CN106634373A - 一种水性磷酸锌铝防锈底漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水性磷酸锌铝防锈底漆，由以下重量份的组分构成：丙烯酸磷酸酯乳液450-550份，纳米二氧化硅90-105份，氧化铁红95-102份，防锈颜料磷酸锌铝80-120份，沉淀硫酸钡46-53份、云母粉18-32份，钛酸酯附着力促进剂4-6份，防闪锈剂4-6份，缓蚀剂8-12份，pH值调节剂1-3份，湿润分散剂4-6份，消泡剂1-3份，成膜剂20-30份，流变剂3-5份，去离子水补足至1000份。本发明无毒无害、性能新优、使用方便、经久耐用、用途广泛，性价比高。

Description

一种水性磷酸锌铝防锈底漆及其制备方法

技术领域

本发明属于防腐涂料技术领域，具体涉及一种水性磷酸锌铝防锈底漆及其制备方法。

背景技术

多年来，水性防锈防腐漆越来越多的出现在市场上，其采用的材料一般为：基料为丙烯酸合成树脂乳液，防锈颜料为三聚磷酸铝、磷酸锌、氧化锌、铁钛粉等，助剂为乳胶涂料通用的材料等。一般的性能指标为：细度≤40μm，柔韧性≤2㎜，铅笔硬度2B-3B，耐冲击性40㎝，耐盐水性≥48h，而且重金属铅、铬等经常超标，VOC含量也偏高。为了改变溶剂型涂料一统天下且危害环境的局面，为了改善市售普通水性防锈漆的性能，为了迎接环保型水性防腐涂料的春天，开发新一代的水性防腐涂料具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种无毒无害、使用方便、经久耐用、防锈性优、用途广泛的一种水性磷酸锌铝防锈底漆。

根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种水性磷酸锌铝防锈底漆，所述水性磷酸锌铝防锈底漆由以下重量份的组分构成：

丙烯酸磷酸酯乳液450-550份，纳米二氧化硅90-105份，氧化铁红95-102份，防锈颜料磷酸锌铝80-120份，沉淀硫酸钡46-53份、云母粉18-32份，钛酸酯附着力促进剂4-6份，防闪锈剂4-6份，缓蚀剂8-12份，pH值调节剂1-3份，湿润分散剂4-6份，消泡剂1-3份，成膜剂20-30份，流变剂3-5份，去离子水补足至1000份；

优选的，丙烯酸磷酸酯防锈乳液500份，纳米二氧化硅100份，氧化铁红100份，磷酸锌铝防锈颜料100份，沉淀硫酸钡50，云母粉25份，钛酸酯附着力促进剂5份，防闪锈剂5份，缓蚀剂10份，pH值调节剂2份，湿润分散剂5份，消泡剂2份，成膜剂25份，流变剂4份，去离子水补足至1000份。

所述磷酸锌铝是由三聚磷酸铝和氧化锌等盐基性盐类反应而成，其成分是由33％wt的五氧化二磷、占8.5％wt三氧化二铝和48-50％wt的氧化锌组成，平均粒径3.0-6.0微米，吸油量45±5ml/100g，比重3.0±2。

防腐涂料最主要的功能是最大限度的防止钢铁表面与水份和氧气的接触，不使铁离子活跃进而生成铁锈，维护钢结构的强度并延长其使用时间。因此防锈防腐性是防腐涂料的最主要的特性。构成防锈防腐性的具体性能有涂膜耐水性、耐盐水性、涂层附着性等。而这些性能又与涂膜致密性、涂料粘结性、材料相容性等有因果关系。如涂膜致密性好，水氧就不易渗透，就不易生锈；粘结性好，涂料与钢铁表面的接触点就多，附着力就强；致密性好，涂膜的柔韧性和耐磨性就好，涂膜就不会受到损害，就会延长其使用时间。

本发明为了尽可能实现设计的综合防腐性能，粘结基料为纳米级二氧化硅改性丙烯酸磷酸酯乳液，以提高涂料的粘合性、致密性和耐水性；防锈颜料为磷酸锌铝防锈粉，以提高涂层对铁离子的压制性和对渗进的铁离子的钝化性；功能助剂为钛酸酯附着力促进剂、防闪锈剂和缓蚀剂等，以提高涂层的附着力、防锈性和长久性。

