CN109294355A - 一种水溶性磷酸基酸防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于防腐涂料技术领域，尤其是一种水溶性磷酸基酸防腐涂料及其制备方法，所述水溶性磷酸基酸防腐涂料，包括以下原料：K2onsio2、纳米二氧化硅、水性丙烯酸树脂、疏水剂、去离子水、流平剂、TDS防腐蚀防锈剂、消泡剂、分散剂750、三聚磷酸铝、氟碳乳液、固化剂、改性剂A、改性剂B。本发明制备的防腐涂料具有优异的耐老化、耐腐蚀、耐磨、抗渗透和防霉性能，其阻燃性能优异，流动性好，环保、无毒、无刺激气味、对皮肤无伤害。

Description

一种水溶性磷酸基酸防腐涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及防腐涂料技术领域，尤其涉及一种水溶性磷酸基酸防腐涂料及其制备方法。
背景技术
涂料保护是一种应用十分广泛的防腐蚀方法。传统涂料所用到防腐蚀涂料多为含铬、铅、镉等颜料，例如红丹、铅粉，及锌、钡、铅的铬酸盐等。这些颜料调制成的涂料具有良好的防腐蚀性，是行之有效的防腐蚀材料。但是，这些添加剂本身有毒，而且普通的有机溶剂型涂料在制造、施工、干燥、固化和成膜过程中向空气中散发的挥发性有机化合物(VOC)是严重的环境污染物之一，对人体健康和环境构成了严重的污染和威胁。
进入21世纪，环境保护已愈来愈受到全世界的关注。溶剂型涂料含有挥发性有机化合物(VOC)，在使用过程中会排放到大气中，不仅有害人们的健康，而且对环境的危害性也是显而易见的。近年来，各国为控制VOC的排放量，制订了日益严格的法规，以便对有机物的排放进行有效的控制。发展环保型涂料的新世纪涂料工业的大方向，水性防腐涂料是其中重要的一类产品。
中国专利号为201010218591.1，公开日为2012年1月的发明专利公开了一种水性环氧防腐涂料及其制备方法，其采用复合磷酸锌、三聚磷酸铝和铁钛粉代替普通磷酸锌做为防锈剂，但是该防锈剂添加到乳液中后，复合磷酸锌、三聚磷酸铝水解后，会在溶液中产生大量的Al3+，使溶液的PH值偏酸性，而钢材料在PH值为7时开始产生钝化，因此，酸性溶液会不利于基材的钝化，致使涂料达不到理想的防锈效果；同时，该底漆的附着力主要靠环氧树脂对钢结构表面的粘结力，属于物理吸附，附着力较小，且由于环氧树脂属于有机树脂，其耐候性较差，容易老化脱落，附着力会随着环氧树脂的老化而进一步降低，从而导致防腐性能失效。基于上述陈述，本发明提出了一种水溶性磷酸基酸防腐涂料及其制备方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中防腐涂料附着力小、耐候性差，易老化、易腐蚀，使用寿命短的问题，而提出的一种水溶性磷酸基酸防腐涂料及其制备方法。
一种水溶性磷酸基酸防腐涂料，包括以下重量份的原料：K2onsio248～65份、纳米二氧化硅2～5份、水性丙烯酸树脂10～18份、疏水剂2～5份、去离子水10～15份、流平剂0.2～0.6份、TDS防腐蚀防锈剂1～1.5份、消泡剂0.2～0.6份、分散剂750 1～3份、三聚磷酸铝3～8份、氟碳乳液8～15份、固化剂1～3份、改性剂A 2～4份、改性剂B 0.5～1份；
