CN108641490A - 一种水性工业用防锈色浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水性工业用防锈色浆及其制备方法，其中，防锈色浆按质量份数计，包括以下原料组份：颜料45‑65％、润湿分散剂4‑7％、保湿剂5‑10％、稳定剂0.05‑0.1％、消泡剂0.01‑0.5％、酸性络合剂1‑2％、杀菌剂0.05‑0.3％、PH调节剂0.2‑0.3％，去离子水10‑40％。本发明制备的防锈色浆添加在水性工业涂料中既适用于有锈蚀、坚硬氧化皮层或旧漆膜的钢材表面的防锈，又适用于无锈钢材表面的防锈。并且，本发明制备的防锈色浆还是一种使用时对环境友好的色浆，同时，还是一种能与各种水性工业涂料如醇酸底漆、环氧酯底漆等常见的水性工业涂料、水溶性树脂有良好相容性的水性色浆。
Description
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，更具体的说是涉及一种水性工业用防锈色浆及其制备方法。
背景技术
钢结构工程是以钢材制作为主的结构，是现代主要的工业和建筑结构类型之一，但其容易腐蚀的特点给国民经济带来了巨大的损失。
为了保护钢材不生锈，常采用在其表面涂装一层涂料。以往在使用涂料前，必须对基材彻底除锈，甚至要求完成露出金属基体本色；
大型的钢铁装置和设施，例如储油罐，铁架、铁桥，水闸门、船舶等，往往只能采用手工除锈的方式，不仅劳动强度大、效率低，而且锈难以除净；
中小型钢铁制件可采用喷丸除锈的方式，尽管除锈效果好，但因粉尘大、噪音大、严重污染环境且工价昂贵，受到种种限制。
随着工业的发展，钢铁架桥、大型管道等工程越来越多，以上除锈方法远不能满足工程需要，因此，研发一种可直接涂刷锈蚀钢材表面的涂料是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种水性工业涂料用防锈色浆。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种水性工业涂料用防锈色浆，其特征在于，按质量份数计，由以下原料配比制成：颜料45-65％、润湿分散剂4-7％、保湿剂5-10％、稳定剂0.05-0.1％、消泡剂0.01-0.5％、酸性络合剂1-2％、杀菌剂0.05-0.3％、PH调节剂0.2-0.3％，去离子水10-40％，所述稳定剂为氧化石墨烯。
优选的，一种水性工业涂料用防锈色浆，由以下原料配比制成：颜料50-55％、润湿分散剂5-6％、PH调节剂0.25-0.28％，保湿剂7-8％、稳定剂0.06-0.08％、消泡剂0.2-0.3％、酸性络合剂1.5-1.8％、杀菌剂0.1-0.2％，去离子水20-30％，所述稳定剂为氧化石墨烯。
优选的，一种水性工业涂料用防锈色浆，由以下原料配比制成：颜料50％、润湿分散剂5.5％、PH调节剂0.25％，保湿剂7.5％、稳定剂0.06％、消泡剂0.25％、酸性络合剂1.6％、杀菌剂0.15％，去离子水25％，所述稳定剂为氧化石墨烯。
通过采用上述技术方案，本发明的有益效果如下：
本发明使用了氧化石墨烯做稳定剂，氧化石墨烯是石墨氧化制备石墨烯的中间产物，是一种二维材料，具有与石墨烯类似的独特的光学、物理、力学和电子性能。氧化石墨烯保持石墨的层状结构，但是每一层的石墨烯单片上引入了许多氧基功能团，添加适量的氧化石墨烯的环氧涂层和聚氨酯涂层，同样可以显示优异的防锈蚀性及很强的稳定性。
本发明防锈色浆用于工业涂料中使水性工业涂料不可燃，对于环境无污染、使用安全，具有优异的防锈功能，很容易用碱性清洗法把锈从金属表面肃清，耐热性好，在高温状况下仍拥有优良的防锈功能，适合用与含铁的材质上，延长涂料重新涂装的时间间隔，极大的节约了人力物力成本，减少了资源浪费并减轻了环境压力。
