作。由于氟硅聚合物既拥有有机硅的优异附着力、柔韧性、抗氧化、耐臭氧、防紫外线、防潮抗温变等特性，又具有氟树脂的高化学稳定性、耐油拒水、优异的抗老化性等性能，所以本发明在研究初始即确定了研究方向为氟硅防腐涂料。在反复试验、改进的基础上，最终形成了满足使用要求的本发明的涂层组合物，即本发明的氟硅防腐涂料。
经过采用本领域常规的测试涂料的指标、参数和方法进行测试，本发明的涂层组合物主要具有以下特点：耐酸、碱等腐蚀性介质的浸蚀，具有很好的防腐蚀性能；漆膜层间附着力强，柔韧性和抗冲击性好；具有良好的抗紫外线、耐老化作用。
在具体应用中，本发明的涂层组合物组成的防腐涂料可分为底漆(例如红色)和面漆(例如灰色)，施工时应先将欲涂表面基本清理干净，有旧漆层的可用专用清洗剂清除，使得无油污和表面干燥。用刷涂和喷涂均可，先均匀刷涂(喷涂)底漆，待底漆表干后，再刷涂(或喷涂)面漆。
由于氟硅防腐涂料具有优良的特性，它可以被广泛应用于户外的电力线路铁塔和其它输变电设备金属构件的防腐蚀，省去维护的人力物力。
以下为本发明的涂层组合物的实验室试验条件和结果。
干燥时间：
涂料从流体层到全部形成固体涂膜这段时间称为干燥时间，即涂料从黏稠转化到固态涂膜所需的时间，干燥过程可分为两个阶段，即表干时间(表面干燥时间)和实干时间(实际干燥时间)。表干时间是指在规定的干燥条件下，一定厚度的湿涂膜表面从液态变为固态，但其下仍为液态所需要的时间。实际干燥是指涂料已彻底干燥形成涂膜。实干时间指在规定的干燥条件下，从施涂好的一定厚度的液态涂膜至形成固态涂膜的需要的时间。
涂料的干燥时间长短与涂料施工的间隔时间有很大关系，施工的间隔时间由涂料的干燥时间决定，故涂料干燥的快慢对施工进度有直接关系。
依据GB/T 1728-1979《漆膜、腻子膜干燥时间测定法》标准，对新型氟硅防腐涂料的底漆和面漆分别进行了干燥时间的检测。防腐涂料表干时间检测结果如下所示。
新型氟硅防腐涂料干燥时间检测结果

防腐涂料底漆、面漆的实干时间均不大于20h。
粘度：
粘度的物理意义是液体在压力、重力、剪切力等外力的作用下，分子间相互作用而产生阻碍分子间相对运动的能力，即液体流动的阻力。
涂料的粘度是涂料产品的重要指标之一，它对涂料的贮存稳定性、施工应用等有很大影响，在涂料施工时，粘度过高会使施工困难，涂膜流平性差，粘度过低，会造成流挂及涂膜较薄等弊病。
依据GB/T 1723-1993《涂料粘度测定法》标准，对新型氟硅防腐涂料的底漆和面漆分别进行了粘度的检测。
防腐涂料粘度检测结果如下表所示。
新型氟硅防腐涂料粘度检测结果

细度：
涂料的细度是指色漆或色浆内颜料、体质颜料等颗粒的大小或分散的均匀程度，以微米来表示。涂料细度的好坏将影响漆膜的光泽、透水性等漆膜物理机械性能。
依据GB/T 1724-1979《涂料细度测定法》标准，对新型氟硅防腐涂料的底漆和面漆分别进行了细度的检测。
防腐涂料检测结果如下表所示。
新型氟硅防腐涂料细度检测结果

