CN102964936A - 水性丙烯酸基防腐导静电涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种水性丙烯酸基防腐导静电涂料及其制备方法，先在制浆罐中加入按配方量称取的乳液、分散剂、润湿剂、防闪锈剂、偶联剂、消泡剂，以及配方量50～80%的水，高速分散；加入铁钛粉、钛白粉、滑石粉、碳酸钙、防沉降剂、石墨后继续高速分散，然后真空泵入砂磨罐中；将砂磨后的悬浮液通过真空泵入调漆罐中，加入增稠流平剂和成膜助剂，用余量水调节粘度后过筛分装。本发明的防腐导静电涂料与溶剂型防腐导静电涂料相比，涂料所用乳液、颜料、功能填料及助剂均为无毒环保产品，具有优异的耐酸性、耐碱性、耐盐性、耐水性和耐油性，所得涂层的表面电阻可根据需要在10⁵~10¹¹Ω进行调节。

Description

水性丙烯酸基防腐导静电涂料及其制备方法

技术领域

 本发明涉及一种用于金属仪器设备表面防腐的涂料，以及该涂料制备方法。 

背景技术

石油石化、医疗仪器、精密机械、光学仪器、半导体工业、电讯工业等不同工业部门,其金属仪器设备表面如产生静电，轻则造成生产运行障碍，重则导致电击、火灾和爆炸事故。另一方面，若这些金属仪器设备的表面产生腐蚀也会危及其使用安全。因此，需要用涂料对这些金属仪器设备进行防腐导静电处理。 

现已商业化的防腐导静电涂料基本上都是以有机溶剂作稀释剂的溶剂型涂料。在涂覆及固化过程中，涂料挥发出的有机溶剂不仅严重污染了环境，危害施工人员的身心健康，而且，溶剂型防腐导静电涂料闪点低，在密闭的油品储罐等体系中涂装时，容易引发火灾产生“闪爆”，从而造成生命和财产的巨大伤害与损失。而少数商业化的无溶剂防腐导静电涂料，虽然大大降低了挥发性有机物对环境的污染，但气味较大。同时，由于固含量高达95%以上，粘度很高，传统的有气和无气喷涂方法无法施工，必须采用压力比很高的新型喷漆泵。此外，无溶剂防腐导静电涂料的固化不是靠溶剂的挥发，而是完全依赖本身的固化反应，过程很快，受温度影响大，双组分混合后使用期很短。 

随着世界各国对环境的要求越来越高，尤其是一些发达国家，对涂料中的挥发性有机物的含量均给予了限制，对挥发性有机物的排放也给予了限制。作为一个国际环境及资源保护公约和条约的积极参加和缔结者，为了与世界接轨，避免少走先污染后治理的弯路，我国政府制定并颁布了“环保、安全、节能、减排”的工业经济建设可持续发展战略。因此严格限制涂料中的有机挥发物含量，以至最大程度的减少对环境的破坏，达到零排放将是今后的方向。而现有溶剂型防腐导静电涂料显然不符合这一发展方向，有待于开发环保型防腐导静电涂料。 

发明内容

本发明提供一种水性丙烯酸基防腐导静电涂料及其制备方法，要解决现有防腐导静电涂料污染环境、闪电低、不易施工、使用寿命短的技术问题。 

    本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

这种水性丙烯酸基防腐导静电涂料，它的原料组成按重量百分比配比如下：

乳液            30～50%；

水              5～50%；

石墨            6～12%；

钛白粉          0～10%；

滑石粉          10～40%；

碳酸钙          0～3%；

铁钛粉          1～5%；

偶联剂          1～4%；

分散剂          0.1～1%；

润湿剂          0.1～0.5%；

消泡剂          0.2～1.2%；

防闪锈剂        0.2～0.7%；

防沉降剂        0.5～1.7%；

成膜助剂        0.2～1.6%；

增稠流平剂      0.1～0.8%。

所述乳液为单组分水性苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液，其固含量为57～59%，粘度为2～6.5 Pa.s，pH值为8～9，玻璃化温度Tg为-40°C，最低成膜温度小于0°C。 

所述石墨为800目导电石墨，其密度为1.9～2.3g/cm³。 

所述钛白粉为用氯化法制得的金红石型钛白粉，其二氧化钛含量不小于91%，吸油值17 g/100 g，于水悬浮液中的pH值7.5～9.5；所述铁钛粉为600目白色粉末，其P205含量不小于12%，吸油量不大于22%，密度为2.8~ 3.5 g/cm³, 于水悬浮液中的pH值7～10。 