所述改性剂A由质量比为3～5:1～2:2.8～3.5的丙三醇、正硅酸乙酯和重晶石粉的复配而成，具体将丙三醇和正硅酸乙酯共同加入到混合机中，升高温度为75～95℃，控制搅拌转速为200～300r/min，搅拌混合5～10min后，加入重晶石粉继续搅拌10～20min即得。
所述改性剂B由质量比为5:1～2:2～4的无水乙醇、聚乙烯吡咯烷酮和氢氧化镁的复配而成，具体将氢氧化镁加入到无水乙醇中，搅拌均匀后，加入聚乙烯吡咯烷酮，升高温度为60～70℃，保温搅拌20～30min即得。
优选的，所述水溶性磷酸基酸防腐涂料，包括以下重量份的原料：K2onsio2 50～60份、纳米二氧化硅3～4份、水性丙烯酸树脂12～16份、疏水剂3～4份、去离子水11～14份、流平剂0.3～0.5份、TDS防腐蚀防锈剂1.1～1.4份、消泡剂0.3～0.5份、分散剂750 1.5～2.5份、三聚磷酸铝4～7份、氟碳乳液10～14份、固化剂1.5～2.5份、改性剂A 2.5～3.5份、改性剂B 0.6～0.8份。
优选的，所述改性剂A由质量比为4:1.5:3的丙三醇、正硅酸乙酯和重晶石粉的复配而成，具体将丙三醇和正硅酸乙酯共同加入到混合机中，升高温度为85℃，控制搅拌转速为250r/min，搅拌混合8min后，加入重晶石粉继续搅拌15min即得。
优选的，所述改性剂B由质量比为5:1.5:3的无水乙醇、聚乙烯吡咯烷酮和氢氧化镁的复配而成，具体将氢氧化镁加入到无水乙醇中，搅拌均匀后，加入聚乙烯吡咯烷酮，升高温度为65℃，保温搅拌25min即得。
优选的，所述水溶性磷酸基酸防腐涂料，包括以下重量份的原料：K2onsio2 55份、纳米二氧化硅3.5份、水性丙烯酸树脂14份、疏水剂3.5份、去离子水12份、流平剂0.4份、TDS防腐蚀防锈剂1.3份、消泡剂0.4份、分散剂750 2份、三聚磷酸铝5份、氟碳乳液12份、固化剂2份、改性剂A 3份、改性剂B 0.7份。
本发明还提出了一种水溶性磷酸基酸防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将所述比重的K2onsio2加入到去离子水，搅拌均匀后加入纳米二氧化硅，升高温度至90～105℃，加入改性剂A并保温搅拌30～40min，得混合料A；
S2、按所述比重，将水性丙烯酸树脂和三聚磷酸铝共同加入到反应釜中，搅拌均匀后加入改性剂B，升高反应釜温度为130～150℃，以500～600r/min的转速边搅拌边通入氮气，搅拌混合30～40min后，得混合料B；
S3、按所述比重，将氟碳乳液加入到高速混合机中，升高温度至120～140℃，加入混合料A和混合料B搅拌混合5～10min后，边搅拌边依次加入疏水剂、流平剂、TDS防腐蚀防锈剂、分散剂750、固化剂和消泡剂，搅拌混合均匀即得防腐涂料。
本发明提出的一种水溶性磷酸基酸防腐涂料，具有以下有益效果：
1、本发明利用改性剂A对K2onsio2和纳米二氧化硅的混合物进行改性；利用改性剂B对水性丙烯酸树脂和三聚磷酸铝的混合物进行改性，然后与氟碳乳液混合后，加疏水剂、流平剂、TDS防腐蚀防锈剂、分散剂750、固化剂和消泡剂，搅拌混合均匀即得防腐涂料；本发明制备的防腐涂料具有优异的耐老化、耐腐蚀、耐磨、抗渗透和防霉性能，其阻燃性能优异，流动性好，环保、无毒、无刺激气味、对皮肤无伤害。
