CN105802449B - 水性隔热保温防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水性保温隔热防腐涂料，其以质量百分比计包括：水性环氧树脂乳液30～50%、水性丙烯酸乳液10～20%、水性氟树脂乳液5～10%、水性隔热保温纳米分散体5%～10%、水性润湿分散剂0.1%～0.3%、水性消泡剂0.1%～1%、偶联剂1%～3%、防污剂0.5%～2.5%、防锈颜料5%～10%、成膜助剂0.5%～2.5%和去离子水5%～25%。本发明还公开了上述水性保温隔热防腐涂料的制备方法。本发明水性保温隔热防腐涂料用于五金钢构时，可减少五金和钢构筑物的热载荷，降低太阳辐射热造成的钢构内部温度上升，节约制冷空调费用；还可用于金属构件、油气罐、室外管道以及室外各种设备、容器等，大大减少对太阳辐射热量的吸收，加速自身热量散发，降低被保护物件的温度，节能减排效果显著。

Description

水性隔热保温防腐涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及水性防腐材料技术领域，具体说是一种水性隔热保温防腐涂料及其制备方法。

背景技术

金属中的钢结构材料由于自质量轻、延性好等特点，已成为石油化工输油管道、储罐运输等最主要的结构形式。五金钢结构防腐保护技术问题相当突出，据统计，全世界每年因五金钢构腐蚀造成造成的经济损失为火灾、风灾和地震造成损失的总和。所以，有必须对钢结构进行有效防腐保护，防止钢构的机械性能，如屈服点，抗拉及弹性模量等下降。防腐涂料作为最有效、最经济、应用最普遍的防腐方法，受到了国内外广泛关注和重视。随着建筑、交通、石化、电力等行业的发展，防腐涂料的市场规模已仅次于建筑涂料。

对于石油化工容器和露天的反应釜，高温会带来潜在的事故隐患和过多的能源浪费。油罐车、工业储罐、建筑物、石油管道等五金制品在夏季经太阳暴晒后，温度均出现不同程度上升，运送石油的油罐车由于太阳辐射引起的有关温度的升高，每天损失石油0.2～0.5%。在夏季高温环境下，户外的油气罐、液化气罐、油车罐、化工原料罐等都需要用水喷淋进行降温处理。这不仅浪费大量的水资源、电资源，还影响罐、槽等设备的维护保养和文明的生产环境。工业厂房、简易厂房或临时性建筑采用铁皮屋顶的越来越多，在夏季气温达最高时，红色防锈铁皮表面温度可接近60摄氏度，在很多情况下，无法采用空调制冷来降低室内温度，通过降低物体表面温度的措施来降低室内环境温度是最有效可行的方法。

随着节能环保战略性新兴产业的推动实施，节能减排在国民生产中的重要性进一步凸显。对于热工设计时以保温为主的地区为主，而对于热工设计时，一般只考虑隔热的夏热冬暖地区或以隔热为主的夏热冬冷地区，配合使用隔热保温涂料，夏天可有效阻止大部分太阳辐射热，冬天具有显著的保温效果。用于五金钢构时可减少五金和构筑物的热载荷，降低太阳辐射热造成的钢构内部温度上升，节约制冷空调费用。实际上该类隔热保温涂料产品具有良好的综合性能，除了钢构以外还可用于金属构件、油气罐、室外管道以及室外的各种设备、容器等，大大减少对太阳辐射热量的吸收，加速自身热量散发，从而降低被保护物件的温度，减少因空调等降温措施导致的电力、人力和设备费用，营造舒适的环境，延长设备使用寿命等，是一种节能环保的新产品。

保温隔热材料是用于建筑围护或者热工设备、阻抗热流传递的材料，既包括保温材料，也包括保冷材料。这类保温隔热材料一方面满足建筑空间或热工设备的隔热要求，另一方面也节约了能源，是目前国际上技术最先进的隔热保温材料，它可以从根本上客服目前五金钢构隔热保温材料的缺点。因此，发达国家均对新型保温隔热材料的研发和应用十分重视，将保温隔热材料看作是继煤炭、石油、天然气、核能之后的“第五大能源”。

但是，目前传统溶剂型保温隔热防腐涂料，也还存在一些缺点，如成本较高，含有VOC有毒挥发物质，某些品种的防腐涂料物理性能不够理想等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种水性隔热保温防腐涂料，能在被涂覆基材表面形成有效保护，装饰性强、能耗低、隔热保温且使用寿命长。

