專利名稱：一種含合金粉體的涂料的制作方法
技術領域：
本發明涉及涂料組合物，更具體地說是一種含鋁鎂鋅合金粉體的抑菌抗靜電的陽極型防腐蝕涂料。
陽極型防腐涂料中的活性金屬顏料可以在腐蝕環境中先于被保護基體溶解，以使得基體金屬獲得陰極保護。已商品化或研究報道的陽極型防腐涂料有兩種一種是已商品化的富鋅涂料，它是以純鋅微粒為顏料；另一種是北京化工大學提出的以鋁鋅合金為顏料的SA涂料(專利號為93105089)。
在富鋅涂料中，顏料用量達到干膜重量的90％，這樣，顏料體積濃度(顏料在涂料中所占的體積分數)遠遠大于顏料的臨界體積濃度(顏料在涂層中相互接觸的最小體積濃度)，再加上鋅粒表面與樹脂結合不緊密，造成涂層屏蔽效果不好，且容易生產析氫、鼓泡等過保護現象。SA涂料使用Al-Zn合金粉體作為顏料，Al的存在改善了顏料與樹脂的結合性能，提高了涂層的致密度；另外，SA涂料顯著降低了顏料的用量，使顏料體積濃度低于臨界體積濃度，這樣就在保證陰極保護作用的同時，大大地增強了涂料涂層的屏蔽性能，然而，Al-Zn合金粉體在自來水中活性不足，使得SA涂料在自來水和土壤中的陰極保護功能不能充分體現出來。
人們已經越來越多地認識到抑菌涂層的重要性。為了獲得持久有效的抑菌涂層，人們注意到那些具有抑菌活性的金屬離子，包括銀、金、鉑、鈀、銥、銅、錫、銻、鉍和鋅金屬離子。雖然銀的抗菌強度高于鋅，但由于鋅具有化學活性且價廉，人們對其也有所關注。如USP5415865是以ZnO為活性組份，同時加入脫氫松香酸或脫氫樅酸等酸性組份，以期在使用過程中持續有效地釋放出鋅離子，抗菌、治療皮膚病。
為了消除靜電對油品運輸和貯存帶來危害，我國有關部門規定在貯油罐和輸油管線的內壁涂層應具有抗靜電功能。目前，已有一些抗靜電防腐涂料，其產品主要是在樹脂中添加了化學惰性的導電材料或導電助劑，使得涂層中導電性增加，以導走因摩擦而產生的靜電。然而，就其防腐蝕性能而言，僅僅是靠樹脂的屏蔽性能，一旦損傷，涂層即失去防護功能。
從上面的描述可以看出，現有陽極型涂料、抑菌涂料和抗靜電涂料不是存在著性能不夠完善的問題，就是存在著功能單一的問題。
本發明的目的是克服已有技術的不足，提出一種可以海水、淡水、土壤等多種環境介質中發揮陰極保護和強屏蔽雙重作用且同時具備抑菌和抗靜電功能的涂料。
本發明的主要技術方案將鋁鎂鋅合金粉體、粘結劑、固化劑、溶劑或稀釋劑經混合制得。
本發明的涂料組合物的成分及其含量(以組分重量之和為100計)合金粉體25-40％、粘結劑25-60％、固化劑0-10％、溶劑或稀釋劑2-50％。
本發明所述的合金粉體的組分為Al、Mg、Zn和其它微量元素(該合金粉體已申請專利，專利申請號01129665.8)，其組成含量(以組分重量之和為100計)Al35-60％、Zn+Mg40-65％、其它元素0-1％、所述的Mg和Zn重量比為0.5-2.5∶1，所述的其它元素選自Sn、Si、In中和一種、兩種或三種混合物合金粉體采用通用霧化工藝(《金屬手冊》第九版第七卷，第179頁，機械工業出版社)制備，即將Al、Mg、Zn金屬塊材經過配料、熔融、驟冷等工序得到合金屬塊體，然后經球磨、碾壓、篩分等機械方法制得50微米以下的合金粉體。另外還在金屬原料中還加Sn、Si、In，因此涂料中具有Sn、Si、In的成分。合金粉可制成包括多面體、準球體、片狀在內的多種形狀。
