CN107057518B - 低温快干水性环氧底漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

提供低温快干水性环氧底漆及其制备方法。其中低温快干水性环氧底漆包含A组分和B组分，A组分的pH值为7.0‑7.8，其包含平均粒径为0.1‑25μm的水性环氧树脂；B组分的pH值为9‑12，其包含平均粒径为0.05‑0.5μm的固化剂；基于水性环氧底漆的总重量，水性环氧树脂的含量为40‑60％，固化剂的含量为10‑15％；且固化剂包含环氧固化剂和水性改性胺固化剂。本发明解决了在温度低、时间短的情况下，在例如装备制造业湿碰湿工艺领域尤为突出的问题。

Description

低温快干水性环氧底漆及其制备方法

技术领域

本发明通常涉及涂料领域，具体地涉及水性环保低温快干环氧底漆及其制备方法，尤其涉及一种装备制造业专用水性环保低温快干防腐环氧底漆。

背景技术

近些年来，随着人类经济活动和工业的进程不断推进，在消耗大量能源的同时也产生了大量的废气、烟尘物质，国内大气环境已受到了严重污染，造成空气污染的原因有很多，例如机动车尾气排放、秸秆焚烧、燃料燃烧、工业产生的废气、废水排放等等。

在装备制造业的涂装过程中，采用的主要是溶剂型涂料。其中，高挥发性VOC涂料类型占了很大比重。例如在发动机行业，主要采用的是溶剂型的丙烯酸涂料和聚氨酯涂料；机电产品更多的是溶剂型醇酸涂料，用于较恶劣环境下的产品为环氧涂料和聚氨酯涂料。

湿碰湿工艺是指连续两道涂层之间，没有烘干，第一道喷涂后，闪干几分钟后，立刻喷涂第二道涂层，二道涂层闪干后，进烘道一次烘干固化。这是一种节约能源、减少工序的方法，但这种工艺并不适用于所有的涂料，就目前而言适于湿碰湿的漆种只有氨基漆、过氯乙烯漆、聚氨醋漆、环氧基漆这些溶剂型涂料。而在水性涂料中，水性环氧底漆与水性聚氨酯面漆在低温环境下，经过“湿碰湿”工艺后，产生针孔、流挂、起泡、起皱等漆膜弊病。

基于以上不难看出，装备制造业领域使用的溶剂型涂料也是造成大气污染的因素之一，其中的高挥发性VOC是其主要原因，所以研发和推广水性漆在装备制造业中使用是很有意义的。另外在装备制造业使用的工艺方面，湿碰湿工艺是一种提高工作效率和节约能源的工序，研发并试验水性漆在湿碰湿工艺中的应用更具有实际意义，因此需要设计一种水性环保低温快干环氧底漆。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的发明人发现，通过使用特定的固化剂与水性环氧树脂组合，得到的水性环氧底漆能够保持低温快干的性质，同时当与面漆例如水性聚氨酯面漆进行“湿碰湿”工艺后，不会产生针孔、流挂、起泡、起皱等漆膜弊病。基于此，完成了本发明。具体地，本发明包括以下内容。

