CN104231858A - 一种水性含氟涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水性含氟涂料，该水性含氟涂料包括以下成分：水性含氟环氧树脂、锌粉、水及助剂；水性含氟环氧树脂由以下成分组成：双酚AF、环氧氯丙烷、聚乙二醇二缩水甘油醚、乙二醇胺及丙烯酸；助剂包含以下组分：分散剂、固化剂、增稠剂、成膜助剂、PH调节剂、硅烷偶联剂及消光剂；本发明还设计了一种水性含氟涂料的制备方法，将助剂中的分散剂用水溶解，然后将水性含氟环氧树脂与助剂中的其余剩余组分，进行搅拌然后加入锌粉得到预混物，将分散剂水溶液加入到预混物中制备得到水性含氟涂料；该水性含氟涂料具有优异的耐候性、耐酸碱腐蚀性、低摩擦性、耐沾污性以及抵抗紫外线的耐老化性，且制备方法简单易行，制作成本低廉。
Description
技术领域
本发明属于涂料制备领域，特别涉及一种水性含氟涂料及其制备方法。
背景技术
氟涂料又称氟碳涂料、氟碳漆、氟树脂涂料，它指的是涂料成膜物质为氟树脂的涂料。与其他类涂料相比，氟涂料由于引入电负性大、原子半径小、键长短、键能大的氟原子，使得氟涂料在许多方面具有优异的性能，如具有良好的耐候性、耐腐蚀性、耐化学品性质以及独特的低表面能和表面自洁性能。
现如今，随着科技的进步，人们对氟涂料的研究已经实现可以根据需要进行分子结构的设计，可以在树脂中添加羟基或羧基等官能团，在已具有氟涂料优异性能的基础上，再赋予其特定的功能，使其成为可以应用于特定条件下的氟涂料。
随着人们环保意识日益增强，提倡低VOC的排放，导致溶剂型氟涂料的发展受到了很大限制，而另一种绿色环保型的水性氟涂料逐渐在涂料领域占据主导地位。水性氟涂料是以水性氟乳液为成膜物质，以水作为溶剂，既具有无毒无味、低VOC排放、安全不燃性等水性涂料的特性，又具有耐候性、耐腐蚀性以及不粘性等氟涂料的特点。
目前，国内对于水性氟涂料研究比较多主要有以下三类：一、利用羟基与异氰酸根的反应固化的水性涂料，这种涂料的好处在于可以在室温下固化，并且固化所需时间较短，固化后涂层的各项性能良好，但缺点是，这种涂料的使用期短，给现场施工带来很多不便。二、利用有机硅烷的水解反应固化的水性氟涂料，这种涂料的主要成分一般为有机硅烷的含氟乳液，或是在制备的过程添加有机硅烷的助剂形成涂料，涂料在固化的过程中，有机硅烷发生水解反应，进而将硅入聚合物种，获得具有硅特性的水性氟涂料。三、利用活泼羰基与酰肼反应固化的水性氟涂料，这种涂料是将活泼的羰基引入涂料的基料里，然后用含酰肼基团的化合物作为固化剂，这种固化剂可以配成水溶液，这样制备出的水性氟涂料具有良好的稳定性，并且在耐沾污方面有很明显的效果。因此水性氟涂料备受人们的关注，其应用前景非常广阔。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对以上现有技术存在的缺点，提出一种水性含氟涂料及其制备方法，该水性含氟涂料具有优异的耐候性、耐酸碱腐蚀性、低摩擦性、耐沾污性以及抵抗紫外线的耐老化性，且制备方法简单易行，制作成本低廉。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
一种水性含氟涂料，该水性含氟涂料按质量百分比包括以下成分：水性含氟环氧树脂：35-40％，锌粉：30-35％，水：20-25％，助剂：5-8％，以上各组分之和为100%；
