CN109880484B - 一种水性环氧厚浆防腐漆及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化工涂装领域，具体提供了一种水性环氧厚浆防腐漆及其制备方法和应用，通过优选新型防锈颜料以及改良现有工艺，将防锈颜料、颜料和填料制备成水性浆料，然后再将其加入到固化剂组分中，解决了常规防锈颜料在环氧乳液中易于促进环氧开环聚合反应，导致涂料存储期短的技术问题。制得的环氧厚浆防腐漆具有广泛的附着力，能用于碳钢、冷轧钢、铝材、机加工面、镀锌钢材和热喷锌等轻度至中等腐蚀环境下各金属底材表面的防腐漆，涂层具有良好的耐盐雾性能，防腐性能优异。
Description
技术领域
本发明属于化工涂装领域，特别涉及一种水性环氧厚浆防腐漆及其制备方法和应用。
背景技术
金属腐蚀在目前的自然环境和设备运行环境中无处不在，因此越来越受到相关研究部门的重视，对苛刻腐蚀环境下的金属防护提出了更高的要求。防止金属腐蚀的方法很多，如选用耐腐蚀合金、电镀和阴极保护等，但这些方法的使用成本较高，经济上不合算。而涂料涂层防腐是最有效、最经济的方法，应用也最普遍。首先，它施工简便，适应性广，不受设备面积和形状的约束，重涂和修复费用低；其次，涂料防腐可与其他防腐措施(如阴极保护等)联合使用，获得较完善的防腐系统。
环氧树脂涂料因具有优异的物理和化学性能，如附着力好，耐化学药品和溶剂性能优异，硬度高，耐磨性好等，而在工业上得到了广泛应用。环氧树脂分子结构中含有独特的环氧基、羟基、醚键等活性基团和极性基团，使其固化物具有附着力高、电绝缘性好、耐化学品腐蚀等特点，广泛应用于金属防腐蚀涂料、建筑工程中的防水堵漏材料、灌缝材料、胶粘剂等工业领域。但是常用的环氧树脂难溶于水，易溶于有机溶剂，而有机溶剂往往价格较高，且具有挥发性，容易对环境造成污染。随着世界各国对环境保护的日益重视，开发不含有挥发性有机化合物，制备出环保型的水性环氧树脂涂料已经成为涂料工业新的发展趋势。
水性环氧树脂防腐涂料现已商业化的有水性环氧铁红防锈漆、水性环氧磷酸锌防锈漆、水性环氧富锌底漆和水性环氧云母防锈漆。水性环氧防锈漆性能较市场上常见的苯丙、乙丙水乳型防锈漆和水性环氧酯防锈漆性能有很大的提高，在国外是发展最快的水性涂料。经过较长时间的发展，水性环氧防腐涂料已经应用到溶剂型环氧防腐涂料所未涉及的领域，国内外已将水性环氧防腐涂料列入重防腐涂料的范围。
通常制备涂料采用的工艺是颜填料在树脂中分散、研磨，这样的工艺在油性涂料中没有问题，但在水性涂料中有可能会导致乳液破乳，严重时会导致涂料报废。
发明内容
本发明旨在开发一种性能优良、VOC近零排放的水性环氧厚浆防腐漆。通过优选新型防锈颜料以及改良现有工艺，将防锈颜料、颜料和填料制备成水性浆料，然后再将其加入到固化剂组分中，解决了常规防锈颜料在环氧乳液中易于促进环氧开环聚合反应，导致涂料存储期短的技术问题。本发明制得的环氧厚浆防腐漆具有广泛的附着力，能用作碳钢、冷轧钢、铝材、机加工面、镀锌钢材和热喷锌等轻度至中等腐蚀环境下各金属底材表面的防腐漆，涂层具有良好的耐盐雾性能，防腐性能优异。
本发明的水性环氧厚浆防腐漆，由A组份和B组份组成。
A组份按质量份数其组成为：水性环氧固化剂10～35份，水性浆料65～90份。其中，水性浆料按质量份数其组成为：防锈颜料8～15份，颜料8～15份，填料30～50份，助溶剂1～10份，消泡剂0.1～0.5份，分散剂1～2份，触变剂0.5～1.5份，润湿剂0.3～1份，防闪锈剂0.5～1份，去离子水4～42份。
