CN109181490B - 一种水性环氧防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

一种水性环氧防腐涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水性环氧防腐涂料及其制备方法。所述水性环氧防腐涂料含组份A、组份B，所述组份A与所述组份B质量比为(3～5)：1；所述组份A包括以质量比计的以下组份：水性环氧乳液35‑40份，碳黑1‑2份，云母粉10‑15份，沉淀硫酸钡10‑15份，氧化石墨烯/烷基苯磺酸盐5‑10份，润湿分散剂1‑2份，消泡剂0.3‑0.5份，流平剂0.3‑0.5份，触变剂1‑2份，去离子水20‑30份；所述组份B包括以质量比计的以下组份：水性环氧固化剂7‑10份，助溶剂3‑5份，去离子水10‑15份，含氨基的有机硅单体1‑3份。本发明的水性环氧防腐涂料防腐性能优异、附着力好、耐阴极剥离，适于在海洋环境中应用。

Description

一种水性环氧防腐涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于水性涂料防腐技术领域，具体涉及一种主要用于海洋环境重防腐的水性环氧防腐涂料及其制备方法。
背景技术
溶剂型环氧涂料具有良好的物理、化学性能，它对金属材料的表面具有优异的粘接强度，具有优异的防腐蚀性能。因此环氧涂料防腐体系是目前公认的防腐性能最好，应用范围最广的一种涂料体系，不论在海洋防腐还是工业防腐，对环氧类涂料需求都非常大。但是，国内外对涂料中挥发性有机化合物含量加以限制，水基防腐涂料才得到了广泛关注和应用。
水性环氧体系防腐多依赖防腐填料，但是应用的防腐填料多为磷酸锌、三聚磷酸铝等，海洋重防腐效果较差，并且磷酸根离子富集对环境有一定污染。随着石墨烯技术的发展，石墨烯逐步应用在防腐方面，但是石墨烯之间的共轭效应造成石墨烯容易团聚，在水性体系中分散性差，固化后在涂层的微观结构上有空隙，水分子和离子极易渗透，并且石墨烯表面没有活化基团，很难对其进行改性处理，然而经过氧化的石墨烯含有较多的亲水性基团，不进行化学改性，单独使用防腐效果不理想。
现有文献中记载了氧化石墨烯与聚苯胺偶联，再与纳米级二氧化硅制备成复合防腐粉料，这种方法在一定程度上可以提高防腐效果，但是聚苯胺自身有较高的氧化还原性，应用在海洋重防腐环境中，氧原子和盐离子较多，容易引起涂层氧化老化和基材的电化学腐蚀。
因此，需要提供一种新的水性环氧防腐涂料及其制备方法以解决现有问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在海洋环境中防腐性能优异、附着力好、耐阴极剥离的水性环氧防腐涂料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种水性环氧防腐涂料，该水性环氧防腐涂料含A、B双组份，所述A组份与所述B组份质量比为(3～5)：1，
所述A组份包括以质量比计的以下组份：水性环氧乳液35-40份，碳黑1-2份，云母粉10-15份，沉淀硫酸钡10-15份，氧化石墨烯/烷基苯磺酸盐5-10份，润湿分散剂1-2份，消泡剂0.3-0.5份，流平剂0.3-0.5份，触变剂1-2份，去离子水20-30份。
所述B组份包括以质量比计的以下组份：水性环氧固化剂7-10份，助溶剂3-5份，去离子水10-15份，含氨基的有机硅单体1-3份。
其中，所述的水性环氧乳液中的环氧树脂为分子量190-1000的双酚A型环氧树脂。
其中，氧化石墨烯/烷基苯磺酸盐是氧化石墨烯/烷基苯磺酸钠、氧化石墨烯/烷基苯磺酸钙、氧化石墨烯/烷基苯磺酸钡中的一种或几种。