本发明的一方面，提供低温快干水性环氧底漆，其包含A组分和B组分，其中：

A组分的pH值为7.0-7.8，其包含平均粒径为0.1-25μm的水性环氧树脂；

B组分的pH值为9-12，其包含平均粒径为0.05-0.5μm的固化剂；

基于水性环氧底漆的总重量，水性环氧树脂的含量为40-60％，固化剂的含量为10-15％；且

固化剂包含环氧固化剂和水性改性胺固化剂。

在某些实施方案中，A组分的粘度为5000-5500mpa·s。在某些实施方案中，B组分的粘度为1000-1500mPa·s。

在某些实施方案中，固化剂的HLB值与水性环氧树脂的HLB值之比为0.9-1.1。

在某些实施方案中，A组分与B组分的重量比为10:1至3:1。

在某些实施方案中，低温快干水性环氧底漆进一步包含选自助溶剂、分散剂、消泡剂、流平剂、防闪锈剂、基材润湿剂、颜填料和去离子水组成的组中的至少一种。

本发明的另一方面，提供一种低温快干水性环氧底漆的制备方法，其包括：

步骤a，将去离子水、分散剂和消泡剂加入备料锅中；

步骤b，搅拌直至均匀，然后加入颜填料分散形成漆浆；

步骤c，将漆浆进行研磨至细度小于等于25微米；

步骤d，将研磨后漆浆加入调漆罐中，在搅拌下加入水性环氧树脂、助溶剂、流平剂、基材润湿剂，然后用水调节漆液的粘度得A组分；

步骤e，用水性环氧固化剂、改性胺加成固化剂、酒精、助溶剂混合制备B组分；

步骤f，混合A组分和B组分。

在某些实施方案中，本发明的低温快干水性环氧底漆具有≤50g/L的VOC，气味低，无环境污染。

在某些实施方案中，在低温(例如，低至5-10℃下)大大提高漆膜的干燥速度(例如5-10min)的同时，更保证了漆膜的致密性、平滑性，其主要是通过多官能团的环氧树脂和多官能团的固化剂来提高交联密度。其中树脂有较高的分子量，干燥速度快，具有长期的耐腐蚀性、耐溶剂性、耐摩擦性、对不同基材良好的附着力性能。同时在制成样漆使用后，能够形成致密平滑的漆膜，提供良好的抗污染性能。

在某些实施方案中，在应用于常规水性环氧底漆应用的场所，如工件、零部件、车架等，适用于包括铁板、钢板、铝板等基材时，面漆不会出现针孔、流挂、起泡、起皱等漆膜弊病。解决了在温度低、时间短的情况下，在装备制造业湿碰湿工艺领域尤为突出的问题。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

本发明中，名词术语既包括单数形式，也包括复数形式，除非上下文另行明确指出。本发明中所述的“至少一种”不仅仅指包含“一个”或“一种”的情况，更重要的还包含“多个”或“多种”的情况。

如本发明所用，术语“水性”是指能够分散或溶解于水性溶剂的性质。包括，但不限于水稀释性和水分散性。作为水稀释性是指在例如施工中可用水来稀释的性质。作为水分散性是指在乳化剂存在下在搅拌的过程中，单体在一定温度条件下聚合而成的小粒子团分散在水中的性质。

如本发明所用，术语“A组分”是指水性环氧树脂以分散相形式分散在水相中的组分。A组分的pH值通常情况需要为7.0-7.8。在某些实施方案中，pH值为7.5，以便按规定比例与B组分混合后具有适当的最终pH值(例如8.5-9.5)。

除了水性环氧树脂以外，A组分可进一步包含其它成分，例如分散剂、消泡剂、颜填料等。

作为水性环氧树脂，通常情况下其以微粒或液滴的形式分散在以水为连续相的分散介质中而配得的稳定分散体系。水性环氧树脂是线型结构的热固性树脂，当加入水性环氧固化剂后，在室温环境下发生化学交联反应，水性环氧树脂固化后就改变了原来可溶可熔的性质而变成不溶或不熔的空间网状结构，显示出优异的性能。

水性环氧树脂的平均粒径为0.1-25μm，例如0.1、10、15、20μm。在某些实施方案中，水性环氧树脂的平均粒径为1-15μm，以便得到致密性和平滑性高的漆膜。在某些实施方案中，水性环氧树脂的平均粒径为0.1-0.5μm，以便使水性环氧树脂与水性环氧固化剂分散相颗粒能够较充分地相互渗透到内核从而达到较完全的固化程度。

如本发明所用，术语“B组分”指包含固化剂的组分。通常情况下，B组分的pH值为9-12，例如9.5、10、10.5、11、11.5、12等。在某些实施方案中，pH值为11，以便按规定比例与A组分混合后具有适当的最终pH值(例如8.5-9.5)。

