CN108948963A

CN108948963A - 一种水性环氧酯带锈底漆的制备方法

Info

Publication number: CN108948963A
Application number: CN201810831561.4A
Authority: CN
Inventors: 戴海雄; 马翔宇; 马庆磊; 孙陆逸
Original assignee: JIANGSU JINLING SPECIAL COATING CO Ltd
Current assignee: JIANGSU JINLING SPECIAL COATING CO Ltd
Priority date: 2018-07-26
Filing date: 2018-07-26
Publication date: 2018-12-07

Abstract

一种水性环氧酯带锈底漆的制备方法，涉及金属表面的防锈处理技术领域，先将水性环氧酯树脂和催干剂混合后，再与分散剂、颜填料、防锈颜料混合，然后将成膜助剂、消泡剂、流平剂再混入，经调整pH值后再混入锈转化剂、去离子水和增稠剂，得到水性环氧酯带锈底漆；锈转化剂由铬酸锶和复合磷酸盐组成。生产工艺中无气体生成，避免了磷酸类锈蚀转化剂的缺陷，制成的产品可应用于不经喷砂除锈，仅经过简单处理的锈蚀基材表面，与锈蚀基材具有极佳的附着力。该产品对于表面处理的容忍度高，直接涂装在锈蚀的基材表面上并未被保护物提供良好的防腐蚀保护，产品施工性和防腐蚀性良好。

Description

一种水性环氧酯带锈底漆的制备方法

技术领域

本发明涉及金属表面的防锈处理技术，特别是带锈金属表面处理时使用的底漆的生产技术领域。

背景技术

目前，腐蚀对社会造成的经济损失高达数千亿美元，为了保护钢铁不受腐蚀，对钢铁进行防腐蚀涂装成为一种最经济和有效的方法。而对涂装前的钢材表面处理，则是保证涂装防腐蚀效果的必要手段。对于已经生锈的钢材来讲，铁锈的除锈处理是整个涂装工艺的最为重要组成部分，对于涂装配套体系起着决定性的作用。但是对于诸多大型建筑，如桥梁、船舶等复杂的钢结构维修过程中，由于受施工条件的限制，难以采用除锈效果最佳的喷砂除锈工艺，而只能采用手工或电动工具进行打磨除锈，这就导致除锈质量难以得到保证。因此，对于这些难以进行完整除锈的钢结构部位，采用带锈涂装工艺就显得尤为重要。

传统的带锈涂装方案是采用磷酸作为铁锈转化剂，磷酸和铁锈发生化学反应，生成磷化膜，但由于反应过程中会有氢气析出，导致漆膜起泡和附着力下降，因此近年来已逐渐淘汰。

发明内容

本发明目的是提出一种水性环氧酯带锈底漆的制备方法，使制成的底漆对于表面处理的容忍度高。

本发明包括以下步骤：

1）将水性环氧酯树脂和催干剂搅拌预混合，得到第一混合体系；

2）将分散剂、颜填料、防锈颜料和第一混合体系混合，得到第二混合体系；

3）将成膜助剂、消泡剂、流平剂和第二混合体系混合，得到第三混合体系；

4）采用中和剂将第三混合体系的pH值调整至8.5～9.5，然后再混入锈转化剂、去离子水和增稠剂，得到水性环氧酯带锈底漆；所述锈转化剂由铬酸锶和复合磷酸盐组成。

本发明生产工艺中采用水性环氧酯树脂作为主要成膜物质，VOC含量极低；采用铬酸盐与复合磷酸锌类防锈颜料组成的锈蚀转化剂，能够与铁或和铁锈的主要成分Fe(OH)₂\Fe(OH)₃、FeO\Fe₂O₃等铁离子键合形成高度稳定的化学配位键，在化学反应过程中不会有气体生成，避免了磷酸类锈蚀转化剂的缺陷。

步骤1）中，由于水性环氧酯树脂在干燥过程中伴随着不饱和双键的氧化聚合反应，此反应在常温下较慢，故此需加入催干剂，促进聚合物链段间的协调反应，以此提高反应速度。由于在水性体系中，催干剂如不与树脂充分混合，则有可能产生返粗的现象，因此在本方案中，需将树脂与催干剂进行充分预混合，以此得到稳定的混合体系。

本发明工艺制成的产品可应用于不经喷砂除锈，仅经过简单处理的锈蚀基材表面，与锈蚀基材具有极佳的附着力。该产品对于表面处理的容忍度高，直接涂装在锈蚀的基材表面上并未被保护物提供良好的防腐蚀保护，产品施工性和防腐蚀性良好。适用于辊涂、刷涂、喷涂等多种不同的涂装方式，涂装过程简单、高效。减少表面处理难度，为基材提供长久高效的保护，显著延长防腐蚀面漆的使用寿命。

进一步地，本发明所述铬酸锶和复合磷酸盐的投料质量比为1～3∶1，铬酸锶防锈颜料可以水解生成阴离子，具有吸收活性铁锈酸的作用。复合磷酸盐水解产生相应的磷酸根，形成杂多酸能够与锈层内活泼的铁锈酸生成杂多酸类配合物，从而对铁锈起稳定作用。

