CN104673053B - 一种水性环氧防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

一种水性环氧防腐涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种水性环氧防腐涂料，由主剂和水性聚脲改性环氧树脂固化剂组成，两者质量比为3:1‑4:1，其中，所述的主剂由以下重量份数的组分组成：水性环氧乳液50‑60份，色浆40‑50份，第一分散剂0.5‑0.6份，第一消泡剂0.2‑0.3份；所述的色浆按质量百分比由以下组分组成：水：27%‑30%，氧化铁：25%‑30%，三聚磷酸铝：10%‑12%，鳞片：10%‑12%，锌粉：15%‑18%，有机膨润土：1%‑3%，第二分散剂：1%‑2%，第二消泡剂：0.3%‑0.5%。本发明所提供的涂料耐腐蚀性突出，而且零VOC，机械性能优异，同时价格低廉。

Description

一种水性环氧防腐涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料化学工业技术领域，特别是涉及一种防腐蚀性水性环氧防腐涂料及其制备方法。
背景技术
随着人们环保意识的不断提高和环保法规的日趋严格，水性涂料将成为21世纪世界涂料市场主角，目前在我国已拥有巨大的市场。据不完全统计，我国工业涂料需求量在170万t/a左右，广泛应用在石油、化工、汽车、火车、船舶、冶金、五金交电、电力、建筑等各个领域。而以前这些领域所使用的几乎全部为溶剂型涂料，每年的有机溶剂耗量达80万t，资源浪费约30多亿元，不仅带来了巨大的环境危害，也浪费了大量的资源。
因此，水性环氧防腐涂料替代溶剂型环氧涂料产品是大势所趋。
我国很多高校和科研院所也开始对水性环氧防腐涂料进行了研究，比如江苏兰陵化工研发的水性环氧防腐涂料，由环氧树脂、改性树脂、酚醛树脂、特种防锈颜料、填料、助剂等组成，属于环保型涂料。中科院广州化学研究所利用二乙烯三胺作为潜伏型固化剂，制备成双组分环氧涂料，其固含量为40％-50％，固化温度为40-50℃，漆膜自干快，具有优异的柔韧性、摆杆硬度、附着力和热学性能。目前，尽管国内已经有商品化的水性环氧涂料上市，但是大多数产品开发存在着一些弊端：一方面，其防腐以及机械性能仍存在很大缺陷，严重影响其应用范围，特别是在中、重度防腐涂料领域，还不能替代传统的油溶性环氧涂料；另一方面，其VOC含量较高，并不能真正达到绿色环保的要求。专利200910101194.3是一种水性环氧非浸水舱室涂料，其性能达到船舶非浸水部位的国际要求且与溶剂型同类涂料相当，但VOC含量较高。
本课题组开发一种水性环氧涂料，已在专利CN 102276781中公开，由水性聚脲改性环氧乳液固化剂与粒径均匀、稳定的水性环氧树脂乳液组成，其不仅具有良好的机械性能和对基材(金属)附着力外，而且由于两组分都是以水为分散介质，其制备过程中不添加任何有机溶剂，真正做到了涂料的零VOC，但是要使其能在较为严酷的腐蚀环境中使用，还需进一步提高其防腐蚀性能。
发明内容
本发明提供一种防腐蚀性水性环氧防腐涂料，该涂料不仅耐腐蚀性，而且零VOC，机械性能优异，同时成本低廉。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是这样的，一种水性环氧防腐涂料，由主剂与水性聚脲改性环氧树脂固化剂组成，两者质量比为3:1-4:1，其中，所述的主剂由以下重量份数的组分组成：水性环氧乳液50-60份，色浆40-50份，第一分散剂0.5-0.6份，第一消泡剂0.2-0.3份；所述的色浆按质量百分比由以下组分组成：水：27％-30％，氧化铁：25％-30％，三聚磷酸铝：10％-12％，鳞片：10％-12％，锌粉：15％-18％，有机膨润土：1％-3％，第二分散剂：1％-2％，第二消泡剂：0.3％-0.5％。
本领域所熟知的分散剂均可适用本发明第一分散剂和第二分散剂，优选地，第一分散剂和第二分散剂均为SN-5040或BYK-190；
本领域所熟知的消泡剂均可适用本发明第一消泡剂和第二消泡剂，优选地，第一消泡剂和第二消泡剂均为SN-470或SN-1340。
本发明还提供一种水性环氧防腐涂料的制备方法，具体步骤为：
1)将色浆预处理为色浆乳化液；
2)将色浆乳化液与水性环氧乳液混合后，将第一分散剂和第一消泡剂加入其中，搅拌混合均匀；
3)将步骤2)所得的混合物与水性聚脲改性环氧树脂固化剂混合均匀并熟化5min以上即可。
其中，色浆预处理为色浆乳化液的具体过程为：向水中依次加入第二分散剂、第二消泡剂和三聚磷酸铝，搅拌分散后，再分别添加玻璃鳞片、云母氧化铁、锌粉和有机膨润土，继续搅拌分散后，使用乳化机在搅拌速度为100-180r/min下搅拌30-60min后，再通过胶体磨研研磨15-20min，过滤后得色浆乳化液。这样处理得到的色浆乳化液更均匀。
