CN102604511A - 一种高固体份省工型涂料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种减少VOC排放，固体体积含量高达80％的高固体份省工型涂料，属于涂料技术领域。该涂料由基料A和固化料B组成，所述固化料B中含有固化剂，活性稀释剂和非离子表面活性剂。本发明可实现高达80％的固体体积含量，有效降低VOC，符合涂料行业绿色环保的发展方向。本发明公开的涂料实现了钢铁重防腐方面的“带锈带潮”施工，最大程度地消除了环境对施工的影响。

Description

一种高固体份省工型涂料

技术领域

本发明涉及一种减少VOC排放，固体体积含量高达80％的高固体份省工型涂料，属于涂料技术领域。

背景技术

一般来说，重防腐涂料配方中含有大量的有机溶剂，芳烃类、醇类、醇醚类等，占涂料配方的40％甚至更多。涂料干燥过程中，这些有机溶剂挥发到空气中，给环境造成严重的污染。据中国涂料工业协会提供的数据，涂料行业2009年VOC(挥发性有机化合物)为295.6万吨，2010年VOC为432.5万吨，如此多的有机溶剂挥发到空气中，给自然环境、人类健康带来极大的危害。西方发达国家早已立法限制涂料中VOC的排放，我国正在着手进一步加强对VOC排放的限制。国内越来越多的企业认识到这一点，开发低VOC排放的高固体份重防腐涂料成为大势所趋。一般固体份在65％～85％的涂料称为高固体份涂料。在发达国家，高固体份涂料在汽车工业，石油化工储罐及海洋和海岸设施等重防腐工程等得到广泛应用，而在我国则刚刚起步。国内钢结构防腐涂料，配方中可挥发溶剂含量常高达40～50％。如何提高固体含量，减少有机溶剂使用，同时保证施工的易操作性，是广大涂料科研人员面对的一大难题。

另外，重防腐涂料的施工经常受到表面处理情况和天气(特别是水)的影响。防腐涂料在施工前，需要根据设计要求，对表面(特别是钢铁表面)进行严格的喷砂一类处理，去除表面的油污、锈蚀、旧漆膜、氧化物层等，否则涂刷的防腐涂料附着力差，防腐性能将大打折扣。钢铁表面的锈蚀，分为两层：外层浮松锈蚀层和内层牢固锈蚀层。外层铁锈相对容易去除，内层锈蚀则必须要高速喷砂/抛丸等处理，有一些情况下，待施工部件的结构复杂，比如带有大量螺栓的部件，仅能把浮锈清除，彻底除掉牢固锈蚀层几乎是不可能完成的任务。涂装前的表面处理，是一件非常繁重的工作，既耗费大量工时，又增加费用。据称，表面处理的费用，占涂装费用的40％以上。另外涂料施工还常常因为天气原因不能按计划进行，比如雨天，空气湿度超过80％，高压水处理表面后或钢铁表面结露等，都要等表面完全干燥了才能施工，不但延长了工期，而且产生大量额外费用。如何把铁锈和水对重防腐涂料施工的影响消除掉是摆在重防腐涂料研发人员面前的又一难题。

制备高固体份涂料的关键在于，采用相对分子量低的低聚物或齐聚物，降低树脂粘度增加流动性，靠交联作用形成的漆膜固化成为优良的涂层。另外，须采用可参与反应的溶解力强的溶剂，进一步提高固体体积含量，降低涂料粘度。

制备带锈带潮施工涂料的原理在于，选用合适的小分子树脂、固化剂、固化促进剂、涂料助剂等，利用固化剂和钢铁表面的超强结合力，以及小分子的强渗透性，把水“挤”出来；另一方面，选用合适的防锈材料，和不易除掉的铁锈发生螯合反应，把铁锈转化成难溶的复杂络合物，从而达到优良的防腐效果。