本發明所述的粘結劑包括環氧樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯、氯化橡膠、聚丙烯、硅酸鈉或正硅酸乙酯縮聚物。
本發明所述的固化劑包括胺類化合物、多羥基化合物、濃度5％的磷酸，視成膜物的種類決定是否加入固化劑及加入固化劑的種類和數量。
本發明所述的溶劑或稀釋劑是與所選用樹脂相配伍的水溶性溶液或有機溶劑，包括溶劑油、醇類、酮類、酯類中的一種、兩種或兩種以上的混合物。
為改善涂料層的柔韌和耐腐蝕性，還可加入涂料行業中常用的助劑。
本發明的涂料優選下列組合物(1)涂料組成及其重量百分比合金粉體 30-40％環氧樹脂 20-30％聚酰胺5-8％二甲苯-丁醇 35-45％(2)涂料組成及其重量百分比合金粉體 40-50％氯化橡膠 15-18％氯化石蠟 10-12％芳烴溶劑 20-25％(3)涂料組成及其重量百分比合金粉體 30-40％醇溶性熱固酚醛樹脂30-35％醇類溶劑 30-35％(4)涂料組成及其重量百分比
合金粉體30-40％硅酸鈉 50-60％磷酸(濃度5％) 5-10％(5)涂料組成及其重量百分比合金粉體30-40％硅酸乙酯初期水解物 50-60％丙酮+乙醇 5-10％(6)涂料組成及重量百分比醇解蓖麻油預聚物(70％) 30-40％合金粉體30-40％二甲苯 30-40％本發明的涂料制備方法將制備好的合金粉體、粘接劑、固化劑、溶劑或稀釋劑混勻即可。
本發明的優點和效果1.本發明涂料的屏蔽效果好，其原因有二(1)合金粉體中Al的存在，使顏料表面與樹脂緊密結合；(2)涂料中顏料體積濃度僅為臨界體積濃度的1/3-2/3，涂料涂層的抗滲透性與富鋅涂料相比大大提高了。
2.本發明涂料可以在各種水質、大氣和土壤中對鋼鐵材料實施陰極保護作用，其原因有二(1)顏料中的Zn和Mg的電化學電位比鐵負，可以在腐蝕環境中先于鐵溶解，從而對其實現陰極保護功能，其中在鹽水介質中Zn的活性較高，在土壤和淡水介質中Mg的活性較高，于是，Al-Mg-Zn-X合金粉體的電化學活性比純鋅或鋁鋅合金有所提高，使得本發明的涂料在各種腐蝕環境中都能被激活而具有陰極保護性能。另外，合金中加入一定量Mg使得合金塊具有易粉碎加工的性能。
(2)控制顏料體積濃度為臨界體積濃度的1/3-2/3，即顏料占涂層總體積的22-44％之間，并控制涂層厚度為顏料粒徑的2-3倍，這時，涂層中合金粉體呈現半連續狀態，這樣可保證涂層導電性，涂層與底材有效接觸時能夠形成暢通的腐蝕電池的回路。
3.本發明涂料還具有抑菌性能，其原因在于在所有的具有抑菌活性的金屬離子(銀、金鉑、鈀、銥、銅、錫、銻、鉍和鋅)中，鋅是唯一的具有足夠化學活性能夠用作陽極材料且其離子毒性與價格相對較低的金屬。當鋅作為涂料的顏料成分時，具有持久的陽極溶解活性，在對鋼鐵材料進行陰極保護的過程中不斷地向環境介質釋放出游離的鋅離子，即同時起到防腐蝕和抗菌的作用。
4.本發明涂料還具有抗靜電性能，這是由于
涂料層中合金粉體呈現半連續狀態，這樣，再加上合金粉體本身具有導電性，使得涂料層具有一定的導電性，例如涂層的體積電阻達到105-107Ω.m數量級，能夠有效導走由于各種摩擦引起的靜電，起到防靜電作用。
