CN101633814A - 水性环氧树脂防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水性环氧树脂防腐涂料及其制备方法，它解决了现有技术水分散液的贮存稳定性和分散液涂膜的耐水、耐腐蚀性之间的矛盾等问题。它由硅氧烷改性水性环氧树脂分散液、氧化铁红、防锈颜料、滑石粉、消泡剂、流平剂、抗闪锈剂、去离子水按比例混合而成，其特征在于：将亲水性单体引入到环氧树脂分子链上，具有自乳化特点；将硅氧烷应用于水性环氧树脂的改性，能够加热自固化。该涂料贮存稳定性好，施工性能好，涂膜干燥快，干燥后硬度高，涂膜光亮平滑，耐水，耐腐蚀，耐洗擦，综合性能优良，成本低。可满足储罐、桥梁等领域防腐涂料要求。

Description

水性环氧树脂防腐涂料及其制备方法

一、技术领域

本发明属于环氧树脂涂料技术领域，具体涉及一种水性环氧树脂防腐涂料及其制备方法和应用。

二、背景技术

作为三大通用热固性树脂之一，环氧树脂以其优良的工艺性能、机械性能和物理性能，广泛的应用于机械电子、航空航天、交通、建筑等领域。通常环氧树脂在应用时要用到大量的有机溶剂，一方面增加了成本，另一方面由于有机溶剂的挥发造成了环境污染，危害人类健康，因此溶剂性环氧树脂的应用越来越受限制，甚至被发达国家禁用。为解决这一问题，许多研究者致力于研究不含挥发性有机物(VOC free)、低VOC的环氧树脂体系。其中，具有环境友好特性的水性环氧树脂体系便是这一领域备受关注的研究方向之一。

随着工业的发展，防腐涂料的应用越来越广泛。在国外，水性环氧树脂防腐蚀涂料已成为发展最快的水性防腐蚀涂料品种之一。然而水性环氧树脂防腐蚀涂料的研发在我国相对滞后，其主要原因是水性环氧树脂是热力学不稳定体系，贮存稳定性不好和涂膜的综合性能不尽如人意。解决贮存稳定性的常用方法是用磷酸、氨基苯甲酸等与环氧树脂的环氧基团发生开环反应(或开环后再接枝)，由于破坏了具有交联功能的环氧基，导致水性环氧树脂涂膜耐水、耐腐蚀性较差，不能满足防腐涂料性能要求。

目前，水性防腐涂料的水分散液的贮存稳定性和分散液涂膜的耐水、耐腐蚀性之间的矛盾是制约水性环氧树脂防腐涂料发展的一大瓶颈。所以研究开发既具有良好的贮存稳定性，同时又具有优良的涂膜岸水、耐腐蚀性的水性防腐涂料迫在眉睫，并且具有可观的经济和社会效益。

三、发明内容

本发明的目的是针对国内市场提供的水性环氧树脂防腐蚀涂料，需外加固化剂，综合性能不好，进口产品价格高等问题，提供一种成本低，并具有贮存稳定性好、耐水、耐腐蚀性好、加热自固化等优异性能的水性环氧树脂防腐涂料。

本发明的另一个目的是提供上述水性环氧树脂防腐蚀涂料的制备方法。

本发明的上述目的是通过如下方案予以实现的：

一种水性环氧树脂防腐涂料，由占涂料总质量的如下质量百分比的各组分组成：

硅氧烷改性水性环氧树脂分散液            30～60；

氧化铁红                                10～20；

防锈颜料                                5～10；

滑石粉                                  5～15；

消泡剂          0.2～0.4；

流平剂          0.2～0.4；

抗闪锈剂        0.3～0.4；

去离子水        10～25。

所述硅氧烷改性水性环氧树脂分散液是以环氧树脂为母体，以甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯为接枝单体，进行接枝聚合反应，制备大分子链中含有羧基的水性自乳化环氧-苯丙共聚物，然后加入中和剂中和，再进行硅氧烷改性制作而成；防锈颜料是钛铁粉、磷酸锌或三聚磷酸锌；抗闪锈剂为磷酸盐的混合物。

一种水性环氧树脂防腐涂料的制备方法，其生产流程如下：

首先，制作硅氧烷改性水性环氧树脂分散液，其详细步骤：

(1)称取如下质量百分比的各单体和引发剂：甲基丙烯酸14～30％、甲基丙烯酸甲酯15～40％、苯乙烯20～40％、过氧化苯甲酰2～5％；所述质量百分比为占所称取单体总质量的百分比；

(2)在装有搅拌器、冷凝管、氮气导管、滴液漏斗的四口反应釜中，用环氧树脂质量的1/3～1/2的丁醇和乙二醇单丁醚预溶好环氧树脂，在氮气保护下，预先一次性加一半单体和引发剂的混合液，再在3-4h内连续滴加剩余的单体和引发剂的混合液，在聚合温度110-117℃下恒温反应5-6h，抽去溶剂即得环氧-苯丙接枝共聚物；所述环氧树脂是双酚A类环氧树脂，如E-44，E-51等，其加入量为步骤(1)所称取单体总质量的100-150％。