目前国内既实现高固体份又可以带锈带潮施工的涂料专利还未见报道，相关的功能性涂料基本只实现了一个功能，或者高固体份或者带锈施工。例如CN101629045、CN101575477、CN101386767等高固体份涂料，分别用于金属管道、地坪、集装箱等，此类涂料专注于高固体份和减少VOC排放，而不能带锈带潮施工；而CN101298536、CN101016423、CN1821331等，只偏向于低表面处理的带锈涂装，不具备高固体份的特点。

本发明涉及的高固体份省工型涂料组合物，采用特殊设计的配方，选用低聚合度环氧树脂，与钢铁表面亲和力极佳的聚醚胺固化剂，固化促进剂，活性稀释剂，高性能防锈剂，高效表面活性剂等，降低了整体体系粘度，既实现了高固体份，大大减少了有机溶剂的使用和排放，又实现了涂料对钢铁表面的“带锈带潮”施工，节省了工时，节约了成本，提高了施工效率。

发明内容

为解决此技术问题，本发明提供一种高固体份省工型涂料，该涂料由基料A和固化料B组成，所述固化料B中含有固化剂，活性稀释剂和非离子表面活性剂。

本发明所述涂料中固化料B按质量份，由下述组分组成：固化剂35～50份，活性稀释剂10～18份，非离子表面活性剂10～20份，有机溶剂28～35份。

本发明所述涂料中基料A按质量份，由下述组分组成：防锈剂10～15份，改性环氧树脂25～30份，涂料助剂3～6份，增韧剂2～5份，颜填料40～50份，有机溶剂5～10份。

本发明所述涂料在使用时，基料A和固化料B的质量比优选是3∶1。

本发明所述涂料的固化料B中固化剂是由聚醚胺、低分子聚酰胺和环氧固化促进剂组成的混合物，按质量份，聚醚胺∶低分子聚酰胺∶环氧固化促进剂＝1∶2∶1。

低分子聚酰胺指胺值100～300(mgKOH/g)，粘度10000～70000(mPa·s/40℃)的聚酰胺树脂。

本发明所述涂料的固化料B中活性稀释剂是1，2-环己二醇二缩水甘油醚、1，6-己二醇二丙烯酸酯、糠醇中的一种或几种的混合物。

本发明所述涂料的固化料B中非离子表面活性剂是辛基酚、壬基酚或壬基酚聚氧乙烯醚。

本发明所述涂料的固化料B中有机溶剂是二甲苯和异丙醇的混合物。

本发明所述涂料的基料A中防锈剂是磷锌粉、磷钼粉、磷钛粉、磷铁粉、磷铁锌硅粉中两种或两种以上的混合物。

本发明所述涂料的基料A中涂料助剂是润湿剂、分散剂、流平剂、消泡剂、防沉剂中两种或两种以上的混合物。

本发明所述涂料的基料A中增韧剂是氯代烷烃、磷酸酯、邻苯二甲酸酯、己二酸酯、柠檬酸三丁酯中的一种或几种的混合物。

本发明所述涂料的所述基料A中颜填料是石英粉、滑石粉、钛白粉、氧化铝粉、超细锌粉中两种或两种以上的混合物。

本发明所述涂料的基料A中有机溶剂是粗甲苯和正丁醇的混合物。

上述高固体份省工型涂料按下述方法制备：

(1)按质量份，取28～35份有机溶剂，向其中依次加入10～18份活性稀释剂，10～20份非离子表面活性剂，35～50份固化剂，分散均匀后得固化料B。

(2)按质量份，取25～30份改性环氧树脂，向其中依次加入3～6份涂料助剂，2～5份增韧剂，充分分散后，再依次加入40～50份颜填料，10～15份防锈剂，研磨至规定细度，最后用5～10份有机溶剂调整粘度，过滤，得基料A。