作为固化剂，其平均粒径为0.05-0.5μm。在某些实施方案中，固化剂的平均粒径为0.2-0.5μm，以便得到致密性和平滑性高的漆膜。在某些实施方案中，固化剂的平均粒径为0.1-0.2μm，以便使固化剂与水性环氧固化剂分散相颗粒能够较充分地相互渗透到内核从而达到较完全的固化程度。

作为固化剂，其包含环氧固化剂和水性改性胺固化剂。作为环氧固化剂包括将环氧树脂和伯胺、仲胺混和反应后，再将反应混和物与聚氧化乙烯系非离子表面活性剂或聚乙烯醇分散到水中，制得的乳液型环氧树脂固化剂；还包括采用相对低分子质量液体环氧与二乙烯三胺或多乙烯多胺反应，生成端氨基环氧一胺加成物，再经封端和成盐工艺合成水溶性环氧固化剂。在某些实施方案中，环氧固化剂为脂肪胺加成物，其中脂肪胺加成物的含量例如为60重量％-90重量％，优选80重量％。

作为水性改性胺固化剂是指采用在多元胺分子链中引人非极性基团，使得改性后的多胺固化剂具有两亲性结构的固化剂，其实例包括用二聚酸与多元胺进行缩合来制备的水性聚酰胺固化剂。在某些实施方案中，水性聚酰胺固化剂中聚酰胺的含量为70重量％以上至90％以下。

本发明的固化剂中，环氧固化剂和水性改性胺固化剂的重量比为2:1-3:1。通过控制环氧固化剂和水性改性胺固化剂的重量比，使最终的固化剂与环氧树脂的相容性提高，克服了相分离的发生，进而控制在涂膜表面出现浮油和凹坑等表面缺陷，提高了漆膜的平滑性和致密性。如果环氧固化剂的含量过高，虽然使漆膜具有优异的耐盐雾性和防腐性，但是漆膜的干燥时间变长，对于低温快干效果不利。另一方面，如果水性改性胺固化剂的含量过高，则容易引起与环氧树脂的相容性降低，并容易发生相分离。

基于水性环氧底漆的总重量，水性环氧树脂的含量为40-60％，例如45％、50％、55％等。固化剂的含量为10-15％，例如，11％、12％、13％、14％、15％等。

在某些实施方案中，所述A组分的粘度为5000-5500mpa·s(旋转粘度)。在某些实施方案中，所述B组分的粘度为1000-1500mPa·s(旋转粘度)。在此粘度范围内，可以控制A和B组分在按规定比例混合后的粘度为2000-4000mpa·s。

在某些实施方案中，所述固化剂的HLB值与所述水性环氧树脂的HLB值之比为0.9-1.1。在某些实施方案中，所述固化剂的HLB值与所述水性环氧树脂的HLB值之比为1，即两者具有相同的HLB值，从而使水性环氧树脂与固化剂在水相中达到一致的共存状态，如果差异较大，亲水性较强的组分会逐渐聚集于水相中，从而导致树脂相和固化剂相分离。在两种成分混合作为固化剂的情况下，固化剂整体的HLB值利用公式HLB＝HLB(A)×A％+HLB(B)×B％(A为环氧固化剂，B为水性改性胺固化剂)计算。

在某些实施方案中，所述A组分与所述B组分的重量比为10:1至3:1，例如6:1。

在某些实施方案中，所述低温快干水性环氧底漆进一步包含选自助溶剂、分散剂、消泡剂、流平剂、防闪锈剂、基材润湿剂、颜填料和去离子水组成的组中的至少之一。其中任何一种成分可为单独一种物质或多种物质的组合。

如本发明所用，术语“助溶剂”包括，但不限于例如醇类、醇醚类等。本发明中可选择使用上述物质中的任意一种或组合使用其中的多种。在某些实施方案中，助溶剂为工业酒精、丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚中的任意一种或多种，以便使底漆具有更好的环保性。

