CN110373079A - 一种水性金属防腐涂料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于功能涂料的技术领域，具体提供了一种水性金属防腐涂料及制备方法。该方法通过将钡盐溶液和硫酸盐溶液分散在超支化聚磷酸酯浆料中，在硫酸钡形成过程中使超支化聚磷酸酯与硫酸钡镶嵌，形成球形硫酸钡复合微粒，然后与丙烯酸酯乳液、聚氨酯乳液、消泡剂、颜料、分散剂、填料、去离子水分散均匀，制得水性金属防腐涂料。与传统方法相比，本发明的制备的水性金属防腐涂料，利用超支化聚磷酸酯优异的分散作用和与金属的界面结合作用，使硫酸钡分散在金属表面并与金属层紧密结合，克服了直接加入无机填料后，涂料与金属基体难以牢固附着的缺陷，并且使硫酸钡在金属表面形成牢固致密的保护层，具有优异的防腐性能，可有效阻碍酸、盐的腐蚀。
Description
技术领域
本发明属于功能涂料的技术领域，提供了一种水性金属防腐涂料及制备方法。
背景技术
金属腐蚀是由于金属受环境介质的化学或电化学作用而被破坏的现象。金属的腐蚀易造成设备老化，给国民经济带来了巨大的损失。因此，通常在金属设备器件表面均要使用涂层，以隔绝腐蚀介质与金属反应，阻止腐蚀。防腐涂料在金属防腐中扮演重要的角色。
由于金属材质的特殊性，目前较多的金属防腐涂料使用油性涂料，但随着环保法规对挥发性有机物的限制越来越严格，在金属防腐领域，逐步尝试使用水性涂料。如聚氨酯、含氟聚合物、聚酯、有机硅树脂等逐步被应用于水性金属防腐涂料中。
然而，由于金属极易与外界构成微电池发生电化学腐蚀，因此金属防腐涂料需要与金属基体产生牢固的附着力，并形成致密的保护层，以阻止金属基体与外界构成微电池。在实际中，水性涂料由于与金属基体粘合牢固性低，且形成的涂层阻水性差，因此防腐性能较差。为此，金属防腐的水性涂料，急需提升涂层附着牢固性和涂层致密性。
目前国内外在防腐涂料技术，尤其是水性金属防腐涂料方面已取得了一定成效。其中李勇频等人发明了一种水性金属防腐涂料(中国发明专利申请号201210286657.X)，原料为：水性丙烯酸改性环氧树脂、中和剂、助剂、去离子水、防腐蚀颜料、体质颜料、着色颜料、增稠剂、催干剂，方法如下：(1)将水性丙烯酸改性环氧树脂和去离子水按60重量份取料，中和剂、助剂、防腐蚀颜料、体质颜料、着色颜料取全部组分，放入搅拌机混合均匀；(2)将混合均匀的原料研磨分散；(3)将研磨分散后的原料放入搅拌釜，加水性丙烯酸改性环氧树脂和去离子水的剩余40％组分和增稠剂、催干剂，搅拌调漆；(4)将搅拌后的半成品过滤，即为水性金属防腐涂料。另外，袁爽登等人发明了一种耐磨防腐涂料及其制备方法(中国发明专利申请号201810432144.2)，原料为：有机硅改性水性聚氨酯乳液、中空陶瓷纳米颗粒、二氧化硅气凝胶、石墨烯气凝胶、绢云母、聚吡咯、钒酸锌微球、硫酸钡，助剂、水；该发明的涂料具有无毒副作用、对环境无污染、耐磨性、隔热性和防腐性，可广泛应用于道路护栏、桥梁、船舶、石油化工储罐、塔架等金属表面的防护。
可见，现有技术中的水性金属防腐涂料存在对金属基体附着力低，难以形成致密涂层的缺陷，导致防腐性能较差的问题。
发明内容
针对现水性金属防腐涂料对金属基体附着力低，难以形成致密涂层的缺陷，本发明提出一种水性金属防腐涂料及制备方法，显著提高了涂料对于金属的附着力高，涂层致密均匀，防腐性能优异。
为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：
一种水性金属防腐涂料的制备方法，先在硫酸钡形成过程中使超支化聚磷酸酯与硫酸钡镶嵌，形成球形硫酸钡复合微粒，然后与丙烯酸酯乳液、聚氨酯乳液、消泡剂、颜料、分散剂、填料、去离子水分散均匀，制得水性金属防腐涂料，制备的具体步骤如下：