本发明的高固体份省工型涂料的固体体积含量高达80％，远高于普通涂料50～60％的固体体积含量，大大减少配方中可挥发有机溶剂的用量，对环境的保护起到不可估量的作用。另一方面，特殊设计的配方使得本发明可以应用于待涂装钢铁表面有不易去除的顽固锈蚀，待涂装表面有水汽凝结、空气湿度超过80％等情况。降低了施工前对表面处理的要求，适用于特殊结构的防腐施工，比如带有大量螺栓的工件等；克服了天气原因特别是水对施工进度的影响，有效缩短工期和减少费用。

具体实施方式

为了解决涂料高固体体积含量和钢铁表面“带锈带潮”情况下的施工问题，本发明提供了一种高固体份省工型涂料，该涂料由A、B两种组份构成，A是基料，B是固化料。基料A中含有常温下为液态的低聚合度改性环氧树脂和高性能防锈剂；固化料B中含有与钢铁亲和力强于水的以聚醚胺型环氧固化剂为主的混合物，以及可参与反应的活性稀释剂和表面活性剂。

本涂料可挥发溶剂含量低至20％，固体份高达80％，极大减少了VOC排放，且适用于钢铁表面锈蚀不易除去以及表面有水不宜施工等常规涂料难以胜任的情况。

加大固体体积含量势必降低涂料的流动性，给施工带来诸多不便。基料A中优选的低聚合度改性双酚A型环氧树脂，常温下即为液态，具有良好的流动性，使涂料实现“高固体份”成为可能；既保证了漆膜的强度，又保证了一定的渗透性。具体实施中可以选用上海树脂厂的6002、南亚的A504或台湾长春树脂厂的BE-188M-90等。

防锈剂是磷锌粉、磷钼粉、磷钛粉、磷铁粉、磷铁锌硅粉中两种或两种以上的混合物，优选为磷锌粉、磷钛粉、磷铁粉、磷铁锌硅粉中两种或两种以上的混合物，最优选为磷钛粉、磷铁锌硅粉的混合物。优选的磷酸盐防锈剂在涂料施工后，释放出的PO₄ ^3-可以与Fe²⁺或Fe³⁺螯合，将铁锈转化为复杂的不可溶型络合物，在被涂物表面形成卓越的钝化膜，从而达到防锈目的。

增韧剂是氯代烷烃、磷酸酯、邻苯二甲酸酯、己二酸酯、柠檬酸三丁酯中一种或几种的混合物，优选为磷酸酯、邻苯二甲酸酯、己二酸酯中一种或几种的混合物，进一步优选为邻苯二甲酸酯、己二酸酯一种或两种的混合物。虽然环氧树脂粘着力高，力学性能强，是高性能防腐涂料的不二选择，但是也存在韧性差，耐冲击差等缺点。优选的小分子增韧剂，插入到聚合物分子链之间，增加了聚合物分子链的移动性，降低了刚性，从而使聚合物分子链的韧性、塑性增强，物理机械性能相对提高。

颜填料是石英粉、滑石粉、钛白粉、氧化铝粉、超细锌粉中两种或两种以上的混合物。这些物质有良好的耐腐蚀性，既降低了成本又提高了涂料固体体积含量。本发明中所述的颜填料是本领域公知公用，本领域的技术人员可以根据对产品的具体要求选择适当颜料。

涂料助剂是润湿剂、分散剂、流平剂、消泡剂、防沉剂中两种或两种以上的混合物。这些助剂有利于颜填料在整个体系里的润湿和分散，使整个体系更加稳定，改善漆膜的干燥性能和其他表观性能。本领域的技术人员可以根据对产品的具体要求选择适当的涂料助剂、确定其配比以及用量。

溶剂是粗甲苯和正丁醇的混合物，按质量份，粗甲苯∶正丁醇＝1∶1。

固化料B中，固化剂是聚醚胺、低分子聚酰胺和环氧固化促进剂的混合物。聚醚胺类固化剂和钢铁表面结合力很强，甚至强过水和钢铁的结合力，可选用D230；低分子聚酰胺有较强的渗透性和反应活性，可选YD-8115；环氧固化促进剂选择DMP-30，加速固化。按质量份，聚醚胺∶低分子聚酰胺∶环氧固化促进剂＝1∶2∶1。