B组份按质量份数其组成包括：水性环氧乳液100份。
所述水性环氧固化剂为水性环氧—改性胺固化剂，优选为：氰特BECKOPOXTM EH613w/80WA固化剂，亨斯迈Aradur3986固化剂，迈图EPlKURE 6870-W-53固化剂中的一种。
所述水性环氧树脂为自乳化的双酚A型环氧树脂，优选为：氰特BECKOPOXTM EP387w/52WA树脂，亨斯迈
PZ 3961-1树脂，迈图EPIKOTE 6520-WH-53A树脂中的一种。
所述助溶剂为丙二醇甲醚；填料为沉淀硫酸钡；防锈颜料为改性磷钼酸锌(钮碧莱106)；颜料为氧化铁红。所述消泡剂、分散剂、触变剂、润湿剂均为毕克化工助剂；所述防闪锈剂为优卡防闪锈剂。
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)水性浆料的制备
将去离子水、助溶剂、分散剂加入搅拌缸中，以300～500r/min的搅拌速度分散5min，再投入消泡剂、触变剂，以600r/min的搅拌速度中速分散10min；最后投入防锈颜料，颜料以及填料，以1500r/min的搅拌速度高速分散30～40min。将混合均匀的物料研磨至细度合格(细度≤50μm)，研磨温度≤60℃。将研磨合格的物料打入调漆缸，边搅拌边加入润湿剂、防闪锈剂等，搅拌均匀即可。
(2)A组分的制备
将水性环氧固化剂和步骤(1)制得的水性浆料加入搅拌缸中，以600r/min的搅拌速度中速分散均匀。
(3)B组分的制备
将水性环氧乳液分装后即为B组份。
(4)使用时，将甲、乙组份按0.56:1～2.9:1的重量比充分混合均匀即可施工。
本发明通过引进新型防锈颜料，更换新的工艺，避免了水性涂料制作过程中原材料失效的问题，提高了漆膜与基材的粘结力，使固化后的膜层形成坚实的整体膜，提升了涂层与基材的附着力，制得的环氧厚浆防腐漆具有广泛的附着力，能用于碳钢、冷轧钢、铝材、机加工面、镀锌钢材和热喷锌等轻度至中等腐蚀环境下各金属底材表面的防腐漆，涂层具有良好的耐盐雾性能，防腐性能优异。
本发明的有益效果：
(1)本发明先制备水性浆料，再把浆料与固化剂分散均匀制成A组份，而乳液制成B组份，这种工艺的优点颇多：①保证了各组分的稳定性且储存期较长；②将改性磷钼酸锌配制成浆料，并将浆料添加在固化剂中，使得浆料在胺的保护下处于稳定状态，可避免添加带有毒性的杀菌防霉剂，此外，浆料中的防锈颜料在碱性条件下会形成络合物，使底材钝化，起到更好的防锈作用。③浆料在固化剂中可高速分散。④单独制备浆料的工艺与混磨工艺相比大大提升了助剂的利用率，也就是说，用较少量的助剂也能达到良好的分散研磨效果。⑤由于颜填料不论在树脂或者固化剂中研磨，都有可能造成物料失效，油漆报废的问题；乳液经过研磨，很大概率会破乳失效；研磨时温度升高，容易导致固化剂中胺被破坏，固化剂失效；而本发明工艺中先制备成浆料的方法则避免了这类问题。
本发明采用的是新型防锈颜料改性磷钼酸锌，这种改性磷钼酸锌偏碱性，适用于水性涂料体系。
本发明配制的水性涂料具有许多优点：①明显降低VOC。以水作为分散介质，挥发性有机化合物的含量较低，无环境污染；②操作性能好，施工工具可以用水直接清洗，操作安全、方便；③对大多数基材(如碳钢、冷轧钢、铝材、机加工面、镀锌钢材和热喷锌等表面)具有良好的附着力；与各种类型涂料(如水性聚氨酯、水性丙烯酸、水性环氧、合适的溶剂型涂料)有良好的兼容性；④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；⑤可直接进行无气喷涂，提升了涂料的利用率。
