一种水性自动除锈防锈新材料及其制备方法与流程

1.本发明属于除锈材料技术领域，具体是指一种水性自动除锈防锈新材料及其制备方法。


背景技术：

2.锈层是一种复杂的混合物，在钢铁生锈的过程中以多种形式的含铁化合物出现，常见铁锈分为浮锈和附着锈，浮锈以疏松的结构附着在钢材表面，能够以物理方法进行去除，而附着锈的清理需要耗费较大的时间成本和人工成本；现有技术中对于钢材修复通常先刮去钢铁表面的浮锈刮除，在附着锈上涂覆涂料从而避免进一步的腐蚀作用；转锈型水性锈面涂料能够结合附着锈转化变为具有一定附着能力的致密膜，从而起到除锈防腐的目的；转锈剂一般具有酸性和络合能力，酸性能够将铁锈溶解为游离铁离子，游离铁离子与配位基团发生络合反应生成不溶性络合物，从而形成致密的转化层，紧密附着在钢材表面，隔绝钢材与外界空气或海水发生腐蚀作用，达到防锈的目的；水性锈面涂料的使用能够以较低的成本对带锈钢材提供表面保修，适用于需要大面积养护的钢结构设施或设备。
3.目前现有水性涂料技术主要存在以下问题：第一，转锈型水性涂料具有酸性，酸性过量容易腐蚀钢材基体，酸性不足则无法性成封闭致密的涂层；第二，涂层的致密度和附着力不强，在环境中容易被腐蚀剥落，降低防锈效果。


技术实现要素：

4.针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种水性自动除锈防锈新材料及其制备方法，为了解决提高涂层致密度和防锈效果的问题，本发明提出通过水性涂料与杂环化合物结合的方式，提高了除锈涂层的致密度，进而实现提高防锈的技术效果。
5.为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：本发明提出了一种水性自动除锈防锈新材料，所述水性除锈防锈材料包括如下重量份的组分：热固性树脂单体10-25份，交联剂0-10份，引发剂0.1-0.5份，吡啶衍生物30-75份。
6.进一步地，所述热固性树脂单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯、丁基缩水甘油醚、十二烷基缩水甘油醚、烯丙醇缩水甘油醚中的一种或几种组合。
7.进一步地，所述交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二乙基二烯丙基酯、三烯丙基氰脲酸酯中的一种或几种组合。
8.进一步地，所述引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮中的一种或几种组合。
9.进一步地，所述吡啶衍生物为2,6-双氨基吡啶和2,6-双（氨基甲基）吡啶中的至少一种。
10.进一步地，所述水性除锈防锈材料的结构单元为、、、中的任意一种。
11.进一步地，所述r为h或甲基。
12.进一步地，所述r1为—ch2oc4h9，—ch2oc
12h25
，—ch3och2chch2。
13.本发明提供一种水性自动除锈防锈新材料的制备方法，具体包括以下步骤：s1、将聚乙烯醇和氯化钠溶于去离子水中，以50rpm/min、45℃搅拌1.5h，得到水相溶液；s2、将热固性树脂单体、交联剂和引发剂组成混合溶液，逐滴加入步骤s1所得的水相溶液中，以50-100rpm/min进行搅拌，以0.2℃/min升温至60℃，聚合反应1h，再以相同速度升温到75℃，聚合反应1.5h，再以相同速度升温至90℃反应4h，停止反应，分离水相，干燥后得到热固性树脂聚合物；s3、将步骤s2所得的热固性树脂聚合物在n，n-二甲基甲酰胺中进行充分溶胀，18h后，加入吡啶衍生物，以100-15-rpm/min，100-120℃下反应48h，停止反应后，用水、乙醇、丙酮进行洗涤，40℃，2.5kpa真空干燥4h，得到水性防锈除锈新材料。
14.进一步地，在s1中，聚乙烯醇在水中的质量分数为0.2%-0.5%；氯化钠在水中的质量分数为10-%-15%。
15.进一步地，在s2中，热固性树脂单体与交联剂的质量比为1:0.1-0.2；热固性树脂单体与引发剂的质量比为1：0.01-0.05。
16.本发明所述的水性除锈防锈新材料能与未除尽有害铁锈发生反应，能够在带锈钢表面涂料中应用。