优选的，所述的分散剂是高分子量烷基铵盐共聚物，所述消泡剂为聚硅氧烷-聚醚共聚物乳液型消泡剂。
通过采用上述优选技术方案，本发明的有益效果如下：
本发明中选用的分散剂是高分子量烷基铵盐共聚物。高分子量助剂通过空间位阻使颜料解絮凝，它们对不同颜料能够提供相同的电荷，因而是电荷不同的颜料防止了可能的共絮凝。由于解絮凝的颜料颗粒很小，从而可获得高光泽、增进颜色强度。此外，增加了透明颜料的透明度和不透明颜料的遮盖力，例如选用毕克的BYK-9076作为分散剂。
本发明中选用的消泡剂为聚硅氧烷-聚醚共聚物乳液型消泡剂，此类消泡剂改善了水性涂料的表面性能，特别侧重于流平，仅使表面张力略有下降。与大多数有机硅助剂相反，它不会使泡沫稳定化却能有助于消泡作用，如毕克的BYK-320。
不仅如此，本发明使用了氧化石墨烯做稳定剂，在氧化石墨烯搭配高分子量烷基铵盐共聚物能与基材具有良好的相互作用，和形成一定的屏蔽层，使涂层既具有良好的附着力、防锈效果。
优选的，所述杀菌剂为甲基异噻唑啉酮，所述酸性络合剂是乙二胺四乙酸，所述pH调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
本发明所选用的甲基异噻唑啉酮是一种高效杀菌剂，对于抑制微生物的生产有很好的作用，可以抑制细菌、真菌以及霉菌的生长，侬怯该杀菌剂可以直接加入涂料领域，并且有效用量少、无毒无污染，极易混合在各类配方中，在低浓度下能有效杀灭多种细菌，可以在任何工序加入，容易操作。本发明为防锈色浆，因此更需要杀菌性良好的杀菌剂。
酸性络合剂乙二胺四乙酸又叫EDTA，EDTA是化学中一种良好的络合剂，用于制作色浆的工艺中，可提高色浆的着色力。
本发明对于pH调节剂选择了2-氨基-2-甲基-1-丙醇，2-氨基-2-甲基-1-丙醇是一种广为人知的多功能添加剂，用作颜料分散剂、代替氨水的pH调节剂，适用于所有类型的乳胶漆。在配方中，2-氨基-2-甲基-1-丙醇作为一种有效的共分散剂用来防止颜料的重聚集，同时，2-氨基-2-甲基-1-丙醇可以有效地提高色浆的综合性能。
优选的，所述稳定剂氧化石墨烯采用Hummers方法制备，具体工艺如下：
1)在冰水浴中装好的反应瓶，加入适量的浓硫酸，搅拌下加入石墨粉和硝酸钠的固体混合物；
2)分次加入高锰酸钾，控制反应温度不超过15-20℃，搅拌反应一段时间，然后升温后继续搅拌；
3)缓慢加入一定量的去离子水，继续搅拌后，并加入适量双氧水还原残留的氧化剂，使溶液变为亮黄色；
5)趁热过滤，并用5％HCl溶液和去离子水洗涤直到滤液中无硫酸根被检测到为止，最后将滤饼置于真空干燥箱中充分干燥保存备用。
通过采用上述优选方案，本发明的有益效果如下：
Hummers法的制备过程的时效性相对较好，而且制备过程中也比较安全。氧化-剥离-还原的制程可有效地让不可溶的石墨粉末在水中变得可加工。而且其简易的制程及其溶液可加工性，考虑量产的工业制程中，上述工艺已成为制造石墨烯相关材料及组件的极具吸引力的工艺过程，并且本发明为改进的Hummers方法，对于传统Hummers方法进行了优化处理。
本发明的另一个目的在于提供一种水性工业涂料用防锈色浆的制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种水性工业涂料用防锈色浆的制备方法，所述方法包括具体步骤如下:
步骤一：将稳定剂加入去离子水中，搅拌混合制成预溶液；
步骤二：将分散剂、保湿剂、杀菌剂、酸性络合剂、转化剂、消泡剂加入预溶液中，搅拌均匀；
步骤三：加入纳米TiO2和碳黑粉料，搅拌；
步骤四：将上述混合料浆组分加入研磨机中研磨，直至形成均匀的流动性良好的浆状物；
