CN109777263B - 一种超低voc高固含水性环氧涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超低VOC高固含水性环氧涂料及其制备方法，属于化工涂装领域，水性环氧涂料由A、B双组份组成，A组份包括环氧树脂，活性稀释剂，分散剂等成分；B组份包括水性环氧固化剂，助溶剂，颜料等成分，分别制备组分A、组分B，在组分B投料完成后高速分散，将混合均匀的物料投入砂磨机研磨两道，控制温度≤45℃，并在第二道研磨时补去离子水，研磨至细度≤50μm，使用时将A组分和B组分按比例充分混合均匀即可施工。本发明制备得一种超高固体份、环保、超低VOC、干燥和固化性优良、附着力好、耐腐蚀性强的超低VOC高固含水性环氧涂料。

Description

一种超低VOC高固含水性环氧涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于化工涂装领域，特别涉及一种超低VOC高固含水性环氧涂料及其制备方法和应用。

背景技术

水性涂料又称为水基涂料、水分散涂料。水性涂料的特征是以水作为分散介质，树脂作为分散相(一般以颗粒状存在)，水为连续相。由于在水性介质中取完全溶解的形态，则体系粘度会变得非常大，甚至呈凝胶状态，因此完全水溶的树脂是不能作为成膜物质的，作为水性涂料用的树脂在水中是部分互溶或不溶的。

水性环氧树脂是以水作为主要分散介质的环氧树脂，通常在基料和固化剂分子中应含有羧基、羟基、氨基、醚键和酰氨基等亲水基团，才能获得水性环氧涂料。经过半个世纪的发展，水性环氧树脂涂料的性能有了很大提高，其性能已可达到与溶剂型环氧树脂涂料相匹配的水平。水性环氧树脂涂料除了具有溶剂型环氧树脂涂料的诸多优点，如对众多底材具有极高的附着力，固化后的涂膜耐腐蚀性和耐化学药品性能优异，并且涂膜收缩小、硬度高、耐磨性好、电气绝缘性能优异等以外，与溶剂型涂料相比，水性环氧树脂涂料还具有可在室温和潮湿的环境中固化，有合理的固化时间，并保证有较高的交联密度等优势。

市场上的水性环氧树脂涂料主要由疏水性环氧树脂分散体(乳液)和亲水性胺类固化剂组成，其关键在于疏水性环氧树脂的乳化。目前，环氧树脂的水性化方法主要有机械法、相反转法、化学改性法和固化剂乳化法。

其中，化学改性法又称自乳化法，是通过引入极性基团对环氧分子进行改性，使其具有乳化特性，当加水乳化时，疏水性链段聚集成微粒，极性基团分布在微粒表面，具有自乳化特性，从而实现乳胶粒在水中的稳定分散。

固化剂乳化法是指在不外加乳化剂的情况下，直接采用固化剂对环氧树脂同时进行乳化和固化，一般适用于低分子量的液体环氧树脂。乳化型固化剂一般是通过接枝、扩链、成盐等方法在普通的多元胺固化剂中引入亲环氧树脂的结构，使其能对环氧树脂进行乳化。但是通过该方法得到的涂料存在活化期短，涂料储存期短的问题。并且在制备环氧涂料时，在胺类固化剂组分研磨混合时，其中的水分会随着研磨的进行而不断减少，从而导致胺类固化剂发生大量团聚，使水性环氧固化剂亲水性能下降，不仅不利于涂料的储存稳定，而且会降低水性环氧固化剂乳化液体环氧的能力，后续和液体环氧组分混合，会大大降低涂料的活化期和涂料的综合性能。

本发明通过调整生产工艺，延长了活化期及储存期。本发明采用控温研磨-补水工艺，即在研磨过程中控制温度≤45℃，并在第二道研磨时添加部分去离子水。这样的好处是①避免胺固化剂在脱水时大量团聚②延长了涂料的活化期③避免水性环氧固化剂亲水性能下降，保证了水性环氧固化剂乳化液体环氧的能力。

