CN107141994A - 一种水性防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种水性防腐涂料，按重量份数计算，由10‑40份的亲水改性脂肪族聚异氰酸酯固化剂、100‑120份的长效水性树脂、0.05‑0.1份的流平剂、1‑10份的润湿剂、1‑3份的增稠剂、0.2‑1份的消泡剂、2‑5份的成膜助剂、20‑30份缓蚀剂、15‑30份颜填料、0.02‑1.0份的催化剂和20‑40份的去离子水组成。本发明还提供了上述水性防腐涂料的制备方法，本发明涂膜后具有较高的涂膜硬度、光泽和对水的接触角，使之可以使用在常规溶剂型聚氨酯涂料的传统应用领域，如汽车、木器、工业维护、塑料以及风电叶片、太阳能电池等高性能技术领域。

Description

一种水性防腐涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种涂料，具体来说是一种水性防腐涂料及其制备方法。
背景技术
我国防腐蚀涂料的市场需求与分布主要集中在下列行业：（1）化工与石油化工行业；（2）铁路、公路桥梁；（3）电力和能源工业；（4）船舶、集装箱行业（5）机床及机械行业。溶剂型防腐蚀涂料因其优异的性能而被广泛用于海工、石油化工、管道、工业防腐涂料等多种应用领域。近年来，由于全球各国对环境保护的关注，用水性涂料技术来替代溶剂型涂料已经成为涂料的发展趋势。与溶剂型涂料相比，水性涂料具有较低的VOC 含量，极少的气味，不易燃烧，使用安全，可用水清洗等诸多优点。水性防腐涂料与溶剂型防腐涂料体系类似，大多由三层涂层构成防腐涂料体系，其中面漆要具有：（1）保护内涂层；（2）遮蔽紫外线，以减小对涂层的破坏；（3）起装饰作用。为达到上述要求需在防腐涂料的制造过程中加入具备良好防腐性能、耐候性能的主要成膜物质-水性树脂。目前已有的防腐涂料面漆用水性树脂主要有水性丙烯酸酯树脂、水性聚氨酯树脂、水性有机氟树脂，这类树脂功能比较单一，只具备耐候性能或只具有成膜功能等。限制了这类水性树脂在水性防腐涂料上的使用。
基于以上背景，需要发展一种环保、性能接近溶剂型的水性防腐涂料及其制备方法。
发明内容
针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种水性防腐涂料及其制备方法，所述的这种水性防腐涂料及其制备方法要解决现有技术中的防腐涂料面漆用水性树脂功能比较单一、只具备耐候性能或只具有成膜功能的技术问题。
本发明提供了一种水性防腐涂料，按重量份数计算，其原料组成及含量如下：
亲水改性脂肪族聚异氰酸酯固化剂 10-40份
长效水性树脂 100-120份
流平剂 0.05-0.1份
润湿剂 1-10份
增稠剂 1-3份
消泡剂 0.2-1份
成膜助剂 2-5份
催化剂 0.02-1.0份
缓蚀剂 20-30份
颜填料 15-30份
去离子水 20-40份
其中，所述的缓蚀剂为磷酸锌、三聚磷酸二氢铝、磷酸氢钙、羟基亚磷酸锌或者复合铁钛粉中的一种或两种以上的混合；
所述的颜填料为复合铁钛粉、钛白粉、滑石粉、氧化铁红、硫酸钡、碳酸钡或者膨润土中的一种或两种以上的混合；
所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、或二月桂酸二丁基锡与辛酸亚锡组成的混合物；
所述的长效水性树脂为环氧树脂、氯醚树脂、丙烯酸酯经接枝反应后水性化后得到的水性树脂。
所述的亲水改性脂肪族聚异氰酸酯固化剂为德国拜耳公司的Bayhydur XP 2655；
所述的流平剂为BYK公司的BYK 346；
所述的润湿剂为美国陶氏公司的NP-100；