2、本发明制备的防腐涂料与被涂刷底材具有物理和化学双重吸附作用，其分子中的反应基团能够渗透到底材毛丝孔内部，粘结力极好，附着力强，该涂料用于设备，能够在设备安装过程中，起到耐摩擦，修复金属层表面缺陷及防护铁基生锈，起到防腐保护作用，且其水解后能与水中污染物质结合沉淀，洁净水质，安全环保。
3、本发明利用改性剂A对K2onsio2和纳米二氧化硅的混合物进行改性，利用改性剂A的高渗透性和高分散性，增强K2onsio2和纳米二氧化硅混合物的粘结性，进而改善防腐涂料的触变性与耐候性，抗老化及耐洗刷性，提高涂膜硬度及表面自洁能力。
4、本发明利用改性剂B对水性丙烯酸树脂和三聚磷酸铝的混合物进行改性，使水性丙烯酸树脂和三聚磷酸铝的混合物的分子间形成密集而有序的介孔，进而提高其与其他原料的融合性，改性剂B还能与三聚磷酸铝起协效阻燃的作用，使制备的防腐涂料具有优异的防火、防延燃性能，将本发明制备的涂料形成涂膜后进行燃烧测试实验，其阻燃等级为UL-94V-0级，测试火焰拿走之后，涂膜延燃时间不超过10秒，而不加三聚磷酸铝或改性剂B制备得到的防腐涂料阻燃等级仅能达到UL-94V-1级。
5、本发明配方科学、配比严谨，所得防腐涂料机械强度大、耐磨粘结力强、空隙率小、耐酸性好、其在涂膜形成过程中，能与空气中的二氧化碳反应形成硅凝胶，进而渗入碳钢的缝隙和孔隙中，固化的硅凝胶能很好地堵塞毛细孔通道，进一步提高材料的密度与强度，从而提高材料的抗风化能力；本发明制备的防腐涂料解决了现有技术中防腐涂料附着力小、耐候性差，易老化、易腐蚀，使用寿命短的问题，其制备方法简单，制备条件温和，易于工业化生产，可得广泛应用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例一
本发明提出的一种水溶性磷酸基酸防腐涂料，包括以下重量份的原料：K2onsio248份、纳米二氧化硅2份、水性丙烯酸树脂10份、疏水剂2份、去离子水10份、流平剂0.2份、TDS防腐蚀防锈剂1份、消泡剂0.2份、分散剂750 1份、三聚磷酸铝3份、氟碳乳液8份、固化剂1份、改性剂A 2份、改性剂B 0.5份；
所述改性剂A由质量比为3:1:2.8的丙三醇、正硅酸乙酯和重晶石粉的复配而成，具体将丙三醇和正硅酸乙酯共同加入到混合机中，升高温度为75℃，控制搅拌转速为200r/min，搅拌混合5min后，加入重晶石粉继续搅拌10min即得。
所述改性剂B由质量比为5:1:2的无水乙醇、聚乙烯吡咯烷酮和氢氧化镁的复配而成，具体将氢氧化镁加入到无水乙醇中，搅拌均匀后，加入聚乙烯吡咯烷酮，升高温度为60℃，保温搅拌20min即得。
其制备方法，包括以下步骤：
S1、将所述比重的K2onsio2加入到去离子水，搅拌均匀后加入纳米二氧化硅，升高温度至90℃，加入改性剂A并保温搅拌30min，得混合料A；
S2、按所述比重，将水性丙烯酸树脂和三聚磷酸铝共同加入到反应釜中，搅拌均匀后加入改性剂B，升高反应釜温度为130℃，以500r/min的转速边搅拌边通入氮气，搅拌混合30min后，得混合料B；
S3、按所述比重，将氟碳乳液加入到高速混合机中，升高温度至120℃，加入混合料A和混合料B搅拌混合5min后，边搅拌边依次加入疏水剂、流平剂、TDS防腐蚀防锈剂、分散剂750、固化剂和消泡剂，搅拌混合均匀即得防腐涂料。
实施例二
本发明提出的一种水溶性磷酸基酸防腐涂料，包括以下重量份的原料：K2onsio255份、纳米二氧化硅3.5份、水性丙烯酸树脂14份、疏水剂3.5份、去离子水12份、流平剂0.4份、TDS防腐蚀防锈剂1.3份、消泡剂0.4份、分散剂750 2份、三聚磷酸铝5份、氟碳乳液12份、固化剂2份、改性剂A 3份、改性剂B 0.7份；
