CN109054587A

CN109054587A - 一种水性环氧石墨烯带锈底漆的制备方法

Info

Publication number: CN109054587A
Application number: CN201810885778.3A
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: 2018-08-06
Filing date: 2018-08-06
Publication date: 2018-12-21

Abstract

一种水性环氧石墨烯带锈底漆的制备方法，涉及金属表面的防锈处理技术领域，先将去离子水与分散剂、颜填料、锈转化剂、石墨烯水乳液混合，经研磨，得到研磨浆料；再以胺中和剂将研磨浆料的pH值调节整至8～9后与水性环氧树脂、流平剂、消泡剂、助溶剂搅拌混合，再加入增稠触变剂，得到水性环氧石墨烯带锈底漆。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。

Description

一种水性环氧石墨烯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石墨烯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）将去离子水与分散剂、颜填料、锈转化剂、石墨烯水乳液混合，得到第一混合体系；

2）将第一混合体系研磨，得到研磨浆料；

3）在600～800rpm转速下，采用胺中和剂将研磨浆料的pH值调节整至8～9，得到第二混合体系；

4）将第二混合体系与水性环氧树脂、流平剂、消泡剂、助溶剂搅拌混合，得到第三混合体系；

5）在搅拌状态下，将用增稠触变剂与第三混合体系搅拌混合，得到水性环氧石墨烯带锈底漆。

所述锈转化剂由铬酸锶、磷酸锌以及复合磷酸盐组成，所述铬酸锶、磷酸锌和复合磷酸盐的投料质量比为1∶3∶1。

本发明生产工艺中采用水性环氧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。

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、磷酸锌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。磷酸锌可以与钢铁基材发生反应，形成致密牢固的钝化膜，从而保护基材。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。

所述颜料为钛白粉，占所述水性环氧石墨烯带锈底漆总质量的5%，于涂膜中起到增加遮盖力的作用。

所述水性环氧树脂占所述水性环氧石墨烯带锈底漆总质量的20～35%、助溶剂占所述水性环氧石墨烯带锈底漆总质量的2～5%、锈转化剂占所述水性环氧石墨烯带锈底漆总质量的5～10%、填料占所述水性环氧石墨烯带锈底漆总质量的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石墨烯带锈底漆总质量的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1）中，先在800rpm转速下将去离子水、分散剂、颜料、填料、锈转化剂和石墨烯乳液混合均匀，制备成无树脂水浆。

所述步骤2）中，使用卧式砂磨机将混合体系分散并研磨至细度≤50μm。

所述步骤3）中，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。

所述步骤4）中，将水性环氧树脂、流平剂、消泡剂、助溶剂与第二混合体系混合均匀。本体系中，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。助溶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。

所述步骤5）中，在90±10min内将触变剂与第三混合体系混合。触变剂为Borchi0620或Borchi 0434中的一种或几种。该触变剂为缔合型聚氨酯类触变剂，具有良好的增稠、触变作用。但这种类型的触变剂本身粘度较高，分散性不佳，在生产过程中需要施加较高的剪切力方能够良好分散。本发明中要求触变剂在较长的时间（90±10min）内添加，其目的也是保证助剂在添加过程中能够得到良好的分散，以此充分发挥助剂效果。

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
					水性环氧树脂	20	25	25	30
分散剂	1	1	1	1
					颜料	5	5	5	5
填料	30	25	25	15
					锈转化剂	5	10	5	10
石墨烯乳液	5	5	10	10
					胺中和剂	1	1	1	1
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	1	1	2	2
					助溶剂	2	3	4	5
去离子水	29	23	21	20
					合计

上表中，锈转化剂由铬酸锶和复合磷酸盐组成，其中铬酸锶、磷酸锌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。

颜料为钛白粉。

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。

助溶剂为乙二醇丁醚。

胺中和剂为二乙醇胺或AMP-95中的至少任意一种。

生产工艺：

（1）在800～1000rpm的转速条件下，将去离子水与分散剂、颜填料、锈转化剂、石墨烯水乳液混合，得到第一混合体系。

（2）使用卧式砂磨机将第一混合体系分散并研磨至细度≤50μm，得到研磨浆料。

（3）在600～800rpm转速下，采用中和剂将研磨浆料的pH值调整至8～9，得到第二混合体系；

（4）在800rpm的转速条件下，将第二混合体系与水性环氧树脂、流平剂、消泡剂、助溶剂搅拌混合，得到第三混合体系。

（5）在搅拌状态下，在90±10min内，将增稠触变剂与第三混合体系搅拌混合，得到水性环氧石墨烯带锈底漆。

2、固化剂的制备：

固化剂为水溶性改性胺类固化剂，采用同德公司生产的3EC150Y。

将固化剂按照产品配比进行分装，即得到固化剂。

表2 水性环氧石墨烯涂料固化剂配方

固化剂组分	实施例 1	实施例 2	实施例 3	实施例 4
					固化剂	10	12	15	20

二、试验及结果：

试验方法：向其各实施例中所得底漆中添加0～10wt%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

由上表结果可见，各实施例的涂膜外观、干燥时间、耐水性等无明显差异。由于锈转化剂加量的不同，各实施例铁锈转化时间和程度略有差别。由实验结果来看，铁锈转化时间和程度与锈转化剂加量成正比。而从盐雾性能来看，随着石墨烯加量的增加，体系的耐盐雾性也有明显提高。实施例4漆膜参数设计合理，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

1.一种水性环氧石墨烯带锈底漆的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2）将第一混合体系研磨，得到研磨浆料；

2.根据权利要求1所述水性环氧石墨烯带锈底漆的制备方法，其特征在于所述锈转化剂由铬酸锶、磷酸锌以及复合磷酸盐组成，所述铬酸锶、磷酸锌和复合磷酸盐的投料质量比为1∶3∶1。

3.根据权利要求2所述水性环氧石墨烯带锈底漆的制备方法，其特征在于所述颜料占所述水性环氧石墨烯带锈底漆总质量的5%，所述颜料为钛白粉。

4.根据权利要求3所述水性环氧石墨烯带锈底漆的制备方法，其特征在于所述石墨烯水乳液占底漆总投料质量的5～10%、水性环氧树脂占底漆总投料质量的20～35%、助溶剂占底漆总投料质量的2～5%、锈转化剂占底漆总投料质量的5～10%、填料占底漆总投料质量的15～30%。

5.根据权利要求1或2或3或4所述水性环氧石墨烯带锈底漆的制备方法，其特征在于所述步骤1）中混合的转速为800～1000rpm；所述步骤4）中混合的转速为800rpm；所述步骤5）中，在90±10min内将增稠触变剂与第三混合体系混合。

6.根据权利要求1或2或3或4所述水性环氧石墨烯带锈底漆的制备方法，其特征在于所述步骤2）中，使用卧式砂磨机将混合体系分散并研磨至细度≤50μm。

7.根据权利要求1所述水性环氧石墨烯带锈底漆的制备方法，特征在于所述步骤3）中，所述胺中和剂为二乙醇胺或AMP-95中的至少任意一种。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述石墨烯水乳液中石墨烯的质量分数为1～3%。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于所述石墨烯水乳液为青岛德通纳米公司生产的DTGL-5411石墨烯乳液。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述剂为Borchi 0620或Borchi 0434中的至少任意一种。