本发明进一步所要解决的技术问题在于，提供一种水性隔热保温防腐涂料的制备方法，其工艺简单，易于实施，以便能高效、节能地制备出能在被涂覆基材表面形成有效保护，装饰性强、能耗低且使用寿命长的水性隔热保温防腐涂料。

为解决上述技术问题，本发明首先提供如下技术方案：一种水性隔热保温防腐涂料，其以质量百分比计包括：水性环氧树脂乳液30～50%、水性丙烯酸乳液10～20%、水性氟树脂乳液5～10%、水性隔热保温纳米分散体5%～10%、水性润湿分散剂0.1%～0.3%、水性消泡剂0.1%～1%、偶联剂1%～3%、防污剂0.5%～2.5%、防锈颜料5%～10%、成膜助剂0.5%～2.5%和去离子水5%～25%。

进一步地，所述水性环氧树脂乳液为水性聚氧乙烯接枝环氧树脂乳液或聚氧丙烯链端的环氧树脂乳液中的一种或其组合。

进一步地，所述水性丙烯酸乳液为杂化交联接枝丙烯酸乳液或有机硅接枝的乳液的一种或其组合。

进一步地，所述水性氟树脂乳液为水性三氟氯乙烯型氟树脂乳液或水性乙烯基醚型氟树脂乳液的一种或组合。

进一步地，所述水性润湿分散剂为六偏磷酸钠类润湿剂；所述水性消泡剂为水性非硅酮脂肪酸聚合物、改性聚丙烯酸聚合物、聚氧乙烯醚或改性聚硅氧烷其中的一种；所述偶联剂为如下偶联剂中的一种：硅烷类、钛酸盐类、锆酸盐类或复合羧基磷酸酯类。

进一步地，所述防污剂为水性纳米杂化硅油或辛基三乙氧基改性硅油的一种；所述防锈颜料为安息香酸锌、磷钼酸锌或磷酸钛的一种或几种。

进一步地，成膜助剂为丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚的一种或其组合；所述去离子水为去除杂质的自来水。

进一步地，所述水性隔热保温纳米分散体为纳米三氧化钨分散体。

另一方面，本发明还提供一种水性隔热保温防腐涂料的制备方法，包含如下步骤：

将适量去离子水和水性润湿分散剂搅拌均匀，边搅拌边缓慢加入粉体状的水性隔热保温纳米分散体，经研磨后获得水性隔热保温纳米分散体浆料；

按照配方中各成分的质量百分比含量，把水性丙烯酸乳液滴加到水性环氧树脂乳液中，搅拌分散5～10min，加入水性氟树脂乳液，再滴加预先制得的水性隔热保温纳米分散体浆料，搅拌分散15～30min，再加入占去离子水总质量的5~10%的去离子水加入到分散缸中，在400～600rmp的转速下搅拌20～30min，然后加入剩下的去离子水组分，再加入水性消泡剂、偶联剂、防污剂和防锈颜料，在1000～1200rmp的转速下加入成膜助剂，继续分散25min～40min，测得粘度为（35±2）s后过滤后出料，即得到水性隔热保温防腐涂料。

进一步地，所述水性隔热保温纳米分散体浆料的制备过程是：依次加入组分量的去离子水、水性润湿分散剂搅拌均匀，边搅拌边缓慢加入粉体状的水性隔热保温纳米分散体；待粉体加完后高速分散30~40分钟，开启纳米研磨机，进行循环研磨，间隔时间取样检查，中位粒径D50在40～80nm之间时，停机获得水性隔热保温纳米分散体浆料。

采用上述技术方案后，本发明至少具有如下有益效果：与传统水性防腐涂料相比，本发明水性隔热保温防腐涂料可永久性以涂层形式涂覆在基材表面，有效降低和减少被涂覆基材热载荷，降低太阳辐射热造成的基材内部温度上升；能广泛应用于五金钢构、工程机械、机车船舶、路桥隧道、污水处理、工业地坪等领域的五金材质，兼具美观装饰性，对基材形成具有封闭性强、防腐蚀、耐磨刮、耐酸碱、抗冲击的有效保护的同时，对发展环保产业、节能环保、实现污染物的低排放，促进人与自然和谐发展等循环经济具有重要意义。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合具体实施例对本申请作进一步详细说明。