具体实施方式
实施例1
(1)水性浆料的制备
①将25.5份去离子水、7.5份丙二醇甲醚、2份分散剂加入搅拌缸中，以300r/min的搅拌速度分散5min。
②投入0.3份消泡剂、1.2份触变剂，中速(600r/min)分散10min；
③最后投入12份氧化铁红、15份改性磷钼酸锌、35份沉淀硫酸钡，高速(1500r/min)分散30min。将混合均匀的物料研磨至细度合格(细度≤50μm)，研磨温度≤60℃。将研磨合格的物料打入调漆缸，边搅拌边加入0.7份润湿剂、0.8份防闪锈剂等，搅拌均匀即可。
(2)A组分的制备
将29份水性环氧固化剂(亨斯迈Aradur3986固化剂)和71份步骤(1)制得的水性浆料加入搅拌缸中，中速(600r/min)分散均匀。
(3)B组分的制备
将水性环氧树脂(亨斯迈
PZ 3961-1树脂)分装后制得B组份。
(4)使用时，将甲、乙组份按1∶1的重量比充分混合均匀即可施工。
实施例2
(1)水性浆料的制备
①将25.5份去离子水、7.5份丙二醇甲醚、2份分散剂加入搅拌缸中，以400r/min的搅拌速度分散5min。
②投入0.3份消泡剂、1.2份触变剂，中速(600r/min)分散10min；
③最后投入12份氧化铁红、15份改性磷钼酸锌、35份沉淀硫酸钡，高速(1500r/min)分散40min。将混合均匀的物料研磨至细度合格(细度≤50μm)，研磨温度≤60℃。将研磨合格的物料打入调漆缸，边搅拌边加入0.7份润湿剂、0.8份防闪锈剂等，搅拌均匀即可。
(2)A组分的制备
将10份水性环氧固化剂(氰特BECKOPOXTM EH 613w/80WA)和步骤(1)制得的90份水性浆料加入搅拌缸中，中速(600r/min)分散均匀。
(3)B组分的制备
将水性环氧树脂(氰特BECKOPOXTM EP 387w/52WA)分装后制得B组份。
(4)使用时，将甲、乙组份按0.56∶1的重量比充分混合均匀即可施工。
实施例3
①将25.5份去离子水、7.5份丙二醇甲醚、2份分散剂加入搅拌缸中，以300r/min的搅拌速度分散5min。
②投入0.3份消泡剂、1.2份触变剂，中速(600r/min)分散10min；
③最后投入12份氧化铁红、15份改性磷钼酸锌、35份沉淀硫酸钡，高速(1500r/min)分散30min。将混合均匀的物料研磨至细度合格(细度≤50μm)，研磨温度≤60℃。将研磨合格的物料打入调漆缸，边搅拌边加入0.7份润湿剂、0.8份防闪锈剂等，搅拌均匀即可。
(2)A组分的制备
将23份水性环氧固化剂(迈图EPlKURE 6870-W-53)和77份水性浆料加入搅拌缸中，中速(600r/min)分散均匀。
(3)B组分的制备
将水性环氧树脂(迈图EPIKOTE 6520-WH-53A)分装后制得B组份。
(4)使用时，将甲、乙组份按1.07∶1的重量比充分混合均匀即可施工。
实施例4
(1)水性浆料的制备
①将41.6份去离子水、10份丙二醇甲醚、1份分散剂加入搅拌缸中，以300r/min的搅拌速度分散5min。
②投入0.1份消泡剂、0.5份触变剂，中速(600r/min)分散10min；
③最后投入8份氧化铁红、8份改性磷钼酸锌、30份沉淀硫酸钡，高速(1500r/min)分散30min。将混合均匀的物料研磨至细度合格(细度≤50μm)，研磨温度≤60℃。将研磨合格的物料打入调漆缸，边搅拌边加入0.3份润湿剂、0.5份防闪锈剂等，搅拌均匀即可。
(2)A组分的制备