本发明中所述的水性环氧乳液由以下方法制备而成，并已在专利CN 103755966中公开：
1)将专用乳化剂与固体环氧树脂混合均匀，在60-90℃下用高速分散机搅拌混合10-30min；
2)保持搅拌，以10-30ml/min的速度混合体系中加入水，直至发生相反转，体系由油包水变成水包油，整个过程温度保持不变，为80-95℃；
3)继续对体系进行乳化，乳化时间为0.5h-2h，保持温度在60-80℃下不变，获得水性纳米级固体环氧树脂乳液；
其中专用乳化剂的制备方法为：
A、在40-60℃下将液体环氧树脂与聚醚按照质量比：1：0.5-1：20进行投料；并在40-60℃下预热混合10-30min；
B、在40-60℃向步骤A中的混合物加入催化剂，催化剂用量为步骤A中所有环氧树脂和聚醚的质量和的3‰-3％，在40-60℃下反应0.5h-2h；
C、至70-90℃，再加入步骤A中所有环氧树脂和聚醚的质量和的10％-50％的聚醚，反应0.5h-3h,得到嵌段结构或无规结构乳化剂。
本发明中所述的水性聚脲改性环氧树脂固化剂由以下方法制备而成，并已在专利CN 102276781中公开：
1)选取一种端氨基聚醚，滴加多异氰酸酯常温反应得到聚脲，反应时间5～30min；端氨基与异氰酸酯基的摩尔比为1.5～2:1；
2)向1)中产物滴加亲水扩链剂与环氧树脂E-44，升温到60～80℃，继续反应2～4h得到预聚体；环氧树脂中的环氧基与氨基比为1∶1～1.5亲水扩链剂添加量为环氧树脂质量的5％～10％；
3)选取二乙烯三胺，滴加等摩尔的单环氧化合物丁基缩水甘油醚，制备出封端产物；反应温度为60～80℃,反应时间为1.5～2.5h；
4)向3)制备出的封端产物中滴加2)制备出的预聚体，得到加成产物；封端产物与预聚体的质量比为1～2∶1，反应温度为60～90℃，反应时间为1.5～2.5h；
5)向4)加成产物中滴加冰乙酸中和成盐，然后加入水制备出水性聚脲改性环氧树脂固化剂；其中加水稀释至固含量为40～60％，反应温度为60～90℃，反应时间为1.5～2.5h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提供的水性环氧防腐涂料选用现有水性聚脲改性环氧乳液固化剂与粒径均匀、稳定的水性环氧树脂乳液作为原料的基础上，开发一种与之相匹配的高固体含量色浆，在不影响水性环氧涂料机械性能和对基材(金属)良好的附着力之外，使得其具更高耐腐蚀性能(耐盐雾性≥840h，耐水性≥1000h)。
2、本发明提供的水性环氧防腐涂料成本低廉，可替代溶剂型环氧防腐涂料广泛应用于舰船、集装箱、土木工程、航空航天、石化、电力、冶金和轨道车辆等领域重大或重要机械装备的涂装和防护。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
以下实施例中所用主要原料及购买厂家如表1所示:
表1
实施例1
一种水性环氧防腐涂料，由主剂和水性聚脲改性环氧树脂固化剂组成，两者质量比为4:1；
其中，所述的主剂由以下重量份数的组分组成：
水性环氧乳液：59.1份
色浆：40份
第一分散剂采用SN-5040：0.6份，
第二消泡剂采用SN-1340：0.3份
所述的色浆由以下重量份数的组分组成：水：30％，云母氧化铁：25％，三聚磷酸铝：12％，玻璃鳞片：12％，锌粉：18％，有机膨润土：1％，第二分散剂采用SN-5040 1.5％，第二消泡剂采用SN-1340：0.5％。
按上述比例，以制备100kg水性环氧防腐涂料为例，制备过程如下：
1)色浆乳化液的制备：在搅拌下缓慢向水30kg中依次加入SN-5040 1.5kg、SN-1340 0.5kg、三聚磷酸铝12kg，以100-150r/min低速搅拌10min，待均匀分散之后，分别添加玻璃鳞片12kg、云母氧化铁25kg、锌粉18kg和有机膨润土1kg，继续100-150r/min低速搅拌分散后，使用乳化机在搅拌速度为100r/min条件下搅拌30min，通过胶体磨研磨15～20min后，过滤得85-90kg的色浆乳化液；
2)取色浆乳化液32kg与水性环氧乳液47.2kg混合后，加入0.48kg SN-5040和0.32kg SN-1340，搅拌混合均匀；
3)将步骤2)所得的混合物与20kg水性聚脲改性环氧树脂固化剂混合均匀并熟化5min以上即可。
实施例2
一种水性环氧防腐涂料，由主剂和水性聚脲改性环氧树脂固化剂组成，两者质量比为3:1；
其中，所述的主剂由以下重量份数的组分组成：
水性环氧乳液：50份
色浆：49.3份，
第一分散剂采用BYK-190：0.5份，
第一消泡剂采用SN-470：0.2份
