CN109294364A - 一种防腐水性涂料及其制备方法 - Google Patents

一种防腐水性涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防腐水性涂料及其制备方法，属于一种金属防腐涂料。本发明以衣康酸为原料，得到转锈活性剂，其具有多酚羟基结构的衣康酸作为转锈反应物，本发明以五氧化二磷，与具有双官能团结构β‑丙烯酸羟乙酯发生反应，形成耐腐蚀的磷酸盐及钝化膜，其具有良好的附着力、光泽度及其特有的抗闪蚀功能；本发明以苯胺、对苯胺为原料，使得水性涂料在成膜抗闪蚀的基础上延长涂膜的防腐蚀时间，使得涂膜能长效防腐；本发明加入甲基丙烯酸甘油酯引入环氧基，使得涂膜致密度和耐水性得到提升。本发明解决了目前涂料的抗闪蚀性能、耐盐雾性能差，存在不能对表面锈蚀的部位进行转化的问题。

Description

一种防腐水性涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于一种金属防腐涂料，具体涉及一种防腐水性涂料及其制备方法。
背景技术
室内装饰装修已成为人们改善生活条件、提高生活质量的重要组成部分，同时因装饰装修引发的室内污染问题备受人们关注。随着木质复合材料、涂料、布艺家居大量应用于室内装饰装修中，这些材料在生产和使用中均会涉及有机挥发物（Volatile organiccompounds，VOC）的释放。对新建筑住宅室内空气中VOC进行测定发现，室内萜烯类、醛类、酮类物质主要来源于木质复合材料及其制品。室内VOC的释放会对居住者的健康产生潜在的威胁。致力于提供健康、环保的室内装饰装修材料一直是科研工作者和材料生产者的目标之一。
丙烯酸涂料作为一种常见的化学品，由于其装饰性强、施工方便、粘接密封效果防腐性能好，广泛应用于人们的日常生活中，包括建筑、机械、电子行业。
丙烯酸涂料对基材的粘接是长期以来的一个重点考虑的问题，随着人们对涂料性能的要求越来越高，对粘接和湿热粘接等的要求也越来越严格。而普通未改性的丙烯酸涂料对玻璃、金属、塑料和陶瓷等基材的湿热和高低温粘接都存在一些缺陷，户外长期使用的环境下也会因为环境恶劣造成涂层老化而出现变脆、脱落等现象，严重影响使用。特别在建筑、汽车等行业甚至会影响到施工质量和生命安全，所以对于丙烯酸涂料的粘接和使用寿命的提高便成了非常重要的任务。
现在市场中运用广泛的水性防腐涂料的基料为：水性丙烯酸、水性醇酸树脂、水性环氧涂料等，其中水性丙烯酸涂料因其耐候性优异、施工方便等特点，是各种水性涂料成膜物质中性价比最优的聚合物，但是普通的水性丙烯酸涂料存在三大问题：①耐盐雾性能差，一般不超过120h；②容易生锈，水性涂料在施工阶段将水引入，铁质基材与水接触，产生闪锈。因此需开发一种耐盐雾性能好的防腐水性涂料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前涂料的抗闪蚀性能、耐盐雾性能差，存在不能对表面锈蚀的部位进行转化的问题，提供一种防腐水性涂料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
一种防腐水性涂料，包括转锈活性剂、抗闪蚀添加剂、改性活性剂；
所述转锈活性剂的制备方法，包括如下步骤：
取1,2-丙二醇按质量比3~7：4~8加入衣康酸，升温至70~75℃搅拌混合，再加入衣康酸质量3~7%的对甲苯磺酸，于70~75℃保温，再升温至105~110℃搅拌混合，冷却至室温，得转锈活性剂。
所述抗闪蚀添加剂的制备方法，包括如下步骤：
取甲基丙烯酸β-羟乙酯按质量比2~5：8~10加入去离子水，加入去离子水质量10~15%的对苯二酚，于35~40℃搅拌混合，再加入去离子水质量10~20%的五氧化二磷搅拌混合，得搅拌混合物，取搅拌混合物按质量比2~5：10~15加入去离子水，升温至85~90℃搅拌混合1~3h，冷却至室温，得抗闪蚀添加剂。