17.本发明取得的有益效果如下：本发明通过将含氮杂环化合物对水性涂料进行改进，能够通过含氮杂环化合物对游离的铁离子进行络合作用产生不溶性络合物，涂料与附着锈之间存在紧密联系，同时氨
基具有固化剂作用，能够在钢材表面形成致密的涂层，隔离钢材与外界的接触，从而提高涂层的除锈和防锈效果；本发明中采用吡啶衍生物作为杂环化合物与水性涂料进行组合，吡啶环结构是高效的p-π共轭体系，具有强吸电子特征，n元素联合涂料中的o元素基团与铁离子发生作用，形成络合物，有效的将游离的铁离子转化为不溶性络合，起到除锈的效果；n原子中的孤对电子能与铁原子上的空轨道形成配位，能够在钢材表面形成致密的膜结构，能够牢固附着在钢材表面，隔离外界环境中的侵蚀因子，从而达到高效防锈的技术效果。
附图说明
18.图1为带锈钢表面锈体粉末、涂料试样表面粉体的红外光谱图；图2为带锈钢试片和实施例1涂料试样的tafel极化曲线；图3为带锈钢试片、涂料试样和涂料+q235裸钢的附着强度结果图；图4为带锈钢表面的电镜扫描图；图5为实施例1所制备的水性除锈防锈新材料涂料试样表面的电镜扫描图。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用，但不能限制本技术的内容。
21.下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试验材料及试验菌株，如无特殊说明，均为从商业渠道购买得到的。
22.实施例1一种水性自动除锈防锈新材料，所述水性除锈防锈材料包括如下重量份的组分：丙烯酸15份，乙二醇二甲基丙烯酸酯3份，过氧化苯甲酰0.75份，2,6-双（氨基甲基）吡啶30份。
23.本实施例所述的水性除锈防锈材料的结构单元为。
24.本发明还提供了水性自动除锈防锈新材料的制备方法，具体包括如下步骤：s1、将聚乙烯醇和氯化钠溶于去离子水中，以50rpm/min、45℃搅拌1.5h，得到水相溶液；s2、将热固性树脂单体、交联剂和引发剂组成混合溶液，加入步骤s1所得的水相溶
液中，以50rpm/min进行搅拌，以0.2℃/min升温至60℃，聚合反应1h，再以相同速度升温到75℃，聚合反应1.5h，再以相同速度升温至90℃反应4h，停止反应，分离水相，干燥后得到热固性树脂聚合物；s3、将步骤s2所得的热固性树脂聚合物在n，n-二甲基甲酰胺中进行充分溶胀，18h后，加入吡啶衍生物，以100rpm/min，100℃下反应48h，停止反应后，用水、乙醇、丙酮进行洗涤，40℃，2.5kpa真空干燥4h，得到水性防锈除锈新材料。
25.实施例2一种水性自动除锈防锈新材料，所述水性除锈防锈材料包括如下重量份的组分：甲基丙烯酸10份，乙二醇二乙基丙烯酸酯1份，过氧化月桂酰0.1份，2,6-双氨基吡啶50份。
26.本实施例所述的水性除锈防锈材料的结构单元为。
27.本发明还提供了水性自动除锈防锈新材料的制备方法，具体包括如下步骤：s1、将聚乙烯醇和氯化钠溶于去离子水中，以50rpm/min、45℃搅拌1.5h，得到水相溶液；s2、将热固性树脂单体、交联剂和引发剂组成混合溶液，加入步骤s1所得的水相溶液中，以80rpm/min进行搅拌，以0.2℃/min升温至60℃，聚合反应1h，再以相同速度升温到75℃，聚合反应1.5h，再以相同速度升温至90℃反应4h，停止反应，分离水相，干燥后得到热固性树脂聚合物；s3、将步骤s2所得的热固性树脂聚合物在n，n-二甲基甲酰胺中进行充分溶胀，18h后，加入吡啶衍生物，以120rpm/min，120℃下反应48h，停止反应后，用水、乙醇、丙酮进行洗涤，40℃，2.5kpa真空干燥4h，得到水性防锈除锈新材料。
28.实施例3一种水性自动除锈防锈新材料，所述水性除锈防锈材料包括如下重量份的组分：丙烯酸甲酯25份，三烯丙基氰脲酸酯3.5份，过氧化苯甲酰0.5份，2,6-氨基吡啶75份。
29.本实施例所述的水性除锈防锈材料的结构单元为。
30.本发明还提供了水性自动除锈防锈新材料的制备方法，具体包括如下步骤：s1、将聚乙烯醇和氯化钠溶于去离子水中，以50rpm/min、45℃搅拌1.5h，得到水相溶液；s2、将热固性树脂单体、交联剂和引发剂组成混合溶液，加入步骤s1所得的水相溶液中，以100rpm/min进行搅拌，以0.2℃/min升温至60℃，聚合反应1h，再以相同速度升温到75℃，聚合反应1.5h，再以相同速度升温至90℃反应4h，停止反应，分离水相，干燥后得到热固性树脂聚合物；s3、将步骤s2所得的热固性树脂聚合物在n，n-二甲基甲酰胺中进行充分溶胀，18h后，加入吡啶衍生物，以150rpm/min，110℃下反应48h，停止反应后，用水、乙醇、丙酮进行洗涤，40℃，2.5kpa真空干燥4h，得到水性防锈除锈新材料。