(3)将所得的产物在室温下加与羧基等摩尔量的中和剂中和15-30min，再在50-60℃水浴下加定量的硅氧烷恒温反应60-100min，最后滴加去离子水，快速分散0.5-1h，即得带蓝光的乳白色硅氧烷改性水性环氧树脂分散液。所述中和剂是氨水等弱碱性物质，硅氧烷是含氨基的硅氧烷；硅氧烷的加入量为步骤(2)所称取环氧树脂质量的0.5～2.5％，去离子水的加入量为步骤(1)所称取单体总质量的400～700％。

然后，按照上述各组份配比称取配方原料，将氧化铁红、防锈颜料、滑石粉、抗闪锈剂和去离子水混合，在高速剪切下分散到细度≤50μm，同时缓缓加入按照上述方法制作的硅氧烷改性水性环氧树脂分散液、消泡剂、流平剂，搅拌均匀即可制成水性环氧树脂防腐涂料。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明采用来源充足、价格便宜的丙烯酸酯类单体(甲基丙烯酸，甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯)和环氧树脂，通过简单的工艺，制备硅氧烷改性水性环氧树脂分散液，用该分散液和颜填料、助剂混合，制备出的水性环氧树脂防腐涂料，其性能与进口的水性环氧树脂防腐涂料相近，且该水性环氧树脂防腐涂料性价比高，适用范围广，有显著的经济效益和社会效益。

2、本发明采用氨基硅氧烷作为环氧接枝共聚物的改性剂，通过接枝共聚的方法，将丙烯酸酯类单体接枝到环氧树脂上，使其具有一定的亲水性。由于氨基硅氧烷由于具有较好的耐候耐湿性、柔韧性、耐水、耐化学品性，且可与环氧树脂反应，可作为环氧树脂的开环试剂；具有自交联功能的开环试剂氨基硅氧烷对环氧树脂的环氧基进行开环，使水分散液的稳定性提高。由于开环试剂自带可自交联基团，又解决了水性环氧树脂涂膜耐水、耐腐蚀性能差的缺点，可制得稳定的水性环氧树脂，且其涂膜具有良好的耐水、耐腐蚀等性能，从而克服了以往改性方法难以二者兼得的矛盾，具有良好的应用价值。

3、本发明由于在聚合物分子链上引入了硅氧烷键，可加热自固化，与双组份水性环氧树脂涂料相比，工艺简单，操作方便。

4、本发明由于在聚合物分子链上引入了丙烯酸酯共聚物和硅氧烷键，提高了环氧树脂的柔韧性。

四、具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明进行详细的说明。

实施例1：

本实施例的水性环氧树脂防腐涂料由如下质量百分比的各组分组成：

硅氧烷改性水性环氧树脂分散液40％，氧化铁红15％，防锈颜料钛铁粉8％，滑石粉15％，消泡剂0.2％，流平剂0.2％，抗闪锈剂磷酸盐混合物0.4％，去离子水21.2％。所述质量百分比为占所称取涂料总质量的百分比。

其中硅氧烷改性水性环氧树脂分散液的制备方法，其详细步骤如下：

(1)称取如下质量百分比的各单体和引发剂：甲基丙烯酸24％、甲基丙烯酸甲酯38％、苯乙烯36％、过氧化苯甲酰2％；所述质量百分比为占所称取单体总质量的百分比；

(2)在装有搅拌器、冷凝管、氮气导管、滴液漏斗的四口烧瓶中，用环氧树脂质量的1/2的丁醇和乙二醇单丁醚预溶好环氧树脂，在氮气保护下，预先一次性加一半的引发剂和单体的混合液，再在3h内连续滴加剩余的单体和引发剂的混合液，在聚合温度115℃下恒温反应5h，抽去溶剂即得环氧-苯丙接枝共聚物。

(3)将所得的产物在室温下加与羧基等摩尔量的中和剂中和15min，再在55℃水浴下加定量的氨基硅氧烷恒温反应60min，最后滴加去离子水，快速分散0.5h，即得带蓝光的乳白色硅氧烷改性水性环氧树脂分散液。

上述步骤(2)中，环氧树脂为双酚A类环氧树脂E-44，加入量为步骤(1)所称取单体总质量的120％。

上述步骤(3)中，中和剂为氨水，硅氧烷为氨基的硅氧烷。氨基硅氧烷的加入量为步骤(2)所称取环氧树脂质量的2.0％，去离子水的加入量为步骤(1)所称取单体总质量的600％。

按照上述配方，将氧化铁红、防锈颜料、滑石粉、抗闪锈剂、和去离子水混合，在高速剪切下分散到细度≤50μm，同时缓缓加入硅氧烷改性水性环氧树脂分散液、消泡剂、流平剂，搅拌均匀即得水性环氧防腐涂料。