綜上所述，本發明的涂料比富鋅涂料和鋁鋅涂料具有更優的屏蔽性能和陰極保護性能，本發明的涂料還適用于要求抑菌和抗靜電的場合。
本發明的涂料對鋼材的涂層防護可同時起到屏蔽隔離作用與陰極保護作用，可以有效地抑制局部缺陷處的腐蝕，適用于各種金屬設備和金屬構件在各種水體、大氣、土壤等腐蝕環境中的重防腐涂層；本發明涂料涂層在對底材實施陰極保護的同時可不斷釋放出具有抑菌活性的鋅離子，適用于醫院床等用具、家庭廚房暖氣管道的表面涂層，可滿足人們隨著生活水平的提高和健康意識的增強，對公共場所的預防交叉感染的要求。
本發明涂料還具有抗靜電功能。靜電對工業生產所造成的危害是有目共睹的。例如，在易燃易爆品或粉塵、油霧的生產場所及原油、成品油、有機易燃液體的貯運過程，靜電放電極易引起爆炸和火災；在電子工業，靜電引力導致吸附灰塵，造成集成電路和半導體元件的污染，大大降低成品率；在紡織工業靜電引力還造成根絲飄動、纏花斷頭、紗線糾結等危害。本發明涂料適合涂敷于這些場合和生產設備或金屬構件表面，即能起到裝飾、防腐蝕作用，又能快速地導走因摩擦而產生的靜電。
下面通過具體實例進一步說明本發明的特點。
實例1～4按本實例是通用霧化工藝制備合金粉體，其組成成分及含量見表1。
實例5～9本實例是制備本發明的涂料，其中實例5的合金粉體是實例2的合金粉體，實例6～8中的合金粉體為實例1的合金粉體，實例9中合金粉體為實例3的合金粉體，涂料組成及含量見表2。
實例10本實例是對實例1的合金粉體通過抑菌圈試驗法測試其抗菌能力。
具體試驗方法和結果將西化一號濾紙(5*5mm)高溫滅菌干燥后，用肉湯浸濕，粘滿待測合金粉未備用。將金黃色葡萄球菌(ATCC25953)、大腸桿菌(ATCC25922)、綠膿桿菌(ATCC27853)菌株分別接種肉湯培養基35℃、18-14小時增菌，制成麥氏0.5號濁度單位(金黃色葡萄球菌1號濁度單位)，用棉拭子粘取，在MH培養基上密集劃線接種，三次劃線，每次旋轉60°，貼上待檢物，35℃孵育18-24小時，判定結果，再孵育24小時，第二次判定結果。同樣方法檢測Al-Mg合金微粒(記作AM)、Al-Zn合金微粒(記作AZ)的抑菌性，結果如表1所示。
實例11本實例對實例5涂料進行防腐蝕性能試驗。
試驗方法和結果試驗方法按GB1763-79(漆膜耐化學試劑性測定法)方法測定，具體測定過程方法在20號碳鋼板上涂刷一道涂層，控制厚度在50-70μm，固化7天后，作鹽水浸泡試驗。
用硅橡膠粘合劑把內徑為5cm、高為6cm的透明有機玻璃管粘在表面已涂刷好涂層的碳鋼試板上，放置固化1天后加入3％NaCl水溶液進行浸泡，觀測碳鋼試板開始出現生銹鼓泡等損壞現象的時間(即一道涂層有效保護壽命)。
用飽和甘汞電極作為參比電極，鹽水介質為3％NaCl。由于浸泡30天后交流阻抗譜中仍然只有一個時間常數，因此可用穩態線性極化法測得的極化電阻粗略代表涂層電阻。
結果表明，涂有該陽極型涂料涂層的碳鋼試板在0.3％NaCL水溶液中浸泡的30天內，涂層電阻在500kΩ.cm2以上、電極電位在-0.85V(SCE)以下，一道涂層有效保護壽命大于1年。顯然，以本發明所述的合金微粒為顏料的涂料涂層的屏蔽性能和防腐蝕性能優良。
實例12本實例對實例5涂料通過抑菌圈試驗法測試其抗菌能力。