31.实施例4一种水性自动除锈防锈新材料，所述水性除锈防锈材料包括如下重量份的组分：甲基丙烯酸甲酯20份，乙二醇二甲基丙烯酸酯3份，过氧化月桂酰0.5份，2,6-双（氨基甲基）吡啶60份。
32.本实施例所述的水性除锈防锈材料的结构单元为。
33.本发明还提供了水性自动除锈防锈新材料的制备方法，具体包括如下步骤：s1、将聚乙烯醇和氯化钠溶于去离子水中，以50rpm/min、45℃搅拌1.5h，得到水相溶液；s2、将热固性树脂单体、交联剂和引发剂组成混合溶液，加入步骤s1所得的水相溶液中，以80rpm/min进行搅拌，以0.2℃/min升温至60℃，聚合反应1h，再以相同速度升温到75℃，聚合反应1.5h，再以相同速度升温至90℃反应4h，停止反应，分离水相，干燥后得到热固性树脂聚合物；s3、将步骤s2所得的热固性树脂聚合物在n，n-二甲基甲酰胺中进行充分溶胀，18h
后，加入吡啶衍生物，以120rpm/min，100℃下反应48h，停止反应后，用水、乙醇、丙酮进行洗涤，40℃，2.5kpa真空干燥4h，得到水性防锈除锈新材料。
34.实施例5一种水性自动除锈防锈新材料，所述水性除锈防锈材料包括如下重量份的组分：丁基缩水甘油醚15份，过氧化甲乙酮0.75份，2,6-双氨基吡啶30份。
35.本实施例所述的水性除锈防锈材料的结构单元为。
36.本发明还提供了水性自动除锈防锈新材料的制备方法，具体包括如下步骤：s1、将聚乙烯醇和氯化钠溶于去离子水中，以50rpm/min、45℃搅拌1.5h，得到水相溶液；s2、将热固性树脂单体、交联剂和引发剂组成混合溶液，加入步骤s1所得的水相溶液中，以100rpm/min进行搅拌，以0.2℃/min升温至60℃，聚合反应1h，再以相同速度升温到75℃，聚合反应1.5h，再以相同速度升温至90℃反应4h，停止反应，分离水相，干燥后得到热固性树脂聚合物；s3、将步骤s2所得的热固性树脂聚合物在n，n-二甲基甲酰胺中进行充分溶胀，18h后，加入吡啶衍生物，以100rpm/min，120℃下反应48h，停止反应后，用水、乙醇、丙酮进行洗涤，40℃，2.5kpa真空干燥4h，得到水性防锈除锈新材料。
37.实施例6一种水性自动除锈防锈新材料，所述水性除锈防锈材料包括如下重量份的组分：十二烷基缩水甘油醚10份，过氧化环已酮0.1份，2,6-双（氨基甲基）吡啶40份。
38.本实施例所述的水性除锈防锈材料的结构单元为。
39.本发明还提供了水性自动除锈防锈新材料的制备方法，具体包括如下步骤：s1、将聚乙烯醇和氯化钠溶于去离子水中，以50rpm/min、45℃搅拌1.5h，得到水相
溶液；s2、将热固性树脂单体、交联剂和引发剂组成混合溶液，加入步骤s1所得的水相溶液中，以100rpm/min进行搅拌，以0.2℃/min升温至60℃，聚合反应1h，再以相同速度升温到75℃，聚合反应1.5h，再以相同速度升温至90℃反应4h，停止反应，分离水相，干燥后得到热固性树脂聚合物；s3、将步骤s2所得的热固性树脂聚合物在n，n-二甲基甲酰胺中进行充分溶胀，18h后，加入吡啶衍生物，以120rpm/min，110℃下反应48h，停止反应后，用水、乙醇、丙酮进行洗涤，40℃，2.5kpa真空干燥4h，得到水性防锈除锈新材料。
40.实施例7一种水性自动除锈防锈新材料，所述水性除锈防锈材料包括如下重量份的组分：烯丙醇缩水甘油醚20份，过氧化环己酮0.5份，2,6-双氨基吡啶70份。
41.本实施例所述的水性除锈防锈材料的结构单元为。