如本发明所用，术语“分散剂”包括，但不限于阴离子型、阳离子型、非离子型、两性型、电中性型、高分子型(包括高中低分子量)超分散剂。

关于阴离子型表面活性剂，其大部分是由非极性带负电荷的亲油的碳氢链部分和极性的亲水的基团构成。两种基团分别处在分子的两端，形成不对称的亲水亲油分子结构。其具体实例包括：油酸钠、羧酸盐、硫酸酯盐(R-O-SO₃Na)、磺酸盐(R-SO₃Na)等。阴离子分散剂相溶性好、被广泛应用。

关于阳离子型，是指非极性基带正电荷的化合物。包括例如，十八碳烯胺醋酸盐、烷基季铵盐、氨基丙胺二油酸酯、季胺盐、特殊改性的多氨基酰胺磷酸盐等。阳离子表面活性剂吸附力强，对炭黑、各种氧化铁、有机颜料类分散效果较好。

关于非离子型，是指不能电离、不带电荷的分散剂。在颜料表面吸附比较弱，主要在水系涂料中使用。其具体实例包括脂肪酸环氧乙烷的加成物、聚乙二醇型多元醇和聚乙烯亚胺衍生物等。它们的作用是降低表面张力和提高润湿性。优选地添加有机硅氧烷，可以防止发花、浮色和改善流平的作用。

关于两性型：是指由阴离子和阳离子所组成的化合物。优选磷酸酯盐型的高分子聚合物。这类聚合物酸值较高，会影响层间附着力。

关于电中性型：是指分子中阴离子和阳离子有机基团的大小基本相等，整个分子呈现中性但却具有极性的化合物。例如，油氨基油酸酯。

关于高分子型(包括高中低分子量)，优选例如：多已内配多元醇-多乙烯亚胺嵌段共聚物；多已内酯再与三乙烯四胺的反应物；用基团转移聚合，先加甲基丙烯酸酯，再加甲基丙烯酸失水甘油酯制成的丙烯酸酯高分子；多羟基硬脂酸制得的低分子量聚酯，引入锚定基团制得的各种聚氨酯和聚丙烯酸酯等。由于它们的锚定基团一头与树脂缠绕吸附，另一头又与颜料粒子包附。因此贮存稳定性是比较好。

本发明中，颜填料的实例包括，但不限于钛白粉、炭黑、氧化铁红、酞青蓝、酞青绿、氧化铁黄、滑石粉、轻钙、沉淀硫酸钡、云母粉、云母氧化铁、三聚磷酸铝、超细氢氧化铝、铁钛粉、复合磷酸锌、锶铬黄等。本发明中可使用上述物质中的任意一种或组合使用其中的多种。在某些实施方案中，本发明使用钛白粉和三聚磷酸铝作为颜填料。