本公司研制一种超低VOC高固含水性环氧涂料，采用液体环氧树脂和水溶性胺，自乳化，仅含少量有机溶剂，不仅仅实现高固含、“超低VOC”，还避免乳化剂对性能的负面影响，同时用钮碧莱106等作为防锈颜料，在后期的成膜过程中参与交联固化，既提高了物理性能，同时又提高了涂膜的防锈性能，采用乳化后的环氧树脂，降低了溶剂挥发量，符合环保的要求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题：本发明提供了一种超高固体份、环保、超低VOC、干燥和固化性优良、附着力好、耐腐蚀性强的超低VOC高固含水性环氧涂料及其制备方法。

本发明的超低VOC高固含水性环氧涂料，由A组份和B组份组成，其特征在于：所述A组份按质量份数其组成包括：环氧树脂24～30份，活性稀释剂4～5.5份，分散剂1～2份，助溶剂0～2.5份，增塑剂2～5份，触变剂1～2份，填料46～57.5份，防锈颜料5～10份，润湿剂1～2份，附着力促进剂0.5～1份；B组份按质量份数其组成包括：水性环氧固化剂60～90份，助溶剂0.4～2.4份，去离子水0～5.9份，消泡剂0.1～0.2份，触变剂0.5～1份，颜料5～30份。

作为优选，所述环氧树脂为液体环氧树脂E-51。

作为优选，所述水性环氧固化剂为亨斯迈Aradur3986固化剂。

作为优选，所述活性稀释剂为常州市弘裕化工有限公司HY-692。HY-692活性稀释剂加入后会使A组份粘度较小，相比其它常用活性稀释剂，更有利于涂料施工。

作为优选，所述分散剂为毕克化学水性分散剂、消泡剂毕克化学水性消泡剂。所述助溶剂为二丙二醇丁醚、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚中的一种或两种以上混合物。所述增塑剂为苯甲醇、醇酯-12中的一种。所述触变剂为有机膨润土SD-2、二氧化硅K-200#、气相二氧化硅A-200#中的一种或两种以上混合物。所述填料为硅微粉、硅灰石、硫酸钡、重金石粉、滑石粉中的一种或两种以上混合物。所述防锈颜料为磷锌白、钮碧莱106、钮碧莱213中的一种。所述润湿剂为毕克化学水性润湿剂。所述附着力促进剂为A-187。所述颜料为无机颜料。

本发明还提供了一种水性环氧厚浆防腐漆的制备方法，具体工艺步骤如下：

(1)A组分的制备

①将环氧树脂、活性稀释剂、分散剂、助溶剂混合均匀，搅拌10min；

②投入增塑剂、触变剂，中速(800r/min)分散10～15min；

③投入填料、防锈颜料、润湿剂、附着力促进剂。投料完成后高速(1500r/min)分散30～40min，检测细度≤60μm；

(2)B组分的制备

①按配方投入水性环氧固化剂、助溶剂以及去离子水，充分搅拌均匀约10min；

②投入消泡剂和触变剂，中速(800r/min)分散10min；

③投入颜料。投料完成后高速(1500r/min)分散30～40min。将混合均匀的物料投入砂磨机研磨，控制温度≤45℃，第二道研磨时加入去离子水，并研磨至细度≤50μm。

(3)使用时将A组分和B组分按质量比1.5∶1～3∶1充分混合均匀即可施工。

本发明的有益效果：本发明在普通的多元胺固化剂中引入环氧树脂分子链段，并采用成盐的方法来改善其亲水亲油平衡值，使其成为具有与被乳化物(低分子量液体环氧树脂)相似链段的水可分散型固化剂(亨斯迈Aradur3986固化)，从而使它与低分子量液体环氧树脂混合后可作为乳化剂对低分子量液体环氧树脂进行乳化，乳化后成为以水为稀释剂的水性环氧树脂涂料，具有超低VOC。

本发明在工艺上采用控温研磨—补水工艺。也就是在研磨过程中控制温度≤45℃，并在二道研磨过程中添加部分水进行研磨。这样的好处是①避免胺固化剂在脱水时大量团聚②延长了涂料的活化期③能提高水性环氧固化剂乳化液体环氧的能力。