步骤五：加入适量pH调节剂调节浆状物pH值，制成本发明的水性工业涂料用防锈色浆。
通过采用上述技术方案，本发明的有益效果如下：
优选的，所述步骤二的搅拌时间为10-20分钟，所述步骤三的搅拌时间为60-90分钟。
优选的，所述步骤四的研磨时间为8-14小时。
优选的，所述步骤五的pH值控制在7-9之间。
优选的，所述的颜料包括碳黑、铁红、铁黄、酞菁蓝、颜料黄、颜料绿、钛白中的一种。
通过采用上述技术方案，本发明的有益效果：
颜料为碳黑、钛白粉等种类颜料；其中例如炭黑为日本三菱公司的MA100炭黑；其中钛白粉为金红石型二氧化钛如杜邦公司的钛白R706，具有较高的硬度、密度、介电常数和折射率。
综上所述，通过采用上述技术方案，本发明的有益效果如下：
本发明提供了一种水性工业防锈色浆，此发明的有益效果，本发明制备的工业用防锈色浆不使用有机溶剂，环境亲和力好，无毒，不会对人体造成损害；本发明所使用的原料简单易得，价格低廉，可有效降低成本。
氧化石墨烯富含极性集团，更容易接触基材，同时由于其纳米尺度的片层结构，可以折叠弯曲，使其具有良好的屏蔽效果、柔韧性和与基材的相互作用，从而达到良好防锈效果的同时具有良好的屏蔽效果。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种水性工业涂料用防锈色浆，按质量份数计，由以下原料配比制成：颜料45-65％、润湿分散剂4-7％、保湿剂5-10％、稳定剂0.05-0.1％、消泡剂0.01-0.5％、酸性络合剂1-2％、杀菌剂0.05-0.3％、PH调节剂0.2-0.3％，去离子水10-40％，所述稳定剂为氧化石墨烯。
为了进一步实现本发明的技术效果，分散剂是高分子量烷基铵盐共聚物，所述消泡剂为聚硅氧烷-聚醚共聚物乳液型消泡剂。
为了进一步实现本发明的技术效果，杀菌剂为甲基异噻唑啉酮，所述酸性络合剂是乙二胺四乙酸，所述pH调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
本发明还公开一种水性工业涂料用防锈色浆的制备方法，具体步骤如下：
步骤一：将稳定剂加入去离子水中，搅拌混合制成预溶液；
步骤二：将分散剂、保湿剂、杀菌剂、酸性络合剂、转化剂、消泡剂加入预溶液中，搅拌均匀；
步骤三：加入纳米TiO2和碳黑粉料，搅拌；
步骤四：将上述混合料浆组分加入研磨机中研磨，直至形成均匀的流动性良好的浆状物；
步骤五：加入适量pH调节剂调节浆状物pH值，制成本发明的水性工业涂料用防锈色浆。
为了进一步实现本发明的技术效果，步骤二的搅拌时间为10-20分钟，步骤三的搅拌时间为60-90分钟。
为了进一步实现本发明的技术效果，步骤四的研磨时间为8-14小时。
为了进一步实现本发明的技术效果，步骤五的pH值控制在7-9之间。
下面，将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行进一步的说明。
实施例1：
一种水性工业涂料用防锈色浆，由以下原料配比制成：颜料65％、润湿分散剂5％、PH调节剂0.3％，保湿剂10％、稳定剂0.1％、消泡剂0.3％、酸性络合剂2％、杀菌剂0.3％，去离子水17％，稳定剂为氧化石墨烯，分散剂是高分子量烷基铵盐共聚物，消泡剂为聚硅氧烷-聚醚共聚物乳液型消泡剂，杀菌剂为甲基异噻唑啉酮，酸性络合剂是乙二胺四乙酸，pH调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
实施例2：