本发明的低温快干水性环氧底漆的制备方法，其包括：

步骤a，将去离子水、分散剂和消泡剂加入备料锅中；

步骤b，搅拌直至均匀，然后加入颜填料分散形成漆浆；

步骤c，将漆浆进行研磨至细度小于等于25微米；

步骤d，将研磨后漆浆加入调漆罐中，在搅拌下加入水性环氧树脂、助溶剂、流平剂、基材润湿剂，然后用水调节漆液的粘度得A组分；

步骤e，用水性环氧固化剂、改性胺加成固化剂、酒精、助溶剂混合制备B组分；

步骤f，混合A组分和B组分。

其中在不影响本发明的目的的情况下，上述步骤a-f可按任何有利的顺序进行，或者可将步骤a-f中的任何两个或更多个步骤同时进行。

实施例

除非另有说明，否则本发明使用的添加剂为本领域内通常使用的任何物质。

配方：

如下表1所示。

制备方法：

步骤a，按照所述原料配比将所述去离子水、分散剂、消泡剂一次加入备料锅中。

步骤b，将加入到所述备料锅中的配料进行低速搅拌，直至搅拌均匀后，按照所述原料配比加入颜填料，高速分散20分钟以上，形成均匀漆浆。

步骤c，将所述均匀漆浆进行研磨，研磨至细度25微米以下。

步骤d，将研磨合格的漆浆加入到调漆罐中，在中速搅拌下，加入环氧树脂，搅拌均匀后加入助溶剂、流平剂、基材润湿剂等，最后用水将漆液的粘度调到规定粘度。

步骤e，将研磨合格的漆浆搅拌均匀后，进行包装，即为A组分，B组分用水性环氧固化剂(80重量％)、改性胺加成固化剂(70重量％)、工业酒精、助溶剂混合制备。A、B的比例为6:1。

表1

注：

％均基于底漆总重量，余量为去离子水。

面漆表干后表面效果根据目视及GB/T1761-1988进行

涂层盐雾性能测试按GB/T 1771-2007进行；

涂层耐碱性能、耐碱性能测试按GB/T 9274-1988进行；

漆膜良好指：无任何针孔、流挂、起泡、起皱发生；

较差：发生针孔、流挂、起泡、起皱中任何之一；

差：发生针孔，且出现流挂、起泡或起皱现象；

很差：发生针孔、流挂、起泡和起皱。

实验所用面漆为水性聚氨酯面漆。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。

Claims (7)

1.一种低温快干水性环氧底漆，其包含A组分和B组分，其中：

所述A组分的pH值为7.0-7.8，其包含平均粒径为0.1-15μm的水性环氧树脂；

所述B组分的pH值为9-12，其包含平均粒径为0.1-0.5μm的固化剂；

基于所述水性环氧底漆的总重量，所述水性环氧树脂的含量为40-60％，所述固化剂的含量为10-15％；且

所述固化剂由环氧固化剂STW703B和水性改性胺固化剂Epikure-8537-WY-60组成，其中所述固化剂的HLB值与所述水性环氧树脂的HLB值之比为0.9-1.1。

2.根据权利要求1所述的低温快干水性环氧底漆，其中所述A组分的粘度为5000-5500mPa·s。

3.根据权利要求1所述的低温快干水性环氧底漆，其中所述B组分的粘度为1000-1500mPa·s。

4.根据权利要求1所述的低温快干水性环氧底漆，其中所述A组分与所述B组分的重量比为10:1至3:1。

5.根据权利要求1所述的低温快干水性环氧底漆，其进一步包含选自助溶剂、分散剂、消泡剂、流平剂、防闪锈剂、基材润湿剂、颜填料和去离子水组成的组中的至少一种。

6.一种低温快干水性环氧底漆的制备方法，其包括：

步骤a，将去离子水、分散剂和消泡剂加入备料锅中；

步骤b，搅拌直至均匀，然后加入颜填料分散形成漆浆；

步骤c，将漆浆进行研磨至细度25微米以下；

步骤d，将研磨后漆浆加入罐中，在搅拌下加入水性环氧树脂、助溶剂、流平剂、基材润湿剂，然后用水调节漆液的粘度得A组分；

步骤e，用固化剂、酒精、助溶剂制备B组分；

步骤f，混合A组分和B组分；

其中所述固化剂由环氧固化剂STW703B和水性改性胺固化剂Epikure-8537-WY-60组成；

所述A组分的pH值为7.0-7.8；

所述水性环氧树脂的平均粒径为0.1-15μm；

所述B组分的pH值为9-12；所述固化剂的平均粒径为0.1-0.5μm；

基于所述水性环氧底漆的总重量，所述水性环氧树脂的含量为40-60％，所述固化剂的含量为10-15％；

所述固化剂的HLB值与所述水性环氧树脂的HLB值之比为0.9-1.1。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其中所述A组分与所述B组分的重量比为10:1至3:1。