CN102482527B - 水溶性防锈涂料组合物 - Google Patents

水溶性防锈涂料组合物 Download PDF

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Abstract

本发明涉及水溶性防锈涂料组合物。更详细地，涉及将聚偏二氯乙烯共聚物用作有机粘合剂来与无机纳米粘合剂进行组合使用并含有上述成分的涂料，所述有机粘合剂对氧气及湿气起到高度保护膜效果，所述无机纳米粘合剂具有强韧的物理性能并且对各种金属具有优异的粘附性。所述涂料与现有的水溶性防锈涂料相比，具有显著提高了的防锈性及耐水性，同时加强了涂膜的硬度及耐擦伤性能，具有优异的耐久性，能够使挥发性有机化合物最少化，是一种有利于环境保护的涂料。

Description

水溶性防锈涂料组合物
技术领域
本发明涉及水溶性防锈涂料组合物。更详细地，涉及将聚偏二氯乙烯共聚物用作有机粘合剂来与无机纳米粘合剂进行组合使用并含有上述成分的涂料，所述有机粘合剂对氧气及湿气起到高度保护膜(barrier)效果，所述无机纳米粘合剂具有强韧的物理性能并且对各种金属具有优异的粘附性。所述涂料与现有的水溶性防锈涂料相比，具有显著提高了的防锈性及耐水性，同时加强了涂膜的硬度(hardness)及耐擦伤性能，具有优异的耐久性，能够使挥发性有机化合物最少化，是一种有利于环境保护的涂料。
背景技术
一般情况下，进行涂装不仅是为了满足审美的需求，其目的还在于保护基底。尤其为了防止金属结构物或零部件、运送工具等的腐蚀，开展了大量的研究，通过这些研究，开发出了多种油溶性防锈涂料，并成功使用。
最近，随着全世界对环境及能源越来越关心，在限制由化石原料衍生的有机溶剂(或挥发性有机化合物)的应用领域，开展了大量的行动，包括韩国在内多个国家正在实施强有力的限制措施。
由于上述要求，对水溶性涂料的重视日益增加，虽然正在积极地开展研究，但除了针对环境保护方面的效果之外，其实际上在防锈性、耐水性、粘附性等方面与现有的涂料相比还相差甚远。因此需要开发出一种水溶性防锈涂料的制备技术，该水溶性防锈涂料既要具备与现有油溶性涂料相同水准的耐水性及防锈性，还要有利于环境保护。
发明内容
本发明要解决的技术问题
因此，本发明的技术问题为提供一种水溶性防锈涂料组合物，该水溶性防锈涂料组合物既有利于环境保护，而且其优异的防锈性、耐水性及粘附性达到了与现有油溶性防锈涂料类似的水平。
解决技术问题的技术手段
为了实现上述目的，本发明提供一种水溶性防锈涂料组合物，其特征在于，以组合物总量100重量份计，含有30～50重量份的聚偏二氯乙烯共聚物乳液及1～20重量份的无机(inorganic)纳米粘合剂。
下面，详细说明本发明。
本发明的水溶性防锈涂料组合物以组合物总量100重量份计，含有作为有机聚粘合剂的30～50重量份的聚偏二氯乙烯共聚物乳液。本发明的聚偏二氯乙烯共聚物乳液为有机粘合剂，其特征在于，其为含有氯乙烯和偏二氯乙烯单体及丙烯酸单体的水系乳液树脂，其固体成分含量为50～60重量％，pH稳定于1～3之间，乳液树脂内的氯含量为50～70重量％，玻璃化转变温度的范围为5℃～15℃。所述聚偏二氯乙烯共聚物乳液能够使挥发性有机化合物最少化，并且能够获得适合的涂膜强度。
本发明的组合物所含的聚偏二氯乙烯共聚物乳液低于30重量份时，与基底的粘附力及涂膜的耐久性会存在问题，如果高于50重量份时，与相对于基底的粘附力相比，树脂自身的粘合力过高，因此如果没有附着力促进剂的情况下，会存在剥离的危险。
本发明中的聚偏二氯乙烯共聚物乳液树脂，例如可以使用DSMNeoresin公司的Haloflex202(商品名)及Haloflex202S(商品名)、Solvay公司的DiofanP510(商品名)、Lubrizol公司的Permax803(商品名)、Permax805(商品名)等，但不限于此。
本发明的水溶性防锈涂料组合物以组合物总量100重量份计，含有1～20重量份的无机纳米粘合剂。本发明的无机纳米粘合剂的特征在于，其为稳定胶体相的金属氧化物和硅烷化合物的混合形态，具有20～35重量％的固体成分，分散介质为水，利用钠或铵等离子在pH8～11下具有10～50nm左右的粒径，形态稳定。无机纳米粘合剂可以根据溶胶-凝胶法形成涂膜，制备凝胶的方法有多种，本发明的无机纳米粘合剂以因溶剂干燥而引起的浓度变化作为主要原理。