本发明中复合基料采用了无机纳米级二氧化硅水溶液对有机的含磷酸酯基团的市售防锈丙烯酸乳液进行了改性，克服了一些传统水乳型聚合物的缺点，如胶乳粒径大，一般在0.2微米以上，形成的膜并非致密的连续相，不仅胶乳对颜填料的包裹能力较差，而且不利于耐水，不耐金属离子的侵蚀；国内市场上有些防锈乳液，价格虽不高，但实际防锈性能无几。本发明在普通防锈乳液中引入了无机液态纳米二氧化硅，扩展了涂膜的连续相，提高了涂膜的致密性，增强了涂层对底材的附着性，改性后涂料的耐水性、耐磨性和耐盐水性，均比改性前有所提高。

本发明所用的纳米二氧化硅，为乳白色水溶液，分子表面存在不饱和残键和不同键合状态的羟基，其分子呈三维链结构。纳米粒子表面相聚集的氢键之间的作用力不强，而被剪切力分开，然后在外部剪切力消除后迅速复原，使其结构迅速复位。这种依靠时间与外力作用而回复原状的剪切力的弱化反应，就是纳米二氧化硅改善传统水性纯有机涂料各项性能的主要因素。

纳米二氧化硅的优点特性：

一是节能环保性：本品粒子具有极强的紫外光吸收性和红外线反射性，故所制涂料具有太阳光反射隔热作用。

二是耐洗刷性：源于纳米粒子填充性和致密性。

三是耐沾污性：本品粒子表面经过处理，呈双亲性或双疏水，有利于水对附着灰尘的冲刷。

四是抗菌性：本品为无机物，不会滋生菌害。

五是防腐蚀性：纳米粒子改善了基料的成膜性和涂料的致密性，有效阻挡了水氧与铁离子的接触，达到防锈目的。

六是硬度：无机粒子在有机材料中均匀分散混合时，纳米粒子如同刚性链条一样起增强作用。

本发明采用了新一代的防锈颜料磷酸锌铝(ZAP)，经过反复试验应用，发现其不仅具有三聚磷酸铝和磷酸锌及氧化锌等传统的防锈性能，而且在和基料的相容性和防腐的长效性上，有更好的效果。

磷酸锌铝(ZAP)是由三聚磷酸铝和氧化锌等盐基性盐类反应而成。其成分是由33％wt的五氧化二磷、占8.5％wt三氧化二铝和48-50％wt的氧化锌组成，平均粒径3.0-6.0微米，吸油量45±5ml/100g，比重3.0±2。ZAP具有如下特性：早期和中长期的防锈性能优良；不含重金属，无毒性；低成本，与三聚磷酸铝和磷酸锌同样的用量，ZAP成本低20-30％；与不同的树脂乳液相善性好，不会返粗。

其防锈机理为组份中的磷酸锌易水解，产生的离子具有很好的电化学作用，具有初期抗锈能力，组分中的三聚磷酸根离子，与铁离子等具有很强的螯合能力，能封锁因电化学作用而释出的铁离子，组分中的盐基性盐，能配合三聚磷酸铝及正磷酸铝，钝化钢铁表面，从而达到相辅相成、协同效应的防锈效果。试验已知，用ZAP等量代替现有的三聚磷酸铝和磷酸锌，其耐3％NaCl溶液的性能可由72-96h提高到168h。

防锈涂料的首要性能就是要有很强的附着力，附着力强，涂膜就不会起泡生锈，附着力不好，涂膜就会起泡生锈。为了提高水性涂料与钢铁表面的附着性，本发明采用了水溶性的54A钛酸酯附着力促进剂。“54A”是一款含有氧乙酸螯合型的以钛为中心元素的钛酸酯偶联剂，主要作用在于它对界面的影响，即能在无机颜料表面形成单分子层，对聚合物的有机相通过酯基转移反应而形成交联，在无机颜料和有机聚合物之间形成化学桥键，从而有利于提高涂料的成膜性和附着性。

54A钛酸酯偶联剂与传统的硅烷偶联剂有诸多的不同点，如“54A”的官能团比较多，对无机类颜料的适用面较广，在无机料、有机料、钛酸酯之间形成的桥键联接也较好。其为水溶性材料，尤其适用水基涂料。

