CN109423177B - 一种集装箱专用水性环保涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种集装箱专用水性环保涂料，属于涂料技术领域。以重量份数计，所述集装箱专用水性环保涂料由以下原料制备得到：水性醇酸树脂20‑35份、溶剂3‑6份、pH调节剂1‑2.5份、去离子水10‑30份、消泡剂0.3‑0.4份、分散剂1‑3份、有机膨润土5‑10份、催干剂0.1‑0.5份、纳米氧化铝1‑2份、紫外线吸收剂1‑3份、氧化石墨烯0.2‑0.5份、颜填料20‑30份、水性抗油剂0.5‑1份、润湿剂0.3‑0.8份、聚四氟乙烯溶液5‑10份；其中所述水性醇酸树脂为水溶性自干醇酸树脂。本发明所述集装箱专用水性环保涂料制备得到的涂层，具有表面光滑无针孔、耐油性达到1000h以上，耐沾污性能优异的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种集装箱专用水性环保涂料及其制备方法，属于涂料技术领域。
背景技术
目前我国是世界上集装箱的第一制造大国，我国集装箱年生产能力已达580万TEU(标箱)，居世界第一；生产集装箱的规格品种世界第一，我国集装箱生产从干货集装箱到一般货物集装箱，以及特种集装箱、箱式运输车，规格品种已达900多个，能满足各种运输需求；集装箱产销量世界第一，世界集装箱产销量是392万TEU，其中我国集装箱产销量已达374万TEU，(TEU是国际标准箱单位)。
集装箱在使用过程中，会受到酸、碱、湿气、高温、低温及紫外线等的影响，箱体表面受到不同程度的伤害。因此，必须在集装箱表面涂覆漆膜，以保证集装箱在实际使用中的要求。诸如中国专利文献CN102876194A公开了一种集装箱用水性环氧涂料，其由主剂和固化剂按照质量配比2.3:1组成，其中所述主剂由以下质量分数的物质组成：去离子水34.1％、防沉剂0.4％、胺加成物30.8％、润湿分散剂0.7％、消泡剂0.3％、颜料16.0％、填料13.0％、成膜助剂2.5％、消泡剂0.3％、基材润湿剂0.5％、流平剂0.6％、增稠剂0.8％；所述固化剂由以下质量分数的物质组成：环氧乳液82.0％、去离子水17.2％、消泡剂0.4％、罐内防腐剂0.4％，其中所述环氧乳液选择Waterpoxy145、胺加成物选择Watexposy751。
上述技术中所述集装箱用水性环氧涂料，通过选用胺加成物Watexposy751和环氧树脂Waterpoxy1455，胺加成物Watexposy751有利于增进环氧乳液的相容匹配性，提高整体固化效果，从而可以提高腐蚀环境下涂膜对各种破坏因素的抵抗性。然而上述技术中制备得到的集装箱用水性环氧涂料，在涂覆过程中主剂与固化剂之间交联反应速度快，易导致漆膜缩孔而在漆膜表面出现针孔，此外，上述技术中制备得到的集装箱用水性环氧涂料还存在本身耐酸性差的问题，以及耐沾污性和耐油性也较差，并且水性环氧涂料为双组份涂料，使用过程中不仅需要主剂与固化剂按比例调配，且有一定的施工有效期，超过有效期时会导致漆液效果变差或无法正常喷涂，为施工带来一定的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中集装箱用水性涂料存在涂覆过程中易产生针孔、耐沾污性和耐油性差的问题，进而提供一种具有良好抗油性、抗沾污性，且可消除漆膜针孔的集装箱用单组份水性环保涂料。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种集装箱专用单组份水性环保涂料，以重量份数计，由以下原料制备得到：水性醇酸树脂20-35份、溶剂3-6份、pH调节剂1-2.5份、去离子水10-30份、消泡剂0.3-0.4份、分散剂1-3份、有机膨润土5-10份、催干剂0.1-0.5份、纳米氧化铝1-2份、紫外线吸收剂1-3份、氧化石墨烯0.2-0.5份、颜填料20-30份、水性抗油剂0.5-1份、润湿剂0.3-0.8份、聚四氟乙烯溶液5-10份；其中所述水性醇酸树脂为水溶性自干醇酸树脂。