本发明的无机纳米粘合剂含量如果低于1重量份时，会存在无法实现涂膜的硬度提高等优点的问题，如果含量高于20重量份时，涂料的储存稳定性及涂膜的耐久性会存在问题，在形成涂膜时会发生粉末化。
本发明的无机纳米粘合剂应使用与上述有机粘合剂不存在相容性问题的各种类型的硅胶及其它的本领域类似系列的胶体相金属氧化物。相容性是指在常温下进行混合时不发生种化(seed)或凝聚、粒径尺寸增加、沉淀、凝胶化等。水系分散物在特性方面发生的粘度或流变的轻微变化时，如果不是凝胶化可以忽略。本发明中可以使用的无机纳米粘合剂例如有Grace公司的LudoxTM(商品名)、LudoxHS-30(商品名)、Nissan化学制品公司的SnowtexN(商品名)等，但不限于此。
以固体成分为基准，本发明的上述作为有机粘合剂的聚偏二氯乙烯共聚物乳液和无机纳米粘合剂在涂料内的混合比优选为100：5～30，如果无机纳米粘合剂的含量低于上述范围，会存在无法实现涂膜的硬度提高等优点的问题，如果无机纳米粘合剂的含量高于上述范围时，硬化涂膜会因微细的裂缝而粉碎，还会阻碍涂料本身的储存稳定性。
本发明的粘合剂使用水作为主要溶剂。水用作为涂料内各个颗粒的分散溶剂乃至用作各种化合物的溶剂，进一步加入到涂料中时，用作稀释剂。本发明的涂料在有利于环境保护的特性方面，将水用作主要溶剂是非常重要的因素。上述水优选使用清水或去离子水。
本发明的水溶性防锈涂料组合物以组合物总量100重量份计，优选地含有2～10重量份的无机防锈剂。本发明可以使用的无机防锈剂是指：在涂布于金属基底上的涂料内部形成钝化膜，切断腐蚀的电化学通路，从而抑制基底腐蚀的物质。本发明的无机防锈剂优选使用磷酸锌化合物或磷酸铝等无毒防锈剂，在使用钙离子交换氧化硅类的情况下，应注意与无机纳米粘合剂的相容性。
本发明的无机防锈剂可以使用的物质，例如有磷酸锌、磷酸锌水合物、磷酸铝、磷酸氢钙、磷酸锌铝、磷硅酸锶锌、磷酸钙、钙离子交换二氧化硅、磷硅酸锶和硼硅酸钙等，但不限于此。
本发明的无机防锈剂的含量低于2重量份或高于10重量份时，会对防锈性及涂料的稳定性带来不好的影响。为了使各无机防锈剂的效果最大化，可以和其它的无机防锈剂以一定的比例混合使用。
本发明的水溶性防锈涂料组合物以组合物总量100重量份计，优选含有15～25重量份的体质颜料(extenderpigment)。本发明的体质颜料低于15重量份时，会降低涂膜的硬度，高于25重量份时，多少会降低粘附力，或者会使硬化涂膜发生微细的裂缝，对耐水性及防锈性也会带来不好的影响。
本发明的体质颜料例如有，一般用于防锈涂料中的碳酸钙、二氧化硅、白云石、滑石、硫酸钡、高岭土、云母、钙硅石、绿泥石、硅酸铝、氢氧化铝等，但不限于此。可以单独或混合使用这些体质颜料，以实现涂膜的硬度、物理性能等。
本发明的水溶性防锈涂料组合物以组合物总量100重量份计，优选含有1～5重量份的成膜剂。本发明的成膜剂在形成涂膜时，有助于粘合剂的融合，使融合得更细密，对基底的润湿效率有利，能够提高粘附性。并且，通过降低乳液粘合剂的最低涂膜形成温度，在低温下有助于水溶性涂料的涂膜形成。
本发明的成膜剂的含量低于1重量份时，在低温(10℃以下)下进行涂装时会存在开裂的问题，高于5重量份时，干燥时间过慢，存在可加工性的问题。
本发明的成膜剂例如有Eastman公司的Texanol(商品名)、Dow公司的丁基卡必醇(Butylcarbitol)(商品名)、丁基溶纤剂(ButylCellosolve)(商品名)等，但不限于此。
本发明的水溶性防锈涂料组合物可根据需要进一步含有各种添加剂。例如可以含有分散剂及表面活性剂等，用于分散物的稳定化及提高乳液树脂和无机纳米粘合剂的相容性。此外，还可以添加触变改性剂，用于防止涂料储存中的沉淀等，并确保可加工性。为了防止气泡稳定化，还可以含有消泡剂。
这些添加剂的例子如下。分散剂例如有BYK公司的Disperbyk-190(商品名)、DOW公司的Orotan-1850E(商品名)等，表面活性剂例如有不含烷基酚聚氧乙烯醚(APEO)物质的Airproduct公司的Surfynol104(商品名)等，触变改性剂例如有Hercules公司的Natrosol+330(商品名)等，但不限于此。