一种水性工业涂料用防锈色浆，由以下原料配比制成：颜料45％、润湿分散剂7％、PH调节剂0.2％，保湿剂8％、稳定剂0.1％、消泡剂0.5％、酸性络合剂1％、杀菌剂0.2％，去离子水38％，稳定剂为氧化石墨烯，分散剂是高分子量烷基铵盐共聚物，消泡剂为聚硅氧烷-聚醚共聚物乳液型消泡剂，杀菌剂为甲基异噻唑啉酮，酸性络合剂是乙二胺四乙酸，pH调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
实施例3：
一种水性工业涂料用防锈色浆，由以下原料配比制成：颜料50％、润湿分散剂7％、PH调节剂0.3％，保湿剂10％、稳定剂0.1％、消泡剂0.3％、酸性络合剂1％、杀菌剂0.3％，去离子水31％，稳定剂为氧化石墨烯，分散剂是高分子量烷基铵盐共聚物，消泡剂为聚硅氧烷-聚醚共聚物乳液型消泡剂，杀菌剂为甲基异噻唑啉酮，酸性络合剂是乙二胺四乙酸，pH调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
实施例4：
一种水性工业涂料用防锈色浆，由以下原料配比制成：颜料59％、润湿分散剂6％、PH调节剂0.3％，保湿剂10％、稳定剂0.1％、消泡剂0.3％、酸性络合剂1％、杀菌剂0.3％，去离子水23％，稳定剂为氧化石墨烯，分散剂是高分子量烷基铵盐共聚物，消泡剂为聚硅氧烷-聚醚共聚物乳液型消泡剂，杀菌剂为甲基异噻唑啉酮，酸性络合剂是乙二胺四乙酸，pH调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
稳定剂为氧化石墨烯，分散剂是高分子量烷基铵盐共聚物，消泡剂为聚硅氧烷-聚醚共聚物乳液型消泡剂，杀菌剂为甲基异噻唑啉酮，酸性络合剂是乙二胺四乙酸，pH调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
实施例5：
一种水性工业涂料用防锈色浆，由以下原料配比制成：颜料60％、润湿分散剂6％、PH调节剂0.3％，保湿剂8％、稳定剂0.1％、消泡剂0.3％、酸性络合剂1％、杀菌剂0.3％，去离子水24％，稳定剂为氧化石墨烯，分散剂是高分子量烷基铵盐共聚物，消泡剂为聚硅氧烷-聚醚共聚物乳液型消泡剂，杀菌剂为甲基异噻唑啉酮，酸性络合剂是乙二胺四乙酸，pH调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
为了进一步验证本发明制备得到的防锈色浆具有优异的性质，发明人进行了还进行了对照实验：实施例6、实施例7采用本发明公开的制备原料配方，对比例1、对比例2在实施例6和7的基础上只删除稳定剂氧化石墨烯进行对照，上述各例的具体配方如下表所示:
表1
| 实施例6 | 实施例7 | 对比例1 | 对比例2 | |
| 颜料(铁黄) | 45 | 50 | 45 | 50 |
| 润湿分散剂 | 4 | 5 | 4 | 5 |
| PH调节剂 | 0.08 | 0.15 | 0.08 | 0.15 |
| 保湿剂 | 6 | 7.5 | 6 | 7.5 |
| 稳定剂 | 0.06 | 0.07 | / | / |
| 消泡剂 | 0.1 | 0.3 | 0.1 | 0.3 |
| 酸性络合剂 | 1.3 | 1.6 | 1.3 | 1.6 |
| 杀菌剂 | 0.1 | 0.2 | 0.1 | 0.2 |
| 去离子水 | 40 | 35 | 40 | 35 |
按上表配方根据实施例1-5任一制备方法制备得到四种色浆；
接下来，分别将实施例6和7，对比例1和2所得到的色浆加入环氧酯底漆中，并对形成的漆面的耐盐水性和耐硝基性能进行测试。
一.评价指标和测试方式
| 项目 | 指标 | 检验方法 |
| 冲击强度 | 50cm | GB/T1732-93 |
| 附着力 | ≤2级 | GB1720-79 |
| 耐盐水性 | 48小时不起泡，不生锈 | GB/T1771-91 |