将10份水性环氧固化剂(亨斯迈Aradur3986固化剂)和90份步骤(1)制得的水性浆料加入搅拌缸中，中速(600r/min)分散均匀。
(3)B组分的制备
将水性环氧树脂(亨斯迈
PZ 3961-1树脂)分装后制得B组份。
(4)使用时，将甲、乙组份按2.9:1的重量比充分混合均匀即可施工。
实施例5
(1)水性浆料的制备
①将4份去离子水、10份丙二醇甲醚、2份分散剂加入搅拌缸中，以300r/min的搅拌速度分散5min。
②投入0.5份消泡剂、1.5份触变剂，中速(600r/min)分散10min；
③最后投入15份氧化铁红、15份改性磷钼酸锌、50份沉淀硫酸钡，高速(1500r/min)分散30min。将混合均匀的物料研磨至细度合格(细度≤50μm)，研磨温度≤60℃。将研磨合格的物料打入调漆缸，边搅拌边加入1份润湿剂、1份防闪锈剂等，搅拌均匀即可。
(2)A组分的制备
将35份水性环氧固化剂(亨斯迈Aradur3986固化剂)和65份步骤(1)制得的水性浆料加入搅拌缸中，中速(600r/min)分散均匀。
(3)B组分的制备
将水性环氧树脂(亨斯迈
PZ 3961-1树脂)分装后制得B组份。
(4)使用时，将甲、乙组份按0.83:1的重量比充分混合均匀即可施工。
对比实施例1
(1)A组份的制备
①将58份水性环氧树脂(亨斯迈
PZ 3961-1树脂)加入搅拌缸中，以300r/min的搅拌速度边分散边加入3份丙二醇甲醚、8.9份去离子水、2份分散剂，并分散5min。
②投入0.1份消泡剂、0.5份触变剂，中速(600r/min)分散10min；
③最后投入8份氧化铁红、8份磷钼酸锌、10份沉淀硫酸钡，高速(1500r/min)分散30min。将混合均匀的物料研磨至细度合格(细度≤50μm)，研磨温度≤60℃。将研磨合格的物料打入调漆缸，边搅拌边加入0.7份润湿剂、0.8份防闪锈剂等，中速(600r/min)分散均匀即可。
(2)B组分的制备
将水性环氧固化剂(亨斯迈Aradur3986固化剂)分装后制得B组份。
(3)使用时，将甲、乙组份按6∶1的重量比充分混合均匀即可施工。
对比实施例2
(1)A组份的制备
①将29份水性环氧固化剂(亨斯迈Aradur3986固化剂)加入搅拌缸中，以300r/min的搅拌速度边分散边加入5份丙二醇甲醚、19份去离子水、1.5份分散剂，并分散5min。
②投入0.2份消泡剂、0.8份触变剂，中速(600r/min)分散10min；
③最后投入8份氧化铁红、10份改性磷钼酸锌、25份沉淀硫酸钡，高速(1500r/min)分散30min。将混合均匀的物料研磨至细度合格(细度≤50μm)，研磨温度≤60℃。将研磨合格的物料打入调漆缸，边搅拌边加入0.7份润湿剂、0.8份防闪锈剂等，中速(600r/min)分散均匀即可。
(2)B组分的制备
将水性环氧树脂(亨斯迈
PZ 3961-1树脂)分装后制得B组份。
(3)使用时，将甲、乙组份按1∶1的重量比充分混合均匀即可施工。
对比实施例3
(1)水性浆料的制备
①将25.5份去离子水、7.5份丙二醇甲醚、2份分散剂加入搅拌缸中，以300r/min的搅拌速度分散5min。
②投入0.3份消泡剂、1.2份触变剂，中速(600r/min)分散10min；
③最后投入12份氧化铁红、15份改性磷钼酸锌、35份沉淀硫酸钡，高速(1500r/min)分散30min。将混合均匀的物料研磨至细度合格(细度≤50μm)，研磨温度≤60℃。将研磨合格的物料打入调漆缸，边搅拌边加入0.7份润湿剂、0.8份防闪锈剂等，搅拌均匀即可。
