CN103819989A - 一种水性防腐隔热涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水性防腐隔热涂料，由以下重量百分含量的原料制成：水5～40%、防冻剂0.5～2%、分散剂0.1～0.5%、消泡剂0.4～0.8%、增稠剂0.5～7%、pH调节剂0.2～0.5%、金属改性磷酸锌2.5～25%、空心微珠3～25%、体质填料15～45%、成膜乳液20～50%、成膜助剂0.5～5%以及防闪锈剂0.5～1.5%。本发明还公开了一种水性防腐隔热涂料的制备方法。本发明水性防腐隔热涂料为单涂层、多功能的涂料，具有优良的防腐性能和隔热性能，保证了各项防腐隔热指标，有利于推广利用，具有广阔的应用前景。同时本发明方法，该产品制备和施工工艺简单，易于实施，易于工业化大规模生产。

Description

一种水性防腐隔热涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及水性防腐隔热涂料及其制备领域，具体涉及一种包含金属改性磷酸锌和空心微珠填料的水性防腐隔热涂料及其制备方法。

背景技术

金属材料以其优良的机械性能和工艺性能在材料领域占有重要地位，但金属腐蚀也给人类社会造成了巨大损失，如金属材料制造的储运装备、石化设备、钢构厂房、仓储屋顶等设施，由于长期受化学或电化学作用而被腐蚀破坏，造成大量的经济损失。针对金属腐蚀问题，可采用多种技术进行保护，减缓或阻止金属的腐蚀，其中最有效、最常用的方法是在金属表面涂覆防腐蚀涂层，以隔绝腐蚀介质与金属基体，达到防腐的目的。另一方面，石化设备等金属设施也容易因太阳辐射导致吸热升温而带来安全隐患。对于金属暴晒后出现高温的现象，造成物料的“呼吸损耗”，并带来严重的安全隐患。目前常采用喷淋水及加固聚氨酯或聚乙烯泡沫板的方法达到隔热的效果，但该方法存在金属腐蚀、施工不便、资源浪费、安全隐患等一些问题。因此，开发一种集防腐与隔热降温性能于一体的保护体系，将大大提高石化储罐等关键设施的运行可靠性和稳定性。

北京工业大学材料学院于2001年初开始研制、并于2003年正式向市场推出的APTH热反射防腐蚀隔热涂料，是国内目前首次提供完整的产品机理分析、设计依据和检测标准的APTH涂料。这种热反射隔热防腐蚀涂料是多涂层体系，容易因层间匹配不良而产生问题；施工周期长，在劳动力日益紧张的环境下缺乏竞争力。因此，开发水性防腐蚀隔热涂料已成为市场热点。目前，市场上已出现耐盐雾性能达300h的水性防腐涂料，也有隔热温差10℃以上甚至是16℃左右的反射隔热涂料。将两种技术结合，开发出水性防腐蚀隔热涂料，有望成为集防腐与隔热降温性能于一体的保护体系，较好地提高石化储罐等关键设施的运行可靠性和稳定性，并解决我国石油石化工业大量存在的成品油罐、原油罐、石油液化气罐、保冷设备及管道的防腐绝热，技术意义重大。同时，水性涂料具有环保、经济、节能等特点，适应国家节能减排要求，并将产生显著的经济和社会效益。

本产品突破传统的复合防腐隔热体系，采用无铬环保填料体系，集防腐蚀隔热功能于一体，施工方便，此方面尚未有研究报道。

发明内容

本发明提供了一种单涂层、多功能的水性防腐隔热涂料及其制备方法，该产品制备和施工工艺简单，解决了多涂层体系层间匹配不良、施工周期长、传统油性漆气味重、高污染等问题，同时保证了各项防腐隔热指标。