所述的增稠剂为罗门哈斯有限公司的RM 825；
所述的消泡剂为德国汉高公司的Nopco NXZ ；
所述的成膜助剂为美国陶氏化学公司的二丙二醇丁醚。
进一步的 ，所述的一种水性防腐涂料，按重量份数计算，其原料组成及含量如下：
亲水改性脂肪族聚异氰酸酯固化剂 5份
长效水性树脂 60份
流平剂 0.05份
润湿剂 1份
增稠剂 1份
消泡剂 0.2份
成膜助剂 2份
催化剂 0.02份
缓蚀剂 20份
颜填料 15份
去离子水 20份
其中所述的亲水改性脂肪族聚异氰酸酯固化剂为德国拜耳公司的Bayhydur XP 2655；
所述的流平剂为BYK公司的BYK 346；
所述的润湿剂为美国陶氏公司的NP-100；
所述的增稠剂为罗门哈斯有限公司的RM 825；
所述的消泡剂为德国汉高公司的Nopco NXZ；
所述的成膜助剂为美国陶氏化学公司的二丙二醇丁醚；
所述的缓蚀剂为磷酸锌、三聚磷酸二氢铝按质量比1:1组成的一种或多种混合物；
颜填料为钛白粉、滑石粉按质量比10:3组成的一种或多种混合物；
所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡；
所述的长效水性树脂按重量份数计算。
进一步的 ，所述的一种水性防腐涂料，按重量份数计算，其原料组成及含量如下：
亲水改性脂肪族聚异氰酸酯固化剂 8份
长效水性树脂 70份
流平剂 0.1份
润湿剂 10份
增稠剂 3份
消泡剂 1份
成膜助剂 5份
催化剂 1.0份
缓蚀剂 30份
颜填料 30份
去离子水 40份
其中所述的亲水改性脂肪族聚异氰酸酯固化剂为德国拜耳公司的Bayhydur XP 2655；
所述的流平剂为BYK公司的BYK 346；
所述的润湿剂为美国陶氏公司的NP-100；
所述的增稠剂为罗门哈斯有限公司的RM 825；
所述的消泡剂为德国汉高公司的Nopco NXZ；
所述的缓蚀剂为复合铁钛粉；
颜填料为复合铁钛粉、钛白粉按质量比3:10组成的混合物；
所述的成膜助剂为美国陶氏化学公司的二丙二醇丁醚；
所述的催化剂为辛酸亚锡；
所述的长效水性树脂。
本发明还提供了上述的一种水性防腐涂料的制备方法，包括如下步骤：
1)按照重量份数称取各反应原料；
2)在控制转速1500-2500r/min的高速分散机中加入30~60%的润湿剂、30~60%的流平剂、30~60%的消泡剂、缓蚀剂与颜填料，将长效水性树脂加入到高速分散机中，在控制转速300-400r/min下加入剩下的润湿剂、剩下的流平剂、剩下的消泡剂、增稠剂、成膜助剂与去离子水，经600-800r/min转速下分散15-20min后将转速降至300r/min，加入亲水改性脂肪族聚异氰酸酯固化剂和催化剂，继续分散5-10min，混合均匀后经过滤除去滤渣，所得的滤液再经质量百分比浓度为25-28%的氨水调pH值为7-8，即得到水性防腐涂料。
进一步的 ，所述的长效水性树脂的制备方法是，将60~80重量份的环氧树脂E-51、60重量份的氯醚树脂、0.06重量份的对苯二酚和120重量份的乙二醇丁醚、二乙二醇二甲醚和丁醇按质量比1：1：0.3组成的混合溶剂加入一个反应容器中，加热并搅拌，升温到100~110℃且环氧树脂完全溶解时，加入60~80份丙烯酸酯单体，所述的丙烯酸酯单体是由丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸-2-羟基丙酯按质量比1:8：9：5：3组成的混合单体、10份二乙二醇二丙烯酸酯混合溶液，加入完毕后，升温至110~120℃反应，搅拌下恒温3~5 h，停止加热，待温度降到40~50℃，调节pH值为7，加入去离子水并快速搅拌，恒温0.5~2 h，经减压去除溶剂，即得水性防腐涂料用水性树脂。