(2)A组分的制备
将58份水性环氧树脂(亨斯迈
PZ 3961-1树脂)和42份步骤(1)制得的水性浆料加入搅拌缸中，中速(600r/min)分散均匀。
(3)B组分的制备
将水性环氧固化剂(亨斯迈Aradur3986固化剂)分装后制得B组份。
(4)使用时，将甲、乙组份按6:1的重量比充分混合均匀即可施工。
本发明各实施例和对比实施例制得的涂料的性能见表1。
表1
实施例1、2、3树脂体系不同，工艺相同：先制备浆料，再混合浆料与固化剂，制成A组份，乳液单独制成B组份。
实施例1、4、5的颜基比不同：实施例4的颜基比高，实施例5的颜基比低。
对比实施例1：颜填料直接在乳液中分散研磨；对比实施例2：颜填料直接在固化剂中分散研磨；对比实施例3：先制备浆料，再混合浆料与乳液，制成A组份，固化剂单独制成B组份。
从该表格中可以看出，实施例1在各种底材上的附着力都很优良；实施例2对碳钢、冷轧钢的附着力较好；实施例3对碳钢、冷轧钢和铝材的附着力良好。从而优先选用实施例1的树脂体系。因实施例1中的阴离子电荷吸附作用，其对各种涂料的兼容性也很好(例如水性聚氨酯、水性丙烯酸、水性环氧、合适的溶剂型涂料等)；同时涂层具有好的耐盐雾性能，防腐性能优异。在耐盐雾上，使用实施例1的工艺与树脂体系是最好的，不管是制备成漆后的耐盐雾，还是热储后的耐盐雾，都表现出了相当好的稳定性。
对比实施例1在研磨过程中乳液破乳、絮凝，无法完成后续实验。从表格中可以看出，在相同树脂、固化剂体系下，不同的工艺会展现不同的性能，其中实施例1的性能最优。
Claims (3)
1.一种水性环氧厚浆防腐漆，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为：亨斯迈Aradur3986固化剂29份，水性浆料71份；
所述B组份按质量份数其组成包括：亨斯迈Araldite® PZ 3961-1树脂100份；
所述水性浆料按质量份数其组成为：改性磷钼酸锌15份，氧化铁红12份，硫酸钡35份，丙二醇甲醚7.5份，消泡剂0.3份，分散剂2份，触变剂1.2份，润湿剂0.7份，防闪锈剂0.8份，去离子水25.5份；
所述水性环氧厚浆防腐漆的制备方法具体工艺如下：
（1）水性浆料的制备
①将25.5份去离子水、7.5份丙二醇甲醚、2份分散剂加入搅拌缸中，以300r/min的搅拌速度分散5min；
②投入0.3份消泡剂、1.2份触变剂，以600r/min转速分散10min；
③最后投入12份氧化铁红、15份改性磷钼酸锌、35份沉淀硫酸钡，以1500r/min转速分散30min，将混合均匀的物料研磨至细度≤50μm，研磨温度≤60℃，将研磨合格的物料打入调漆缸，边搅拌边加入0.7份润湿剂、0.8份防闪锈剂等，搅拌均匀即可；
（2）A组分的制备
将29份亨斯迈Aradur3986固化剂和71份步骤（1）制得的水性浆料加入搅拌缸中，以600r/min转速分散均匀；
（3）B组分的制备
将亨斯迈Araldite® PZ 3961-1树脂分装后制得B组份；
（4）使用时，将A、B组份按1∶1的重量比充分混合均匀即可施工。
2.如权利要求1所述的水性环氧厚浆防腐漆，其特征在于：所述消泡剂、分散剂、触变剂、润湿剂均为毕克化工助剂；所述防闪锈剂为优卡防闪锈剂。
3.一种如权利要求1所述的水性环氧厚浆防腐漆的应用，其特征在于：所述环氧厚浆防腐漆用作轻度至中等腐蚀环境下各金属底材表面的防腐漆。
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