42.本发明还提供了水性自动除锈防锈新材料的制备方法，具体包括如下步骤：s1、将聚乙烯醇和氯化钠溶于去离子水中，以50rpm/min、45℃搅拌1.5h，得到水相溶液；s2、将热固性树脂单体、交联剂和引发剂组成混合溶液，加入步骤s1所得的水相溶液中，以50rpm/min进行搅拌，以0.2℃/min升温至60℃，聚合反应1h，再以相同速度升温到75℃，聚合反应1.5h，再以相同速度升温至90℃反应4h，停止反应，分离水相，干燥后得到热固性树脂聚合物；s3、将步骤s2所得的热固性树脂聚合物在n，n-二甲基甲酰胺中进行充分溶胀，18h后，加入吡啶衍生物，以150rpm/min，120℃下反应48h，停止反应后，用水、乙醇、丙酮进行洗涤，40℃，2.5kpa真空干燥4h，得到水性防锈除锈新材料。
43.实验例本实验例选择q235钢材作为金属基材，通过模拟沿海户外暴露，进行盐雾腐蚀，具体处理方式为将q235钢材加工成尺寸为10
×
200
×
2mm3的试片，将试片除油清洗后，放入盐雾箱中进行中性盐雾处理，调整盐雾箱温度为33-37℃，饱和压力桶为45-47℃，喷雾16h间歇8h为一个周期，5天后得到具有形成完整浮锈层的带锈刚，干燥备用。
44.本发明主要探讨去除表面浮锈层，保留附着锈层的钢材的除锈和防锈效果，实验例所用的带锈钢特指去除浮锈后，带有附着锈层的带锈钢。
45.将实施例1所制备的水性除锈防锈新材料涂覆在带锈钢表面，在室温下自然风干
8h，形成涂层后，得到涂料样片。
46.1、收集带锈钢表面锈体粉末、涂覆本发明实施例1所制得的水性新材料涂料试样表面粉体，置于1.5ml离型管中在50℃下烘干1h，消除水分，红外光谱波数为4000-500cm-1
，分辨率为4cm-1
。
47.2、通过电化学工作站对带锈钢和实施例1所制备的水性新材料涂料样片进行电化学测试，以带锈钢试片和涂料样片作为工作电机，铂片为对电极，饱和甘汞电电极为参比电极，测试前先将样品浸入3.5%nacl溶液中，开路电位稳定后，进行塔菲尔极化曲线测试，所述塔菲尔曲线在相对于开路电位
±
250mv区间内进行动电位极化曲线测试，扫描速度为1mv/s。
48.3、附着力测试：按照iso4624-2002标准对涂层与钢材的结合强度进行测试，使用全自动拉拔仪，将锭子打磨后，用酒精清洗吹干，用环氧粘合剂将涂料样片具有涂层的一侧与锭子粘结起来，固化后进行测试。
49.本实施例分别对带锈钢试片、涂料试样试片和涂覆本发明所制备的水性除锈防锈新材料的q235裸钢试片分别进行附着力测试。
50.4、扫描电镜分析：采用扫描电子显微镜观察带锈钢试片表面和涂料试样表面的微观形貌进行观察和分析。
51.结果分析图1为带锈钢表面锈体粉末、涂料试样表面粉体的红外光谱图，图1显示，带锈钢表面粉体在1000-1030cm-1
、1450-1480cm-1
和1620-1640cm-1
处有γ-feooh的特征吸收峰， 在790-800cm-1
和870-890cm-1
处有α-feooh的特征吸收峰，560-580cm-1处有fe3o4的特征吸收峰，α-feooh、γ-feooh和fe3o4是常出现在空气铁锈中的化合物；涂料试样表面粉体在1200-1280cm-1
处出现了c-n的特征分，在1400-1500cm-1
处形成宽带，表征了c=n的特征峰，在3000-3200cm-1
处出现了吡啶环的特征峰，根据上述分析，实施例1所制备的水性除锈防锈新材料与铁锈发生反应，形成铁离子的螯合产物。
52.图2为带锈钢试片和实施例1涂料试样的tafel极化曲线，涂料试样的的腐蚀电位为-0.340v，电流密度为9.264
×
10-7
a/cm2，涂料试样的腐蚀电位为-0.28v，电流密度为5.735
×
10-5
a/cm2，涂料试样的腐蚀电位更小，腐蚀电流密度比带锈钢试片降低2个数量级，说明其腐蚀倾向变小，结果能够说明本发明实施例1所制备的水性除锈防锈新材料具有交到的防腐蚀性能。
53.图3为带锈钢试片、涂料试样和涂料+q235裸钢的附着强度结果图，图3显示，带锈钢的附着强度为3.56mpa，涂料试样的附着强度高于带锈钢，为5.83mpa，涂料+q235裸钢的附着里最高，为9.42mpa，结果表明，涂料与能够紧密的附着在钢材上，形成致密的膜结构，本发明实施例所制备的水性除锈防锈新材料中的n、o元素中的孤对电子与铁元素的空轨道进行了配位作用，形成配位键，加强了涂层与钢材之间的附着强度。
54.图4为带锈钢表面的电镜扫描图，图5为实施例1所制备的水性除锈防锈新材料涂料试样表面的电镜扫描图，如图所示，带锈钢表面具有粗糙的片状结构，表示其表面仍具有氧化铁的铁锈；而涂料试片表面为致密的膜结构，膜层均匀平整没有明显的孔隙结构。