所述滑石粉和碳酸钙均为800目白色粉末。 

所述偶联剂为硅氧烷偶联剂，其密度为1.03 g/cm³；所述分散剂为聚丙烯酸钠盐水溶液，其固含量为45%；所述润湿剂为烷基酚聚氧乙烯醚，其固含量为100%；所述消泡剂为矿物油系列混合物，固含量为100%。 

所述防闪锈剂为无色液体，其pH值为8～9，密度为1.5 g/cm³；所述防沉降剂为白色粉末，其pH值为9～11，粘度以浓度为15%的溶胶计为100 Pa.s。 

所述成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯；所述增稠流平剂为非离子型疏水改性聚氨酯流平剂，其固含量为30%。 

这种水性丙烯酸基防腐导静电涂料的制备方法，制备步骤如下： 

步骤一，先在制浆罐中加入按配方量称取的乳液、分散剂、润湿剂、防闪锈剂、偶联剂、消泡剂，以及配方量50～80%的水，高速分散；

步骤二，加入铁钛粉、钛白粉、滑石粉、碳酸钙、防沉降剂、石墨后继续高速分散，然后真空泵入砂磨罐中；

步骤三，将砂磨后的悬浮液通过真空泵入调漆罐中，加入增稠流平剂和成膜助剂，用余量水调节粘度后过筛分装。

所述步骤三所制备的涂料粘度调节为300～400 Pa.s。 

本发明的有益效果如下： 

考虑到石油储罐等金属设备复杂特殊的几何形状，涂层应当具有很好的韧性，因此本发明采用苯乙烯/丙烯酸共聚高弹性乳液作成膜基料，所得涂层感温性小，具有优异的附着力、低温延伸率和喷涂性能，即使颜料体积浓度较高时涂膜的延伸率降低也很少，使用少量乳液也能得到延伸率很好的涂膜。此外，该成膜基料为单组份常温自固化，方便施工。

本发明选取白色铁钛粉作为防腐功能填料。铁钛粉是一种新型的化学防锈颜料，它以形态不同的几种磷酸盐为载体，然后引入硅基、钛基、铁基氧化物等纳米粉体复合制备而成。载体中的磷酸根可与钢铁表面的铁分子反应生成磷酸铁络盐，牢固地附着在其表面，同时在钢铁表面氧化生成一层钝化膜，阻止电化学腐蚀的产生。铁钛粉在性价比和耐候性上要优于红丹粉，该防锈颜料易分散，不易起泡，抗沉淀和储存稳定性好，而且不含铅、铬等有害重金属，可替代锌铬黄、磷酸锌、三聚磷酸铝等传统防锈颜料，显著降低成本而不影响涂料质量且对环境友好。 

本发明选取石墨为导电功能填料。石墨中的六个C原子通过sp2杂化与周围的三个C原子相连接，形成了六圆环的石墨片层。碳原子最外层有四个电子，所以在pz轨道上面都剩余一个单电子，这个电子就形成了包含整个石墨片层的离域大 π 键。因此，石墨具有很好的导电性。另一方面，石墨具有良好的化学稳定性，经过特殊加工的石墨还具有耐腐蚀好，渗透率低等特点。 

本发明选取金色红石型钛白粉作为深灰色防腐导静电涂料的调色颜料。金红石型二氧化钛结构致密，折光指数最高，是遮盖最高的白色颜料。同时，钛白粉具有半导体的性能，其电导率随温度的上升而迅速增加，而且对缺氧也非常敏感。有鉴于此，本发明中， 

滑石粉的加入不仅可以降低涂料成本，还可以增加涂料粘度，防止涂料沉降，同时，滑石粉还可起到骨架作用，提高涂料的漆膜硬度。而碳酸钙的填入可以增强漆膜对基层表面的沉积性和渗透性，同时具有一定的防锈作用。

硅氧烷偶联剂可以作为连接两种不同性质材料的“分子桥”，已经广泛应用于涂料、胶粘剂等行业。在配方研究过程中，我们发现，硅氧烷偶联剂的加入，不仅可以显著提高丙烯酸基体与钢铁基材之间的结合强度，提高涂层附着力，而且可以大大提高涂层的耐腐蚀性，尤其是涂层的耐碱性。 