試驗方法和結果在預先打磨好的馬口鐵試片上涂刷，控制厚度為80-100微米；室溫下自然干燥；用抑菌圈試驗法測試其抗菌能力將馬口鐵連同其上的涂層剪成5mm×5mm大小的方塊，作為等測物；其他步驟同實施例1。對金黃色萄球菌(ATCC25953)、大腸桿菌(ATCC25922)、綠膿桿菌(ATCC27853)的抑菌實驗結果分別為18mm、20mm和16mm。
表1 合金粉體成分
表2 涂料組成成份
表3 合金粉體的抑菌圈試驗結果
權利要求
1.一種含合金粉體的涂料，其特征在于組合物成分包括合金粉體、粘結劑、固化劑和溶劑或稀釋劑，其組成成分及含量(以組合物成分重量之和為100計)合金粉體25-40％、粘結劑25-60％、固化劑0-10％、溶劑或稀釋劑2-50％，所述的合金粉體成分及含量(按組成成分重量之和為100計)A135-60％、Zn+Mg40-65％、其它元素0-1％、所述的Mg和Zn重量比為0.5-2.5，所述的其它元素選自Sn、Si、In中和一種、兩種或三種混合物。所述的粘結劑包括環氧樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯、氯化橡膠、聚丙烯、硅酸鈉或正硅酸乙酯縮聚物，所述的固化劑包括胺類化合物、多羥基化合物、濃度5％的磷酸，所述的溶劑或稀釋劑包括溶劑油、醇類、酮類、酯類中的一種、兩種或兩種以上的混合物。
2.按照權利要求1所述的涂料，其特征在于組合物成分及含量(以組合物成分重量之和為100計)合金粉體 30-40％環氧樹脂 20-30％聚酰胺 5-8％二甲苯-丁醇 35-45％
3.按照權利要求1所述的涂料，其特征在于組合物成分及含量(以組合物成分重量之和為100計)合金粉體 40-50％氯化橡膠 15-18％氯化石蠟 10-12％芳烴溶劑 20-25％
4.按照權利要求1所述的涂料，其特征在于組合物成分及含量(以組合物成分重量之和為100計)合金粉體 30-40％醇溶性熱固酚醛樹脂 30-35％醇類溶劑 30-35％
5.按照權利要求1所述的涂料，其特征在于組合物成分及含量(以組合物成分重量之和為100計)合金粉體 30-40％硅酸鈉 50-60％磷酸(濃度5％) 5-10％
6.按照權利要求1所述的涂料，其特征在于組合物成分及含量(以組合物成分重量之和為100計)合金粉體30-40％硅酸乙酯初期水解物 50-60％丙酮+乙醇 5-10％
7.按照權利要求1所述的涂料，其特征在于組合物成分及含量(以組合物成分重量之和為100計)醇解蓖麻油預聚物(70％) 30-40％合金粉體30-40％二甲苯 30-40％
8.權利要求1所述的涂料用于防腐、抑菌、防靜電涂層。
全文摘要
本發明是一種含合金粉體的涂料，其特點是由粒徑小于50微米的Al－Zn－Mg合金粉體以及粘結劑、固化劑、溶劑或釋劑組成的涂料。本發明的涂料屏蔽效果好，并具有抑菌性能、抗靜電性能、陰極保護性能，可廣泛應用于石油、化工、電子、紡織等工業部門。
文檔編號C09D5/08GK1393488SQ0112966
公開日2003年1月29日 申請日期2001年6月27日 優先權日2001年6月27日
發明者萬平玉, 高順利, 劉小光, 陳詠梅, 孫麗娜, 劉福云, 楊曉波 申請人:萬平玉