优选地，所述集装箱专用水性环保涂料，以重量份数计，由以下原料制备得到：水性醇酸树脂25-35份、溶剂3-5份、pH调节剂1-2份、去离子水10-25份、消泡剂0.3-0.4份、分散剂1-3份、有机膨润土5-7份、催干剂0.1-0.5份、纳米氧化铝1-2份、紫外线吸收剂1-2份、氧化石墨烯0.2-0.4份、颜填料20-30份、水性抗油剂0.5-0.8份、润湿剂0.4-0.8份、聚四氟乙烯溶液5-8份。
进一步优选，所述集装箱专用水性环保涂料，以重量份数计，由以下原料制备得到：水性醇酸树脂25份、溶剂5份、pH调节剂2份、去离子水25份、消泡剂0.3份、分散剂2份、有机膨润土7份、催干剂0.3份、纳米氧化铝1.5份、紫外线吸收剂1.5份、氧化石墨烯0.3份、颜填料23份、水性抗油剂0.7份、润湿剂0.6份、聚四氟乙烯溶液10份。
优选地，所述水性抗油剂为聚醚改性二甲基聚硅氧烷。
优选地，所述纳米氧化铝的比表面积为80～120m2/g、平均粒径为30。
优选地，所述氧化石墨烯采用Hummers法合成，粒径为50～200目。
优选地，所述分散剂为BYK-190、迪高TEGO4100或迪高TEGO760W中的任意一种或多种。
优选地，所述pH调节剂为多功能胺助剂AMP-95。
优选地，所述溶剂为二丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚中的任意一种或多种；所述消泡剂为迪高TEGO902W、BYK028中的任意一种或多种、所述催干剂为OS123；所述紫外线吸收剂为WP-122、UV-770或巴斯夫(即BASF)UV-234中的任意一种或多种；所述颜填料为炭黑、1500目的沉淀硫酸钡或复合磷酸锌中的任意一种或多种。
进一步地，本发明还提供了所述集装箱专用水性环保涂料的制备方法，包括如下步骤：
(2)采用Hummer法制备得到氧化石墨烯；
(2)将水性醇酸树脂、溶剂总量3/4重量份、PH调节剂、去离子水总量4/5重量份、消泡剂、分散剂、有机膨润土、纳米氧化铝、紫外线吸收剂、氧化石墨烯、聚四氟乙烯溶液、颜填料等分别按照重量份加入投料罐中，并研磨至细度≤25μm，用200目滤布过滤，得前期浆。
(3)将前期浆加入调漆罐中，分散机转速800-1000rpm，边分散边并将溶剂总量1/4重量份、PH调节剂、去离子水总量1/5重量份、催干剂、紫外线吸收剂、水性抗油剂、聚四氟乙烯溶液等分别按照重量份依次加入调漆罐中，匀速分散15min。停机取样，查看细度是否≤30μm。
(4)细度合格后，200目滤布过滤灌装，即为集装箱用水性环保涂料。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明所述集装箱专用水性环保涂料，通过选择一定量的水性醇酸树脂，并进一步限定所述水性醇酸树脂为水溶性自干醇酸树脂，水溶性自干醇酸树脂可以在不加入固化剂的条件下发生自交联反应，本发明同时在水溶性自干醇酸树脂体系中加入pH调节剂和催干剂，在特定量pH调节剂和特定量催干剂作用下，可以有效控制体系的反应速度，从而可以有效解决反应成膜过程中漆膜出现缩孔的问题；此外，在上述体系中还限定了同时加入一定量的有机膨润土、纳米氧化铝和氧化石墨烯，这三种添加剂在特定种类的分散剂作用下，可以与水性自干醇酸树脂及其它一定量的添加剂产生协同作用，从而在水性醇酸树脂发生自交联固化反应时，在漆膜表面形成一层非常细密、均匀且坚硬的网状结构，这样一方面可以进一步避免漆膜出现缩孔的问题，另一方面还可以得到耐沾污性和耐油性优异的漆膜。采用本发明所述集装箱专用水性环保涂料制备得到的涂层，具有表面光滑无针孔、耐油性达到1000h以上，耐沾污性能优异的特点。进一步进行性能测试后，可以得到漆膜硬度达到2H，耐磨耗性为32mg～43mg，耐湿热性可达1000h以上，耐盐雾性可达到1320h～1500h，耐人工老化性可以到1000h～1200h，具有优异的综合性能，可以广泛用于集装箱专用水性环保涂料。