活性稀释剂是可以参与固化反应的一类溶剂，本身含有活泼反应基团。使用此类溶剂进一步降低了涂料混合物的粘度使得易于施工，涂装后本身参与反应和树脂固化为一体，减少了VOC排放，优选为1，2-环己二醇二缩水甘油醚，1，6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)，糠醇中一种或几种的混合物，进一步优选为1，2-环己二醇二缩水甘油醚和糠醇的混合物。

表面活性剂起到润湿施工面的作用，使得涂料混合物更容易附着施工表面，本发明中使用辛基酚、壬基酚或壬基酚聚氧乙烯醚，另外其中的活泼-OH可以与主体改性环氧树脂反应，形成复杂的高分子化合物，进一步促进漆膜的干燥。

固化料B中的有机溶剂是二甲苯和异丙醇的混合物，按质量份，二甲苯∶异丙醇＝1∶1。

本发明所述的涂料组合物，可以按下述方法制备：

(1)制取基料A：按质量份，取25～30份改性环氧树脂，向其中依次加入3～6份由润湿剂、分散剂、流平剂、消泡剂、防沉剂组成的涂料助剂，2～5份增韧剂，充分分散后，再依次加入40～50份颜填料，10～15份防锈剂，过砂磨机研磨至规定细度，最后用5～10份有机溶剂调整粘度，过滤，得到成品基料A。

(2)制取固化料B：按质量份，取28～35份由二甲苯和异丙醇组成的混合溶剂，向其中依次加入10～18份由1，2-环己二醇二缩水甘油醚，1，6-己二醇二丙烯酸酯，糠醇中一种或几种组成的活性稀释剂，10～20份由壬基酚、辛基酚或壬基酚聚氧乙烯醚中两种或两种以上组成的表面活性剂混合物，35～50份由聚醚胺、低分子聚酰胺、环氧固化促进剂组成的固化剂混合物，充分分散均匀后，得固化剂B。

其中所述及的产品指标通常包括细度、粘度等指标，产品常用指标及其调整手段为本领域现有技术，无需赘述。

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

制备涂料组合物I

基料A：向容器中先加入250g双酚A型改性环氧树脂，然后加入由润湿剂10g、分散剂10g、流平剂10g、消泡剂10g、防沉剂10g(分别为德谦904、大豆卵磷脂、德谦202P、德谦435、道康宁DC62)组成的50g涂料助剂混合物，再加入由25g邻苯二甲酸酯、25g己二酸酯组成的增韧剂，搅拌分散均匀；向上述混合物中依次加入由石英粉90g、滑石粉90g、钛白粉90g、氧化铝粉90g、超细锌粉90g组成的颜填料混合物，磷钛粉75g、磷铁锌硅粉75g组成的防锈剂；分散均匀后，过砂磨机研磨至细度50μm，最后加入由粗甲苯25g、正丁醇25g组成的混合溶剂，调整粘度至100～110KU，过滤得成品基料A。

固化料B：向另一容器中先加入由二甲苯150g、异丙醇150g组成的混合溶剂，向其中依次加入由1，2-环己二醇二缩水甘油醚75g、糠醇75g组成的活性稀释剂，由壬基酚50g、壬基酚聚氧乙烯醚50g组成的表面活性剂混合物，由D230聚醚胺110g、YD8115低分子聚酰胺230g、DMP230环氧固化促进剂110g组成的固化剂混合物，充分分散均匀后，得固化料B。