进一步的 ，所述的减压蒸馏过程控制温度为30℃，压力为-755mmHg。
本发明的一种水性防腐涂料，由于原料中的水性羟基含氟聚氨酯含有分散于水中的含氟二异氰酸酯的组成，因此，本发明的一种水性防腐涂料涂膜固化后含有众多氢键和交联结构，使该涂膜接近或达到了溶剂型双组份聚氨酯的高硬度、高光泽和优良的耐水性，同时满足环保要求。
对本发明的水性防腐涂料进行了耐酸性和耐碱性测试，耐酸性（96h）按照GB/T1763-1989进行检测，涂膜外观无变化；耐碱性（96h）按照GB/T 1763-1989进行检测，涂膜外观无变化。并对涂层的老化性能进行了评价，按GB/ T9277 进行，涂层经500 h 人工加速老化试验后，保光率大于83 %，涂层不起泡、不剥落、无裂纹。
本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。将本发明的水性防腐涂料涂膜后具有较高的涂膜硬度、光泽和对水的接触角，使之可以使用在常规溶剂型聚氨酯涂料的传统应用领域，如汽车、木器、工业维护、塑料以及风电叶片、太阳能电池等高性能技术领域。而且本发明的效耐候型防腐涂料的制备方法反应条件简单，反应方法成熟，适于规模化生产。
附图说明
图1是实施例1所得的长效水性树脂的红外光谱图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明进一步详细描述，但并不限制本发明。
本发明各实施例所用的原料中除特殊表明的厂家及规格外，其他原料均为市售，规格均为化学纯。
本发明所用的各种设备的型号及生产厂家的信息如下：
GFJ-0.4型高速分散机，上海新诺仪器设备有限公司生产；
接触角测量仪JCZ000，上海中晨数字技术设备有限公司生产；
涂膜铅笔划痕硬仪QHQ，天津材料试验机厂生产；
WGG-60便携式镜向光泽计，上海嘉标测试仪器有限公司生产。
实施例1
一种水性防腐涂料，按重量份数计算，其原料组成及含量如下：
亲水改性脂肪族聚异氰酸酯固化剂 10份
长效水性树脂 60份
流平剂 0.05份
润湿剂 1份
增稠剂 1份
消泡剂 0.2份
成膜助剂 2份
缓蚀剂 20份
颜填料 15份
催化剂 0.02份
去离子水 20份
其中所述的亲水改性脂肪族聚异氰酸酯固化剂为德国拜耳公司的Bayhydur XP 2655；
所述的流平剂为BYK公司的BYK 346；
所述的润湿剂为美国陶氏公司的NP-100；
所述的增稠剂为罗门哈斯有限公司的RM 825；
所述的消泡剂为德国汉高公司的Nopco NXZ；
所述的成膜助剂为美国陶氏化学公司的二丙二醇丁醚；
所述的缓蚀剂为磷酸锌、三聚磷酸二氢铝按质量比1:1组成的一种或多种混合物；
颜填料为钛白粉、滑石粉按质量比10:3组成的一种或多种混合物；
所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡；
上述的一种水性防腐涂料的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）、长效水性树脂的制备
将60份环氧树脂E-51、60份氯醚树脂、0.06份对苯二酚和120份乙二醇丁醚、二乙二醇二甲醚 、丁醇按质量比1：1：0.3组成的混合溶剂加入圆底四口烧瓶中，加热并搅拌，升温到105℃左右且环氧树脂完全溶解时，以2滴/s的速度滴加60份丙烯酸酯单体（丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸-2-羟基丙酯按质量比1:8：9：5：3组成的混合单体）、10份二乙二醇二丙烯酸酯混合溶液，滴加完毕后，升温至117℃左右反应，搅拌下恒温4h，停止加热，待温度降到45℃，调节pH值为7，加入去离子水并快速搅拌，恒温1 h，经减压去除溶剂，即得水性防腐涂料用水性树脂。