(2)本发明所述集装箱专用水性环保涂料，进一步优选限定所述组分的重量份数为水性醇酸树脂25-30份、溶剂3-4份、pH调节剂1-1.8份、去离子水10-22份、消泡剂0.3-0.4份、分散剂1-2.5份、有机膨润土5-6.5份、催干剂0.2-0.5份、纳米氧化铝1.1-2份、紫外线吸收剂1-2份、氧化石墨烯0.2-0.4份、颜填料20-30份、水性抗油剂0.5-0.75份、润湿剂0.5-0.8份、聚四氟乙烯溶液5-7.5份，在上述优选计量下，制备得到的集装箱专用水性环保涂料制备得到的涂层，具有更加优异的性能。经测试，涂层表面光滑无针孔、耐油性达到1180h以上，耐磨耗性为35mg以上，耐湿热性可达1080h以上，耐盐雾性可达到1380h以上，耐人工老化性可以到1100h以上，具有更加优异的综合性能，可以广泛用于集装箱专用水性环保涂料。
(3)本发明所述集装箱专用水性环保涂料，进一步地，优选限定所述组分的重量份数为：水性醇酸树脂25份、溶剂5份、pH调节剂2份、去离子水25份、消泡剂0.3份、分散剂2份、有机膨润土7份、催干剂0.3份、纳米氧化铝1.5份、紫外线吸收剂1.5份、氧化石墨烯0.3份、颜填料23份、水性抗油剂0.7份、润湿剂0.6份、聚四氟乙烯溶液10份；尤其是进一步配合选择所述水性抗油剂为聚醚改性二甲基聚硅氧烷；所述纳米氧化铝的比表面积为80～120m2/g、平均粒径为30纳米，所述氧化石墨烯采用Hummers法合成，粒径为50～200目，所述pH调节剂为多功能胺助剂AMP-95，当选择上述特定配比，特定种类、特定物理性能的添加剂时，制备得到的集装箱专用水性环保涂料制备得到的涂层，具有更加优异的性能。经测试，涂层表面光滑无针孔、耐油性可高达1300h以上,进一步进行性能测试后，可以得到漆膜硬度达到2H，耐磨耗性为32mg，耐湿热性可达1200h，耐盐雾性可高达到1500h，耐人工老化性可以到1200h，具有更加优异的综合性能，可以广泛用于集装箱专用水性环保涂料。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明作进一步具体描述，但不局限于此。
下述实施方式中所采用的原料如无特殊说明均为市售原料。
所述纳米氧化铝的比表面积为80～120m2/g、平均粒径为30纳米；
所述氧化石墨烯采用现有技术中常规的Hummers法合成，控制氧化石墨烯的粒径为50～200目。
实施例1
本实施例中，所述集装箱专用水性环保涂料，以重量份数计，由以下原料制备得到：水性醇酸树脂20份、二丙二醇丁醚3份、AMP-95多功能胺助剂1.2份、去离子水17份、BYK028消泡剂0.3份、BYK-190分散剂1份、有机膨润土10份、OS123催干剂0.2份、纳米氧化铝1、WP-122紫外线吸收剂1份、氧化石墨烯0.3份、炭黑23份、聚醚改性二甲基聚硅氧烷0.5份、润湿剂0.3份、聚四氟乙烯溶液5份；其中所述水性醇酸树脂为水溶性自干醇酸树脂。
实施例2
本实施例中，所述集装箱专用水性环保涂料，以重量份数计，由以下原料制备得到：水性醇酸树脂25份、二丙二醇甲醚3份、AMP-95多功能胺助剂1份、去离子水10份、902W消泡剂0.3份、迪高TEGO4100分散剂1份、有机膨润土5份、OS123催干剂0.1份、纳米氧化铝1、UV-770紫外线吸收剂1份、氧化石墨烯0.2份、1500目的沉淀硫酸钡20份、聚醚改性二甲基聚硅氧烷0.5份、润湿剂0.4份、聚四氟乙烯溶液5份；其中所述水性醇酸树脂为水溶性自干醇酸树脂。
实施例3
