CN103122186B - 一种钢轨防腐用环保型处理液及防腐钢轨材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钢轨防腐用环保型处理液，该钢轨防腐用环保型处理液由一种原料混合物混合均匀后得到，所述原料混合物含有水溶性硅酸盐、硅烷偶联剂、氧化硅填料、水性成膜树脂液和水；所述硅烷偶联剂含有如式(1)所示的第一硅烷衍生物和/或第二硅烷衍生物；所述水性成膜树脂液含有第一水性成膜树脂液和第二水性成膜树脂液，所述第一水性成膜树脂液为水性氟碳成膜树脂乳液；其中，R₁、R₂和R₃各自为甲氧基或乙氧基，n为1至4的整数。本发明还提供了一种防腐钢轨材料。本发明提供的钢轨防腐用环保型处理液原料简单，制备容易，应用方便，经济环保且防腐效果优良。

Description

一种钢轨防腐用环保型处理液及防腐钢轨材料

技术领域

本发明涉及金属防腐领域，具体地，涉及一种钢轨防腐用环保型处理液和一种防腐钢轨材料。

背景技术

钢轨在生产、储存、运输过程中，直接与外界空气和环境中的腐蚀介质接触，会发生电化学反应，尤其是在港口等船、装船外发和海上运输时，容易与海水中的腐蚀介质Cl^-、Na⁺、Mg²⁺、H₂O发生氧化还原反应，使钢轨表面出现严重的红锈，影响钢轨产品的外观和使用寿命。

现有技术中利用富锌底漆进行钢轨防腐，富锌底漆是以具有牺牲阳极作用的锌粉作为主要防锈颜料，来保护作为阴极的钢材基底，由于主要成分为锌粉，导致这种防腐材料的成本太高；电镀锌、热镀锌钢板的耐腐蚀性好，目前几乎所有电镀锌、热镀锌钢板都采用了铬酸盐钝化处理，但由于铬酸盐中六价铬毒性高且致癌，从保护生态环境及人类健康的角度出发，希望能替代铬酸盐钝化。

CN1580315A提供了一种铁路钢轨防腐及提高表面导电方法，采用高压气体将硬质颗粒物高速喷射到刚轨表面形成具有粗糙度的去氧化层的表面层，用燃烧法或电弧法将在钢轨面上匀速向前移动的金属合金线溶熔，在金属合金线溶熔点上加一高压气体喷嘴，将溶化的合金溶液喷涂在刚轨表面，用电弧法溶熔。该方法虽然加工周期短、装备轻便、操作安全、表面处理层与刚轨表面附着力较强，但操作复杂，合金防腐成本依然较高。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供一种原料简单，制备容易，应用方便，经济环保且防腐效果较好的钢轨防腐用环保型处理液。

为了实现上述目的，本发明提供了一种钢轨防腐用环保型处理液，该钢轨防腐用环保型处理液由一种原料混合物混合均匀后得到，所述原料混合物含有水溶性硅酸盐、硅烷偶联剂、氧化硅填料、水性成膜树脂液和水；

所述硅烷偶联剂含有如式(1)所示的第一硅烷衍生物和/或第二硅烷衍生物，所述第二硅烷衍生物为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和N-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷中的至少一种；

所述水性成膜树脂液含有第一水性成膜树脂液和第二水性成膜树脂液，所述第一水性成膜树脂液为水性氟碳成膜树脂乳液，所述第二水性成膜树脂液为不同于所述第一水性成膜树脂液的至少另一种水性成膜树脂液；

其中，R₁、R₂和R₃各自为甲氧基或乙氧基，n为1至4的整数；

式(1)。

本发明还提供了一种防腐钢轨材料，该防腐钢轨材料包括钢轨基材和附着在该钢轨基材上的涂层，其特征在于，所述涂层为如上所述的钢轨防腐用环保型处理液的固化产物。

通过上述技术方案，本发明提供的钢轨防腐用环保型处理液和防腐钢轨材料与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明提供的钢轨防腐用环保型处理液不含Cr⁶⁺，满足国际环保要求；原料简单，制备工艺简单易操作，应用方便，节约成本；本发明提供的防腐钢轨材料耐蚀性能好，维护了钢轨外观，延长了钢轨的使用寿命。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

根据本发明提供的钢轨防腐用环保型处理液，该钢轨防腐用环保型处理液由一种原料混合物混合均匀后得到，所述原料混合物含有水溶性硅酸盐、硅烷偶联剂、氧化硅填料、水性成膜树脂液和水；