所述搅拌混合物的搅拌混合条件为：升温至70~75℃搅拌混合2~5h。
所述改性活性剂的制备方法，包括如下步骤：
取苯胺按质量比4~6：8~12：1~5加入对苯二胺、OP-10搅拌混合，得混合物，取混合物按质量比1~3：10~15加入盐酸搅拌混合，得搅拌混合物a，取过硫酸铵按质量比1~3：40~50加入盐酸，得混合液，取混合液按质量比1~3：7~10滴加至搅拌混合物a，控制滴加时间60~70min，保温，抽滤，取抽滤液调节pH至7~7.2，得改性活性剂。
所述保温条件为：于50~60℃保温1~3h。
一种防腐水性涂料的制备方法，包括如下步骤：
S1.取抗闪蚀添加剂按质量比8~10：1~3：1~3加入OP-10、十二烷基硫酸钠，升温至55~60℃，再加入抗闪蚀添加剂质量8~15倍的去离子水，于5000r/min搅拌混合20~40min，得混合物，按质量份数计，取5~10份混合物、5~8份甲基丙烯酸甘油酯、2~5份甲基丙烯酸甲酯、2~4份丙烯酸正丁酯、1~3份苯乙烯、8~10份丙烯酸，于55~60℃搅拌混合1~3h，得基体物；
S2.按质量份数计，取3~5份OP-10、1~3份十二烷基硫酸钠、8~10份碳酸氢钠、5~9份转锈活性剂、10~15份改性活性剂、80~100份去离子水，于55~65℃搅拌混合30~40min，得搅拌混合物b，滴加搅拌混合物b质量2~5%的过硫酸铵，控制滴加时间15~20min，再滴加搅拌混合物b质量20~30%的基体物，控制滴加时间60~90min，升温至80~90℃搅拌混合1~2h，冷却至室温，即得防腐水性涂料。
所述步骤S1中基体物的搅拌混合条件为：于55~60℃搅拌混合1~3h。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明以衣康酸为原料，与小分子物质1,2-丙二醇进行反应，得到转锈活性剂，其具有多酚羟基结构的衣康酸作为转锈反应物，结构中含有能与表面锈蚀部位的铁锈作用的活性官能团，衣康酸能与锈蚀金属离子形成性质稳定的络合物，部分游离态金属离子转化为化合态，环境友好，降低了转锈过程中余酸残留造成的过腐蚀现象；
（2）本发明以五氧化二磷，与具有双官能团结构β-丙烯酸羟乙酯发生反应，生成抗闪蚀添加剂，其带有磷酸根离子具有抗闪蚀作用，接触到金属表面时可与金属离子形成耐腐蚀的磷酸盐及钝化膜，体系形成Fe3 (PO4) 2 钝化膜以及FePO4保护膜，将其应用于防腐涂料中，与丙烯酸类单体进行引发共聚，进行接枝引入，利用水性涂料较好的成膜性质，将其固定于金属表面，一方面可以增强缓蚀以及防锈性，另一方面在处于盐雾的条件下，其自腐蚀电位正向移动，盐浓度升高水中氢离子浓度的减小，基材与盐溶液接触减小，涂膜的保护性增强，涂膜不容易发生破坏，扩散控制作用增强，使得其耐盐雾能力得到提高，同时与水性涂料其他活性物质的结合，使其具有良好的附着力、光泽度及其特有的抗闪蚀功能；
（3）本发明以苯胺、对苯胺为原料，在盐酸作用下加入过硫酸铵氧化形成共聚物，其中加了OP-10对共聚物进行改性，OP-10对疏水单体苯胺和对苯胺进行增溶，并与OP-10中的氧原子形成氢键进行诱导，形成结晶度高的改性活性剂，掺杂于水性涂料中，其电位低于金属电位，在防腐过程中充当阳极被牺牲，使得水性涂料在成膜抗闪蚀的基础上延长涂膜的防腐蚀时间，使得涂膜能长效防腐；
（4）本发明加入甲基丙烯酸甘油酯引入环氧基，可以一定程度上改善丙烯酸乳液对金属底材的粘接力，同时为引入甲基丙烯酸甲酯等单体聚合反应提供了更多的交联点，交联网状结构的形成一定程度上提高了胶膜的耐水性，使得涂膜致密度和耐水性得到提升。
具体实施方式
转锈活性剂：（1）取1,2-丙二醇按质量比3~7：4~8加入衣康酸，升温至70~75℃搅拌混合20~30min，再加入衣康酸质量3~7%的对甲苯磺酸，于70~75℃保温1~3h，再升温至105~110℃搅拌混合2~4h，冷却至室温，得转锈活性剂。