实施例2

制备涂料组合物II

基料A：向容器中先加入300g双酚A型改性环氧树脂，然后加入由润湿剂10g、分散剂10g、流平剂10g、消泡剂10g、防沉剂10g(分别为德谦904、大豆卵磷脂、德谦202P、德谦435、道康宁DC62)组成的50g涂料助剂混合物，再加入由25g邻苯二甲酸酯、25g己二酸酯组成的增韧剂，搅拌分散均匀；向上述混合物中依次加入由石英粉80g、滑石粉80g、钛白粉80g、氧化铝粉80g、超细锌粉80g组成的颜填料混合物，磷钛粉75g、磷铁锌硅粉75g组成的防锈剂；分散均匀后，过砂磨机研磨至细度50μm，最后加入由粗甲苯25g、正丁醇25g组成的混合溶剂，调整粘度至100～110KU，过滤得成品基料A。

固化料B：向另一容器中先加入由二甲苯140g、异丙醇140g组成的混合溶剂，向其中依次加入由1，2-环己二醇二缩水甘油醚75g、糠醇75g组成的活性溶剂，由壬基酚50g、壬基酚聚氧乙烯醚50g组成的表面活性剂混合物，由D230聚醚胺120g、YD8115低分子聚酰胺230g、DMP-30环氧固化促进剂120g组成的固化剂混合物，充分分散均匀后，得固化料B。

实施例3

制备涂料组合物III

基料A：向容器中先加入300g双酚A型改性环氧树脂，然后加入由润湿剂10g、分散剂10g、流平剂10g、消泡剂10g、防沉剂10g(分别为德谦904、大豆卵磷脂、德谦202P、德谦435、道康宁DC62)组成的50g涂料助剂混合物，再加入由25g邻苯二甲酸酯、25g己二酸酯组成的增韧剂，搅拌分散均匀；向上述混合物中依次加入由石英粉90g、滑石粉90g、钛白粉90g、氧化铝粉90g、超细锌粉90g组成的填料混合物，磷钛粉50g、磷铁锌硅粉50g组成的防锈剂；分散均匀后，过砂磨机研磨至细度50μm，最后加入由粗甲苯25g、正丁醇25g组成的混合溶剂，调整粘度至100～110KU，过滤得成品基料A。

固化料B：向另一容器中先加入由二甲苯140g、异丙醇140g组成的混合溶剂，向其中依次加入由1，2-环己二醇二缩水甘油醚85g、糠醇85g组成的活性溶剂，由壬基酚50g、壬基酚聚氧乙烯醚50g组成的表面活性剂混合物，由D230聚醚胺110g、YD8115低分子聚酰胺230g、DMP-30环氧固化促进剂110g组成的固化剂混合物，充分分散均匀后，得固化料B。

实施例4

测试三个实施例的涂料，用到以下仪器：

德国QuaNix4500干膜厚度测试仪；国产标准SH-60型耐盐雾试验仪；斯托默粘度计BGD261；其他湿膜厚度规、耐冲击仪、细度刮板等仪器为本领域内公知公用设备。

(1)测试固体体积含量：

分别取实施例1～3制得的涂料，基料A和固化料B按质量比3∶1混合后，涂刷在三块洁净的测试钢板上(70mm*150mm*0.8mm)。每块样板任意取5个点用湿膜厚度规测量厚度，彻底干燥后用德国QuaNix4500干膜厚度测试仪测量5个取样点的干膜厚度，计算方法如下：

固体体积含量＝干膜厚度/湿膜厚度*100％

结果如表1所示，实施例1～3的涂料，固体体积含量超过75％，接近80％。根据高固体份涂料的定义，处于65～85％固体体积含量的，为高固体份涂料组合物。

表1

(2)其他性能测试

准备三块带牢固锈蚀的测试钢板(70mm*150mm*0.8mm)，先用湿布擦拭，使其表面带有一层极细小水珠。在表面水层完全挥发之前，分别喷涂实施例1～3的涂料，涂膜厚度25μm。由于高固体份省工型涂料是本行业中的新发明，尚无对应的相关评价标准，因此其他性能测试参照了《中华人民共和国化工行业标准》中关于富锌底漆的标准：HG/T3668-2000。根据其中一些标准及其他富锌底漆中未列入的检测标准GB/T9761-88、GB/9269-2009、GB/T1724-79(89)、GB/T1728-79(89)、GB/T1732-93、GB/T5209-85、GB/1771-91等，分别测试涂膜的表观、粘度、细度、干燥时间、耐冲击、耐水性、耐盐雾等性能。