本发明采用如下技术方案：

一种水性防腐隔热涂料，由以下重量百分含量的原料制成：

作为优选，所述的水性防腐隔热涂料，由以下重量百分含量的原料制成：

更进一步优选，所述的水性防腐隔热涂料，由以下重量百分含量的原料制成：

水性防腐隔热涂料采用水分散体系，以水作为溶剂。

作为优选，所述的防冻剂为丙二醇，丙二醇作为防冻剂，能够提高本发明水性防腐隔热涂料的防冻性能。

在体系中引入一种金属改性磷酸锌填料，其除了其低/无毒优点外，还具有颜色为白色或浅色，在树脂中容易分散，易于施工和调色，能与面漆涂料混合性好等优点。磷酸锌中的Zn²⁺、PO^3-与金属反应，生成金属-Zn-P₂O₅磷化膜，使金属底材表面发生钝化，生成分子式近似为Zn₂Fe(PO₄)₂·4H₂O磷化化合物。磷酸锌在水解过程中生成的各种中间产物，不仅与油漆中的羟基和羰基反应，还与金属表面的锈蚀进行反应，并在金属与腐蚀产物间形成隔离区，阻止腐蚀介质的进一步入侵，从而对金属基底进行保护。经过改性的磷酸锌能够强化络合作用，形成更为致密的涂层，能够取代红丹、铬黄等有毒颜料，实现环境友好的目的。作为优选，所述的金属改性磷酸锌为钼改性磷酸锌，能够形成致密的涂层，提高本发明水性防腐隔热涂料的性能，特别是防腐蚀性能。作为优选，所述的金属改性磷酸锌的重量百分数为2.5%～7.5%。

空心微珠作为隔热颜填料，能够较好地提高材料的隔热性能。作为优选，所述的空心微珠为空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠、聚合物空心微珠中的一种或两种以上。作为优选，所述的空心微珠的重量百分数为3%～10%。

体质填料一方面作为颜填料，能够起到调节颜色和填充的作用，调节体积浓度，提高反射比；另一方面，体质填料能够与金属改性磷酸锌、空心微珠产生协同作用，共同作用提高本发明水性防腐隔热涂料的防腐隔热性能。作为优选，所述的体质填料为钛白粉、碳酸钙、高岭土、硅藻土、云母、滑石粉、硫酸钡、硅酸铝中的两种以上（包括两种）。

作为优选，所述的成膜乳液为纯丙乳液、苯丙乳液、硅丙乳液中的一种或两种以上。

一种水性防腐隔热涂料的制备方法，包括以下步骤：

先在水中加入防冻剂、分散剂、pH调节剂，并用分散机以300～700rmp低速搅拌10～30min，得到分散液，向分散液中加入金属改性磷酸锌和体质填料，得到第一料液，用分散机以800～1200rmp高速搅拌20～40min，并加入空心微珠以及部分量的消泡剂，得到第二料液，最后向第二料液中加入成膜乳液、成膜助剂、防闪锈剂以及增稠剂，在300～700rmp低速搅拌5～20min，最后添加剩余量的消泡剂，得到水性防腐隔热涂料。

作为优选，所述的水性防腐隔热涂料的制备方法，包括以下步骤：

先在水中加入防冻剂、分散剂、pH调节剂，并用分散机以500rmp低速搅拌20min，得到分散液，向分散液中加入金属改性磷酸锌和体质填料，得到第一料液，用分散机以1000rmp高速搅拌30min，并加入空心微珠以及1/2量的消泡剂，得到第二料液，最后向第二料液中加入成膜乳液、成膜助剂、防闪锈剂以及增稠剂，在500rmp低速搅拌10min，最后添加剩余量的消泡剂，得到水性防腐隔热涂料。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

一、本发明水性防腐隔热涂料采用水分散体系，以水作为溶剂，将树脂和填料体系分散于水中，涂膜固化时主要以水分挥发，对大气无污染。

二、本发明以丙烯酸树脂为成膜物质，具有良好的性价比，应用范围广。优选或改性成膜物质，赋予涂层良好的粘结度、抗污性能、耐候性、防腐蚀性、耐机械损伤和耐磨性等，实现涂层的底面合一。

三、在体系中引入一种改性磷酸锌填料，其除了其低/无毒优点外，还具有颜色为白色或浅色，在树脂中容易分散，易于施工和调色，能与面漆涂料混合性好等优点。磷酸锌中的Zn²⁺、PO^3-与金属反应，生成金属-Zn-P₂O₅磷化膜，使金属底材表面发生钝化，生成分子式近似为Zn₂Fe(PO₄)₂·4H₂O磷化化合物。磷酸锌在水解过程中生成的各种中间产物，不仅与油漆中的羟基和羰基反应，还与金属表面的锈蚀进行反应，并在金属与腐蚀产物间形成隔离区，阻止腐蚀介质的进一步入侵，从而对金属基底进行保护。经过改性的磷酸锌能够强化络合作用，形成更为致密的涂层，能够取代红丹、铬黄等有毒颜料，实现环境友好的目的。

四、本发明水性防腐隔热涂料中，金属改性磷酸锌、空心微珠、体质填料三者能够产生协同作用，共同作用提高本发明水性防腐隔热涂料的防腐隔热性能。

五、本发明所述的成膜乳液为纯丙乳液、苯丙乳液、硅丙乳液中的一种或几种。上述几种乳液的玻璃态转变温度低，室温下柔韧性好，同时具有较好的成膜性和耐候性，使本发明水性防腐隔热涂料在使用中有良好的粘结性，从而提高涂料的性能。