本发明首先提供了一种水性隔热保温防腐涂料，其配方以质量百分计包含：

水性环氧树脂乳液30～50%；

水性丙烯酸乳液10～20%；

水性氟树脂乳液5～10%；

水性隔热保温纳米分散体浆料5%～10%；

水性润湿分散剂0.1%～0.3%；

水性消泡剂0.1%～1%；

偶联剂1%～3%；

防污剂0.5%～2.5%；

防锈颜料5%～10%；

成膜助剂0.5%～2.5%；及

去离子水5%～25%。

具体实施时，所述水性环氧树脂乳液为水性聚氧乙烯接枝环氧树脂乳液或聚氧丙烯链端的环氧树脂乳液中的一种或其组合。由于基材在户外受到紫外线、可见光、氧气和化学物质和微生物的侵蚀，所述水性环氧树脂乳液协同其他组分，形成的封闭状态瓷釉质膜层具有独特的致密度，抵抗空气中的污染，如：酸雨、烟雾、粉尘、海边的盐碱等物质侵蚀，使被涂覆基材的封闭性强、具有良好的防腐蚀、耐磨刮、耐酸碱、抗冲击和耐化学品性。充分利用材料间的互补优势，实现涂覆基材在光照和潮湿环境下整体涂覆体的变色老化性、耐黄变性，对基材的装饰性远远高出其他涂料。

在一个实施例中，所述水性丙烯酸乳液为杂化交联接枝丙烯酸乳液或有机硅接枝的乳液的一种或其组合。该水性丙烯酸乳液通过协同其他组分，能在被涂覆基材表面有效提高涂层漆膜的连整性、耐水性和抗沾污性，效果明显优于普通水性塑胶涂料，而且，利用丙烯酸的柔韧性，可实现在各种形状材质表面以滚涂、淋涂、喷涂、刮涂、刷涂、浸涂的施工。

在一个实施例中，所述水性氟树脂乳液为水性三氟氯乙烯型氟树脂乳液或水性乙烯基醚型氟树脂乳液的一种或组合，该水性氟树脂乳液具有优异的耐老化性、耐温差性、耐盐碱盐雾性和高硬度等特点，通过协同其他组分，可以实现涂膜具有优异的超耐候性，耐腐蚀性、耐热性和优越的自清洁功能，保证涂料的性能持久性，有效提高涂膜的耐沾污能力，成为长效免维护外用涂料和高性能防腐涂料。

在一个实施例中，所述水性隔热保温纳米分散体为纳米三氧化钨分散体。纳米三氧化钨分散体具有很好的隔热保温效果，颗粒粒度分布均匀且非常稳定，常温下保存期长，与大多成膜物质均有良好相容性。纳米三氧化钨纳米粒子化40～80nm分散体在1300nm～2500nm（长波近红外线）间有较好的屏蔽作用；涂层能形成有光反射、光选择吸收的光学涂层，具有氧敏、湿敏、气敏的敏感特性。在涂料中加入可达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热保温等效果。尤其具有半导体特性的氧化物粒子，在太阳热能温度下具有比常规的氧化物高的导电特性，能起到保温隔热作用，有效延长基材使用寿命，并能长久保持。

所述水性润湿分散剂为六偏磷酸钠类润湿剂。

所述水性消泡剂为水性非硅酮脂肪酸聚合物、改性聚丙烯酸聚合物、聚氧乙烯醚或改性聚硅氧烷其中的一种。

在一个实施例中，所述偶联剂可以采用硅烷类、钛酸盐类、锆酸盐类和复合羧基磷酸酯类等类型的偶联剂中的任意一种。

在一个实施例中，所述防锈颜料为无铅防锈颜料，具体可以是安息香酸锌、磷钼酸锌或磷酸钛的一种或几种。利用防锈颜料与偶联剂混合后发生反应形成很好的膜层。以硅烷类偶联剂为例，防锈颜料与硅烷类偶联剂反应生成硅酸锌，涂覆在钢铁表面时，铁也与碱性硅酸盐发生反应生成碱金属离子，可以实现涂装于钢铁基材的水性涂料先通过水分蒸发干燥成膜，随后再固化成膜过程中，锌粉微细粒子之间，钢铁基层与锌粉之间牢固附着或结合，形成了一层致密的络合结构，从而使漆膜牢固地附着在钢铁表面，获得更好的硬度、强度更大，附着力更好尤其具有优异的防腐性能持久性。