所述的色浆由以下重量份数的组分组成：水：27％，云母氧化铁：30％，三聚磷酸铝：10％，玻璃鳞片：10％，锌粉：17.7％，有机膨润土：3％，第二分散剂采用BYK-190：2％，第二消泡剂采用SN-470：0.3％。
按上述比例，以制备100kg水性环氧防腐涂料为例，制备过程如下：
1)色浆乳化液的制备：在搅拌下缓慢向水27kg中依次加入BYK-190 2kg、SN-4700.3kg、三聚磷酸铝10kg，以100～150r/min低速搅拌10min，待均匀分散之后，分别添加玻璃鳞片10kg、云母氧化铁30kg、锌粉17.7kg和有机膨润土3kg，继续100～150r/min低速搅拌分散后，使用乳化机在在搅拌速度为300r/min条件下搅拌60min，使其充分润湿分散均匀将分散好的混合乳液，通过胶体磨搅拌15～20min，过滤得85～90kg的色浆乳化液；
2)取色浆乳化液37kg与水性环氧乳液37.5kg混合后，加入BYK-190 0.35kg和SN-470 0.15kg，搅拌混合均匀；
3)将步骤2)所得的混合物与25kg水性聚脲改性环氧树脂固化剂混合均匀并熟化5min以上即可。
实施例3
一种水性环氧防腐涂料，由主剂和水性聚脲改性环氧树脂固化剂组成，两者质量比为3.5:1；
其中，所述的主剂由以下重量份数的组分组成：
水性环氧乳液：60份
色浆：39.1份
第一分散剂采用SN-5040：0.6份，
第一消泡剂采用SN-470：0.3份
所述的色浆由以下重量份数的组分组成：水：30％，云母氧化铁：28％，三聚磷酸铝：12％，玻璃鳞片：12％，锌粉：15％，有机膨润土：1.5％，第二分散剂采用SN-5040：1％，第二消泡剂采用SN-470 0.5％。
按上述比例，以制备100kg水性环氧防腐涂料为例，制备过程如下：
1)色浆乳化液的制备：在搅拌下缓慢向水30kg中依次加入SN-5040 1kg、SN-4700.5kg、三聚磷酸铝12kg，以100-150r/min低速搅拌10min，待均匀分散之后，分别添加玻璃鳞片12kg、云母氧化铁28kg、锌粉15kg和有机膨润土1.5kg，继续以100-150r/min低速搅拌分散后，使用乳化机在搅拌速度为200r/min条件下搅拌40min，使其充分润湿分散均匀，再将分散好的混合乳液，通过胶体磨搅拌15～20min，过滤得85-90kg的色浆乳化液；
2)取色浆乳化液30.4kg与水性环氧乳液46.6kg混合后，加入0.47kg SN-5040和0.23kg SN-470，搅拌混合均匀；
3)将步骤2)所得的混合物与22.3kg水性聚脲改性环氧树脂固化剂混合均匀并熟化5min以上即可。
对实例1-3与对比例制得的涂料进行性能检测结果如下表2：
表2
对比例由水性环氧乳液与水性聚脲改性环氧树脂固化剂混合均匀并熟化5min以上而成，按重量比，两者的质量比为4:1。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种水性环氧防腐涂料，其特征在于：由主剂与水性聚脲改性环氧树脂固化剂组成，两者质量比为3:1-4:1，其中，所述的主剂由以下重量份数的组分组成：水性环氧乳液50-60份，色浆40-50份，第一分散剂0.5-0.6份，第一消泡剂0.2-0.3份；所述的色浆按质量百分比由以下组分组成：水：27%-30%，氧化铁：25%-30%，三聚磷酸铝：10%-12%，鳞片：10%-12%，锌粉：15%-18%，有机膨润土：1%-3%，第二分散剂：1%-2%，第二消泡剂：0.3%-0.5%。
2.根据权利要求1所述的水性环氧防腐涂料，其特征在于：所述的第一分散剂和第二分散剂均为SN-5040或BYK-190。
3.根据权利要求1所述的水性环氧防腐涂料，其特征在于：所述的第一消泡剂和第二消泡剂均为SN-470 或 SN-1340。
4.根据权利要求1-3任一权利要求所述的水性环氧防腐涂料的制备方法，其特征在于具体步骤包括：
1）将色浆预处理为色浆乳化液；
2）将色浆乳化液与水性环氧乳液混合后，将第一分散剂和第一消泡剂加入其中，搅拌混合均匀；
3）将步骤2）所得的混合物与水性聚脲改性环氧树脂固化剂混合均匀并熟化5 min以上即可。
5.权利要求4所述的水性环氧防腐涂料的制备方法，其特征在于，色浆预处理为色浆乳化液的具体过程为：依次向水中加入第二分散剂、第二消泡剂和三聚磷酸铝，搅拌分散后，再分别添加玻璃鳞片、云母氧化铁、锌粉和有机膨润土，继续搅拌分散后，使用乳化机在搅拌速度为100-180r/min下进行剪切、乳化30-60 min后，再通过胶体磨研磨15-20 min，过滤后得色浆乳化液。
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