其中，润湿分散剂是结构化丙烯酸聚合物，消泡剂是有机硅消泡剂，流平剂是聚醚改性聚二甲基硅氧烷，触变剂是脲改性聚氨酯聚合物。
具体地，润湿分散剂可选用BYK-2012，消泡剂可选用BYK-024，流平剂可选用BYK-346，触变剂可选用BYK-425。
其中，水性环氧固化剂是改性聚酰胺，活泼氢当量为150-400。
其中，助溶剂是醇醚类，可以是乙二醇甲醚，乙二醇乙醚，乙二醇丁醚，丙二醇丁醚，丙二醇甲醚中的一种或几种。
其中，含氨基的有机硅单体是3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
所述的氧化石墨烯/烷基苯磺酸盐制备是由氧化石墨烯和烷基苯磺酸盐按质量比1∶9混合，得到的混合物，投入到甲醇中，所述甲醇与所述混合物的质量比为2∶1，用磁力搅拌2h，期间加入所述甲醇与所述混合物总质量1％的硼酸，移至超声震动分散仪中2h，减压蒸馏除去甲醇，得到氧化石墨烯/烷基苯磺酸盐鳌合物。
本发明的水性环氧防腐涂料的制备方法如下：搅拌的状态下，先按质量份将润湿分散剂、消泡剂和流平剂与去离子水混合均匀，然后按质量份加入碳黑、云母粉、沉淀硫酸钡，经砂磨机研磨至细度达到200目，再加入氧化石墨烯/烷基苯磺酸盐制得无树脂乳液色浆；调漆时在搅拌状态下，向制得的无树脂乳液色浆中按质量份加入水性环氧乳液和触变剂，低速搅拌均匀，制得组份A；搅拌状态下，在去离子水中按质量份加入水性环氧固化剂、助溶剂和含氨基的有机硅单体，制得组份B。
将组份A与组份B按比例混合制得本发明的水性环氧防腐涂料。
本发明的水性环氧防腐涂料含有氧化石墨烯/烷基苯磺酸盐复合防腐填料，利用超声震动将氧化石墨烯均匀的分在体系中，微量的硼酸引发氧化石墨烯与烷基苯磺酸盐的鳌合反应，使氧化石墨烯与烷基苯磺酸盐以化学键复合在一起。
与传统防腐填料相比，本发明避免了磷酸根离子、锌离子富集污染环境。氧化石墨烯的自身网格层叠结构对基材有更致密的防护，能够承受较强的结构应力，保持涂层与基材紧密附着，与其复合的烷基苯磺酸盐与腐蚀离子在金属基材表面能形成一层钝化覆盖膜，水分子和盐离子渗透时，氧化石墨烯/烷基苯磺酸盐的斥水基团对水分子有排斥作用，对盐离子有先结合后钝化功能，与氧化石墨烯联合作用提高整个涂层的防护致密性。
相比未处理的石墨烯填料，本发明对氧化石墨烯进行了有效的化学改性复合。氧化石墨烯之间共轭效应降低在涂料体系中分散均匀，尤其是经过化学改性鳌合在烷基苯磺酸盐“胶束”上，在涂层内形成完整且均一连续的防护层，在物理隔绝腐蚀离子和化学钝化腐蚀离子方面相互作用，提高涂层的整体防腐性能。尤其应用在海洋重防腐环境，相比以前水性环氧防腐配方有突出防腐、耐水浸泡的优势。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
A组份：
水性环氧乳液
Figure BDA0001850539820000031
Figure BDA0001850539820000041
B组份：
按质量比，A组份：B组份＝3∶1混合，制得水性环氧防腐涂料。
所述的氧化石墨烯/烷基苯磺酸钠制备是由氧化石墨烯和烷基苯磺酸钠按质量比1∶9混合，得100g混合物，投入到200g甲醇中，用磁力搅拌2h，期间加入总量1％的硼酸，移至超声震动分散仪中2h，减压蒸馏出去甲醇，得到氧化石墨烯/烷基苯磺酸钠。以下实施例中的氧化石墨烯/烷基苯磺酸盐均以本方法制备。