本实施例中，所述集装箱专用水性环保涂料，以重量份数计，由以下原料制备得到：水性醇酸树脂25份、二丙二醇甲醚5份、AMP-95多功能胺助剂2份、去离子水25份、迪高TEGO902W消泡剂0.3份、迪高TEGO760W分散剂2份、有机膨润土7份、OS123催干剂0.3份、纳米氧化铝1.5份、UV-770紫外线吸收剂1.5份、氧化石墨烯0.3份、复合磷酸锌15份、1500目的沉淀硫酸钡8份、聚醚改性二甲基聚硅氧烷0.7份、润湿剂0.6份、聚四氟乙烯溶液10份；其中所述水性醇酸树脂为水溶性自干醇酸树脂。
实施例4
水性醇酸树脂35、二丙二醇丁醚6份、AMP-95多功能胺助剂2.5份、去离子水30份、迪高TEGO902W0.4份、迪高TEGO4100分散剂1份、tego760W分散剂2份、有机膨润土8份、OS123催干剂0.5份、纳米氧化铝2份、BASF UV-234紫外线吸收剂3份、氧化石墨烯0.5份、复合磷酸锌30份、聚醚改性二甲基聚硅氧烷1份、润湿剂0.8份、聚四氟乙烯溶液10份。
实施例5
水性醇酸树脂30份、二丙二醇甲醚4份、AMP-95多功能胺助剂2份、去离子水28份、BYK028消泡剂0.32份、迪高TEGO4100分散剂2份、有机膨润土8份、OS123催干剂0.3份、纳米氧化铝1.6份、BASF UV-234紫外线吸收剂1.7份、氧化石墨烯0.4份、1500目的沉淀硫酸钡27、聚醚改性二甲基聚硅氧烷0.8份、润湿剂0.5份、聚四氟乙烯溶液7份。
实施例6
水性醇酸树脂20份、二丙二醇甲醚3份、AMP-95多功能胺助剂1份、去离子水10份、BYK028消泡剂0.35份、迪高TEGO4100分散剂1份、有机膨润土5份、OS123催干剂0.2份、纳米氧化铝1份、WP-122紫外线吸收剂1.2份、氧化石墨烯0.2份、1500目的沉淀硫酸钡20份、聚醚改性二甲基聚硅氧烷0.5份、润湿剂0.3份、聚四氟乙烯溶液5份。
实施例7
本实施例中，所述集装箱专用水性环保涂料，以重量份数计，由以下原料制备得到：水性醇酸树脂35份、二丙二醇丁醚5份、多功能胺助剂AMP-95 2份、去离子水17份、迪高TEGO902W消泡剂0.4份、BYK-190分散剂3份、有机膨润土6份、OS123催干剂0.4份、纳米氧化铝1.7、UV-770紫外线吸收剂2份、氧化石墨烯0.4份、炭黑30份、聚醚改性二甲基聚硅氧烷0.8份、润湿剂0.8份、聚四氟乙烯溶液8份；其中所述水性醇酸树脂为水溶性自干醇酸树脂。
上述实施例1～7中，所述集装箱专用水性环保涂料均采用下述制备方法制备得到：
(1)采用Hummer法制备得到氧化石墨烯；
(2)将水性醇酸树脂、溶剂总量3/4重量份、PH调节剂、去离子水总量4/5重量份、消泡剂、分散剂、有机膨润土、纳米氧化铝、紫外线吸收剂、氧化石墨烯、聚四氟乙烯溶液、颜填料等分别按照重量份加入投料罐中，并研磨至细度≤25μm，用200目滤布过滤，得前期浆；其中所述的氧化石墨烯在涂料中的加入方式是先超声分散，并用高速分散机进行分散。
(3)将前期浆加入调漆罐中，分散机转速800-1000rpm，边分散边并将溶剂总量1/4重量份、PH调节剂、去离子水总量1/5重量份、催干剂、紫外线吸收剂、水性抗油剂、聚四氟乙烯溶液等分别按照重量份依次加入调漆罐中，匀速分散15min。停机取样，查看细度是否≤30μm。
(4)细度合格后，200目滤布过滤灌装，即为集装箱用水性环保涂料。
进一步地，本发明还设置了如下对比例：
对比例1
将实施例1中的水溶性自干醇酸树脂成分全部换成水性环氧树脂Waterpoxy1455，再加入占水性环氧树脂质量百分比为35wt％的固化剂Waterpoxy751，其余成分不变。
对比例2
将实施例3中的催干剂成分去除，同时在实施例3中加入占水溶性自干醇酸树脂质量百分比为30wt％的氨基树脂固化剂，其余成分不变；制备得到的环保涂料在使用时需在160摄氏度下烘烤固化，得到涂层。
对比例3