其中，水性含氟环氧树脂以质量份数计由以下成分组成：
双酚AF 15-20份
环氧氯丙烷 10-15份
聚乙二醇二缩水甘油醚 5-8份
乙二醇胺 5-10份
丙烯酸 5-10份
助剂以质量份数计包含以下组分：分散剂：10-15份，固化剂：20-35份，增稠剂：5-10份，成膜助剂：5-10份，PH调节剂：1-5份，硅烷偶联剂：5-10份，消光剂：2-6份。
前述水性含氟涂料中，分散剂包括聚丙烯酸钠或铵盐中的一种或两种混合物；固化剂包括：二乙烯三胺、间苯二胺、聚酰胺650或二氨基二苯基甲砜DDS中的一种或几种；增稠剂为：钠基膨润土、聚氨酯、聚乙烯醇、硅藻土或聚丙酰胺中的一种或几种；成膜助剂为乙二醇；硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基硅烷、氨基硅烷或甲基丙烯酰氧基硅烷一种，消光剂为改性聚酯丙烯酸酯。
前述水性含氟涂料中，锌粉为超细高活性锌粉，锌粉的粒度＜10μm。
前述水性含氟涂料中，水性含氟环氧树脂的制备方法为：
（1）含氟环氧树脂的合成
将双酚AF与环氧丙烷加入到装有机械搅拌器和冷凝水回流的三口烧瓶内，初始温度为50-55℃，使反应物完全溶解，然后温度升至75℃，冷凝回流反应2h后，缓慢滴加30wt％的氢氧化钠溶液，温度保持在75℃反应4h，停止反应后用热的去离子水萃取反应物2-4次，分出水层，用AgNO3检测水层至无白色沉淀为止，旋转除去过量的环氧氯丙烷，干燥后得到淡黄色透明的含氟环氧树脂；
（2）水性含氟环氧树脂的合成
将上述自制的含氟环氧树脂与聚乙二醇二缩水甘油醚按质量比3：1加入到装有机械搅拌器和冷凝水回流管的三口烧瓶内，缓慢滴加乙二醇胺，在80℃下反应2h，然后温度降至60℃，缓慢滴加丙烯酸，然后搅拌0.5-1h，搅拌速度为600-700r/min，得到水性含氟环氧树脂。
前述水性含氟涂料中，该水性含氟涂料按质量百分比包括以下成分：水性含氟环氧树脂：35％，锌粉：35％，水：25％，助剂：5％。
前述水性含氟涂料中，该水性含氟涂料按质量百分比包括以下成分：水性含氟环氧树脂：40％，锌粉：30％，水：22％，助剂：8％。
前述水性含氟涂料中，该水性含氟涂料按质量百分比包括以下成分：水性含氟环氧树脂：39％，锌粉：34％，水：20％，助剂：7％。
上述水性含氟涂料的制备方法，具体操作方法如下：
（a）将助剂中的分散剂与水在低速搅拌下溶解，搅拌速度为100-150r/min；
（b）取水性含氟环氧树脂投入到分散缸中密闭搅拌，搅拌速度为300-350r/min，搅拌0.5h后依次投入助剂中的固化剂、增稠剂、成膜助剂、PH调节剂、硅烷偶联剂及消光剂，然后再加入锌粉，继续密封搅拌20-30min得到均匀的预混物；
（c）将步骤（a)中分散剂的水溶液在搅拌状态下加入到步骤（b）得到的预混物中，调节转速400-500r/min，密闭搅拌时间为30min，控制分散钢的温度≤40℃，检测粘度≥95s，制得水性含氟涂料。
本发明的有益效果是：
本发明在制备水性含氟涂料的过程中添加锌粉利用富锌涂料的阴极保护等作用达到防腐的目的，并且整个过程中未添加任何有机溶剂，低VOC排放有益于环境。
本发明以环氧树脂为基体，先后引入含氟基团和羟基官能团，成为可以水溶的含氟环氧树脂，同时具备含氟聚合物和环氧树脂的优异性。