本发明的水性环氧防腐涂料的制备方法如下：搅拌的状态下，先按质量份将丙烯酸聚合物、有机硅消泡剂和聚醚改性聚二甲基硅氧烷与去离子水混合均匀，然后按质量份加入碳黑、云母粉、沉淀硫酸钡，经砂磨机研磨至细度达到200目，再加入氧化石墨烯/烷基苯磺酸钠制得无树脂乳液色浆；调漆时在搅拌状态下，向制得的无树脂乳液色浆中按质量份加入双酚A型环氧树脂和脲改性聚氨酯聚合物，低速搅拌均匀，制得组份A；搅拌状态下，在去离子水中按质量份加入改性聚酰胺、乙二醇甲醚和N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷，制得组份B。将所述组份A与所述组份B按比例3:1直接混合。以下实施例中的水性环氧防腐涂料均以本方法制备。
实施例2
A组份：
水性环氧乳液
Figure BDA0001850539820000043
Figure BDA0001850539820000051
B组份：
Figure BDA0001850539820000052
按质量比，A组份：B组份＝4∶1混合，制得水性环氧防腐涂料。
实施例3
A组份：
水性环氧乳液
Figure BDA0001850539820000053
B组份：
Figure BDA0001850539820000054
Figure BDA0001850539820000061
按质量比，A组份：B组份＝5∶1混合，制得水性环氧防腐涂料。
实施例4
A组份：
水性环氧乳液
Figure BDA0001850539820000062
B组份：
Figure BDA0001850539820000063
按质量比，A组份：B组份＝5∶1混合，制得水性环氧防腐涂料。
实施例5
A组份：
水性环氧乳液
Figure BDA0001850539820000071
B组份：
按质量比，A组份：B组份＝3∶1混合，制得水性环氧防腐涂料。
实施例6
A组份：
水性环氧乳液
Figure BDA0001850539820000073
Figure BDA0001850539820000081
B组份：
按质量比，A组份：B组份＝4∶1混合，制得水性环氧防腐涂料。
对比常规例
添加未做化学鳌合改性的氧化石墨烯和烷基苯磺酸盐，制备水性环氧涂料配方。
A组份：
水性环氧乳液
Figure BDA0001850539820000083
B组份：
Figure BDA0001850539820000091
按质量比，A组份：B组份＝5∶1混合，制得水性环氧防腐涂料。
涂层评价
将实施例1至实施例6和常规例制备的水性环氧涂料分别制作样板，根据GB/T1771，使用Q-FOG-CCT1100盐雾试验箱测定涂层的耐盐雾性能和根据GB/T7790耐阴极剥离试验以及耐海水、自来水浸泡性能，其测试结果对比如下：
表1涂层性能
Figure BDA0001850539820000092
通过表1可知，使用实施例1至6制备的水性环氧涂料组合物所形成的涂层的耐盐雾、耐阴极剥离、耐海水浸泡和耐去离子水浸泡的防腐性能比使用常规例中制备的水性环氧涂料所形成的涂层的性能要明显提高。
本发明所述内容并不仅限于本发明所述实施例内容。
本文中应用了具体个例对本发明结构及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种水性环氧防腐涂料，其特征在于：所述水性环氧防腐涂料含组份A、组份B，所述组份A与所述组份B质量比为(3～5)：1；
所述组份A包括以质量比计的以下组份：水性环氧乳液35-40份，碳黑1-2份，云母粉10-15份，沉淀硫酸钡10-15份，氧化石墨烯/烷基苯磺酸盐5-10份，润湿分散剂1-2份，消泡剂0.3-0.5份，流平剂0.3-0.5份，触变剂1-2份，去离子水20-30份；
所述组份B包括以质量比计的以下组份：水性环氧固化剂7-10份，助溶剂3-5份，去离子水10-15份，含氨基的有机硅单体1-3份；