六、本发明水性防腐隔热涂料为单涂层、多功能的涂料，具有优良的防腐性能和隔热性能，有利于本发明水性防腐隔热涂料产品的推广利用，具有广阔的应用前景。同时本发明水性防腐隔热涂料的制备方法，该产品制备和施工工艺简单，易于实施，易于工业化大规模生产，解决了多涂层体系层间匹配不良、施工周期长、传统油性漆气味重、高污染等问题，同时保证了各项防腐隔热指标。

具体实施方式

下面实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。

一、水性防腐隔热涂料的制备：

先在水中加入防冻剂、分散剂、pH调节剂，并用分散机以500rmp低速搅拌20min，得到分散液，向分散液中加入金属改性磷酸锌和体质填料，得到第一料液，用分散机以1000rmp高速搅拌30min，并加入空心微珠以及1/2量的消泡剂，得到第二料液，最后向第二料液中加入成膜乳液、成膜助剂、防闪锈剂以及增稠剂，在500rmp低速搅拌10min，最后添加剩余1/2量的消泡剂，得到水性防腐隔热涂料。

表1水性防腐隔热涂料的组成

对表1中的水性防腐隔热涂料进行进一步的优化，如表2所示，分别得到对比例1和实施例1～3，然后进行性能测试，结果如表2所示。

表2对比例1和实施例1～3制备的水性防腐隔热涂料组成及性能

对表中的空心微珠的添加量进行进一步的优化，如表3所示，分别得到对比例2和实施例4～6。

表3对比例2和实施例4～6所制备的水性防腐隔热涂料组成及性能

由表2、表3可见，本发明制备的水性防腐隔热涂料产品具有单涂层多功能的特点，具备了优良的隔热和防腐蚀效果，可使本发明的水性防腐隔热涂料具有广阔的应用前景。实施例5制备的水性防腐隔热涂料性能最好。

本发明实施例1～6制备的水性防腐隔热涂料太阳热反射性能均符合表4的要求，从表4可知，本发明实施例1～6制备的水性防腐隔热涂料具备了优良的隔热性能。本发明实施例1～6制备的水性防腐隔热涂料产品的其它性能均符合表5的要求，从表5可知，本发明实施例1～6制备的水性防腐隔热涂料产品具有优良的综合性能。

表4

表5

Claims (10)

1.一种水性防腐隔热涂料，其特征在于，由以下重量百分含量的原料制成：

2.根据权利要求1所述的水性防腐隔热涂料，其特征在于，所述的金属改性磷酸锌的重量百分数为2.5%～7.5%。

3.根据权利要求1所述的水性防腐隔热涂料，其特征在于，所述的空心微珠的重量百分数为3%～10%。

4.根据权利要求1所述的水性防腐隔热涂料，其特征在于，由以下重量百分含量的原料制成：

5.根据权利要求1～4任一项所述的水性防腐隔热涂料，其特征在于，所述的防冻剂为丙二醇。

6.根据权利要求1～4任一项所述的水性防腐隔热涂料，其特征在于，所述的金属改性磷酸锌为钼改性磷酸锌。

7.根据权利要求1～4任一项所述的水性防腐隔热涂料，其特征在于，所述的空心微珠为空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠、聚合物空心微珠中的一种或两种以上。

8.根据权利要求1～4任一项所述的水性防腐隔热涂料，其特征在于，所述的体质填料为钛白粉、碳酸钙、高岭土、硅藻土、云母、滑石粉、硫酸钡、硅酸铝中的两种以上。

9.根据权利要求1～8任一项所述的水性防腐隔热涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

先在水中加入防冻剂、分散剂、pH调节剂，并用分散机以300～700rmp低速搅拌10～30min，得到分散液，向分散液中加入金属改性磷酸锌和体质填料，得到第一料液，用分散机以800～1200rmp高速搅拌20～40min，并加入空心微珠以及部分量的消泡剂，得到第二料液，最后向第二料液中加入成膜乳液、成膜助剂、防闪锈剂以及增稠剂，在300～700rmp低速搅拌5～20min，最后添加剩余量的消泡剂，得到水性防腐隔热涂料。

10.根据权利要求9所述的水性防腐隔热涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

先在水中加入防冻剂、分散剂、pH调节剂，并用分散机以500rmp低速搅拌20min，得到分散液，向分散液中加入金属改性磷酸锌和体质填料，得到第一料液，用分散机以1000rmp高速搅拌30min，并加入空心微珠以及1/2量的消泡剂，得到第二料液，最后向第二料液中加入成膜乳液、成膜助剂、防闪锈剂以及增稠剂，在500rmp低速搅拌10min，最后添加剩余量的消泡剂，得到水性防腐隔热涂料。