(1)将超支化聚磷酸酯加入去离子水中，混合研磨，制得浆料；各原料的重量份为，超支化聚磷酸酯40～50重量份、去离子水50～60重量份；
(2)将步骤(1)制得的浆料调整pH值至8～9，然后加热至80～100℃，以300～500r/min的速度进行搅拌，同时缓慢加入摩尔浓度相同的钡盐溶液和硫酸盐溶液，然后将搅拌速度降低至50～80r/min，继续搅拌60～120min，然后喷雾干燥，水洗，再干燥，在硫酸钡形成过程中使超支化聚磷酸酯与硫酸钡镶嵌，制得球形硫酸钡复合微粒；各原料中，超支化聚磷酸酯、钡盐、硫酸盐的摩尔比例为1:3:3；
(3)将步骤(2)制得的球形硫酸钡复合微粒、丙烯酸酯乳液、聚氨酯乳液、消泡剂、颜料、分散剂、填料、去离子水分散均匀，制得水性金属防腐涂料；各原料的重量份为，球形硫酸钡复合微粒8～11重量份、丙烯酸酯乳液30～35重量份、聚氨酯乳液25～30重量份、消泡剂0.3～0.5重量份、颜料0.5-1重量份、分散剂1～2重量份、填料10～20重量份、去离子水5～26重量份。
优选的，步骤(2)所述钡盐溶液为氯化钡溶液、硝酸钡溶液中的一种。
优选的，步骤(2)所述硫酸盐溶液为硫酸钠溶液。
优选的，步骤(3)所述丙烯酸酯乳液的固含量为30～40％。
优选的，步骤(3)所述聚氨酯乳液的固含量为40～60％。
优选的，步骤(3)所述消泡剂为有机硅消泡剂。
进一步优选的，有机硅消泡剂为聚二甲基硅氧烷、氟硅氧烷、乙二醇硅氧烷中的至少一种。
优选的，步骤(3)所述颜料为柠檬黄、酞青绿、钛白粉、钛锰棕、钴蓝、钛镍黄中的一种。
优选的，步骤(3)所述分散剂为六偏磷酸钠、焦磷酸钠、聚丙烯酸钠中的至少一种。
优选的，步骤(3)所述填料为纳米二氧化硅、重质碳酸钙、滑石粉、云母粉中的一种。
本发明创造性地在超支化聚磷酸酯分散体系中制备硫酸钡微球，通过引入钡离子、硫酸根离子，在硫酸钡形成的过程中使超支化聚磷酸酯与硫酸钡镶嵌，形成球形硫酸钡复合微粒。由于超支化聚磷酸酯优异的分散作用以及与金属界面良好的结合性，超支化磷酸酯硫酸钡镶嵌，从而利于促进硫酸钡分散，与金属表面的形成牢固致密的保护层，使得硫酸钡牢固附着金属层，不仅提高了涂层的附着力，并且可有效阻碍酸、盐对金属的腐蚀。
本发明还提供了一种上述制备方法制备得到的水性金属防腐涂料。将超支化聚磷酸酯、去离子水混合，研磨制备成浆状，然后调整pH值，加热搅拌速度，在搅拌过程中缓慢加入摩尔浓度相同的钡盐水溶液和硫酸盐水溶液，然后将搅拌速度降低继续搅拌，喷雾干燥，在硫酸钡形成过程中使超支化聚磷酸酯与硫酸钡镶嵌，形成球形硫酸钡复合微粒；然后将球形硫酸钡复合微粒、丙烯酸酯乳液、聚氨酯乳液、消泡剂、颜料、分散剂、填料、去离子水分散均匀而得到。
本发明提供了一种水性金属防腐涂料及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1、水性涂料由于与金属基体粘合牢固性低，且形成的涂层阻水性差；本发明在超支化聚磷酸酯分散体系中制备硫酸钡微球，形成球形硫酸钡复合微粒，利用聚磷酸酯与金属表面的良好结合性，使硫酸钡在金属表面易于形成牢固致密的保护层，克服了直接加入无机填料难以与金属基体牢固附着的缺陷。
2、本发明使得硫酸钡易于在金属表面形成牢固致密的保护层，硫酸钡具有优异的防腐性能，可有效阻碍酸、盐的腐蚀。
3、本发明制备方法简单易控，适合于规模化生产。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