抗闪蚀添加剂：取甲基丙烯酸β-羟乙酯按质量比2~5：8~10加入去离子水，加入去离子水质量10~15%的对苯二酚，于35~40℃搅拌混合30~50min，再加入去离子水质量10~20%的五氧化二磷，升温至70~75℃搅拌混合2~5h，得搅拌混合物，取搅拌混合物按质量比2~5：10~15加入去离子水，升温至85~90℃搅拌混合1~3h，冷却至室温，得抗闪蚀添加剂。
改性活性剂：取苯胺按质量比4~6：8~12：1~5加入对苯二胺、OP-10，搅拌混合20~30min，得混合物，取混合物按质量比1~3：10~15加入浓度为1mol/L盐酸，搅拌混合40~50min，得搅拌混合物a，取过硫酸铵按质量比1~3：40~50加入浓度为1mol/L盐酸，得混合液，取混合液按质量比1~3：7~10滴加至搅拌混合物a，控制滴加时间60~70min，于50~60℃保温1~3h，抽滤，取抽滤液调节pH至7~7.2，得改性活性剂。
一种防腐水性涂料的制备方法，包括如下步骤：
S1.取抗闪蚀添加剂按质量比8~10：1~3：1~3加入OP-10、十二烷基硫酸钠，升温至55~60℃，再加入抗闪蚀添加剂质量8~15倍的去离子水，于5000r/min搅拌混合20~40min，得混合物，按质量份数计，取5~10份混合物、5~8份甲基丙烯酸甘油酯、2~5份甲基丙烯酸甲酯、2~4份丙烯酸正丁酯、1~3份苯乙烯、8~10份丙烯酸，于55~60℃搅拌混合1~3h，得基体物；
S2.按质量份数计，取3~5份OP-10、1~3份十二烷基硫酸钠、8~10份碳酸氢钠、5~9份转锈活性剂、10~15份改性活性剂、80~100份去离子水，于55~65℃搅拌混合30~40min，得搅拌混合物b，滴加搅拌混合物b质量2~5%的过硫酸铵，控制滴加时间15~20min，再滴加搅拌混合物b质量20~30%的基体物，控制滴加时间60~90min，升温至80~90℃搅拌混合1~2h，冷却至室温，即得防腐水性涂料。
实施例1
转锈活性剂：（1）取1,2-丙二醇按质量比3：4加入衣康酸，升温至70℃搅拌混合20min，再加入衣康酸质量3%的对甲苯磺酸，于70℃保温1h，再升温至105℃搅拌混合2h，冷却至室温，得转锈活性剂。
抗闪蚀添加剂：取甲基丙烯酸β-羟乙酯按质量比2：8加入去离子水，加入去离子水质量10%的对苯二酚，于35℃搅拌混合30min，再加入去离子水质量10%的五氧化二磷，升温至70℃搅拌混合2h，得搅拌混合物，取搅拌混合物按质量比2：10加入去离子水，升温至85℃搅拌混合1h，冷却至室温，得抗闪蚀添加剂。
改性活性剂：取苯胺按质量比4：8：1加入对苯二胺、OP-10，搅拌混合20min，得混合物，取混合物按质量比1：10加入浓度为1mol/L盐酸，搅拌混合40min，得搅拌混合物a，取过硫酸铵按质量比1：40加入浓度为1mol/L盐酸，得混合液，取混合液按质量比1：7滴加至搅拌混合物a，控制滴加时间60min，于50℃保温1h，抽滤，取抽滤液调节pH至7，得改性活性剂。
一种防腐水性涂料的制备方法，包括如下步骤：
S1.取抗闪蚀添加剂按质量比8：1：1加入OP-10、十二烷基硫酸钠，升温至55℃，再加入抗闪蚀添加剂质量8倍的去离子水，于5000r/min搅拌混合20min，得混合物，按质量份数计，取5份混合物、5份甲基丙烯酸甘油酯、2份甲基丙烯酸甲酯、2份丙烯酸正丁酯、1份苯乙烯、8份丙烯酸，于55℃搅拌混合1h，得基体物；
S2.按质量份数计，取3份OP-10、1份十二烷基硫酸钠、8份碳酸氢钠、5份转锈活性剂、10份改性活性剂、80份去离子水，于55℃搅拌混合30min，得搅拌混合物b，滴加搅拌混合物b质量2%的过硫酸铵，控制滴加时间15min，再滴加搅拌混合物b质量20%的基体物，控制滴加时间60min，升温至80℃搅拌混合1h，冷却至室温，即得防腐水性涂料。
实施例2