所述防锈颜料占所述水性环氧酯带锈底漆总质量的5～10%，所述防锈颜料为氧化铁红。

氧化铁红是惰性的防锈颜料，其化学性质非常稳定，经表面处理后的氧化铁红，只溶于热的浓酸，而不溶于任何有机溶剂和水。氧化铁红遮盖力强，在漆膜中能够形成致密的涂层，暴露在空气中可以强烈吸收紫外线，从而具有良好的耐候性。由于氧化铁红价格较低、性能良好，因此本发明中采用氧化铁红作为着色与防锈颜料。

所述水性环氧酯树脂占所述水性环氧酯带锈底漆总质量的20～40%、成膜助剂占所述水性环氧酯带锈底漆总质量的2～5%、锈转化剂占所述水性环氧酯带锈底漆总质量的5～10%、填料占所述水性环氧酯带锈底漆总质量的15～30%。

防锈颜料、颜料、填料的总加入量约为30～40%，体系的PVC约为35%，接近CPVC理论值，如此可以得到设计参数适当的涂料产品。

所述锈转化剂占所述水性环氧酯带锈底漆总质量的5～10%。锈转化剂低于5%的添加量，对于一些锈蚀较多的底材，无法将铁锈反应完全，因此会造成涂膜的早起点锈出现。锈转化剂高于10%的添加量，虽然涂膜锈蚀转化性佳，但产品成本过高，不利于市场推广。

所述步骤2）中，先在800～1000rpm转速下将分散剂、防锈颜料、填料和第一混合体系混合均匀，然后再在1200rpm的转速下分散至混合体系的细度为≤50微米。本产品设计配套厚度为50微米/道，依据本工艺，仅需采用高速搅拌、无需进行研磨即可达到涂料规定的细度，起到简化工艺、节约台时的效果。

所述步骤3）中，先将成膜助剂、消泡剂、流平剂和第二混合体系混合，然后在800rpm的转速下搅拌均匀。本体系中，成膜助剂起到桥接水相与油相的平衡作用，因此是必不可少的重要组分。而消泡剂和流平剂等助剂，与填料同时添加会造成填料对助剂的抢先吸附，降低了助剂效果，因此通常在颜填料达到细度要求后，后添加加入。

所述步骤4）中，先将锈转化剂和去离子水与第三混合体系混合均匀，然后再加入增稠剂调节混合体系的粘度。锈转化剂是体系中最为重要的组成部分，对于能否带锈涂装起到决定性作用。锈转化剂通常不能采用高速搅拌的方式进行分散，以免破坏其晶体结构，因此通常采用后添加中速分散的方式加入。

所述胺中和剂为二乙醇胺或AMP-95中的至少任意一种。对于水性涂料而言，体系的pH值对体系的稳定性非常关键。通常来讲，水性涂料在酸性环境下处于不稳定状态，在碱性环境下则能够达到水油相的稳定的平衡。而涂料使用的颜填料一般都是经过酸处理，在水性体系中表现出弱酸性，这就要使用胺中和剂对体系进行中和，以保证体系的稳定性。胺中和剂通常选用二乙醇胺或者多功能助剂AMP-95，两者的复配更能够保证在各个季节均有着良好的稳定性。

所述催干剂为OMG 421或OMG 123中的至少任意一种。OMG 421是复合型催干剂，为钴、锆和锌盐的混合物，对环氧酯、醇酸体系相容性和稳定性佳，不黄变。OMG 123则能够有效促进体系的实际干燥速度，因此这两种催干剂互有优势，特别适用于本体系。

所述水性环氧酯树脂为北京高盟新材料股份有限公司生产的PROTEC 3375或PROTEC 3380中的至少任意一种。PROTEC 3375和PROTEC 3380均为水性自乳化环氧酯树脂，不含苯类、甲醛、重金属等有害物质。产品粘度高，抗流挂性能好，主要应用于水性工业涂料。

具体实施方式

一、按表1的四种实施例分别称量：

表1 实施例配方

主剂	实施例 1	实施例 2	实施例 3	实施例 4
					水性环氧酯树脂	20	25	25	30
催干剂	1	1	1	1
					分散剂	1	1	1	1
防锈颜料	5	5	10	10
					锈转化剂	5	10	5	10
流平剂	0.5	0.5	0.5	0.5
					消泡剂	0.5	0.5	0.5	0.5
增稠剂	2	3	4	5
					成膜助剂	2	3	4	5
填料	30	25	25	15
					胺中和剂	1	1	1	1
去离子水	32	25	23	21
					固体分	58%	62%	62%	62%