本发明中锌粉在发生腐蚀后会形成大量的腐蚀产物，这些腐蚀产物堆积到缺陷破损的基材表面，会在基材表面形成一层由腐蚀产物组成的保护层，可以填充一些表面的空隙和缺陷，就会出现基材表面破顺自动愈合的现象。
本发明制备的水性含氟涂料具有优异的耐候性、耐酸碱腐蚀性、低摩擦性、耐沾污性以及抵抗紫外线的耐老化性，在建筑涂料领域中占有一定的主导地位，与其它类涂料相比，具有很大的优势。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种水性含氟涂料，该水性含氟涂料按质量百分比包括以下成分：水性含氟环氧树脂：35％，粒度＜10μm的超细高活性锌粉：35％，水：25％，助剂：5％；
其中，水性含氟环氧树脂以质量份数计由以下成分组成：双酚AF：15份，环氧氯丙烷： 13份，聚乙二醇二缩水甘油醚：5份，乙二醇胺：8份，丙烯酸：8份；
助剂以质量份数计包含以下组分：聚丙烯酸钠：10份，二乙烯三胺：20份，钠基膨润土：10份，乙二醇：5份，PH调节剂：1份，3-氨丙基三乙氧基硅烷：8份，改性聚酯丙烯酸酯：6份。
本实施例中水性含氟环氧树脂的制备方法为：
（1）含氟环氧树脂的合成
将双酚AF与环氧丙烷加入到装有机械搅拌器和冷凝水回流的三口烧瓶内，初始温度为50℃，使反应物完全溶解，然后温度升至75℃，冷凝回流反应2h后，缓慢滴加30wt％的氢氧化钠溶液，温度保持在75℃反应4h，停止反应后用热的去离子水萃取反应物4次，分出水层，用AgNO3检测水层至无白色沉淀为止，旋转除去过量的环氧氯丙烷，干燥后得到淡黄色透明的含氟环氧树脂；
（2）水性含氟环氧树脂的合成
将上述自制的含氟环氧树脂与聚乙二醇二缩水甘油醚按质量比3：1加入到装有机械搅拌器和冷凝水回流管的三口烧瓶内，缓慢滴加乙二醇胺，在80℃下反应2h，然后温度降至60℃，缓慢滴加丙烯酸，然后搅拌0.5h，搅拌速度为600r/min，得到水性含氟环氧树脂。
上述水性含氟涂料的制备方法，具体操作方法如下：
（a）将助剂中的分散剂与水在低速搅拌下溶解，搅拌速度为100r/min；
（b）取水性含氟环氧树脂投入到分散缸中密闭搅拌，搅拌速度为325r/min，搅拌0.5h后依次投入助剂中的固化剂、增稠剂、成膜助剂、PH调节剂、硅烷偶联剂及消光剂，然后再加入锌粉，继续密封搅拌20min得到均匀的预混物；
（c）将步骤（a)中分散剂的水溶液在搅拌状态下加入到步骤（b）得到的预混物中，调节转速500r/min，密闭搅拌时间为30min，控制分散钢的温度≤40℃，检测粘度≥95s，制得水性含氟涂料。
实施例2
本实施例提供一种水性含氟涂料，该水性含氟涂料按质量百分比包括以下成分：水性含氟环氧树脂：40％，粒度＜10μm的超细高活性锌粉：30％，水：22％，助剂：8％；
其中，水性含氟环氧树脂以质量份数计由以下成分组成：双酚AF：20份，环氧氯丙烷：10份，聚乙二醇二缩水甘油醚：7份，乙二醇胺：5份，丙烯酸：5份；
助剂以质量份数计包含以下组分：铵盐：15份，聚酰胺650：35份，聚乙烯醇：5份，乙二醇：10份，PH调节剂：3份，氨基硅烷：5份，改性聚酯丙烯酸酯：2份。
（1）含氟环氧树脂的合成
将双酚AF与环氧丙烷加入到装有机械搅拌器和冷凝水回流的三口烧瓶内，初始温度为55℃，使反应物完全溶解，然后温度升至75℃，冷凝回流反应2h后，缓慢滴加30wt％的氢氧化钠溶液，温度保持在75℃反应4h，停止反应后用热的去离子水萃取反应物3次，分出水层，用AgNO3检测水层至无白色沉淀为止，旋转除去过量的环氧氯丙烷，干燥后得到淡黄色透明的含氟环氧树脂；