将46kg超支化聚磷酸酯加入54kg去离子水中，混合研磨，制得浆料；然后利用碱液将浆料调整pH值至8.5，然后加热至88℃，以380r/min的速度进行搅拌，同时缓慢加入氯化钡溶液和硫酸钠溶液，支化聚磷酸酯、钡盐、硫酸盐的摩尔比例为1:3:3，然后将搅拌速度降低至70r/min，继续搅拌90min，然后在0.5MPa压力下喷雾干燥，形成微细微粒，水洗，再干燥，制得球形硫酸钡复合微粒；最后将9kg球形硫酸钡复合微粒、33kg丙烯酸酯乳液、27kg聚氨酯乳液、0.3kg聚二甲基硅氧烷、0.5kg柠檬黄、1kg六偏磷酸钠、10kg纳米滑石粉、18kg去离子水分散均匀，制得水性金属防腐涂料。
测试方法：
(1)涂料附着牢固度：将实施例制得的水性金属防腐涂料均匀涂敷于马口铁板上，涂层厚度为150μm，自然固化成膜，并放置10天，参考划X法简易快速测试涂层附着牢固度。用美工刀沿直线稳定的切割涂膜至底材，夹角为45°，划线长度约40mm，形成交叉线；把胶带放在切割线交点处，用手抹平粘牢，将胶带以180°从漆膜表面撕开，观察涂层拉开后的状态。
(2)耐酸碱腐蚀情况：将本实施例制得的涂料涂敷于马口铁板表面形成涂层，然固化成膜，并放置10天，然后分别浸泡于5％氯化钠溶液、5％的硫酸溶液中，测试60天，然后观察涂层完好情况。
所得数据如表1所示。
实施例2
将42kg超支化聚磷酸酯加入58kg去离子水中，混合研磨，制得浆料；然后将浆料调整pH值至8，然后加热至85℃，以350r/min的速度进行搅拌，同时缓慢加入硝酸钡溶液和硫酸钠溶液，支化聚磷酸酯、钡盐、硫酸盐的摩尔比例为1:3:3，然后将搅拌速度降低至60r/min，继续搅拌110min，然后在0.5MPa压力下喷雾干燥，形成微细微粒，水洗，再干燥，制得球形硫酸钡复合微粒；最后将9kg球形硫酸钡复合微粒、31kg丙烯酸酯乳液、27kg聚氨酯乳液、0.3kg氟硅氧烷、0.5kg酞青绿、1k焦磷酸钠、15kg纳米云母粉、21kg去离子水分散均匀，制得水性金属防腐涂料。
测试方法与实施例1一致，所得数据如表1所示。
实施例3
将40kg超支化聚磷酸酯加入60kg去离子水中，混合研磨，制得浆料；然后将浆料调整pH值至8，然后加热至80℃，以300r/min的速度进行搅拌，同时缓慢加入氯化钡溶液和硫酸钠溶液，支化聚磷酸酯、钡盐、硫酸盐的摩尔比例为1:3:3，然后将搅拌速度降低至50r/min，继续搅拌120min，然后在0.5MPa压力下喷雾干燥，形成微细微粒，水洗，再干燥，制得球形硫酸钡复合微粒；最后将8kg球形硫酸钡复合微粒、30kg丙烯酸酯乳液、25kg聚氨酯乳液、0.3kg乙二醇硅氧烷、0.5kg钛白粉、1kg聚丙烯酸钠、10kg纳米二氧化硅、26kg去离子水分散均匀，制得水性金属防腐涂料。
测试方法与实施例1一致，所得数据如表1所示。
实施例4
将47kg超支化聚磷酸酯加入53kg去离子水中，混合研磨，制得浆料；然后将浆料调整pH值至9，然后加热至95℃，以450r/min的速度进行搅拌，同时缓慢加入硝酸钡溶液和硫酸钠溶液，支化聚磷酸酯、钡盐、硫酸盐的摩尔比例为1:3:3，然后将搅拌速度降低至70r/min，继续搅拌80min，然后在0.5MPa压力下喷雾干燥，形成微细微粒，水洗，再干燥，制得球形硫酸钡复合微粒；最后将11kg球形硫酸钡复合微粒、33kg丙烯酸酯乳液、28kg聚氨酯乳液、0.5kg聚二甲基硅氧烷、0.5kg钛锰棕、2kg六偏磷酸钠、12kg纳米二氧化硅、11kg去离子水分散均匀，制得水性金属防腐涂料。
测试方法与实施例1一致，所得数据如表1所示。
对比例1
将9kg球形硫酸钡、33kg丙烯酸酯乳液、27kg聚氨酯乳液、0.3kg聚二甲基硅氧烷、0.5kg柠檬黄、1kg六偏磷酸钠、10kg纳米滑石粉、18kg去离子水分散均匀，制得水性金属防腐涂料。为了进行定性的对比分析，与实施例1相比，对比例1直接加入球形硫酸钡，而未采用与超支化聚磷酸酯镶嵌的方式，由于未采用硫酸钡与超支化聚磷酸酯镶嵌，影响硫酸钡与金属表层的结合牢固度，从而影响防腐性能。