上表中，锈转化剂由铬酸锶和复合磷酸盐组成，其中酸锶和复合磷酸盐的投料质量比为1～3∶1。

分散剂为分散剂为核心化学所生产的Disuper S30。

防锈颜料为氧化铁红。

填料为滑石粉和沉淀硫酸钡。

流平剂为核心化学所生产的Lev F40。

消泡剂为TEGO 901或902的一种或几种混合物。

增稠剂为Borchi 0620或Borchi 0434中的一种或几种混合物。

成膜助剂为醇酯十二。

催干剂为OMG 421或OMG123中的至少任意一种。

水性环氧酯树脂为北京高盟新材料股份有限公司生产的PROTEC 3375或PROTEC3380中的至少任意一种。

胺中和剂为二乙醇胺或AMP-95中的至少任意一种。

二、各例的制备工艺：

1、将环氧酯树脂加入调和罐中，在500rpm转速下，加入催干剂充分搅拌，得到第一混合体系。

2、在800～1000rpm转速下，向第一混合体系中加入分散剂、颜料、填料、防锈颜料，混合均匀后，在1200rpm转速下分散至细度达到≤40微，得到第二混合体系。

3、在搅拌状态下，向第二混合体系中缓慢加入成膜助剂、消泡剂、流平剂，并在转速800rpm转速下搅拌均匀，得到第三混合体系。

4、使用胺中和剂调整第三混合体系的pH值达到8.5～9.5。

5、向步骤4取得的体系中缓慢加入锈转化剂和剩余去离子水，搅拌均匀后，再缓慢加入增稠剂调节至适当粘度。

6、称量包装，即得低表面处理水性环氧酯带锈底漆。

二、试验及结果：

试验方法：向其各实施例中所得底漆中添加10～20wt%水作为稀释剂调漆，采用空气喷枪进行喷涂制板，自干7d后做以下综合性能测试。

耐盐雾测试：测试方法依照GB/T 1771-1991进行检测。

漆膜干燥时间：依照 GB/T 1728-1979（1989）进行检测。

附着力：依照GB/T 1720-1979（1989）进行检测。

硬度：依照 GB/T 6739-96进行检测。

耐水性：依照GB/T 1733-93进行检测。

耐冲击性能：依照GB/T 1732-1993进行检测

表2显示了四个实施例制成的底漆的测试结果。

表2 各实施例底漆性能测试结果

项目	实施例 1	实施例 2	实施例 3	实施例 4
					固体分	58%	62%	62%	62%
涂膜外观	平整光滑	平整光滑	平整光滑	平整光滑
					表干时间（h）	0.5	0.5	0.5	0.5
实干时间（h）	5	5	8	8
					铁锈转化时间	30min	15min	30min	15min
铁锈转化程度	70%	100%	70%	100%
					附着力（级）	2	1	1	1
硬度	H	H	F	F
					耐水性（h）	140	140	140	140
毒性与可燃性	无毒、不燃	无毒、不燃	无毒、不燃	无毒、不燃

由上表结果可见，各实施例的涂膜外观、铁锈转化时间和程度，以及耐水性均无明显差异。实施例1由于树脂含量少而填料含量高，其漆膜硬度较高但附着力略差。而实施例2漆膜参数设计合理，树脂含量适中，故此其硬度、铁锈转化时间和程度等实验参数在各实施例中最为均衡。

Claims

1.一种水性环氧酯带锈底漆的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述水性环氧酯带锈底漆的制备方法，其特征在于所述铬酸锶和复合磷酸盐的投料质量比为1～3∶1。

3.根据权利要求2所述水性环氧酯带锈底漆的制备方法，其特征在于所述防锈颜料占所述水性环氧酯带锈底漆总质量的5～10%，所述防锈颜料为氧化铁红。

4.根据权利要求3所述水性环氧酯带锈底漆的制备方法，其特征在于所述水性环氧酯树脂占所述水性环氧酯带锈底漆总质量的20～40%、成膜助剂占所述水性环氧酯带锈底漆总质量的2～5%、锈转化剂占所述水性环氧酯带锈底漆总质量的5～10%、填料占所述水性环氧酯带锈底漆总质量的15～30%。

5.根据权利要求1或2或3或4所述水性环氧酯带锈底漆的制备方法，其特征在于所述步骤2）中，先在800～1000rpm转速下将分散剂、颜料、填料、防锈颜料和第一混合体系混合均匀，然后再在1200rpm的转速下分散至混合体系的细度为≤40微米。

6.根据权利要求5所述水性环氧酯带锈底漆的制备方法，其特征在于所述步骤3）中，先将成膜助剂、消泡剂、流平剂和第二混合体系混合，然后在800rpm的转速下搅拌均匀。

7.根据权利要求6所述水性环氧酯带锈底漆的制备方法，其特征在于所述步骤4）中，先将锈转化剂和去离子水与第三混合体系混合均匀，然后再加入增稠剂调节混合体系的粘度。

8.根据权利要求1所述水性环氧酯带锈底漆的制备方法，其特征在于所述胺中和剂为二乙醇胺或AMP-95中的至少任意一种。

9.根据权利要求1所述水性环氧酯带锈底漆的制备方法，其特征在于所述催干剂为OMG421或OMG 123中的至少任意一种。

10.根据权利要求1所述水性环氧酯带锈底漆的制备方法，其特征在于所述水性环氧酯树脂为北京高盟新材料股份有限公司生产的PROTEC 3375或PROTEC 3380中的至少任意一种。