将实施例5中的有机膨润土去除，其余成分不变。
对比例4
将实施例5中的纳米氧化铝去除，其余成分不变。
对比例5
将实施例5中的氧化石墨烯去除，其余成分不变。
本发明还对上述实施例1～8中制备得到的集装箱专用水性环保涂料及对比例1～5中制备得到的涂料，使用喷涂方法制备样板，并对所形成的漆膜的主要性能按照国家标准进行性能测试，测试结果如下1。
表1性能测定
由上表可知，(1)水性自干醇酸树脂搭配催干剂，可以有效控制体系的反应速度，从而可以有效解决反应成膜过程中漆膜出现缩孔的问题，进而可以提高漆膜的耐湿热性、耐油性、耐盐雾性和耐人工老化性；(2)通过加入一定量的纳米氧化铝，能使漆膜表面形成一层非常细密、均匀且非常坚硬的网状结构，防刻划性和耐磨性比不加纳米氧化铝提高2～3倍；(3)通过加入一定量的氧化石墨烯，由于其具有石墨的化学属性及热稳定性，且兼具石墨烯的力学特性，具有良好的导电性、独特的二维片层结构，以及其表面疏水等特性，可以提供超强的防腐蚀作用，阻碍水、腐蚀性离子等向金属基材的渗透，延缓金属基材的腐蚀程度。(4)有机膨润土、纳米氧化铝和氧化石墨烯，其协同作用，可以在漆膜表面形成一层非常细密、均匀且坚硬的网状结构，可以避免漆膜出现缩孔的问题，还可以提高漆膜的硬度、耐湿热性、耐油性、耐盐雾性和耐人工老化性。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。
Claims (3)
1.一种集装箱专用水性环保涂料，其特征在于，以重量份数计，由以下原料制备得到：水性醇酸树脂20-35份、溶剂3-6份、pH调节剂1-2.5份、去离子水10-30份、消泡剂0.3-0.4份、分散剂1-3份、有机膨润土5-10份、催干剂0.1-0.5份、纳米氧化铝1-2份、紫外线吸收剂1-3份、氧化石墨烯0.2-0.5份、颜填料20-30份、水性抗油剂0.5-1份、润湿剂0.3-0.8份、聚四氟乙烯溶液5-10份；其中所述水性醇酸树脂为水溶性自干醇酸树脂；
所述分散剂为BYK-190、迪高TEGO4100或迪高TEGO760W中的任意一种或多种；
所述水性抗油剂为聚醚改性二甲基聚硅氧烷；
所述纳米氧化铝的比表面积为80～120m2/g、平均粒径为30纳米；
所述氧化石墨烯采用Hummers法合成，粒径为50～200目；
所述pH调节剂为多功能胺助剂AMP-95；
所述溶剂为二丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚中的任意一种或多种；所述消泡剂为迪高TEGO902W、BYK028中的任意一种或多种、所述催干剂为OS123；所述紫外线吸收剂为WP-122、UV-770或巴斯夫UV-234中的任意一种或多种；所述颜填料为炭黑、1500目的沉淀硫酸钡或复合磷酸锌中的任意一种或多种。
2.根据权利要求1所述集装箱专用水性环保涂料，其特征在于，以重量份数计，由以下原料制备得到：水性醇酸树脂25-35份、溶剂3-5份、pH调节剂1-2份、去离子水10-25份、消泡剂0.3-0.4份、分散剂1-3份、有机膨润土5-7份、催干剂0.1-0.5份、纳米氧化铝1-2份、紫外线吸收剂1-2份、氧化石墨烯0.2-0.4份、颜填料20-30份、水性抗油剂0.5-0.8份、润湿剂0.4-0.8份、聚四氟乙烯溶液5-8份。
3.根据权利要求1所述集装箱专用水性环保涂料，其特征在于，以重量份数计，由以下原料制备得到：水性醇酸树脂25份、溶剂5份、pH调节剂2份、去离子水25份、消泡剂0.3份、分散剂2份、有机膨润土7份、催干剂0.3份、纳米氧化铝1.5份、紫外线吸收剂1.5份、氧化石墨烯0.3份、颜填料23份、水性抗油剂0.7份、润湿剂0.6份、聚四氟乙烯溶液10份。
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