测试方法与实施例1一致，所得数据如表1所示。
表1：
Claims (10)
1.一种水性金属防腐涂料的制备方法，其特征在于，先在硫酸钡形成过程中使超支化聚磷酸酯与硫酸钡镶嵌，形成球形硫酸钡复合微粒，然后与丙烯酸酯乳液、聚氨酯乳液、消泡剂、颜料、分散剂、填料、去离子水分散均匀，制得水性金属防腐涂料，制备的具体步骤如下：
(1)将超支化聚磷酸酯加入去离子水中，混合研磨，制得浆料；各原料的重量份为，超支化聚磷酸酯40～50重量份、去离子水50～60重量份；
(2)将步骤(1)制得的浆料调整pH值至8～9，然后加热至80～100℃，以300～500r/min的速度进行搅拌，同时缓慢加入摩尔浓度相同的钡盐溶液和硫酸盐溶液，然后将搅拌速度降低至50～80r/min，继续搅拌60～120min，然后喷雾干燥，水洗，再干燥，在硫酸钡形成过程中使超支化聚磷酸酯与硫酸钡镶嵌，制得球形硫酸钡复合微粒；各原料中，超支化聚磷酸酯、钡盐、硫酸盐的摩尔比例为1:3：3；
(3)将步骤(2)制得的球形硫酸钡复合微粒、丙烯酸酯乳液、聚氨酯乳液、消泡剂、颜料、分散剂、填料、去离子水分散均匀，制得水性金属防腐涂料；各原料的重量份为，球形硫酸钡复合微粒8～11重量份、丙烯酸酯乳液30～35重量份、聚氨酯乳液25～30重量份、消泡剂0.3-0.5重量份、颜料0.5～1重量份、分散剂1～2重量份、填料10～20重量份、去离子水5～26重量份。
2.根据权利要求1所述一种水性金属防腐涂料的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述钡盐溶液为氯化钡溶液、硝酸钡溶液中的一种。
3.根据权利要求1所述一种水性金属防腐涂料的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述硫酸盐溶液为硫酸钠溶液。
4.根据权利要求1所述一种水性金属防腐涂料的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述丙烯酸酯乳液的固含量为30～40％。
5.根据权利要求1所述一种水性金属防腐涂料的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述聚氨酯乳液的固含量为40～60％。
6.根据权利要求1所述一种水性金属防腐涂料的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷、氟硅氧烷、乙二醇硅氧烷中的至少一种。
7.根据权利要求1所述一种水性金属防腐涂料的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述颜料为柠檬黄、酞青绿、钛白粉、钛锰棕、钴蓝、钛镍黄中的一种。
8.根据权利要求1所述一种水性金属防腐涂料的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述分散剂为六偏磷酸钠、焦磷酸钠、聚丙烯酸钠中的至少一种。
9.根据权利要求1所述一种水性金属防腐涂料的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述填料为纳米二氧化硅、重质碳酸钙、滑石粉、云母粉中的至少一种。
10.权利要求1～9任一项所述制备方法制备得到的水性金属防腐涂料。
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