（2）水性含氟环氧树脂的合成
将上述自制的含氟环氧树脂与聚乙二醇二缩水甘油醚按质量比3：1加入到装有机械搅拌器和冷凝水回流管的三口烧瓶内，缓慢滴加乙二醇胺，在80℃下反应2h，然后温度降至60℃，缓慢滴加丙烯酸，然后搅拌0.8h，搅拌速度为700r/min，得到水性含氟环氧树脂。
上述水性含氟涂料的制备方法，具体操作方法如下：
（a）将助剂中的分散剂与水在低速搅拌下溶解，搅拌速度为150r/min；
（b）取水性含氟环氧树脂投入到分散缸中密闭搅拌，搅拌速度为350r/min，搅拌0.5h后依次投入助剂中的固化剂、增稠剂、成膜助剂、PH调节剂、硅烷偶联剂及消光剂，然后再加入锌粉，继续密封搅拌30min得到均匀的预混物；
（c）将步骤（a)中分散剂的水溶液在搅拌状态下加入到步骤（b）得到的预混物中，调节转速400r/min，密闭搅拌时间为30min，控制分散钢的温度≤40℃，检测粘度≥95s，制得水性含氟涂料。
实施例3
本实施例提供一种水性含氟涂料，该水性含氟涂料按质量百分比包括以下成分：水性含氟环氧树脂：39％，粒度＜10μm的超细高活性锌粉：34％，水：20％，助剂：7％；
其中，水性含氟环氧树脂以质量份数计由以下成分组成：双酚AF：17份，环氧氯丙烷：15份，聚乙二醇二缩水甘油醚：8份，乙二醇胺：10份，丙烯酸：10份；
助剂以质量份数计包含以下组分：聚丙烯酸钠：13份，二氨基二苯基甲砜DDS：28份，硅藻土：8份，乙二醇：8份，PH调节剂：5份，甲基丙烯酰氧基硅烷：10份，改性聚酯丙烯酸酯：4份。
（1）含氟环氧树脂的合成
将双酚AF与环氧丙烷加入到装有机械搅拌器和冷凝水回流的三口烧瓶内，初始温度为53℃，使反应物完全溶解，然后温度升至75℃，冷凝回流反应2h后，缓慢滴加30wt％的氢氧化钠溶液，温度保持在75℃反应4h，停止反应后用热的去离子水萃取反应物2次，分出水层，用AgNO3检测水层至无白色沉淀为止，旋转除去过量的环氧氯丙烷，干燥后得到淡黄色透明的含氟环氧树脂；
（2）水性含氟环氧树脂的合成
将上述自制的含氟环氧树脂与聚乙二醇二缩水甘油醚按质量比3：1加入到装有机械搅拌器和冷凝水回流管的三口烧瓶内，缓慢滴加乙二醇胺，在80℃下反应2h，然后温度降至60℃，缓慢滴加丙烯酸，然后搅拌1h，搅拌速度为700r/min，得到水性含氟环氧树脂。
上述水性含氟涂料的制备方法，具体操作方法如下：
（a）将助剂中的分散剂与水在低速搅拌下溶解，搅拌速度为135r/min；
（b）取水性含氟环氧树脂投入到分散缸中密闭搅拌，搅拌速度为300r/min，搅拌0.5h后依次投入助剂中的固化剂、增稠剂、成膜助剂、PH调节剂、硅烷偶联剂及消光剂，然后再加入锌粉，继续密封搅拌25min得到均匀的预混物；
（c）将步骤（a)中分散剂的水溶液在搅拌状态下加入到步骤（b）得到的预混物中，调节转速450r/min，密闭搅拌时间为30min，控制分散钢的温度≤40℃，检测粘度≥95s，制得水性含氟涂料。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种水性含氟涂料，其特征在于：该水性含氟涂料按质量百分比包括以下成分：水性含氟环氧树脂：35-40％，锌粉：30-35％，水：20-25％，助剂：5-8％，以上各组分之和为100%；