转锈活性剂：（1）取1,2-丙二醇按质量比5：7加入衣康酸，升温至73℃搅拌混合25min，再加入衣康酸质量4%的对甲苯磺酸，于73℃保温2h，再升温至108℃搅拌混合3h，冷却至室温，得转锈活性剂。
抗闪蚀添加剂：取甲基丙烯酸β-羟乙酯按质量比3：9加入去离子水，加入去离子水质量13%的对苯二酚，于38℃搅拌混合40min，再加入去离子水质量18%的五氧化二磷，升温至73℃搅拌混合3h，得搅拌混合物，取搅拌混合物按质量比3：13加入去离子水，升温至88℃搅拌混合2h，冷却至室温，得抗闪蚀添加剂。
改性活性剂：取苯胺按质量比5：10：3加入对苯二胺、OP-10，搅拌混合25min，得混合物，取混合物按质量比2：13加入浓度为1mol/L盐酸，搅拌混合45min，得搅拌混合物a，取过硫酸铵按质量比2：45加入浓度为1mol/L盐酸，得混合液，取混合液按质量比2：9滴加至搅拌混合物a，控制滴加时间65min，于55℃保温2h，抽滤，取抽滤液调节pH至7.1，得改性活性剂。
一种防腐水性涂料的制备方法，包括如下步骤：
S1.取抗闪蚀添加剂按质量比9：2：2加入OP-10、十二烷基硫酸钠，升温至58℃，再加入抗闪蚀添加剂质量13倍的去离子水，于5000r/min搅拌混合30min，得混合物，按质量份数计，取8份混合物、6份甲基丙烯酸甘油酯、4份甲基丙烯酸甲酯、3份丙烯酸正丁酯、2份苯乙烯、9份丙烯酸，于58℃搅拌混合2h，得基体物；
S2.按质量份数计，取4份OP-10、2份十二烷基硫酸钠、9份碳酸氢钠、8份转锈活性剂、13份改性活性剂、90份去离子水，于60℃搅拌混合33min，得搅拌混合物b，滴加搅拌混合物b质量4%的过硫酸铵，控制滴加时间18min，再滴加搅拌混合物b质量25%的基体物，控制滴加时间70min，升温至85℃搅拌混合1.5h，冷却至室温，即得防腐水性涂料。
实施例3
转锈活性剂：（1）取1,2-丙二醇按质量比7：8加入衣康酸，升温至75℃搅拌混合30min，再加入衣康酸质量7%的对甲苯磺酸，于75℃保温3h，再升温至110℃搅拌混合4h，冷却至室温，得转锈活性剂。
抗闪蚀添加剂：取甲基丙烯酸β-羟乙酯按质量比5：10加入去离子水，加入去离子水质量15%的对苯二酚，于40℃搅拌混合50min，再加入去离子水质量20%的五氧化二磷，升温至75℃搅拌混合5h，得搅拌混合物，取搅拌混合物按质量比5：15加入去离子水，升温至90℃搅拌混合3h，冷却至室温，得抗闪蚀添加剂。
改性活性剂：取苯胺按质量比6：12：5加入对苯二胺、OP-10，搅拌混合30min，得混合物，取混合物按质量比3：15加入浓度为1mol/L盐酸，搅拌混合50min，得搅拌混合物a，取过硫酸铵按质量比3：50加入浓度为1mol/L盐酸，得混合液，取混合液按质量比3：10滴加至搅拌混合物a，控制滴加时间70min，于60℃保温3h，抽滤，取抽滤液调节pH至7.2，得改性活性剂。
一种防腐水性涂料的制备方法，包括如下步骤：
S1.取抗闪蚀添加剂按质量比10：3：3加入OP-10、十二烷基硫酸钠，升温至60℃，再加入抗闪蚀添加剂质量15倍的去离子水，于5000r/min搅拌混合40min，得混合物，按质量份数计，取10份混合物、8份甲基丙烯酸甘油酯、5份甲基丙烯酸甲酯、4份丙烯酸正丁酯、3份苯乙烯、10份丙烯酸，于60℃搅拌混合3h，得基体物；
S2.按质量份数计，取5份OP-10、3份十二烷基硫酸钠、10份碳酸氢钠、9份转锈活性剂、15份改性活性剂、100份去离子水，于65℃搅拌混合40min，得搅拌混合物b，滴加搅拌混合物b质量5%的过硫酸铵，控制滴加时间20min，再滴加搅拌混合物b质量30%的基体物，控制滴加时间90min，升温至90℃搅拌混合2h，冷却至室温，即得防腐水性涂料。
对比例1：与实施例1的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少转锈活性剂。