本实施例所得水性环氧树脂防腐涂料用于容器内壁的防腐底漆，附着力高、韧性好、耐腐蚀性能优良，具体主要性能如下：

实施例2：

本实施例的水性环氧树脂防腐涂料由如下质量百分比的各组分组成：

硅氧烷改性水性环氧树脂分散液48％，氧化铁红15％，防锈颜料钛铁粉10％，滑石粉15％，消泡剂0.3％，流平剂0.3％，抗闪锈剂磷酸盐混合物0.4％，去离子水11％。所述质量百分比为占所称取涂料总质量的百分比。

其中硅氧烷改性水性环氧树脂分散液的制备方法同实施例1。

按照上述配方，采用实施例1的制备方法，制得水性环氧树脂防腐涂料。

本实施例所得水性环氧防腐涂料用于储罐的防腐底漆，涂膜干燥快，漆膜坚韧且耐久，附着力好，耐油性能优良。具体主要性能如下：

实施例3

本实施例的水性环氧树脂防腐涂料由如下质量百分比的各组分组成：

硅氧烷改性水性环氧树脂分散液55％，氧化铁红10％，防锈颜料钛铁粉10％，滑石粉15％，消泡剂0.3％，流平剂0.3％，抗闪锈剂磷酸盐混合物0.4％，去离子水9％。所述质量百分比为占所称取涂料总质量的百分比。

其中硅氧烷改性水性环氧树脂分散液的制备方法同实施例1。

按照上述配方，采用实施例1的制备方法，制得水性环氧防腐涂料。

本实施例所得水性环氧树脂防腐涂料用于桥面的防腐底漆，漆膜坚韧耐磨，附着力好，抗水渗透性强，有很好的耐候性，能适应于多种环境，具体主要性能如下：

Claims (7)

1、一种水性环氧树脂防腐涂料，其特征在于：由占涂料总质量的如下质量百分比的各组分组成：

硅氧烷改性水性环氧树脂分散液  30～60；

氧化铁红                      10～20；

防锈颜料                      5～10；

滑石粉                        5～15；

消泡剂                        0.2～0.4；

流平剂                        0.2～0.4；

抗闪锈剂                      0.3～0.4；

去离子水                      10～25。

2、根据权利要求1所述水性环氧树脂防腐涂料，其特征在于：所述硅氧烷改性水性环氧树脂分散液是以环氧树脂为母体，以甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯为接枝单体，进行接枝聚合反应，制备大分子链中含有羧基的水性自乳化环氧-苯丙共聚物，然后加入中和剂中和，再进行硅氧烷改性制作而成。

3、根据权利要求1所述水性环氧树脂防腐涂料，其特征在于：所述防锈颜料是钛铁粉、磷酸锌或三聚磷酸锌。

4、根据权利要求1所述水性环氧树脂防腐涂料，其特征在于：所述抗闪锈剂为磷酸盐的混合物。

5、一种水性环氧树脂防腐涂料的制备方法，其特征在于：

首先，制作硅氧烷改性水性环氧树脂分散液，其方法包括如下步骤：

(1)称取如下质量百分比的各单体和引发剂：甲基丙烯酸14～30％、甲基丙烯酸甲酯15～40％、苯乙烯20～40％、过氧化苯甲酰2～5％；所述质量百分比为占所称取单体总质量的百分比；

(2)在装有搅拌器、冷凝管、氮气导管、滴液漏斗的四口反应釜中，用环氧树脂质量的1/3～1/2的丁醇和乙二醇单丁醚预溶好环氧树脂，在氮气保护下，预先一次性加一半单体和引发剂的混合液，再在3-4h内连续滴加剩余的单体和引发剂的混合液，在聚合温度110-117℃下恒温反应5-6h，抽去溶剂即得环氧-苯丙接枝共聚物；

(3)将所得的产物在室温下加与羧基等摩尔量的中和剂中和15-30min，再在50-60℃水浴下加定量的硅氧烷恒温反应60-100min，最后滴加去离子水，快速分散0.5-1h，即得带蓝光的乳白色硅氧烷改性水性环氧树脂分散液；

然后，按照配比称取配方原料，将氧化铁红、防锈颜料、滑石粉、抗闪锈剂和去离子水混合，在高速剪切下分散到细度≤50μm，同时缓缓加入按照上述方法制作的硅氧烷改性水性环氧树脂分散液、消泡剂、流平剂，搅拌均匀即可制成水性环氧树脂防腐涂料。

6、根据权利要求5所述的水性环氧树脂防腐涂料的制备方法，其特征在于：所述硅氧烷改性水性环氧树脂分散液制备方法的步骤(2)中，环氧树脂是双酚A类环氧树脂，如E-44、E-51等，其加入量为步骤(1)所称取单体总质量的100-150％。

7、根据权利要求5所述的水性环氧树脂防腐涂料的制备方法，其特征在于：硅氧烷改性水性环氧树脂分散液制备方法的步骤(3)中，所述中和剂是氨水等弱碱性物质，硅氧烷是含氨基的硅氧烷；硅氧烷的加入量为步骤(2)所称取环氧树脂质量的0.5～2.5％，去离子水的加入量为步骤(1)所称取单体总质量的400～700％。