上述所得的长效水性树脂通过红外色谱仪（美国Nicolet 公司380 型）进行红外光谱分析，所得的红外光谱图如图1所示，从图1中可以看出，3443.21cm-1是O-H键的伸缩振动吸收峰；
2922.07 cm-1是-CH2中C-H键的伸缩振动吸收峰；
1636.08 cm-1处为-NHCOO-结构中N-H的伸缩振动吸收峰；
1384.40 cm-1是O-H面内弯曲振动；
1457.76cm-1是C-H键的弯曲振动吸收峰；
进一步，1261.23cm-1为C-F键伸缩振动；
以上表明，本发明所得的长效水性树脂的结构中含有C-F键等特征基团，说明C-F键已成功引入到长效水性树脂结构中；
（2）、水性防腐涂料的制备
按照配方，在控制转速1500-2500r/min的高速分散机中加入润湿剂、流平剂、消泡剂、缓蚀剂与颜填料，将60份步骤（1）所得水性树脂乳液加入到GFJ-0.4型高速分散机（上海新诺仪器设备有限公司）中，在300r/min搅拌下加入的1份润湿剂、0.05份流平剂、0.2份消泡剂、1份增稠剂、2份成膜助剂与20份去离子水，在800r/min转速下分散15-20min,将转速降至300r/min，加入10份亲水改性脂肪族聚异氰酸酯固化剂和0.02份催化剂，分散10min，混合均匀后经GS450小型振动筛（莱州市景泰化工机械厂）过滤，所得的滤液再经浓度为25%的氨水调pH值为7-8，即到水性防腐涂料。
对该涂膜进行了耐酸性和耐碱性测试，耐酸性（96h）按照GB/T 1763-1989进行检测，涂膜外观无变化；耐碱性（96h）按照GB/T 1763-1989进行检测，涂膜外观无变化。并对涂层的老化性能进行了评价，按GB/ T9277 进行，涂层经500 h 人工加速老化试验后，保光率大于83 %，涂层不起泡、不剥落、无裂纹。
实施例2
一种水性防腐涂料，按重量份数计算，其原料组成及含量如下：
亲水改性脂肪族聚异氰酸酯固化剂 40份
长效水性树脂 70份
流平剂 0.1份
润湿剂 10份
增稠剂 3份
消泡剂 1份
催化剂 1.0份
缓蚀剂 30份
颜填料 30份
成膜助剂 5份
去离子水 40份
其中所述的亲水改性脂肪族聚异氰酸酯固化剂为德国拜耳公司的Bayhydur XP 2655；
所述的流平剂为BYK公司的BYK 346；
所述的润湿剂为美国陶氏公司的NP-100；
所述的增稠剂为罗门哈斯有限公司的RM 825；
所述的消泡剂为德国汉高公司的Nopco NXZ；
所述的缓蚀剂为复合铁钛粉；
颜填料为复合铁钛粉、钛白粉按质量比3:10组成的混合物；
所述的成膜助剂为美国陶氏化学公司的二丙二醇丁醚；
所述的催化剂为辛酸亚锡；
上述的一种水性防腐涂料的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）、水性树脂乳液的制备
将80份环氧树脂E-51、60份氯醚树脂、0.06份对苯二酚和120份乙二醇丁醚、二乙二醇二甲醚 、丁醇按质量比1：1：0.3组成的混合溶剂加入圆底四口烧瓶中，加热并搅拌，升温到105℃左右且环氧树脂完全溶解时，以2滴/s的速度滴加80份丙烯酸酯单体（丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸-2-羟基丙酯按质量比1:8：9：5：3组成的混合单体）、10份二乙二醇二丙烯酸酯混合溶液，滴加完毕后，升温至117℃左右反应，搅拌下恒温4h，停止加热，待温度降到45℃，调节pH值为7，加入去离子水并快速搅拌，恒温1 h，经减压去除溶剂，即得水性防腐涂料用水性树脂。