将采用环氧固化剂(亨斯迈Aradur3986固化剂)与液体环氧树脂复配使用，能够提高漆膜与基材的粘结力，使固化后的膜层形成坚实的整体膜，制得一种超高固体份、环保、超低VOC、干燥和固化性优良、附着力好、耐腐蚀性强的超低VOC高固含水性环氧涂料。本发明中的防锈颜料和填料，在后期的成膜过程中参与交联固化，既提高了物理性能，同时又提高了涂膜的防锈性能。

具体实施方式

实施例1

(1)A组分的制备

①将24份环氧树脂E51、5份活性稀释剂(常州市弘裕化工有限公司HY-692)、1份分散剂、2.5份助溶剂混合均匀，搅拌10min；

②投入5份增塑剂、1份触变剂，中速(800r/min)分散10-15min；

③投入50份填料、10份防锈颜料、1份润湿剂、0.5份附着力促进剂。投料完成后高速(1500r/min)分散30～40min，检测细度≤60μm；

(2)B组分的制备

①按配方投入72份水性环氧固化剂(亨斯迈Aradur3986)、1.5份助溶剂以及2.9份去离子水，充分搅拌均匀约10min；

②投入0.1份消泡剂和0.5份触变剂，中速(800r/min)分散10min；

③投入20份颜料。投料完成后高速(1500r/min)分散30～40min。将混合均匀的物料投入砂磨机研磨两道，控制温度≤45℃，在第二道研磨时加入3份去离子水，并研磨至细度≤50μm。

(3)使用时将A组分和B组分按1.5∶1的重量比充分混合均匀即可施工。

实施例2

(1)A组分的制备

①将20份环氧树脂E51、4份活性稀释剂(常州市弘裕化工有限公司HY-692)、1份分散剂混合均匀，搅拌10min；

②投入5份增塑剂、1份触变剂，中速(800r/min)分散10-15min；

③投入57.5份填料、10份防锈颜料、1份润湿剂、0.5份附着力促进剂。投料完成后高速(1500r/min)分散30～40min，检测细度≤60μm。

(2)B组分的制备

①按配方投入60份水性环氧固化剂(亨斯迈Aradur3986)、2.4份助溶剂，充分搅拌均匀约10min；

②投入0.1消泡剂和0.5份触变剂，中速(800r/min)分散10min；

③投入30份颜料。投料完成后高速(1500r/min)分散30～40min。将混合均匀的物料投入砂磨机研磨两道，控制温度≤45℃，在第二道研磨时加入2份去离子水，并研磨至细度≤50μm。

(3)使用时将A组分和B组分按1.5∶1的重量比充分混合均匀即可施工。

实施例3

(1)A组分的制备

①将30份环氧树脂E51、5.5份活性稀释剂(常州市弘裕化工有限公司HY-692)、1份分散剂混合均匀，搅拌10min；

②投入5份增塑剂、1份触变剂，中速(800r/min)分散10-15min；

③投入46份填料、10份防锈颜料、1份润湿剂、0.5份附着力促进剂。投料完成后高速(1500r/min)分散30～40min，检测细度≤60μm。

(2)B组分的制备

①按配方投入90份水性环氧固化剂(亨斯迈Aradur3986)，0.4份助溶剂，中速(800r/min)分散10min；

②投入0.1消泡剂和0.5份触变剂，中速(800r/min)分散10min；

③投入5份颜填料。投料完成后高速(1500r/min)分散30～40min。将混合均匀的物料投入砂磨机研磨两道，控制温度≤45℃，在第二道研磨时加入4份去离子水，并研磨至细度≤50μm。