水性涂料在应用过程中，当其中的水分与碳钢基材接触时会产生闪锈现象。为此，在防腐导静电涂料的配制过程中加入了抑制闪锈发生的防闪锈剂。又由于铁钛粉密度很高，一旦防锈底漆出现沉淀现象后，很难搅拌。因此，在防腐导静电涂料的配制过程中还加入了防沉降剂。     本发明的防腐导静电涂料与溶剂型防腐导静电涂料相比，具有以下几方面的优点： 

1、涂料所用乳液、颜料、功能填料及助剂均为无毒环保产品。

2、具有优异的耐酸性、耐碱性、耐盐性、耐水性和耐油性。 

3、所得涂层的表面电阻可根据需要，在10⁵ ~10¹¹ Ω 进行调节。 

4、用作石油储罐内壁防腐导静电时，其表面电阻可稳定在10⁸ Ω，既可以满足住建部颁布的国家标准GB50939-2008《钢质石油储罐防腐蚀工程技术规范》，又能够满足《军用钢质燃料储油罐内壁涂料通用规范》以及中石油、中石化行业内部约定。前者所界定的防腐导静电涂层表面电阻率10⁸ ~10¹¹ Ω，而后三者所限定的防腐导静电涂层表面电阻率则为10⁵ ~10⁹ Ω。 

具体实施方式　  

实施例1，这种水性丙烯酸基防腐导静电涂料，它的原料组成按重量百分比配比如下：

乳液            40%；

水              12%；

石墨            8%；

滑石粉          30%；

铁钛粉          3%；

偶联剂          2%；

分散剂          0.5%；

润湿剂          0.2%；

消泡剂          0.8%；

防闪锈剂        0.5%；

防沉降剂        1.2%；

成膜助剂        1.3%；

增稠流平剂      0.5%。

  

上述实施例1的水性丙烯酸基防腐导静电涂料的制备方法如下：

步骤一，将液体进料槽中按配方量称取的乳液、分散剂、润湿剂、防闪锈剂、偶联剂和消泡剂通过真空泵入制浆罐（高速分散釜）中，用配方量中50～80%的水分次清洗液体进料槽后，真空泵入制浆罐中，开动制浆罐分散盘马达，将转速调至300转∕分钟，于搅拌过程中，将固体粉料进料槽中称量好的铁钛粉、滑石粉、防沉降剂通过真空依次泵入制浆罐中；为防止交叉污染，将配方量的石墨通过制浆罐上方的进料口加入制浆罐中；调节制浆罐变频器，将分散盘转速调至1000转∕分钟，高速搅拌分散20分钟。

步骤二，将制得的悬浮液通过真空泵入砂磨罐中，调节制浆罐变频器，将其分散盘转速调至1000转∕分钟，高速砂膜分散30分钟。 

步骤三，将砂磨后的悬浮液通过真空泵入调漆罐中。开动调漆罐搅拌分散叶片的马达，于固定转速20转∕分钟下，加入成膜助剂和增稠流平剂，搅拌5分钟；用余量的水，调节涂料粘度在300~400 Pa.s；过800目筛网后分装，产品为黑色。 

  

将制备好的黑色水性丙烯酸基防腐导静电涂料按相关标准制样后进行防腐导静电性能测试，其结果见表1 。

表1清楚地表明，本发明实施例的黑色水性丙烯酸基防腐导静电涂料的力学性能、电性能和理化性能均满足相关标注要求。尤其是涂料的耐酸性、耐碱性、耐盐性及高温下耐油性远远超过国家标准《钢质石油储罐防腐蚀工程技术规范》所界定的30天（720 h）之最低标准。 

  

实施例2，这种水性丙烯酸基防腐导静电涂料，它的原料组成按重量百分比配比如下：

乳液            45%；

水              5%；

石墨            10%；

钛白粉          5%；

滑石粉          22%；

碳酸钙          3%；

铁钛粉          4%；

偶联剂          3%；

分散剂          0.5%；

润湿剂          0.1%；

消泡剂          0.3%；

防闪锈剂        0.2%；

防沉降剂        0.9%；

成膜助剂        0.8%；

增稠流平剂      0.2%。

  