55.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换
和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
56.以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的应用并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种水性自动除锈防锈新材料，其特征在于：所述水性除锈防锈材料包括如下重量份的组分：热固性树脂单体10-25份，交联剂0-10份，引发剂0.1-0.5份，吡啶衍生物30-75份；所述吡啶衍生物为2,6-双氨基吡啶和2,6-双（氨基甲基）吡啶中的至少一种。2.根据权利要求1所述的水性自动除锈防锈新材料，其特征在于：所述水性除锈防锈材料的结构单元为、、、中的任意一种。3.根据权利要求2所述的水性自动除锈防锈新材料，其特征在于：所述r为h或甲基。4.根据权利要求3所述的水性自动除锈防锈新材料，其特征在于：所述r1为—ch2oc4h9，—ch2oc
12
h
25
，—ch3och2chch2。5.根据权利要求4所述的水性自动除锈防锈新材料，其特征在于：所述热固性树脂单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯、丁基缩水甘油醚、十二烷基缩水甘油醚、烯丙醇缩水甘油醚中的一种或几种组合。6.根据权利要求5所述的水性自动除锈防锈新材料，其特征在于：所述交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二乙基二烯丙基酯、三烯丙基氰脲酸酯中的一种或几种组合。7.根据权利要求6所述的水性自动除锈防锈新材料，其特征在于：所述引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮中的一种或几种组合。8.一种根据权利要求1-7任一项所述的水性自动除锈防锈新材料的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：s1、将聚乙烯醇和氯化钠溶于去离子水中，以50rpm/min、45℃搅拌1.5h，得到水相溶液；s2、将热固性树脂单体、交联剂和引发剂组成混合溶液，加入步骤s1所得的水相溶液中，以50-100rpm/min进行搅拌，以0.2℃/min升温至60℃，聚合反应1h，再以相同速度升温
到75℃，聚合反应1.5h，再以相同速度升温至90℃反应4h，停止反应，分离水相，干燥后得到热固性树脂聚合物；s3、将步骤s2所得的热固性树脂聚合物在n，n-二甲基甲酰胺中进行充分溶胀，18h后，加入吡啶衍生物，以100-15-rpm/min，100-120℃下反应48h，停止反应后，用水、乙醇、丙酮进行洗涤，40℃，2.5kpa真空干燥4h，得到水性防锈除锈新材料。9.根据权利要求8所述的水性自动除锈防锈新材料的制备方法，其特征在于：在s1中，聚乙烯醇在水中的质量分数为0.2%-0.5%；氯化钠在水中的质量分数为10-%-15%。10.根据权利要求9所述的水性自动除锈防锈新材料的制备方法，其特征在于：在s2中，热固性树脂单体与交联剂的质量比为1:0.1-0.2；热固性树脂单体与引发剂的质量比为1：0.01-0.05。

技术总结
本发明公开了除锈材料领域的一种水性自动除锈防锈新材料及其制备方法，包括如下重量份的组分：热固性树脂单体10-25份，交联剂0-10份，引发剂0.1-0.5份，吡啶衍生物30-75份；所述吡啶衍生物为2,6-双氨基吡啶和2,6-双（氨基甲基）吡啶中的至少一种。本发明通过将含氮杂环化合物对水性涂料进行改进，能够通过含氮杂环化合物对游离的铁离子进行络合作用产生不溶性络合物，涂料与附着锈之间存在紧密联系，同时含氮化合物具有固化剂作用，能够在钢材表面形成致密的涂层，隔离钢材与外界的接触，从而提高涂层的除锈和防锈效果。提高涂层的除锈和防锈效果。提高涂层的除锈和防锈效果。


技术研发人员：孙玉明
受保护的技术使用者：江苏康爱特环境工程集团有限公司
技术研发日：2023.05.06
技术公布日：2023/7/7