所述硅烷偶联剂含有如式(1)所示的第一硅烷衍生物和/或第二硅烷衍生物，所述第二硅烷衍生物为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和N-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷中的至少一种；

所述水性成膜树脂液含有第一水性成膜树脂液和第二水性成膜树脂液，所述第一水性成膜树脂液为水性氟碳成膜树脂乳液，所述第二水性成膜树脂液为不同于所述第一水性成膜树脂液的至少另一种水性成膜树脂液；

其中，R₁、R₂和R₃各自为甲氧基或乙氧基，n为1至4的整数；

式(1)。

其中，该钢轨防腐用环保型处理液为所述原料混合物混合均匀后得到，并且为较为稳定且均一的液体。优选情况下，所述原料混合物中的各组分在该钢轨防腐用环保型处理液临用前1-180天混合均匀。其中，对各成分的混合顺序没有特别要求，可以直接将所述原料混合物中的各组分进行同时、分批或分步混合，只要能得到均匀的稳定相即可，优选通过搅拌使混合更加均匀。

根据本发明提供的钢轨防腐用环保型处理液，其中，相对于100重量份的所述硅烷偶联剂，所述氧化硅填料的含量为10-150重量份，优选为60-100重量份。

其中，相对于100重量份的所述硅烷偶联剂，所述水溶性硅酸盐的含量为1-50重量份，优选为10-40重量份。

其中，相对于100重量份的所述硅烷偶联剂，所述水性成膜树脂液的含量为50-300重量份，优选为100-180重量份。

其中，相对于100重量份的所述硅烷偶联剂，水的含量为200-400重量份，优选为250-350重量份。

根据本发明提供的钢轨防腐用环保型处理液，其中，如式(1)所示的第一硅烷衍生物中，优选R₁、R₂和R₃中的至少一个为甲氧基，或R₁、R₂和R₃中的至少两个为甲氧基或R₁、R₂和R₃均为甲氧基；n可以为1、2、3或4；为了进一步提高所述钢轨防腐用环保型处理液的性能，更优选情况下，式(1)所示的第一硅烷衍生物中，R₁、R₂和R₃均为甲氧基，n为1、2、3或4，更优选为2。即，式(1)所示的第一硅烷衍生物为2-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷。

根据本发明提供的钢轨防腐用环保型处理液，其中，为了进一步提高所述钢轨防腐用环保型处理液的性能，优选情况下，所述硅烷偶联剂还含有第二硅烷衍生物，所述第二硅烷衍生物为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和N-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

根据本发明提供的钢轨防腐用环保型处理液，其中，为了进一步提高所述钢轨防腐用环保型处理液的性能，优选情况下，所述硅烷偶联剂含有第一硅烷衍生物和第二硅烷衍生物，且所述第一硅烷衍生物与所述第二硅烷衍生物的重量比为1∶0.1-0.4，进一步优选为1∶0.2-0.3。

根据本发明提供的钢轨防腐用环保型处理液，其中，所述氧化硅填料没有特殊的要求，可以为以氧化硅为主体的各种填料，例如，所述氧化硅填料可以为纳米二氧化硅粉和/或硅溶胶；优选情况下，所述氧化硅填料为硅溶胶，所述硅溶胶的二氧化硅浓度为25-30重量％，平均粒径为10-30nm；所述水溶性硅酸盐可以为本领域已知的各种水溶性硅酸盐，优选硅酸钠和/或硅酸钾。

本发明所述的水性成膜树脂液可以为本领域技术人员已知的具有成膜作用的水性成膜树脂乳液，也可以为水溶性成膜树脂配置成的溶液。该溶液可以直接为商购的溶液，也可以为通过将商购的水溶性成膜树脂与水混合来得到所述水溶性成膜树脂溶液，水的用量以使所得溶液满足所需的固含量为准。其中水性成膜树脂液的用量以其乳液或溶液的量计。

根据本发明提供的钢轨防腐用环保型处理液，所述第一水性成膜树脂液优选为水性氟碳成膜树脂乳液，对其固含量没有特别要求，可以是市售的各种水性氟碳成膜树脂乳液，为了进一步提高所述钢轨防腐用环保型处理液的性能，优选氟含量大于10重量％的水性氟碳成膜树脂乳液。