与黑色环境友好型水性丙烯酸基防腐导静电涂料相比，灰色防腐导静电涂料加入了调色用的金红石钛白粉和体质填料碳酸钙。钛白粉的用量可根据灰度要求进行调节。

灰色水性丙烯酸基防腐导静电涂料制备方法如下： 

步骤一，按配方量称取乳液、分散剂、防闪锈剂、偶联剂、润湿剂和消泡剂，通过液体进料槽真空泵入制浆罐，然后用配方中50～80%的水量清洗液体进料槽后，真空泵入制浆罐；开动制浆罐分散盘马达，将转速调至300转∕分钟，于搅拌分散过程中，将粉体进料槽中按配方称量好的铁钛粉、钛白粉、滑石粉、碳酸钙和防沉降剂真空泵入制浆罐中；通过制浆罐进料槽加入配方量的导电石墨。调节制浆罐分散盘转速至1200转∕分钟，高速搅拌20分钟。

步骤二，将制得的悬浮液通过真空泵入砂磨罐中。调节砂磨罐转速至1200转∕分钟，砂磨分散20分钟。 

步骤三，将砂磨后的悬浮液通过真空泵入调漆罐中，在固定转速20转∕分钟下，通过调漆罐上部的进料口加入成膜助剂和增稠流平剂，继续搅拌5分钟，用余量水调节涂料粘度至300~400 Pa.s，过800目筛网后分装。 

按照相关标准测定灰色水性丙烯酸基防腐导静电涂料的力学性能、导静电性能、理化性能和耐腐蚀性能，测试结果见表2. 

由表2可以看出，与黑色水性丙烯酸基防腐导静电涂料一样，灰色水性丙烯酸基防腐导静电涂料的各项定性性能指标均满足相关标准要求，而需要量化的指标则远远优于标准要求。

需要特别指出的是，关于储罐用防腐导静电涂料表面的导静电性能，鉴于国家住房建设部颁布的国标与军方颁布的军标、石油石化行业内的约定以及国际标准所界定的表面电阻范围不同，再考虑到涂层的防腐性能与表面电阻成反比，为了获得好的防腐性能，又不与现行的先关标准相抵触，在本发明中，无论黑色还是灰色防腐导静电涂料，其表面电阻都调节在10⁸ Ω这一数量级。当然，根据不同设备的导静电需求，本发明所涉及的防腐导静电涂料的表面电阻是可调的。 

  

实施例3，这种水性丙烯酸基防腐导静电涂料，它的原料组成按重量百分比配比如下：

乳液            30%；

水              17%；

石墨            6%；

钛白粉          10%；

滑石粉          30%；

碳酸钙          3%；

铁钛粉          1%；

偶联剂          1%；

分散剂          0.1%；

润湿剂          0.1%；

消泡剂          0.2%；

防闪锈剂        0.2%；

防沉降剂        0.5%；

成膜助剂        0.8%；

增稠流平剂      0.1%。

  

实施例4，这种水性丙烯酸基防腐导静电涂料，它的原料组成按重量百分比配比如下：

乳液            50%；

水              5%；

石墨            11%；

钛白粉          7%；

滑石粉          10%；

碳酸钙          1%；

铁钛粉          5%；

偶联剂          4%；

分散剂          1%；

润湿剂          0.5%；

消泡剂          1.2%；

防闪锈剂        0.7%；

防沉降剂        1.2%；

成膜助剂        1.6%；

增稠流平剂      0.8%。

  

实施例5，这种水性丙烯酸基防腐导静电涂料，它的原料组成按重量百分比配比如下：

乳液            35%；

水              42%；

石墨            12%；

碳酸钙          1%；

铁钛粉          3%；

偶联剂          2%；

分散剂          0.1%；

润湿剂          0.2%；

消泡剂          1.2%；

防闪锈剂        0.5%；

防沉降剂        1.7%；

成膜助剂        1.0%；

增稠流平剂      0.3%。

  

上述实施例1-5中，乳液为单组分水性苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液，其固含量为57～59%，粘度为2～6.5 Pa.s，pH值为8～9，玻璃化温度Tg为-40°C，最低成膜温度小于0°C。