耐冲击强度：
耐冲击强度反映涂膜在经受高速负荷作用下抵抗变形程度的能力。以固定质量(1kg)的重锤落于试板上而不引起涂膜破坏的最大高度(cm)表示漆膜的耐冲击性能。由于输电线路铁塔伴随着线路维护工作，难免遭到踩踏等作用力，同时也可能承受一些自然力，因此耐冲击强度在很大程度上影响着涂料使用效果。
依据GB/T 1732-1993《漆膜耐冲击性测定法》标准对新型氟硅防腐涂料制作的复合层试样进行了检测。
经试验检测，涂料复合层试样耐冲击强度≥50kg·cm。
遮盖力：
色漆消除(遮盖)底材上的颜色或颜色差异的能力称为遮盖力，即涂膜遮盖底材的能力。优良的涂料，必须具有良好的遮盖力，遮盖力越大，涂料的单位面积使用量就越小。涂料的遮盖力有干遮盖力和湿遮盖力之分，一般所称的遮盖力是指湿遮盖力。
依据GB/T 1726-1979《涂料遮盖力测定法》标准，对新型氟硅防腐涂料的底漆和面漆分别进行了遮盖力的检测。
经过试验检测，涂料的底漆和面漆的遮盖力分别为：底漆，90g/m²；面漆，99g/m²。
附着力：
涂料的附着力是指涂膜与被涂物件表面通过物理和化学力的作用结合在一起的坚固程度。该项技术指标表明了涂料对基材的粘结程度，对涂料的耐久性有较大影响。
依据GB/T 1720-1979《漆膜附着力测定法》标准，对新型氟硅防腐涂料制作的底漆和面漆试样进行了检测。
经过试验检测，氟硅防腐涂料底漆和面漆试样的附着力均达到1级，附着力很强，可以保证涂料使用期间受人员踩踏或自然力作用时不被破坏，因此附着力满足使用需求。
耐化学试剂性：
耐化学试剂性主要是指抵御酸、碱、盐等的腐蚀的性能，也就是直接反映其防腐蚀的性能。在一定浓度化学试剂溶液(酸、碱、盐)里浸泡一段时间，如果涂膜没有发生形态变化，依然完好，则说明防腐蚀达到相应能力，如果发生起泡、脱落等现象，则说明不能达到相应能力。
依照GB/T 1763-1979《漆膜耐化学试剂性测定法》标准，对新型氟硅防腐涂料的耐化学试剂性做了检测试验。为了检验防腐涂料优秀的耐腐蚀能力，试验使用的酸碱盐溶液浓度较高，分别为30％的H₂SO₄、30％的NaOH、3％的NaCl溶液。
经过试验检测，在规定浓度的酸碱盐溶液中浸泡720h后，涂有新型氟硅防腐涂料的试验样品没有明显变化。
为了加快试验速度，同时也使试验条件更为严酷，对氟硅防腐涂料的试样在高温条件下做了耐化学试剂性能试验。酸碱盐溶液浓度不变，通过水浴加热使试验温度保持在80℃，试验持续24h后，对涂料试样进行检测。通过高温耐化学试剂试验，观察涂料试样未出现起泡、脱落等变化。
耐老化性能：
线路铁塔及其它金属构件氟硅防腐涂料需要适应户外使用的环境，因此必须具有优良的耐大气环境老化性能。因此，对氟硅防腐涂料进行了严酷的老化试验。
在紫外老化试验过程中，对试品进行紫外辐照3.5h，然后人工淋雨0.5h，并交替循环两个过程。
经过720h紫外老化试验，氟硅防腐涂料试样表面未发生变化，经过机械性能试验，防腐涂料的耐冲击性仍然达到50kg·cm，附着力仍然为1级，机械性能基本没有变化。
耐老化性能试验证明，氟硅防腐涂料的耐老化性能优异，符合线路铁塔及其它输变电设备金属构件的户外使用要求。
与普通防腐涂料的对比试验：
新型氟硅防腐涂料主要针对线路铁塔及其它输变电设备金属构件的防腐蚀，运行环境恶劣且要求涂料使用寿命长。为了检验氟硅防腐涂料的性能优劣，本发明选取了市面普通防腐涂料和研制的新型氟硅防腐涂料进行了性能检测对比。下表列出了一些主要性能对比测试结果。
新型氟硅防腐涂料和普通防腐涂料性能对比

经过和普通防腐蚀涂料的对比检测试验可以看出，在遮盖力、耐冲击强度、附着力、耐化学试剂性等关键性能上，新型氟硅防腐涂料均优于普通的防腐涂料，这些性能保证了氟硅防腐涂料优异的耐腐蚀能力和耐久性能。
现场试用：
为了对新型氟硅防腐涂料的使用效果有更为直观的了解，本发明对研发成型的氟硅防腐涂料进行了现场试用。
2006年10月18日，在北京超高压公司负责运行维护的500kV盘安线192#、193#线路杆塔进行了防腐涂料的试用，对整个塔身进行了涂刷。
防腐涂料试用9个月后，对涂刷防腐涂料的盘安线192#和193#两基铁塔进行了一次复查。经过9个月时间的试运行，铁塔表面的防腐涂料保存完好，塔身无腐蚀现象。一方面涂料机械性能保证其抵御自然力和维护人员踩踏的破坏作用，另一方面其防腐蚀性能、耐老化性能好，保证其防腐蚀效果好、持久性强。
本发明开发研制了用于铁塔等电力设备金属构件的持久性氟硅防腐涂料，用以替代目前大量用于运行设备的、缺乏科技含量的、寿命偏短的“冷涂锌”防腐措施。该氟硅防腐涂料具有以下特点：
(1)具有超强的耐化学试剂性能，有效抵御各类型化学试剂的腐蚀。
(2)具有优异的机械性能，附着力强，耐冲击强度好，可以牢固的包覆在受保护的金属材料表面。
(3)耐老化性能好，可以适应铁塔及其它输变电设备金属构件户外防腐的使用环境，保证长期有效。
因此，持久性的氟硅防腐涂料可以对电力设备金属构件做长期有效的保护，确保电网安全稳定运行，同时免除设备使用寿命期间多次做防腐处理的巨大工作量，为运行中电力设备的金属构件防腐提供一种比较彻底的解决手段。
新型氟硅防腐涂料的主要性能优于市面普通的防腐涂料，尤其在针对户外和电力系统应用需要的几项性能方面具有自身优势，如：附着力、耐冲击强度、耐酸碱盐等化学试剂性能、耐老化性能等。具体性能参数见下表。
新型氟硅防腐涂料和普通防腐涂料主要性能参数对比