（2）、水性防腐涂料的制备
按照配方，在控制转速1500-2500r/min的高速分散机中加入5份润湿剂、0.05份流平剂、0.5份消泡剂、30份缓蚀剂与30份颜填料，将70份步骤（1）所得水性树脂乳液加入到GFJ-0.4型高速分散机（上海新诺仪器设备有限公司）中，在600r/min搅拌下加入5份润湿剂、0.05份流平剂、0.5份消泡剂、3份增稠剂、5份成膜助剂与40份去离子水，在600r/min转速下分散15min，将转速降至300r/min，加入40份亲水改性脂肪族聚异氰酸酯固化剂和1.0份催化剂，分散5min，混合均匀后经GS450小型振动筛（莱州市景泰化工机械厂）过滤，所得的滤液再经浓度为28%的氨水调pH值为7-8，即到水性防腐涂料。
对该涂膜进行了耐酸性和耐碱性测试，耐酸性（96h）按照GB/T 1763-1989进行检测，涂膜外观无变化；耐碱性（96h）按照GB/T 1763-1989进行检测，涂膜外观无变化。并对涂层的老化性能进行了评价，按GB/ T9277 进行，涂层经500 h 人工加速老化试验后，保光率大于83 %，涂层不起泡、不剥落、无裂纹。
综上所述本发明所得的水性防腐涂料具有长效耐候性，对该涂膜进行了耐酸性和耐碱性测试，耐酸性（96h）按照GB/T 1763-1989进行检测，涂膜外观无变化；耐碱性（96h）按照GB/T 1763-1989进行检测，涂膜外观无变化。并对涂层的老化性能进行了评价，按GB/T9277 进行，涂层经500 h 人工加速老化试验后，保光率大于83 %，涂层不起泡、不剥落、无裂纹。
所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种水性防腐涂料，其特征在于，按重量份数计算，其原料组成及含量如下：
亲水改性脂肪族聚异氰酸酯固化剂 10-40份
长效水性树脂 100-120份
流平剂 0.05-0.1份
润湿剂 1-10份
增稠剂 1-3份
消泡剂 0.2-1份
成膜助剂 2-5份
催化剂 0.02-1.0份
缓蚀剂 20-30份
颜填料 15-30份
去离子水 20-40份
其中，所述的缓蚀剂为磷酸锌、三聚磷酸二氢铝、磷酸氢钙、羟基亚磷酸锌或者复合铁钛粉中的一种或两种以上的混合；
所述的颜填料为复合铁钛粉、钛白粉、滑石粉、氧化铁红、硫酸钡、碳酸钡或者膨润土中的一种或两种以上的混合；
所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、或二月桂酸二丁基锡与辛酸亚锡组成的混合物；
其中所述的亲水改性脂肪族聚异氰酸酯固化剂为德国拜耳公司的Bayhydur XP 2655；
所述的长效水性树脂为环氧树脂、氯醚树脂、丙烯酸酯经接枝反应后水性化后得到的水性树脂。
2.根据权利要求1所述的一种水性防腐涂料，其特征在于：所述的亲水改性脂肪族聚异氰酸酯固化剂来自德国拜耳公司的Bayhydur XP 2655；
所述的流平剂为BYK公司的BYK 346；
所述的润湿剂为美国陶氏公司的NP-100；
所述的增稠剂为罗门哈斯有限公司的RM 825；
所述的消泡剂为德国汉高公司的Nopco NXZ ；
所述的成膜助剂为美国陶氏化学公司的二丙二醇丁醚。
3.如权利要求1所述的一种水性防腐涂料，其特征在于，按重量份数计算，其原料组成及含量如下：
亲水改性脂肪族聚异氰酸酯固化剂 5份
长效水性树脂 60份
流平剂 0.05份
润湿剂 1份
增稠剂 1份
消泡剂 0.2份
成膜助剂 2份
催化剂 0.02份
缓蚀剂 20份
颜填料 15份
去离子水 20份