(3)使用时将A组分和B组分按1.5∶1的重量比充分混合均匀即可施工。

对比实施例1

对比实施例1与实施例1相比，主要区别在于将水性环氧固化剂亨斯迈Aradur3986替换成水性环氧固化剂空气401。

(1)A组分的制备

①将24份环氧树脂E51、5份活性稀释剂、1份分散剂、2.5份助溶剂混合均匀，搅拌10min；

②投入5份增塑剂、1份触变剂，中速(800r/min)分散10-15min；

③投入50份填料、10份防锈颜料、1份润湿剂、0.5份附着力促进剂。投料完成后高速(1500r/min)分散30～40min，检测细度≤60μm；

(2)B组分的制备

①按配方投入72份水性环氧固化剂(空气401)、1.5份助溶剂以及2.9份去离子水，充分搅拌均匀约10min；

②投入0.1份消泡剂和0.5份触变剂，中速(800r/min)分散10min；

③投入20份颜料。投料完成后高速(1500r/min)分散30～40min。将混合均匀的物料投入砂磨机研磨两道，控制温度≤45℃，在第二道研磨时加入3份去离子水，并研磨至细度≤50μm。

(3)使用时将A组分和B组分按3∶1的重量比充分混合均匀即可施工。

对比实施例2

对比实施例2与实施例1相比，主要区别在于将水性环氧固化剂亨斯迈Aradur3986替换成水性环氧固化剂联固BANCO 908，其余操作步骤和条件与实施例1相同。

(1)A组分的制备

①将24份环氧树脂E51、5份活性稀释剂、1份分散剂、2.5份助溶剂混合均匀，搅拌10min；

②投入5份增塑剂、1份触变剂，中速(800r/min)分散10-15min；

③投入50份填料、10份防锈颜料、1份润湿剂、0.5份附着力促进剂。投料完成后高速(1500r/min)分散30～40min，检测细度≤60μm；

(2)B组分的制备

①按配方投入72份水性环氧固化剂(联固BANCO 908)、1.5份助溶剂以及2.9份去离子水，充分搅拌均匀约10min；

②投入0.1份消泡剂和0.5份触变剂，中速(800r/min)分散10min；

③投入20份颜料。投料完成后高速(1500r/min)分散30～40min。将混合均匀的物料投入砂磨机研磨两道，控制温度≤45℃，在第二道研磨时加入3份去离子水，并研磨至细度≤50μm。