在一个实施例中，防污剂为水性纳米杂化硅油或辛基三乙氧基改性硅油的一种。

在一个实施例中，所述成膜助剂为丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚的一种或其组合；所述去离子水为去除杂质的自来水。

本发明还提供几个具体实施的配方如下表，表中的百分比均为质量百分比：

以上各配方，实现效果差异不大，均能起到很好的隔热保温且防腐的效果。

另一方面，为方便制备出上述水性隔热保温防腐涂料，本发明还提供一种上述水性隔热保温防腐涂料的制备方法，其步骤具体如下：

按上述配方的质量百分比计，把水性丙烯酸乳液滴加到水性环氧树脂乳液中，搅拌分散5～10min，加入水性氟树脂乳液，然后将预先制得的水性隔热保温纳米分散体浆料滴加，搅拌分散15～30min，再加入占去离子水总质量的5~10%的去离子水加入到分散缸中，在400～600rmp的转速下搅拌20～30min，然后加入剩下的去离子水组分，再加入水性消泡剂、偶联剂、防污剂、防锈颜料，在1000～1200rmp的转速下加入成膜助剂，继续分散25min～40min，测得粘度为（35±2）s后过滤后出料，即得到水性隔热保温防腐涂料。

在实施时，对于所述水性隔热保温纳米分散体浆料，还可以按照以下制备工艺预先制得：依次（按质量百分比）加入适量的去离子水、水性润湿分散剂搅拌均匀，边搅拌边缓慢加入水性隔热保温纳米分散体，其中，去离子水的用量是以与水性润湿分散剂配合能够完全分散所述水性隔热保温纳米分散体为标准。在本发明的实施例中，水性隔热保温纳米分散体采用的是纳米三氧化钨分散体；待粉体加完后高速分散30~40分钟，开启纳米研磨机，进行循环研磨，间隔时间取样检查，中位粒径D50在40～80nm之间时，停机获得水性隔热保温纳米分散体浆料。

本发明方法制得的水性隔热保温纳米分散体颗粒粒度分布均匀，且非常稳定，常温下保存期长，与大多成膜物质均有良好的相容性。纳米三氧化钨分散体纳米粒子化40～80nm在1300nm～2500nm（长波近红外线）间有较好的屏蔽作用；涂层能够形成有光反射、光选择吸收的光学涂层，具有氧敏、湿敏、气敏的敏感特性等。在涂料中加入可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热保温等效果。尤其具有半导体特性的氧化物粒子，在太阳热能温度下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起到隔热保温的作用。

经实际试用和检测，本发明的水性隔热保温防腐涂料的技术效果、经济效益和社会效益均非常突出。

1. 绿色环保，VOC含量低于50g/L，远低于HJ2537-2014《环境标志产品技术要求水性涂料》要求的80g/L，符合国家绿色建筑要求；

2. 防腐性能突出，钢铁构件防腐蚀性规范对保证建筑物内人的生命安全和财产安全是极为重要的，产品标准状态下，符合GB50212－2002《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》、JG/T224-2007《建筑用钢结构防腐涂料》、JT/T695-2007《混凝土桥梁结构表面涂层防腐技术条件》、JG/T3042-1997《环氧涂层钢筋》等防腐标准；

3. 保温隔热性能优秀，有效降低和减少五金和构筑物的热载荷，降低太阳辐射热造成的钢构内部温度上升，可永久性以涂层形式涂覆在多种材质表面，并能可广泛应用于五金钢构、工程机械、机车船舶、路桥隧道、污水处理、工业地坪等领域范围的五金材质，更加具备美观装饰性，对基材形成具有封闭性强、防腐蚀、耐磨刮、耐酸碱、抗冲击的有效保护的同时，对发展环保产业、节约能源、保护环境、实现污染物的低排放，促进人与自然和谐发展等循环经济要求，具有重要意义。

4. 基固性好，本发明产品标准状态下的独有保温隔热防腐膜层，除了赋予五金钢构表面应有的装饰性效果，还具备抗黄变、耐老化性优良，防止基材破裂，在户外五金钢构制品要受到紫外线、可见光、氧气和化学物质和微生物的侵蚀，由于本产品具有反射阻隔太阳热能的独有效果，膜层可以有效延长基材的使用寿命。