所述改性剂A由质量比为4:1.5:3的丙三醇、正硅酸乙酯和重晶石粉的复配而成，具体将丙三醇和正硅酸乙酯共同加入到混合机中，升高温度为85℃，控制搅拌转速为250r/min，搅拌混合8min后，加入重晶石粉继续搅拌15min即得。
所述改性剂B由质量比为5:1.5:3的无水乙醇、聚乙烯吡咯烷酮和氢氧化镁的复配而成，具体将氢氧化镁加入到无水乙醇中，搅拌均匀后，加入聚乙烯吡咯烷酮，升高温度为65℃，保温搅拌25min即得。
其制备方法，包括以下步骤：
S1、将所述比重的K2onsio2加入到去离子水，搅拌均匀后加入纳米二氧化硅，升高温度至98℃，加入改性剂A并保温搅拌35min，得混合料A；
S2、按所述比重，将水性丙烯酸树脂和三聚磷酸铝共同加入到反应釜中，搅拌均匀后加入改性剂B，升高反应釜温度为140℃，以550r/min的转速边搅拌边通入氮气，搅拌混合35min后，得混合料B；
S3、按所述比重，将氟碳乳液加入到高速混合机中，升高温度至130℃，加入混合料A和混合料B搅拌混合8min后，边搅拌边依次加入疏水剂、流平剂、TDS防腐蚀防锈剂、分散剂750、固化剂和消泡剂，搅拌混合均匀即得防腐涂料。
实施例三
本发明提出的一种水溶性磷酸基酸防腐涂料，包括以下重量份的原料：K2onsio265份、纳米二氧化硅5份、水性丙烯酸树脂18份、疏水剂5份、去离子水15份、流平剂0.6份、TDS防腐蚀防锈剂1.5份、消泡剂0.6份、分散剂750 3份、三聚磷酸铝8份、氟碳乳液15份、固化剂3份、改性剂A 4份、改性剂B 1份；
所述改性剂A由质量比为5:2:3.5的丙三醇、正硅酸乙酯和重晶石粉的复配而成，具体将丙三醇和正硅酸乙酯共同加入到混合机中，升高温度为95℃，控制搅拌转速为300r/min，搅拌混合10min后，加入重晶石粉继续搅拌20min即得。
所述改性剂B由质量比为5:2:4的无水乙醇、聚乙烯吡咯烷酮和氢氧化镁的复配而成，具体将氢氧化镁加入到无水乙醇中，搅拌均匀后，加入聚乙烯吡咯烷酮，升高温度为70℃，保温搅拌30min即得。
其制备方法，包括以下步骤：
S1、将所述比重的K2onsio2加入到去离子水，搅拌均匀后加入纳米二氧化硅，升高温度至105℃，加入改性剂A并保温搅拌40min，得混合料A；
S2、按所述比重，将水性丙烯酸树脂和三聚磷酸铝共同加入到反应釜中，搅拌均匀后加入改性剂B，升高反应釜温度为150℃，以600r/min的转速边搅拌边通入氮气，搅拌混合40min后，得混合料B；
S3、按所述比重，将氟碳乳液加入到高速混合机中，升高温度至140℃，加入混合料A和混合料B搅拌混合10min后，边搅拌边依次加入疏水剂、流平剂、TDS防腐蚀防锈剂、分散剂750、固化剂和消泡剂，搅拌混合均匀即得防腐涂料。
采用本实施例一～三制得的防腐涂料漆膜外观正常，阻燃性UL-94V-0级，测试火焰拿走之后，涂膜延燃时间分别为实施例一9秒，实施例二6秒，实施例三8秒；
附着力(GB/T 9286-1998，划格法)1级；
耐水性(GB/T 1733-1993)10天无异常；
耐盐水性(GB/T 9274-1988，3％NaCl)14天无锈斑；
耐盐雾性(GB/T 1771-1991)1000h无变化；