其中，所述水性含氟环氧树脂以质量份数计由以下成分组成：
双酚AF 15-20份
环氧氯丙烷 10-15份
聚乙二醇二缩水甘油醚 5-8份
乙二醇胺 5-10份
丙烯酸 5-10份
所述的助剂以质量份数计包含以下组分：分散剂：10-15份，固化剂：20-35份，增稠剂：5-10份，成膜助剂：5-10份，PH调节剂：1-5份，硅烷偶联剂：5-10份，消光剂：2-6份。
2.根据权利要求1所述的水性含氟涂料，其特征在于：所述的分散剂包括聚丙烯酸钠或铵盐中的一种或两种混合物；所述的固化剂包括：二乙烯三胺、间苯二胺、聚酰胺650或二氨基二苯基甲砜DDS中的一种或几种；所述的增稠剂为：钠基膨润土、聚氨酯、聚乙烯醇、硅藻土或聚丙酰胺中的一种或几种；所述的成膜助剂为乙二醇；所述的硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基硅烷、氨基硅烷或甲基丙烯酰氧基硅烷一种，所述的消光剂为改性聚酯丙烯酸酯。
3.根据权利要求1所述的水性含氟涂料，其特征在于：所述的锌粉为超细高活性锌粉，锌粉的粒度＜10μm。
4.根据权利要求1所述的水性含氟涂料，其特征在于：所述水性含氟环氧树脂的制备方法为：
（1）含氟环氧树脂的合成
将双酚AF与环氧丙烷加入到装有机械搅拌器和冷凝水回流的三口烧瓶内，初始温度为50-55℃，使反应物完全溶解，然后温度升至75℃，冷凝回流反应2h后，缓慢滴加30wt％的氢氧化钠溶液，温度保持在75℃反应4h，停止反应后用热的去离子水萃取反应物2-4次，分出水层，用AgNO3检测水层至无白色沉淀为止，旋转除去过量的环氧氯丙烷，干燥后得到淡黄色透明的含氟环氧树脂；
（2）水性含氟环氧树脂的合成
将上述自制的含氟环氧树脂与聚乙二醇二缩水甘油醚按质量比3：1加入到装有机械搅拌器和冷凝水回流管的三口烧瓶内，缓慢滴加乙二醇胺，在80℃下反应2h，然后温度降至60℃，缓慢滴加丙烯酸，然后搅拌0.5-1h，搅拌速度为600-700r/min，得到水性含氟环氧树脂。
5.根据权利要求1所述的水性含氟涂料，其特征在于：该水性含氟涂料按质量百分比包括以下成分：水性含氟环氧树脂：35％，锌粉：35％，水：25％，助剂：5％。
6.根据权利要求1所述的水性含氟涂料，其特征在于：该水性含氟涂料按质量百分比包括以下成分：水性含氟环氧树脂：40％，锌粉：30％，水：22％，助剂：8％。
7.根据权利要求1所述的水性含氟涂料，其特征在于：该水性含氟涂料按质量百分比包括以下成分：水性含氟环氧树脂：39％，锌粉：34％，水：20％，助剂：7％。
8.如权利要求1-7中任一权利要求所述水性含氟涂料的制备方法，其特征在于，具体操作方法如下：
（a）将助剂中的分散剂与水在低速搅拌下溶解，搅拌速度为100-150r/min；
（b）取水性含氟环氧树脂投入到分散缸中密闭搅拌，搅拌速度为300-350r/min，搅拌0.5h后依次投入助剂中的固化剂、增稠剂、成膜助剂、PH调节剂、硅烷偶联剂及消光剂，然后再加入锌粉，继续密封搅拌20-30min得到均匀的预混物；
（c）将步骤（a)中分散剂的水溶液在搅拌状态下加入到步骤（b）得到的预混物中，调节转速400-500r/min，密闭搅拌时间为30min，控制分散钢的温度≤40℃，检测粘度≥95s，制得水性含氟涂料。
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