结果如表2所示，在带锈带潮施工的情况下，实施例1～3的涂料的下述各项性能均通过测试，达到技术指标要求。

表2

工业应用

本发明的高固体份省工型涂料的固体体积含量高达80％，远高于普通涂料50～60％的固体体积含量，大大减少配方中可挥发有机溶剂的用量，对环境的保护起到不可估量的作用。另一方面，特殊设计的配方使得本发明可以应用于待涂装钢铁表面有不易去除的顽固锈蚀，待涂装表面有水汽凝结、空气湿度超过80％等情况。降低了施工前对表面处理的要求，适用于特殊结构的防腐施工，比如带有大量螺栓的工件等；克服了天气原因特别是水对施工进度的影响，有效缩短工期，节省了费用，对国民经济的发展有重大促进作用。

Claims (10)

1.一种高固体份省工型涂料，由基料A和固化料B组成，其特征在于：所述固化料B中含有固化剂，活性稀释剂和非离子表面活性剂。

2.根据权利要求1所述的高固体份省工型涂料，其特征在于：所述固化料B按质量份，由下述组分组成：固化剂35～50份，活性稀释剂10～18份，非离子表面活性剂10～20份，有机溶剂28～35份。

3.根据权利要求1或2所述的高固体份省工型涂料，其特征在于：所述基料A按质量份，由下述组分组成：防锈剂10～15份，改性环氧树脂25～30份，涂料助剂3～6份，增韧剂2～5份，颜填料40～50份，有机溶剂5～10份。

4.根据权利要求1所述的高固体份省工型涂料，其特征在于：使用时，所述基料A和固化料B的质量比是3∶1。

5.根据权利要求1所述的高固体份省工型涂料，其特征在于：所述固化料B中固化剂是由聚醚胺、低分子聚酰胺和环氧固化促进剂组成的混合物。

6.根据权利要求1所述的高固体份省工型涂料，其特征在于：所述固化料B中活性稀释剂是1，2-环己二醇二缩水甘油醚、1，6-己二醇二丙烯酸酯、糠醇中的一种或几种的混合物。

7.根据权利要求1所述的高固体份省工型涂料，其特征在于：所述固化料B中非离子表面活性剂是辛基酚、壬基酚或壬基酚聚氧乙烯醚。

8.根据权利要求1所述的高固体份省工型涂料，其特征在于：所述基料A中防锈剂是磷锌粉、磷钼粉、磷钛粉、磷铁粉、磷铁锌硅粉中两种或两种以上的混合物。

9.根据权利要求1所述的高固体份省工型涂料，其特征在于：所述基料A中增韧剂是氯代烷烃、磷酸酯、邻苯二甲酸酯、己二酸酯、柠檬酸三丁酯中的一种或几种的混合物。

10.根据权利要求1所述的高固体份省工型涂料，其特征在于：按下述方法制备：

(1)固化料B：按质量份，取28～35份有机溶剂，向其中依次加入10～18份活性稀释剂，10～20份非离子表面活性剂，35～50份固化剂，分散均匀后得固化料B；

(2)基料A：按质量份，取25～30份改性环氧树脂，向其中依次加入3～6份涂料助剂，2～5份增韧剂，充分分散后，再依次加入40～50份颜填料，10～15份防锈剂，研磨，最后用5～10份有机溶剂调整粘度，过滤，得基料A。