涂层耐温变性(JG/T 25-1999，8次循环)无异常；
耐人工老化性(GB/T 1865-1997)2100h不起泡、不开裂、不脱落。
对比例一：去除步骤S1中的改性剂A，其余部分同实施例一制备对比例一。
对比例二：去除步骤S2中的改性剂B，其余部分同实施例一制备对比例二。
对比例三：
S1、将所述比重的K2onsio2加入到去离子水，搅拌均匀后加入纳米二氧化硅、改性剂A、水性丙烯酸树脂、三聚磷酸铝和改性剂B，在130℃的反应釜中，以500r/min的转速边搅拌边通入氮气，搅拌混合30min后，得混合料；
S2、按所述比重，将氟碳乳液加入到高速混合机中，升高温度至120℃，加入混合料搅拌混合5min后，边搅拌边依次加入疏水剂、流平剂、TDS防腐蚀防锈剂、分散剂750、固化剂和消泡剂，搅拌混合均匀即得防腐涂料。
采用上述对比例一～三制备的防腐涂料漆膜外观正常，阻燃性分别为对比例一UL-94V-1级，测试火焰拿走之后，涂膜延燃时间为15秒；对比例二UL-94V-1级，测试火焰拿走之后，涂膜延燃时间为23秒；对比例三UL-94V-1级，测试火焰拿走之后，涂膜延燃时间为20秒；
附着力(GB/T 9286-1998，划格法)1级；
耐水性(GB/T 1733-1993)7天无异常；
耐盐水性(GB/T 9274-1988，3％NaCl)10天无锈斑；
耐盐雾性(GB/T 1771-1991)800h无变化；
涂层耐温变性(JG/T 25-1999，5次循环)无异常；
耐人工老化性(GB/T 1865-1997)1800h不起泡、不开裂、不脱落。
对比例四：去除步骤S1中的改性剂A和步骤S2中的改性剂B，其余部分同实施例一制备对比例四。
对比例五：
S1、将所述比重的K2onsio2加入到去离子水，搅拌均匀后加入纳米二氧化硅、水性丙烯酸树脂和三聚磷酸铝，在130℃的反应釜中，以500r/min的转速边搅拌边通入氮气，搅拌混合30min后，得混合料；
S2、按所述比重，将氟碳乳液加入到高速混合机中，升高温度至120℃，加入混合料搅拌混合5min后，边搅拌边依次加入疏水剂、流平剂、TDS防腐蚀防锈剂、分散剂750、固化剂和消泡剂，搅拌混合均匀即得防腐涂料。
采用上述对比例四和五制备的防腐涂料漆膜外观正常，阻燃性UL-94V-2级，测试火焰拿走之后，涂膜延燃时间为47秒；
附着力(GB/T 9286-1998，划格法)2级；
耐水性(GB/T 1733-1993)5天无异常；
耐盐水性(GB/T 9274-1988，3％NaCl)7天无锈斑；
耐盐雾性(GB/T 1771-1991)600h无变化；
涂层耐温变性(JG/T 25-1999，3次循环)无异常；
耐人工老化性(GB/T 1865-1997)1500h不起泡、不开裂、不脱落。
由上述实施例和对比例可知：本发明实施例一～三中制备的防腐涂料的综合性能远远优于对比例一～五中制备的防腐涂料，尤其实施例二阻燃等级达到了UL-94V-0级，涂膜延燃时间仅为6秒，综合性能最佳。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种水溶性磷酸基酸防腐涂料，其特征在于，包括以下重量份的原料：K2onsio2 48～65份、纳米二氧化硅2～5份、水性丙烯酸树脂10～18份、疏水剂2～5份、去离子水10～15份、流平剂0.2～0.6份、TDS防腐蚀防锈剂1～1.5份、消泡剂0.2～0.6份、分散剂750 1～3份、三聚磷酸铝3～8份、氟碳乳液8～15份、固化剂1～3份、改性剂A 2～4份、改性剂B 0.5～1份；