当本发明所述的水性成膜树脂液为第一水性成膜树脂液即水性氟碳成膜树脂乳液时，可以得到防腐效果较好的钢轨防腐用环保型处理液，但水性氟碳成膜树脂乳液价格昂贵，极大的增加了处理液的成本。然而，本发明的发明人研究发现当所述第一水性成膜树脂液与较为廉价的所述第二水性成膜树脂液联合使用时，得到的本发明的钢轨防腐用环保型处理液的防腐效果与单独使用第一水性成膜树脂液的效果相当，且成本明显降低。所以，本发明所述的水性成膜树脂液包括第一水性成膜树脂液和第二水性成膜树脂液。

所述第二水性成膜树脂液为不同于所述第一水性成膜树脂液的各种水性的且能够用于成膜的改性的或未改性的树脂或树脂乳液中的至少一种，优选为水溶性聚酯成膜树脂(例如购自广州励宝精细化工有限公司，牌号CB2200的聚酯树脂)、水性苯丙成膜树脂乳液(例如购自广州市超龙化工科技有限公司，牌号为xy-108b的苯丙乳液)、水溶性环氧成膜树脂(例如购自东莞市黑马化工有限公司，牌号为BH620的环氧树脂)、水溶性聚氨酯成膜树脂(例如购自福建晋江建华公司，牌号812的聚氨酯树脂)、水性硅丙成膜树脂乳液(例如青岛兴国涂料公司TC-05型硅丙乳液，固含量为48重量％)和水溶性丙烯酸成膜树脂(例如购自广州欧鹏化工的牌号为A-3418的丙烯酸树脂)中的至少一种。为了进一步提高所述钢轨防腐用环保型处理液的性能，优选，所述第二水性成膜树脂液的固体含量为45-50重量％。

根据本发明提供的钢轨防腐用环保型处理液，其中，为了进一步提高所述钢轨防腐用环保型处理液的性能，所述第一水性成膜树脂液与所述第二水性成膜树脂液重量比为1∶1-8，进一步优选为1∶2-6。

除了含有上述成分之外，本发明的钢轨防腐用环保型处理液还可以含有其它各种不影响钢轨防腐用环保型处理液性质的组分，如分散剂和消泡剂中的一种或几种。以该钢轨防腐用环保型处理液的总重量为基准，其它组分的含量不超过20重量％，优选不超过10重量％。所述消泡剂可以是本领域公知的各种消泡剂，例如聚醚类消泡剂、高碳醇、硅类消泡剂和聚醚改性硅等中的一种或多种。更具体地说，所述消泡剂可以为商购自例如东营市石大创新科技有限责任公司的SD-401系列消泡剂中的一种或几种。优选情况下，以所述钢轨防腐用环保型处理液的总量为基准，所述消泡剂的含量为0.01-0.05重量％。

根据本发明所述的钢轨防腐用环保型处理液，其中，所述钢轨防腐用环保型处理液的固体分含量为30-45重量％，所述固体分为所述钢轨防腐用环保型处理液涂覆在钢轨表面干燥后成为防腐膜的成分，所述钢轨防腐用环保型处理液的固体分含量在此范围内，涂敷所形成的防腐涂层较均匀且容易固化。

根据本发明提供的防腐钢轨材料，该防腐钢轨材料包括钢轨基材和附着在该钢轨基材上的涂层，其特征在于，所述涂层为如上所述的钢轨防腐用环保型处理液的固化产物。

根据本发明提供的防腐钢轨材料，其中，所述涂层的厚度可以为防腐钢轨材料上的防腐涂层的常规厚度，为了提高所述涂层的性能，优选情况下，所述涂层的厚度为3-10微米，优选为4-6微米。所述涂层厚度在此范围内，既可使膜层达到耐腐蚀性防护的效果，又不致膜层太厚在固化时出现龟裂缺陷。

根据本发明提供的防腐钢轨材料，其中，在钢轨基材上附着所述涂层的方法可以包括将所述钢轨防腐用环保型处理液附着在钢轨基材的表面上，然后干燥，干燥的温度可以为40-50℃，时间可以为120-180秒。所述钢轨防腐用环保型处理液涂敷钢轨基材表面的方式可以为本领域技术人员已知的任何一种方式，例如可以为异型辊辊涂涂敷方式或喷淋涂敷方式。所述钢轨防腐用环保型处理液的用量可以根据涂层的厚度进行确定。

其中，所述干燥的方法，可以为常温干燥、热风干燥或钢轨余热自然干燥中的一种或多种。

本发明提供的钢轨防腐用环保型处理液可以用于各种型号的钢轨。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