对比例2：与实施例1的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少抗闪蚀添加剂。
对比例3：与实施例1的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少改性活性剂。
对比例4：南京市某公司生产的防腐水性涂料。
将实施例所得防腐水性涂料与对比例所得防腐水性涂料按照GB/T1771-2007、GB/T5210-2006标准进行测试，其中，耐酸性是在5%H2SO4，25℃条件下进行的；耐碱性是在3%NaOH，25℃条件下进行的。测试结果如表1所示。
表1：
综合上述，本发明的防腐水性涂料相比于市售产品效果更好，值得大力推广。

Claims (7)

1.一种防腐水性涂料，其特征在于，包括转锈活性剂、抗闪蚀添加剂、改性活性剂；
所述转锈活性剂的制备方法，包括如下步骤：
取1,2-丙二醇按质量比3~7：4~8加入衣康酸，升温至70~75℃搅拌混合，再加入衣康酸质量3~7%的对甲苯磺酸，于70~75℃保温，再升温至105~110℃搅拌混合，冷却至室温，得转锈活性剂。
2.根据权利要求1所述的防腐水性涂料，其特征在于，所述抗闪蚀添加剂的制备方法，包括如下步骤：
取甲基丙烯酸β-羟乙酯按质量比2~5：8~10加入去离子水，加入去离子水质量10~15%的对苯二酚，于35~40℃搅拌混合，再加入去离子水质量10~20%的五氧化二磷搅拌混合，得搅拌混合物，取搅拌混合物按质量比2~5：10~15加入去离子水，升温至85~90℃搅拌混合1~3h，冷却至室温，得抗闪蚀添加剂。
3.根据权利要求2所述的防腐水性涂料，其特征在于，所述搅拌混合物的搅拌混合条件为：升温至70~75℃搅拌混合2~5h。
4.根据权利要求1所述的防腐水性涂料，其特征在于，所述改性活性剂的制备方法，包括如下步骤：
取苯胺按质量比4~6：8~12：1~5加入对苯二胺、OP-10搅拌混合，得混合物，取混合物按质量比1~3：10~15加入盐酸搅拌混合，得搅拌混合物a，取过硫酸铵按质量比1~3：40~50加入盐酸，得混合液，取混合液按质量比1~3：7~10滴加至搅拌混合物a，控制滴加时间60~70min，保温，抽滤，取抽滤液调节pH至7~7.2，得改性活性剂。
5.根据权利要求4所述的防腐水性涂料，其特征在于，所述保温条件为：于50~60℃保温1~3h。
6.一种如权利要求1~5任意一项所述的防腐水性涂料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
S1.取抗闪蚀添加剂按质量比8~10：1~3：1~3加入OP-10、十二烷基硫酸钠，升温至55~60℃，再加入抗闪蚀添加剂质量8~15倍的去离子水，于5000r/min搅拌混合20~40min，得混合物，按质量份数计，取5~10份混合物、5~8份甲基丙烯酸甘油酯、2~5份甲基丙烯酸甲酯、2~4份丙烯酸正丁酯、1~3份苯乙烯、8~10份丙烯酸，于55~60℃搅拌混合1~3h，得基体物；
S2.按质量份数计，取3~5份OP-10、1~3份十二烷基硫酸钠、8~10份碳酸氢钠、5~9份转锈活性剂、10~15份改性活性剂、80~100份去离子水，于55~65℃搅拌混合30~40min，得搅拌混合物b，滴加搅拌混合物b质量2~5%的过硫酸铵，控制滴加时间15~20min，再滴加搅拌混合物b质量20~30%的基体物，控制滴加时间60~90min，升温至80~90℃搅拌混合1~2h，冷却至室温，即得防腐水性涂料。
7.根据权利要求6所述的防腐水性涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中基体物的搅拌混合条件为：于55~60℃搅拌混合1~3h。
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