综上所述，54A钛酸酯附着力促进剂的优点有：提高颜填料的分散性和填充性，降低填料--聚合物体系的粘度，改进涂料特别是聚丙烯酸酯与钢铁表面的粘结性、附着性和耐腐性，节省原材料和能耗，低碳环保。

试验表明，在已有各种助剂的基础上，添加了54A钛酸酯附着力促进剂的底漆的附着力、耐起泡性、耐盐类介质性等，比未添加此助剂的底漆有所提高。

根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种水性磷酸锌铝防锈底漆的制备方法，包括以下步骤：

1)分散：将配方水投入搅拌桶内，慢速搅拌下，依次投入湿润分散剂、pH调节剂、消泡剂、钛酸酯附着力促进剂，搅拌均匀后，提高转速，依次投入磷酸锌铝防锈颜料、氧化铁红、沉淀硫酸钡，云母粉，边加边提速，粉料加毕，高速分散1h；

2)研磨：将分散好的浆料抽到研磨机里或三辊机上研磨一至二遍，浆料细度达到25微米；

3)调漆：在调漆缸内，先将丙烯酸磷酸酯防锈乳液用pH值调节剂将pH值调到8-9，与纳米二氧化硅进行均匀混合，然后将步骤2)研磨好的浆料全部抽到缸内，边加边搅拌，浆料加毕，投入成膜剂、消泡剂、防闪锈剂、缓蚀剂、流变剂，中速搅拌，测体系pH值应≥9，喷涂粘度应在50s，涂-4杯，中速搅拌0.5h后，用120微米网过滤，包装，留样，检测，合格后入库。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1，在用材上，一是采用了纳米二氧化硅，对普通防锈乳液进行物理改性；二是采用了最新的高性能的ZAP(磷酸锌铝)取代传统的防锈颜料；三是采用了54A钛酸酯附着力促进剂。三者有机结合，协同作用，与市售产品或已刊技术有多不同。

2，在性能上，改善和增强了涂层的几项重要性能，如附着力、硬度、耐盐水性。

3，在环保上，完全符合HG2537--2013《环境标志产品.水性涂料.防腐涂料》的要求。

具体实施方式

为使本发明目的、技术方案和新优特点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明作进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。

实施例1

配方组成：

组分	型号	供应商	质量份
				丙烯酸磷酸酯乳液	AP-3128	广东安德士化工	450
纳米二氧化硅	GH-125	江阴国联科技	90
				磷酸锌铝	ZAP	台湾	80
氧化铁红	130s	上海一品颜料	95
				沉淀硫酸钡	1250目	上海双达化工	46
云母粉	1250目	滁州格锐	18
				钛酸酯附着促进剂	54A	江南助剂	4
防闪锈剂	H-14	上海盈水	4
				缓蚀剂	H-142DA	上海盈水	8
pH值调节剂	AMP-95	Dow安格斯	1
				润湿分散剂	BYK-184	毕克公司	4
消泡剂	A-110	巴斯夫	1
				成膜剂	醇酯-12	江苏润泰	20
流变剂	Dsx-2000	深圳海川.	3
				去离子水			补足1000

性能指数：附着力为1级，硬度为1B，耐盐水性为120h。

制备方法：

1)分散：将配方水投入搅拌桶内，慢速搅拌下，依次投入湿润分散剂、pH调节剂、消泡剂、钛酸酯附着力促进剂，搅拌均匀后，提高转速，依次投入磷酸锌铝防锈颜料、氧化铁红、沉淀硫酸钡，云母粉，边加边提速，粉料加毕，高速分散1h；

2)研磨：将分散好的浆料抽到研磨机里或三辊机上研磨一至二遍，浆料细度达到25微米；

3)调漆：在调漆缸内，先将丙烯酸磷酸酯防锈乳液用pH值调节剂将pH值调到8-9，与纳米二氧化硅进行均匀混合，然后将步骤2)研磨好的浆料全部抽到缸内，边加边搅拌，浆料加毕，投入成膜剂、消泡剂、防闪锈剂、缓蚀剂、流变剂，中速搅拌，测体系pH值应≥9，喷涂粘度应在50s，涂-4杯，中速搅拌0.5h后，用120微米网过滤，包装，留样，检测，合格后入库。