将100重量份的硅烷偶联剂(第一硅烷衍生物(2-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷，购自湖北德邦精细化工有限公司)与第二硅烷衍生物(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，购自湖北德邦精细化工有限公司)按重量比1∶0.25混合得到)、10重量份的水溶性硅酸盐(Na₂SiO₃)、80重量份的氧化硅填料(30重量％的硅溶胶，平均粒径10-20nm，购自美国GE公司)、180重量份的水性成膜树脂液(水性氟碳成膜树脂乳液(购自广州市卓能贸易有限公司，牌号为SEMF-20，氟含量为20重量％)与水性硅丙成膜树脂乳液(青岛兴国涂料公司TC-05型硅丙乳液，固体含量为48重量％)按重量比1∶6混合得到)和300重量份的水，在1500转/分钟的搅拌速度下混合至均匀，得到本实施例的钢轨防腐用环保型处理液。

实施例2

将100重量份的硅烷偶联剂(第一硅烷衍生物(2-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷，购自湖北德邦精细化工有限公司)与第二硅烷衍生物(γ-氨丙基三乙氧基硅烷，购自湖北德邦精细化工有限公司)按重量比1∶0.2混合得到)、25重量份的水溶性硅酸盐(K₂SiO₃)、100重量份的氧化硅填料(30重量％的硅溶胶，平均粒径10-20nm，购自美国GE公司)、140重量份的水性成膜树脂液(水性氟碳成膜树脂乳液(购自广州市卓能贸易有限公司，牌号为SEMF-20，氟含量为20重量％)与水溶性丙烯酸成膜树脂溶液(购自广州欧鹏化工的牌号为A-3418的丙烯酸树脂；固体含量为48重量％)按重量比1∶4混合得到)和250重量份的水，在1500转/分钟的搅拌速度下混合至均匀，得到本实施例的钢轨防腐用环保型处理液。

实施例3

将100重量份的硅烷偶联剂(第一硅烷衍生物(2-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷，购自湖北德邦精细化工有限公司)与第二硅烷衍生物(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，购自湖北德邦精细化工有限公司)按重量比1∶0.3混合得到)、40重量份的水溶性硅酸盐(Na₂SiO₃)、60重量份的氧化硅填料(30重量％的硅溶胶，平均粒径10-20nm，购自美国GE公司)、100重量份的水性成膜树脂液(水性氟碳成膜树脂乳液(购自广州市卓能贸易有限公司，牌号为SEMF-20，氟含量为20重量％)与水溶性聚氨酯成膜树脂溶液(购自福建晋江建华公司，牌号812的聚氨酯树脂；固体含量为45重量％)按重量比1∶2混合得到)和350重量份的水，在1500转/分钟的搅拌速度下混合至均匀，得到本实施例的钢轨防腐用环保型处理液。

实施例4

按照实施例1的方法制备钢轨防腐用环保型处理液，不同的是，不加入第二硅烷衍生物。

对比例1

按照实施例1的方法制备钢轨防腐用环保型处理液，不同的是，180重量份的水性成膜树脂液(水性氟碳成膜树脂乳液(购自广州市卓能贸易有限公司，牌号为SEMF-20，氟含量为20重量％)与水性硅丙成膜树脂乳液(青岛兴国涂料公司TC-05型硅丙乳液，固体含量为48重量％)按重量比1∶6混合得到)由180重量份的水性成膜树脂液(水溶性丙烯酸成膜树脂溶液(购自广州欧鹏化工的牌号为A-3418的丙烯酸树脂；固体含量为48重量％)与水性硅丙成膜树脂乳液(青岛兴国涂料公司TC-05型硅丙乳液，固体含量为48重量％)按重量比1∶6混合得到)代替。

对比例2

按照实施例1的方法制备钢轨防腐用环保型处理液，不同的是，180重量份的水性成膜树脂液(水性氟碳成膜树脂乳液(购自广州市卓能贸易有限公司，牌号为SEMF-20，氟含量为20重量％)与水性硅丙成膜树脂乳液(青岛兴国涂料公司TC-05型硅丙乳液，固体含量为48重量％)按重量比1∶6混合得到)由180重量份的水性成膜树脂液(水性氟碳成膜树脂乳液(购自广州市卓能贸易有限公司，牌号为SEMF-20，氟含量为20重量％))代替。

制备实施例

取实施例1-4和对比例1-2得到的钢轨防腐用环保型处理液分别涂敷于70kg/m的钢轨(购自攀钢集团攀枝花钢钒有限公司，型号PG4)表面，40-50℃下钢轨余热干燥180秒，得到处理后的钢轨1-6。其中，涂敷量使得钢轨1-6上的涂层的厚度均为5微米。涂层的厚度是用XRF(荧光光谱仪)测量仪测定的数值。