所述氧化石墨烯/烷基苯磺酸盐是由如下方法制备的：将氧化石墨烯和烷基苯磺酸盐按质量比1:9混合，得到的混合物投入到甲醇中，所述甲醇与所述混合物的质量比为2:1，用磁力搅拌2h，期间加入硼酸，所述硼酸的质量为所述甲醇与所述混合物总质量的1％，移至超声震动分散仪中分散2h，减压蒸馏除去甲醇，得到所述氧化石墨烯/烷基苯磺酸盐。
2.如权利要求1所述的一种水性环氧防腐涂料，其特征在于，所述的水性环氧乳液中的环氧树脂为分子量190-1000的双酚A型环氧树脂，所述润湿分散剂是结构化丙烯酸聚合物，所述消泡剂是有机硅消泡剂，所述流平剂是聚醚改性聚二甲基硅氧烷，所述触变剂是脲改性聚氨酯聚合物。
3.如权利要求1所述的一种水性环氧防腐涂料，其特征在于，所述氧化石墨烯/烷基苯磺酸盐是氧化石墨烯/烷基苯磺酸钠、氧化石墨烯/烷基苯磺酸钙、氧化石墨烯/烷基苯磺酸钡中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的一种水性环氧防腐涂料，其特征在于，所述水性环氧固化剂是改性聚酰胺，活泼氢当量为150-400；所述助溶剂是乙二醇甲醚，乙二醇乙醚，乙二醇丁醚，丙二醇丁醚，丙二醇甲醚中的一种或几种，所述含氨基的有机硅单体是3―氨基丙基三甲氧基硅烷、3―氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的一种水性环氧防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
(1)制备组份A：在搅拌的状态下，先按质量份将润湿分散剂、消泡剂、流平剂与所述组份A中的去离子水混合均匀，然后按质量份加入碳黑、云母粉、沉淀硫酸钡，经砂磨机研磨至细度达到200目，再加入氧化石墨烯/烷基苯磺酸盐制得无树脂乳液色浆；调漆时在搅拌状态下，向制得的所述无树脂乳液色浆中按质量份加入水性环氧乳液和触变剂，低速搅拌均匀，制得组份A；
所述氧化石墨烯/烷基苯磺酸盐是由如下方法制备的：将氧化石墨烯和烷基苯磺酸盐按质量比1:9混合，得到的混合物投入到甲醇中，所述甲醇与所述混合物的质量比为2:1，用磁力搅拌2h，期间加入所述甲醇与所述混合物总质量1％的硼酸，移至超声震动分散仪中分散2h，减压蒸馏除去甲醇，得到所述氧化石墨烯/烷基苯磺酸盐；
(2)制备组份B：在搅拌状态下，在所述组份B中的去离子水中按质量份加入水性环氧固化剂、助溶剂和含氨基的有机硅单体，制得组份B；
(3)将所述组份A与所述组份B按比例混合。
6.如权利要求5所述的一种水性环氧防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述的水性环氧乳液中的环氧树脂为分子量190-1000的双酚A型环氧树脂，所述润湿分散剂是结构化丙烯酸聚合物，所述消泡剂是有机硅消泡剂，所述流平剂是聚醚改性聚二甲基硅氧烷，所述触变剂是脲改性聚氨酯聚合物。
7.如权利要求5所述的一种水性环氧防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯/烷基苯磺酸盐是氧化石墨烯/烷基苯磺酸钠、氧化石墨烯/烷基苯磺酸钙、氧化石墨烯/烷基苯磺酸钡中的一种或几种。
8.如权利要求5所述的一种水性环氧防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述水性环氧固化剂是改性聚酰胺，活泼氢当量为150-400；所述助溶剂是乙二醇甲醚，乙二醇乙醚，乙二醇丁醚，丙二醇丁醚，丙二醇甲醚中的一种或几种，所述含氨基的有机硅单体是3―氨基丙基三甲氧基硅烷、3―氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
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