石墨为800目导电石墨，其密度为1.9～2.3g/cm³。 

钛白粉为用氯化法制得的金红石型钛白粉，其二氧化钛含量不小于91%，吸油值17 g/100 g，于水悬浮液中的pH值7.5～9.5。 

铁钛粉600目白色粉末，其P205含量不小于12%，吸油量不大于22%，密度为2.8~ 3.5 g/cm³, 于水悬浮液中的pH值7～10。 

滑石粉和碳酸钙均为800目白色粉末。 

偶联剂可为硅氧烷偶联剂，其密度为1.03 g/cm³。 

分散剂可为聚丙烯酸钠盐水溶液，其固含量为45%。 

润湿剂可为烷基酚聚氧乙烯醚，其固含量为100%。 

消泡剂可为矿物油系列混合物，固含量为100%。 

防闪锈剂可为无色液体，其pH值为8～9，密度为1.5 g/cm³。 

防沉降剂可为白色粉末，其pH值为9～11，粘度以浓度为15%的溶胶计为100 Pa.s。 

成膜助剂可为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯。 

增稠流平剂可为非离子型疏水改性聚氨酯流平剂，其固含量为30%。  

Claims (10)

1.一种水性丙烯酸基防腐导静电涂料，其特征在于：它的原料组成按重量百分比配比如下：

乳液            30～50%；

水              5～50%；

石墨            6～12%；

钛白粉          0～10%；

滑石粉          10～40%；

碳酸钙          0～3%；

铁钛粉          1～5%；

偶联剂          1～4%；

分散剂          0.1～1%；

润湿剂          0.1～0.5%；

消泡剂          0.2～1.2%；

防闪锈剂        0.2～0.7%；

防沉降剂        0.5～1.7%；

成膜助剂        0.2～1.6%；

增稠流平剂      0.1～0.8%。

2.根据权利要求1所述的水性丙烯酸基防腐导静电涂料，其特征在于：所述乳液为单组分水性苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液，其固含量为57～59%，粘度为2～6.5 Pa.s，pH值为8～9，玻璃化温度Tg为-40°C，最低成膜温度小于0°C。

3.根据权利要求1所述的水性丙烯酸基防腐导静电涂料，其特征在于：所述石墨为800目导电石墨，其密度为1.9～2.3g/cm³。

4.根据权利要求1所述的水性丙烯酸基防腐导静电涂料，其特征在于：所述钛白粉为用氯化法制得的金红石型钛白粉，其二氧化钛含量不小于91%，吸油值17 g/100 g，于水悬浮液中的pH值7.5～9.5；所述铁钛粉为600目白色粉末，其P205含量不小于12%，吸油量不大于22%，密度为2.8~ 3.5 g/cm³, 于水悬浮液中的pH值7～10。

5.根据权利要求1所述的水性丙烯酸基防腐导静电涂料，其特征在于：所述滑石粉和碳酸钙均为800目白色粉末。

6.根据权利要求1所述的水性丙烯酸基防腐导静电涂料，其特征在于：所述偶联剂为硅氧烷偶联剂，其密度为1.03 g/cm³；所述分散剂为聚丙烯酸钠盐水溶液，其固含量为45%；所述润湿剂为烷基酚聚氧乙烯醚，其固含量为100%；所述消泡剂为矿物油系列混合物，固含量为100%。

7.根据权利要求1所述的水性丙烯酸基防腐导静电涂料，其特征在于：所述防闪锈剂为无色液体，其pH值为8～9，密度为1.5 g/cm³；所述防沉降剂为白色粉末，其pH值为9～11，粘度以浓度为15%的溶胶计为100 Pa.s。

8.根据权利要求1所述的水性丙烯酸基防腐导静电涂料，其特征在于：所述成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯；所述增稠流平剂为非离子型疏水改性聚氨酯流平剂，其固含量为30%。

9.一种如权利要求1～8任意一项所述水性丙烯酸基防腐导静电涂料的制备方法，其特征在于制备步骤如下：

步骤一，先在制浆罐中加入按配方量称取的乳液、分散剂、润湿剂、防闪锈剂、偶联剂、消泡剂，以及配方量50～80%的水，高速分散；

步骤二，加入铁钛粉、钛白粉、滑石粉、碳酸钙、防沉降剂、石墨后继续高速分散，然后真空泵入砂磨罐中；

步骤三，将砂磨后的悬浮液通过真空泵入调漆罐中，加入增稠流平剂和成膜助剂，用余量水调节粘度后过筛分装。

10.根据权利要求1所述的水性丙烯酸基防腐导静电涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤三所制备的涂料粘度调节为300～400 Pa.s。