(3)使用时将A组分和B组分按1.5∶1的重量比充分混合均匀即可施工。

对比实施例3

对比实施例3与实施例1相比，区别在于未在第二道研磨时加入去离子水，其余操作步骤和条件与实施例1相同。

(1)A组分的制备

①将24份环氧树脂E51、5份活性稀释剂、1份分散剂、2.5份助溶剂混合均匀，搅拌10min；

②投入5份增塑剂、1份触变剂，中速(800r/min)分散10-15min；

③投入50份填料、10份防锈颜料、1份润湿剂、0.5份附着力促进剂。投料完成后高速(1500r/min)分散30～40min，检测细度≤60μm；

(2)B组分的制备

①按配方投入72份水性环氧固化剂(亨斯迈Aradur3986)、1.5份助溶剂以及5.9份去离子水，充分搅拌均匀约10min；

②投入0.1份消泡剂和0.5份触变剂，中速(800r/min)分散10min；

③投入20份颜料。投料完成后高速(1500r/min)分散30～40min。将混合均匀的物料投入砂磨机研磨，并研磨至细度≤50μm。

(3)使用时将A组分和B组分按1.5∶1的重量比充分混合均匀即可施工。

本发明实施例制得的涂料的性能见表1

表1

实施例1

实施例2

实施例3

对比实施例1

对比实施例2

对比实施例3

涂膜外观

漆膜平整光滑

漆膜平整光滑

漆膜平整光滑

漆膜平整光滑

漆膜平整光滑

漆膜平整光滑

质量固含

74.2％

77.8％

72.5％

86.7％

74.2％

74.2％

表干时间/h

1

0.5

0.9

1.1

8

1

实干时间/h

18

14

36

20

72

24

活化期

2.5h

2.5h

2.5h

＜0.5h

6h

1.5h

耐冲击

50cm通过

50cm通过

50cm通过

40cm通过

50cm通过

50cm通过

柔韧性

1mm通过

2mm通过

1mm通过

3mm通过

1mm通过

1mm通过

硬度

3H

2H

H

4H

B

3H

附着力/级

0

2

1

1

1

0

耐碱性

60天未起泡

30天满板泡

20天部分起泡

50天满板起泡

7天起泡

48天起泡

耐水性

60天未起泡

30天满板泡

20天部分起泡

50天满板起泡

5天起泡

36天起泡

常温储存期

12个月

12个月

12个月

3个月

6个月

6个月

耐盐雾

1440h

960h

480h

720h

168h

960h

从上述表1数据可以得知，实施例1、实施例2、实施例3所制得水性环氧涂料均获得了优异的性能，其中实施例2的颜基比较高，实施例3的颜基比较低。

实施例1与对比实施例1、对比实施例2相比，区别在于固化剂体系不同，本发明选择亨斯迈Aradur3986水性环氧固化剂，相比于其它水性环氧固化剂所得到的涂料，综合性能优异，尤其是耐化学性能、储存期、耐盐雾上有很大的优势。

实施例1与对比实施例3的施工工艺不同，实施例1采用了控温研磨-补水工艺，大大改善了胺固化剂脱水大量团聚的问题，延长了活化期，获得了较长的储存期和良好的盐雾性能等性能。

Claims (4)

1.一种超低VOC高固含水性环氧涂料，由A组份和B组份组成，其特征在于：A组份按质量份数其组成包括：环氧树脂24～30份，活性稀释剂4～5.5份，分散剂1～2份，助溶剂0～2.5份，增塑剂2～5份，触变剂1～2份，填料46～57.5份，防锈颜料5～10份，润湿剂1～2份，附着力促进剂0.5～1份；B组份按质量份数其组成包括：水性环氧固化剂60～90份，助溶剂0.4～2.4份，去离子水0～5.9份，消泡剂0.1～0.2份，触变剂0.5～1份，颜料5～30份；其中水性环氧固化剂为亨斯迈Aradur3986固化剂；

活性稀释剂为常州市弘裕化工有限公司HY-692；

超低VOC高固含水性环氧涂料的制备方法为：

（1）A组分的制备

①将环氧树脂、活性稀释剂、分散剂、助溶剂混合均匀，搅拌10min；

②投入增塑剂、触变剂，中速800r/min分散10-15min；

③投入填料、防锈颜料、润湿剂、附着力促进剂，投料完成后高速1500r/min分散30～40min，检测细度≤60μm；

（2）B组分的制备

①按配方投入水性环氧固化剂、助溶剂以及去离子水，充分搅拌10min；

②投入消泡剂和触变剂，中速分散10min；

③投入颜料，投料完成后高速分散30～40min，将混合均匀的物料投入砂磨机研磨两道，控制温度≤45℃，并在第二道研磨时补去离子水，研磨至细度≤50μm；

（3）使用时将A组分和B组分按比例充分混合均匀即可施工；A组分和B组分混合的重量比为1.5～3∶1, 水性环氧涂料的固含量为74.2%。

2.如权利要求1所述的超低VOC高固含水性环氧涂料，其特征在于：所述环氧树脂为液体环氧树脂E-51。

3.如权利要求1所述的超低VOC高固含水性环氧涂料，其特征在于：所述助溶剂为二丙二醇丁醚、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚中的一种或两种以上混合物；所述增塑剂为苯甲醇、醇酯-12中的一种；所述触变剂为有机膨润土SD-2、二氧化硅K-200#、气相二氧化硅A-200#中的一种或两种以上混合物；所述填料为硅微粉、硅灰石、硫酸钡、重金石粉、滑石粉中的一种或两种以上混合物；所述防锈颜料为磷锌白、钮碧莱106、钮碧莱213中的一种；所述润湿剂为毕克化学水性润湿剂；所述附着力促进剂为A-187；所述颜料为无机颜料。

4.一种如权利要求1所述的超低VOC高固含水性环氧涂料的应用，其特征在于：所述水性环氧涂料用作钢结构或混凝土以及港机、桥梁、风电、电力设施表面的防护中涂漆或面漆。