实施例2

配方组成：

组分	型号	供应商	质量份
				丙烯酸磷酸酯乳液	AP-3128	广东安德士化工	550
纳米二氧化硅	GH-125	江阴国联科技	105
				磷酸锌铝	ZAP	台湾	120
氧化铁红	130s	上海一品颜料	102
				沉淀硫酸钡	1250目	上海双达化工	53
云母粉	1250目	滁州格锐	32
				钛酸酯附着促进剂	54A	江南助剂	6
防闪锈剂	H-14	上海盈水	6
				缓蚀剂	H-142DA	上海盈水	12
pH值调节剂	AMP-95	Dow安格斯	3
				润湿分散剂	BYK-184	毕克公司	6
消泡剂	A-110	巴斯夫	3
				成膜剂	醇酯-12	江苏润泰	30
流变剂	Dsx-2000	深圳海川.	5
				去离子水			补足1000

性能指数：附着力为0级，硬度为H，耐盐水性为168h。

制备方法同实施例1。

实施例3

配方组成：

组分	型号	供应商	质量份
				丙烯酸磷酸酯乳液	AP-3128	广东安德士化工	500
纳米二氧化硅	GH-125	江阴国联科技	105
				磷酸锌铝	ZAP	台湾	100
氧化铁红	130s	上海一品颜料	102
				沉淀硫酸钡	1250目	上海双达化工	50

云母粉	1250目	滁州格锐	25
				钛酸酯附着促进剂	54A	江南助剂	5
防闪锈剂	H-14	上海盈水	5
				缓蚀剂	H-142DA	上海盈水	10
pH值调节剂	AMP-95	Dow安格斯	2
				润湿分散剂	BYK-184	毕克公司	5
消泡剂	A-110	巴斯夫	2
				成膜剂	醇酯-12	江苏润泰	25
流变剂	Dsx-2000	深圳海川.	5
				去离子水			补足1000

附着力为0，硬度为HB，耐盐水性为168h。

制备方法同实施例1。

实施例4

发明配方：

组分	型号	供应商	质量份
				丙烯酸磷酸酯乳液	AP-3128	广东安德士化工	500
纳米二氧化硅	GH-125	江阴国联科技	100
				磷酸锌铝	ZAP	台湾	100
氧化铁红	130s	上海一品颜料	100
				沉淀硫酸钡	1250目	上海双达化工	50
云母粉	1250目	滁州格锐	25
				钛酸酯附着促进剂	54A	江南助剂	5
防闪锈剂	H-14	上海盈水	5
				缓蚀剂	H-142DA	上海盈水	10
pH值调节剂	AMP-95	Dow安格斯	2
				润湿分散剂	BYK-184	毕克公司	5
消泡剂	A-110	巴斯夫	2
				成膜剂	醇酯-12	江苏润泰	25
流变剂	Dsx-2000	深圳海川.	4
				去离子水			补足1000

制备方法同实施例1。

实施例5

本发明样品已经中国上海测试中心涂料工业测试点检测，有多项性能指标比未采用AP-3128丙烯酸磷酸酯防锈颜料、纳米二氧化硅和ZAP磷酸锌铝这三款新材料的原配方产品有明显提高，具体检测指标见下表：

执行标准：HG/T4758-2014《水性丙烯酸树脂涂料-Ⅱ型-底漆》。

项目	指标	本发明产品	原配方产品
				干燥时间：表干	≤2h	≤0.5h	≤0.5h
实干	≤24h	≤10h	≤10h
				耐冲击性	≤40μm	≤50μm	≤50μm
弯曲试验	2㎜	2㎜	2㎜
				附着力	≤1级	0级	2级
铅笔硬度	≥2B	H	2B
				耐水性	≥24h	96h	48h
耐3％NaCl性	>96h	＞168h	72h

注1：“原配方产品”的组分：北京东联产DL-1069苯乙烯丙烯酸酯防锈乳液500份，上海京华产磷酸锌80份和氧化锌20份，氧化铁红100份，滑石粉50，碳酸钙25份，海川5040分散剂6份和Nxz消泡剂2份，醇酯-12成膜剂25份，亚硝酸钠防锈剂3份，RM-2020流平增稠剂6份，水补足1000份。