测试实施例

按GB/T 10125 1997中规定的要求，进行中性盐雾试验，测定制备实施例中的钢轨1-6中的钢轨的耐腐蚀性能，测试结果如表1所示。

表1

实施例编号	耐腐蚀性
		实施例1	73小时后出现红锈
对比例1	68小时后出现红锈
		对比例2	74小时后出现红锈
实施例2	75小时后出现红锈
		实施例3	72小时后出现红锈
实施例4	70小时后出现红锈

根据表1的数据可见，本发明提供的钢轨防腐用环保型处理液很好的提高了钢轨的耐腐蚀性能。

并且，在优选所述硅烷偶联剂含有所述第一硅烷衍生物和所述第二硅烷衍生物的情况下，能够进一步提高所述钢轨防腐用环保型处理液的耐腐蚀性能，耐腐蚀时间更长。

并且，当所述第一水性成膜树脂液和所述第二水性成膜树脂液联合使用时，得到的本发明的钢轨防腐用环保型处理液的防腐效果与单独使用价格昂贵的第一水性成膜树脂液的效果相当。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种钢轨防腐用环保型处理液，该钢轨防腐用环保型处理液由一种原料混合物混合均匀后得到，所述原料混合物含有水溶性硅酸盐、硅烷偶联剂、氧化硅填料、水性成膜树脂液和水；

所述硅烷偶联剂含有如式(1)所示的第一硅烷衍生物和第二硅烷衍生物，且所述第一硅烷衍生物与所述第二硅烷衍生物的重量比为1：0.1-0.4，所述第二硅烷衍生物为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和N-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷中的至少一种；

所述水性成膜树脂液含有第一水性成膜树脂液和第二水性成膜树脂液，所述第一水性成膜树脂液为水性氟碳乳液，所述第二水性成膜树脂液为不同于所述第一水性成膜树脂液的至少另一种水性成膜树脂液；

相对于100重量份的所述硅烷偶联剂，所述氧化硅填料的含量为10-150重量份，所述水溶性硅酸盐的含量为1-50重量份，所述水性成膜树脂液的含量为50-300重量份，水的含量为200-400重量份；所述第一水性成膜树脂液与所述第二水性成膜树脂液的重量比为1：1-8；

其中，R₁、R₂和R₃各自为甲氧基或乙氧基，n为1至4的整数。

2.根据权利要求1所述的钢轨防腐用环保型处理液，其中，相对于100重量份的所述硅烷偶联剂，所述氧化硅填料的含量为60-100重量份，所述水溶性硅酸盐的含量为10-40重量份，所述水性成膜树脂液的含量为100-180重量份，水的含量为250-350重量份。

3.根据权利要求1或2所述的钢轨防腐用环保型处理液，其中，R₁、R₂和R₃均为甲氧基，n为2。

4.根据权利要求1或2所述的钢轨防腐用环保型处理液，其中，所述氧化硅填料为纳米二氧化硅粉和/或硅溶胶，所述水溶性硅酸盐为硅酸钠和/或硅酸钾。

5.根据权利要求1或2所述的钢轨防腐用环保型处理液，其中，所述第二水性成膜树脂液为水溶性聚酯成膜树脂液、水性苯丙成膜树脂乳液、水溶性环氧成膜树脂液、水溶性聚氨酯成膜树脂液、水性硅丙成膜树脂乳液和水溶性丙烯酸成膜树脂液的至少一种。

6.根据权利要求1或2所述的钢轨防腐用环保型处理液，其中，所述钢轨防腐用环保型处理液的固体份含量为30-45重量％，所述固体份为所述钢轨防腐用环保型处理液涂覆在钢轨表面干燥后成为防腐膜的成分。

7.一种防腐钢轨材料，该防腐钢轨材料包括钢轨基材和附着在该钢轨基材上的涂层，其特征在于，所述涂层为权利要求1-6中任意一项所述的钢轨防腐用环保型处理液的固化产物。

8.根据权利要求7所述的防腐钢轨材料，其中，所述涂层的厚度为3-10微米。

9.根据权利要求7或8所述的防腐钢轨材料，其中，在钢轨上附着所述涂层的方法包括将所述钢轨防腐用环保型处理液附着在钢轨的表面上，然后干燥，干燥的温度为40-50℃，时间为120-180秒。