发明的效果
本发明的水溶性防锈涂料组合物与现有的水溶性防锈涂料相比，具有显著提高了的防锈性及耐水性，同时加强了涂膜的硬度(hardness)及耐擦伤性能，具有优异的耐久性，能够使挥发性有机化合物最少化，是一种有利于环境保护的涂料。
具体实施方式
下面通过实施例进一步具体说明本发明。但这些实施例仅是为了帮助理解本发明而进行的例示，并不能限制本发明的范围。
制备漆浆
在没有生锈的容器中放入14g水、1g表面活性剂(APEOfree)、0.3g增粘剂、0.3g消泡剂，搅拌约30分钟，然后加入0.5g湿润分散剂，再搅拌5分钟。接着，缓慢加入无机防锈剂及体质颜料，同时进行搅拌，在无机防锈剂及体质颜料的加入结束之后，提高每分钟的转速，以使搅拌机叶轮边缘的线速度达到18～21m/s，进行分散处理15分钟。
此时，实施例1的情况下，使用磷酸锌(Zincphosphate)作为无机防锈剂，使用滑石作为体质颜料。实施例2的情况下，使用磷酸锌和钙离子交换二氧化硅作为无机防锈剂，使用滑石作为体质颜料。实施例3的情况下，使用磷酸锌作为无机防锈剂，使用重晶石作为体质颜料。其含量如表1所示。
实施例1
在上述分散的漆浆中依次加入15g的无机纳米粘合剂(Grace公司的LudoxHS-30(商品名))和40g的聚偏二氯乙烯共聚物(Lubrizol公司的Permax-805(商品名))，搅拌10分钟之后，加入1g的着色剂、2g的成膜剂、0.4g的暂时性防锈剂，搅拌约10分钟，制得水溶性防锈涂料组合物。
实施例2
在上述分散的漆浆中依次加入3g的无机纳米粘合剂和40g的聚偏二氯乙烯共聚物，搅拌10分钟之后，加入1g的着色剂、2g的成膜剂、0.4g的暂时性防锈剂，搅拌约10分钟，制得水溶性防锈涂料组合物。
实施例3
在上述分散的漆浆中依次加入15g的无机纳米粘合剂和40g的聚偏二氯乙烯共聚物，搅拌10分钟之后，加入1g的着色剂、2g的成膜剂、0.4g的暂时性防锈剂，搅拌约10分钟，制得水溶性防锈涂料组合物。
比较例1
在上述分散的漆浆中加入40g的丙烯酸乳液(Dowchemical公司的AvanseMV-100(商品名))，搅拌10分钟，然后加入1g的着色剂、2g的成膜剂、0.4g的暂时性防锈剂，搅拌约10分钟，制得水溶性防锈涂料组合物。
比较例2
在上述分散的漆浆中依次加入15g的无机纳米粘合剂和40g的丙烯酸乳液，搅拌10分钟，然后加入1g的着色剂、2g的成膜剂、0.4g的暂时性防锈剂，搅拌约10分钟，制得水溶性防锈涂料组合物。
比较例3
在上述分散的漆浆中加入40g的聚偏二氯乙烯共聚物，搅拌10分钟，然后加入1g的着色剂、2g的成膜剂、0.4g的暂时性防锈剂，搅拌约10分钟，制得水溶性防锈涂料组合物。
表1
(单位：重量份)
物理性能的评价
将上述实施例1～3及比较例1～3中准备的涂料使用空气喷涂法以80微米的干燥涂膜厚度涂布到1.5T的冷干轧制钢板上，然后在23±2℃的温度及50±10％的相对湿度条件下最少干燥7天。此时，对干燥室内部进行换气，并不使强风直接接触涂膜表面。
1.防锈性
根据ASTMB117来实施防锈性的试验方法，依照ASTMD714的水泡及锈的发生频率判定法进行判定。
2.耐水性
耐水性试验方法是将上述方法制备的试样在清水中沉积5天，然后进行评价，依照ASTMD714的水泡及锈的发生频率判定法进行判定。
3.粘附性
粘附性试验方法依照ASTMD3359。
4.硬度
硬度试验方法依照ASTMD3363。
5.弯曲性能
弯曲性能试验方法依照ASTMD522。
表2
由上述表2的结果可知，实施例1～3的新的水溶性防锈涂料的防锈性优于现有技术，对金属基底的粘附力优异，并且硬度得到了提高，使涂膜的表面耐擦伤性能得到提高，并且具有柔软的涂膜特性。特别是，在使用了普通的丙烯酸乳液的比较例1中，其防锈性大幅降低，在普通的丙烯酸乳液中仅单独添加了无机纳米粘合剂的比较例2的情况下，反而耐水性降低了。而仅使用聚偏二氯乙烯共聚物的比较例3的情况下，虽然防锈性优异，但涂膜的硬度及耐水性有降低的倾向。与此相比，实施例1～3中将聚偏二氯乙烯共聚物和无机纳米粘合剂进行适当组合的水溶性防锈涂料的情况下，同时显示出了优异的防锈性和优异的机械物理性能。