注2：“原配方产品”制备方式：慢速搅拌、投入水、分散剂、消泡剂、氧化铁红、磷酸锌、氧化锌、滑石粉、碳酸钙，高速搅拌、研磨。调漆：乳液搅拌下，投入PH值调节剂、成膜剂、消泡剂，抽入浆料，加入流平增稠剂、防锈剂，中速搅拌0.5h，测涂料PH值应>8.5，喷涂粘度应在50微米。制备毕，过滤包装。

同时，本发明符合HG2537-2013《环境标志产品-水性涂料-防腐蚀涂料》的要求，其中VOC：要求≤80g/l，实测23g/l；可溶性铅：要求≤90mg/kg,实测8mg/kg；可溶性铬：要求≤60mg/kg,实测：未检出；可溶性汞：要求＜60mg/Kg，实测：未检出；可溶性镉：要求<75mg/Kg，实测：未检出。本发明为环保健康产品。

应用范围

本发明可制造水性防锈底漆、各色水性底面合一漆，所制产品可适用于溶剂型酚醛、醇酸、丙烯酸等树脂涂料使用之处，如交通护栏、船舶内舱、机械外壳、消防器具、化工设施及生活区域的钢铁结构等。本发明为无毒无害、性能新优、使用方便、经久耐用、用途广泛，性价比高。

尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但是应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施方式做出各种改变、替换和变更。

Claims (3)

1.一种水性磷酸锌铝防锈底漆，所述水性磷酸锌铝防锈底漆由以下重量份的组分构成：

丙烯酸磷酸酯乳液450-550份，纳米二氧化硅90-105份，氧化铁红95-102份，防锈颜料磷酸锌铝80-120份，沉淀硫酸钡46-53份、云母粉18-32份，钛酸酯附着力促进剂4-6份，防闪锈剂4-6份，缓蚀剂8-12份，pH值调节剂1-3份，湿润分散剂4-6份，消泡剂1-3份，成膜剂20-30份，流变剂3-5份，去离子水补足至1000份；

所述磷酸锌铝是由三聚磷酸铝和氧化锌等盐基性盐类反应而成，其成分是由33％wt的五氧化二磷、占8.5％wt三氧化二铝和48-50％wt的氧化锌组成，平均粒径3.0-6.0微米，吸油量45±5ml/100g，比重3.0±2。

2.根据权利要求1所述的一种水性磷酸锌铝防锈底漆，其特征在于：所述水性磷酸锌铝防锈底漆由以下重量份的组分构成：

丙烯酸磷酸酯防锈乳液500份，纳米二氧化硅100份，氧化铁红100份，磷酸锌铝防锈颜料100份，沉淀硫酸钡50，云母粉25份，钛酸酯附着力促进剂5份，防闪锈剂5份，缓蚀剂10份，pH值调节剂2份，湿润分散剂5份，消泡剂2份，成膜剂25份，流变剂4份，去离子水补足至1000份。

3.根据权利要求1所述的一种水性磷酸锌铝防锈底漆的制备方法，包括以下步骤：

1)分散：将配方水投入搅拌桶内，慢速搅拌下，依次投入湿润分散剂、pH调节剂、消泡剂、钛酸酯附着力促进剂，搅拌均匀后，提高转速，依次投入磷酸锌铝防锈颜料、氧化铁红、沉淀硫酸钡，云母粉，边加边提速，粉料加毕，高速分散1h；

2)研磨：将分散好的浆料抽到研磨机里或三辊机上研磨一至二遍，浆料细度达到25微米；

3)调漆：在调漆缸内，先将丙烯酸磷酸酯防锈乳液用pH值调节剂将pH值调到8-9，与纳米二氧化硅进行均匀混合，然后将步骤2)研磨好的浆料全部抽到缸内，边加边搅拌，浆料加毕，投入成膜剂、消泡剂、防闪锈剂、缓蚀剂、流变剂，中速搅拌，测体系pH值应≥9，喷涂粘度应在50s，涂-4杯，中速搅拌0.5h后，用120微米网过滤，包装，留样，检测，合格后入库。