5. 抗沾污性好，产品标准状态下，涂膜的抗沾污、抗化学品性好，膜层具有独特的致密度，保证了良好的耐化学品性。有效实现对被涂覆材质形成具有封闭性强、防腐蚀、耐磨刮、耐酸碱、抗冲击，阻燃防火的有效保护等性能都能胜出一筹，尤其可抵抗空气中的污染，如：酸雨、烟雾、粉尘、海边的盐碱等物质侵蚀。

6. 耐水性优异，本发明产品标准状态下，有效防止水分渗入基材，用水浸泡后不起泡、不发白、轻微泛白后能够迅速恢复，不会剥落。

7. 防止基材变形，本发明水性环保阻燃隔热保温涂料形成的膜层在标准状态下对基材有相当程度的保护性，具有保持基材尺寸及外形稳定性和耐久性的特点，很好地避免了因昼夜温差变化导致户外基材发生热胀冷缩等形变，并且能长久的保持。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解的是，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (6)

1.一种水性隔热保温防腐涂料，其特征在于，其以质量百分比计包括：水性环氧树脂乳液30～50%、水性丙烯酸乳液10～20%、水性氟树脂乳液5～10%、水性隔热保温纳米分散体5%～10%、水性润湿分散剂0.1%～0.3%、水性消泡剂0.1%～1%、偶联剂1%～3%、防污剂0.5%～2.5%、防锈颜料5%～10%、成膜助剂0.5%～2.5%和去离子水5%～25%；

所述水性环氧树脂乳液为水性聚氧乙烯接枝环氧树脂乳液或聚氧丙烯链端的环氧树脂乳液中的一种或其组合；

所述水性丙烯酸乳液为杂化交联接枝丙烯酸乳液或有机硅接枝的乳液的一种或其组合；

所述水性氟树脂乳液为水性三氟氯乙烯型氟树脂乳液或水性乙烯基醚型氟树脂乳液的一种或组合；

所述水性隔热保温纳米分散体为纳米三氧化钨分散体。

2.如权利要求1所述的水性隔热保温防腐涂料，其特征在于，所述水性润湿分散剂为六偏磷酸钠类润湿剂；所述水性消泡剂为水性非硅酮脂肪酸聚合物、改性聚丙烯酸聚合物、聚氧乙烯醚或改性聚硅氧烷其中的一种；所述偶联剂为如下偶联剂中的一种：硅烷类、钛酸盐类、锆酸盐类或复合羧基磷酸酯类。

3.如权利要求1所述的水性隔热保温防腐涂料，其特征在于，所述防污剂为水性纳米杂化硅油或辛基三乙氧基改性硅油的一种；所述防锈颜料为安息香酸锌、磷钼酸锌或磷酸钛的一种或几种。

4.如权利要求1所述的水性隔热保温防腐涂料，其特征在于，成膜助剂为丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚的一种或其组合；所述去离子水为去除杂质的自来水。

5.一种如权利要求1~4任一项所述的水性隔热保温防腐涂料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：

将适量去离子水和水性润湿分散剂搅拌均匀，边搅拌边缓慢加入粉体状的水性隔热保温纳米分散体，经研磨后获得水性隔热保温纳米分散体浆料；

按照配方中各成分的质量百分比含量，把水性丙烯酸乳液滴加到水性环氧树脂乳液中，搅拌分散5～10min，加入水性氟树脂乳液，再滴加预先制得的水性隔热保温纳米分散体浆料，搅拌分散15～30min，再加入占去离子水总质量的5~10%的去离子水加入到分散缸中，在400～600rmp的转速下搅拌20～30min，然后加入剩下的去离子水组分，再加入水性消泡剂、偶联剂、防污剂和防锈颜料，在1000～1200rmp的转速下加入成膜助剂，继续分散25min～40min，测得粘度为（35±2）s后过滤后出料，即得到水性隔热保温防腐涂料。

6.如权利要求5所述的水性隔热保温防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述水性隔热保温纳米分散体浆料的制备过程是：依次加入组分量的去离子水、水性润湿分散剂搅拌均匀，边搅拌边缓慢加入粉体状的水性隔热保温纳米分散体；待粉体加完后高速分散30~40分钟，开启纳米研磨机，进行循环研磨，间隔时间取样检查，中位粒径D50在40～80nm之间时，停机获得水性隔热保温纳米分散体浆料。