所述改性剂A由质量比为3～5:1～2:2.8～3.5的丙三醇、正硅酸乙酯和重晶石粉的复配而成，具体将丙三醇和正硅酸乙酯共同加入到混合机中，升高温度为75～95℃，控制搅拌转速为200～300r/min，搅拌混合5～10min后，加入重晶石粉继续搅拌10～20min即得；
所述改性剂B由质量比为5:1～2:2～4的无水乙醇、聚乙烯吡咯烷酮和氢氧画眉的复配而成，具体将氢氧化镁加入到无水乙醇中，搅拌均匀后，加入聚乙烯吡咯烷酮，升高温度为60～70℃，保温搅拌20～30min即得。
2.根据权利要求1所述的一种水溶性磷酸基酸防腐涂料，其特征在于，包括以下重量份的原料：K2onsio2 50～60份、纳米二氧化硅3～4份、水性丙烯酸树脂12～16份、疏水剂3～4份、去离子水11～14份、流平剂0.3～0.5份、TDS防腐蚀防锈剂1.1～1.4份、消泡剂0.3～0.5份、分散剂750 1.5～2.5份、三聚磷酸铝4～7份、氟碳乳液10～14份、固化剂1.5～2.5份、改性剂A 2.5～3.5份、改性剂B 0.6～0.8份。
3.根据权利要求1所述的一种水溶性磷酸基酸防腐涂料，其特征在于，所述改性剂A由质量比为4:1.5:3的丙三醇、正硅酸乙酯和重晶石粉的复配而成，具体将丙三醇和正硅酸乙酯共同加入到混合机中，升高温度为85℃，控制搅拌转速为250r/min，搅拌混合8min后，加入重晶石粉继续搅拌15min即得。
4.根据权利要求1所述的一种水溶性磷酸基酸防腐涂料，其特征在于，所述改性剂B由质量比为5:1.5:3的无水乙醇、聚乙烯吡咯烷酮和氢氧化镁的复配而成，具体将氢氧化镁加入到无水乙醇中，搅拌均匀后，加入聚乙烯吡咯烷酮，升高温度为65℃，保温搅拌25min即得。
5.根据权利要求1或2所述的一种水溶性磷酸基酸防腐涂料，其特征在于，包括以下重量份的原料：K2onsio2 55份、纳米二氧化硅3.5份、水性丙烯酸树脂14份、疏水剂3.5份、去离子水12份、流平剂0.4份、TDS防腐蚀防锈剂1.3份、消泡剂0.4份、分散剂7502份、三聚磷酸铝5份、氟碳乳液12份、固化剂2份、改性剂A 3份、改性剂B 0.7份。
6.根据权利要求1-5任一项所述的水溶性磷酸基酸防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将所述比重的K2onsio2加入到去离子水，搅拌均匀后加入纳米二氧化硅，升高温度至90～105℃，加入改性剂A并保温搅拌30～40min，得混合料A；
S2、按所述比重，将水性丙烯酸树脂和三聚磷酸铝共同加入到反应釜中，搅拌均匀后加入改性剂B，升高反应釜温度为130～150℃，以500～600r/min的转速边搅拌边通入氮气，搅拌混合30～40min后，得混合料B；
S3、按所述比重，将氟碳乳液加入到高速混合机中，升高温度至120～140℃，加入混合料A和混合料B搅拌混合5～10min后，边搅拌边依次加入疏水剂、流平剂、TDS防腐蚀防锈剂、分散剂750、固化剂和消泡剂，搅拌混合均匀即得防腐涂料。
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