其中所述的亲水改性脂肪族聚异氰酸酯固化剂为德国拜耳公司的Bayhydur XP 2655；
所述的流平剂为BYK公司的BYK 346；
所述的润湿剂为美国陶氏公司的NP-100；
所述的增稠剂为罗门哈斯有限公司的RM 825；
所述的消泡剂为德国汉高公司的Nopco NXZ；
所述的成膜助剂为美国陶氏化学公司的二丙二醇丁醚；
所述的缓蚀剂为磷酸锌、三聚磷酸二氢铝按质量比1:1组成的一种或多种混合物；
颜填料为钛白粉、滑石粉按质量比10:3组成的一种或多种混合物；
所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡；
所述的长效水性树脂按重量份数计算。
4.如权利要求1所述的一种水性防腐涂料，其特征在于按重量份数计算，其原料组成及含量如下：
亲水改性脂肪族聚异氰酸酯固化剂 8份
长效水性树脂 70份
流平剂 0.1份
润湿剂 10份
增稠剂 3份
消泡剂 1份
成膜助剂 5份
催化剂 1.0份
缓蚀剂 30份
颜填料 30份
去离子水 40份
其中所述的Bayhydur XP 2655为德国拜耳公司的亲水改性脂肪族聚异氰酸酯固化剂；
所述的流平剂为BYK公司的BYK 346；
所述的润湿剂为美国陶氏公司的NP-100；
所述的增稠剂为罗门哈斯有限公司的RM 825；
所述的消泡剂为德国汉高公司的Nopco NXZ；
所述的缓蚀剂为复合铁钛粉；
颜填料为复合铁钛粉、钛白粉按质量比3:10组成的混合物；
所述的成膜助剂为美国陶氏化学公司的二丙二醇丁醚；
所述的催化剂为辛酸亚锡；
所述的长效水性树脂。
5.权利要求1所述的一种水性防腐涂料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1）按照重量份数称取各反应原料；
2）在控制转速1500-2500r/min的高速分散机中加入30~60%的润湿剂、30~60%的流平剂、30~60%的消泡剂、缓蚀剂与颜填料，将长效水性树脂加入到高速分散机中，在控制转速300-400r/min下加入剩下的润湿剂、剩下的流平剂、剩下的消泡剂、增稠剂、成膜助剂与去离子水，经600-800r/min转速下分散15-20min后将转速降至300r/min，加入亲水改性脂肪族聚异氰酸酯固化剂和催化剂，继续分散5-10min，混合均匀后经过滤除去滤渣，所得的滤液再经质量百分比浓度为25-28%的氨水调pH值为7-8，即得到水性防腐涂料。
6.如权利要求5所述的一种水性防腐涂料的制备方法，其特征在于：所述的长效水性树脂的制备方法是，将60~80重量份的环氧树脂E-51、60重量份的氯醚树脂、0.06重量份的对苯二酚和120重量份的乙二醇丁醚、二乙二醇二甲醚和丁醇按质量比1：1：0.3组成的混合溶剂加入一个反应容器中，加热并搅拌，升温到100~110℃且环氧树脂完全溶解时，加入60~80份丙烯酸酯单体，所述的丙烯酸酯单体是由丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸-2-羟基丙酯按质量比1:8：9：5：3组成的混合单体、10份二乙二醇二丙烯酸酯混合溶液，加入完毕后，升温至110~120℃反应，搅拌下恒温3~5 h，停止加热，待温度降到40~50℃，调节pH值为7，加入去离子水并快速搅拌，恒温0.5~2 h，经减压去除溶剂，即得水性防腐涂料用水性树脂。
7.如权利要求6所述的一种水性防腐涂料的制备方法，其特征在于：所述的减压蒸馏过程控制温度为30℃，压力为-755mmHg。
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