Claims (6)

1.水溶性防锈涂料组合物，其特征在于，以组合物总量100重量份计，含有40～50重量份的聚偏二氯乙烯共聚物乳液、1～20重量份的无机纳米粘合剂、2～10重量份的无机防锈剂、15～25重量份的体质颜料及1～5重量份的成膜剂；
以固体成分为基准，聚偏二氯乙烯共聚物乳液及无机纳米粘合剂的混合比为100：5～30。
2.根据权利要求1所述的水溶性防锈涂料组合物，其特征在于，所述聚偏二氯乙烯共聚物乳液为含有氯乙烯和偏二氯乙烯单体及各种丙烯酸单体的水系乳液树脂，其固体成分含量为50～60重量％，pH稳定于1～3之间，乳液树脂内的氯含量为50～70重量％，玻璃化转变温度的范围为5℃～15℃。
3.根据权利要求1所述的水溶性防锈涂料组合物，其特征在于，所述无机纳米粘合剂为稳定胶体相的金属氧化物和硅烷化合物的混合形态，具有20～35重量％的固体成分，分散介质为水，在pH8～11下具有10～50nm的粒径，形态稳定。
4.根据权利要求1所述的水溶性防锈涂料组合物，其特征在于，所述无机防锈剂选自磷酸锌、磷酸锌水合物、磷酸铝、磷酸氢钙、磷酸锌铝、磷硅酸锶锌、磷酸钙、钙离子交换二氧化硅、磷硅酸锶、硼硅酸钙中的一种或它们的混合物。
5.根据权利要求1所述的水溶性防锈涂料组合物，其特征在于，所述体质颜料选自碳酸钙、二氧化硅、白云石、滑石、硫酸钡、高岭土、云母、钙硅石、绿泥石、硅酸铝、氢氧化铝中的一种或它们的混合物。
6.根据权利要求1所述的水溶性防锈涂料组合物，其特征在于，其还含有选自分散剂、表面活性剂、触变改性剂及消泡剂中一种以上的添加剂。
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