| 耐硝基性 | 不泛色，不膨胀，不起泡 | 底漆未干时，涂刷硝基漆 |
二.测试结果
通过采用上述方式，测试结果如下表所示：
由上述结果分析可知，实施例6-7和对比例1-2制备方法相同，其他组分含量对应相同，差别仅在于是否加入了稳定剂氧化石墨烯，以氧化石墨烯作为稳定剂制备色浆用于环氧酯底漆中，在耐盐水性、耐硝基性及漆膜冲击强度和附着力方面有优异的性能。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种水性工业涂料用防锈色浆，其特征在于，按质量份数计，由以下原料配比制成：颜料45-65％、润湿分散剂4-7％、保湿剂5-10％、稳定剂0.05-0.1％、消泡剂0.01-0.5％、酸性络合剂1-2％、杀菌剂0.05-0.3％、PH调节剂0.2-0.3％，去离子水10-40％，所述稳定剂为氧化石墨烯。
2.根据权利要求1所述的一种水性工业涂料用防锈色浆，其特征在于，由以下原料配比制成：颜料50-55％、润湿分散剂5-6％、PH调节剂0.25-0.28％，保湿剂7-8％、稳定剂0.06-0.08％、消泡剂0.2-0.3％、酸性络合剂1.5-1.8％、杀菌剂0.1-0.2％，去离子水20-30％，所述稳定剂为氧化石墨烯。
3.根据权利要求2所述的一种水性工业涂料用防锈色浆，其特征在于，由以下原料配比制成：颜料50％、润湿分散剂5.5％、PH调节剂0.25％，保湿剂7.5％、稳定剂0.06％、消泡剂0.25％、酸性络合剂1.6％、杀菌剂0.15％，去离子水25％，所述稳定剂为氧化石墨烯。
4.根据权利要求1～3任一所述的一种水性工业涂料用防锈色浆，其特征在于，所述的分散剂是高分子量烷基铵盐共聚物，所述消泡剂为聚硅氧烷-聚醚共聚物乳液型消泡剂。
5.根据权利要求1～4任一所述的一种水性工业涂料用防锈色浆，其特征在于，所述杀菌剂为甲基异噻唑啉酮，所述酸性络合剂是乙二胺四乙酸，所述pH调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
6.根据权利要求1～3任一所述的一种水性工业涂料用防锈色浆，其特征在于，所述稳定剂氧化石墨烯，采用Hummers方法制备，具体工艺如下：
1)在冰水浴中装好的反应瓶，加入适量的浓硫酸，搅拌下加入石墨粉和硝酸钠的固体混合物；
2)分次加入高锰酸钾，控制反应温度不超过15-20℃，搅拌反应一段时间，然后升温后继续搅拌；
3)缓慢加入一定量的去离子水，继续搅拌后，并加入适量双氧水还原残留的氧化剂，使溶液变为亮黄色；
4)趁热过滤，并用5％HCl溶液和去离子水洗涤直到滤液中无硫酸根被检测到为止，最后将滤饼置于真空干燥箱中充分干燥保存备用。
7.一种水性工业涂料用防锈色浆的制备方法，其特征在于，所述方法包括具体步骤如下:
步骤一：将稳定剂加入去离子水中，搅拌混合制成预溶液；
步骤二：将分散剂、保湿剂、杀菌剂、酸性络合剂、转化剂、消泡剂加入预溶液中，搅拌均匀；
步骤三：加入纳米TiO2和碳黑粉料，搅拌；
步骤四：将上述混合料浆组分加入研磨机中研磨，直至形成均匀的流动性良好的浆状物；
步骤五：加入适量pH调节剂调节浆状物pH值，制成本发明的水性工业涂料用防锈色浆。
8.根据权利要求7所述的一种水性工业涂料用防锈色浆的制备方法，其特征在于，所述步骤二的搅拌时间为10-20分钟，所述步骤三的搅拌时间为60-90分钟。
9.根据权利要求7所述的一种水性工业涂料用防锈色浆的制备方法，其特征在于，所述步骤四的研磨时间为8-14小时。
10.根据权利要求7所述的一种水性工业涂料用防锈色浆的制备方法，其特征在于，所述步骤五的pH值控制在7-9之间。
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