CN110607105A - 一种水性纳米硅丙金属防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水性纳米硅丙金属防腐涂料，按总重量百分比为100％计，该涂料原料配方由以下组分构成：改性二氧化硅纳米粒子和改性丙烯酸乳液按环氧基团和氨基化学计量比复配的混合物45‑60％，成膜助剂4‑6％，分散剂0.8‑1.4％，消泡剂0.1‑1.0％，润湿剂0.1‑0.2％，防霉剂0.05‑0.10％，防闪锈剂1.5‑2％，颜料2‑5％，防锈填料15‑30％，增稠剂2‑5％，耐盐雾剂1‑2.5％，其余为水。涂料不仅具有更优异的防腐性能，并且在硬度、耐溶剂方面有更好的效果，具有较好的附着力和优良的机械物理性能，耐磨性能独特，耐盐雾、耐水和干湿交替性能良好。

Description

一种水性纳米硅丙金属防腐涂料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及金属防腐涂料领域，具体涉及一种水性纳米硅丙金属防腐涂料及其制备方法。
背景技术：
随着环境压力增大和人们环保意识的增强，越来越多行业开始向绿色环保方向发展，我国作为全球最大的涂料生产国，涂料产业正处于从低端、高溶剂型向环保性、经济性、高性能三大方向发展。
传统防腐涂料中溶剂型防腐涂料因具有成本低、效果好、简单易行的优点得到广泛应用。该类涂料在施工和生产时会产生大量VOC，不仅给相应生产和施工工人带来伤害还会污染环境。水性涂料以水作溶剂，VOC含量低甚至没有。开发水性防腐涂料已成为国内外涂料行业的发展趋势。目前有水性防腐涂料有水性无机富锌，水性环氧涂料等在市场上运用较为广泛，这些涂料都是运用在底漆中，对底材处理要求高，施工繁琐。
水性丙烯酸是以聚丙烯酸树脂为成膜物，作为一种高分子材料，水性丙烯酸有着较好的耐碱性、保色性和耐候性等性能。水性丙烯酸涂层涂料的应用范围极为广泛，在船舶、路桥、军工等众多领域里起到了重要的作用。但单一的树脂涂料的机械性能、电化学性能、热稳定型等性能较差，大大局限了水性丙烯酸涂料的使用。
发明内容：
本发明的目的是提供一种水性纳米硅丙金属防腐涂料及其制备方法，得到的涂料不仅具有更优异的防腐性能，并且在硬度、耐溶剂方面有更好的效果，具有较好的附着力和优良的机械物理性能，耐磨性能独特，耐盐雾、耐水和干湿交替性能良好。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种水性纳米硅丙金属防腐涂料，按总重量百分比为100％计，该涂料原料配方由以下组分构成：改性二氧化硅纳米粒子和改性丙烯酸乳液按环氧基团和氨基化学计量比复配的混合物45-60％，成膜助剂4-6％，分散剂0.8-1.4％，消泡剂0.1-1.0％，润湿剂0.1-0.2％，防霉剂0.05-0.10％，防闪锈剂1.5-2％，颜料2-5％，防锈填料15-30％，增稠剂2-5％，耐盐雾剂1-2.5％，其余为水。
所述改性二氧化硅纳米粒子是采用化学式为H2N(CH2)3Si(OCH3)3胺丙基三甲氧基硅烷对表面富含羟基的二氧化硅纳米粒子进行改性，其反应原理如下所示：
具体改性方法为:
将表面富含羟基的二氧化硅纳米粒子放入电热恒温鼓风干燥箱中干燥至恒重；取二氧化硅纳米粒子，无水乙醇和去离子水按体积比1∶0.85配制的混合溶液，超声分散15min后，取胺丙基三甲氧基硅烷，溶于无水乙醇中，一次性加入，在75℃-80℃下恒温搅拌5-6h，将所得乳液进行高速离心分离、超声分散、乙醇洗涤去除多余的胺丙基三甲氧基硅烷及副产物，干燥后得改性二氧化硅纳米粒子。
所述改性丙烯酸乳液采用种子乳液聚合法从乳胶粒壳层引入有机硅烷偶联剂，得到核壳结构硅丙乳胶粒子，具体制备方法如下：
1)将乳化剂及蒸馏水搅拌，之后以1-2s/d的速度滴加核混合单体，继续搅拌1h，结束后，超声15min，得到核预乳液；乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)与十八烷基聚醚丙烯酸酯三甲基氯化铵(OATAC)复配体系；所述核混合单体主要包括：甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)；
2)取1/2核预乳液和1/2核引发剂2,2'偶氮二异丁基二醚盐酸盐AIBA水溶液加入四口烧瓶，搅拌，在N2保护下温度升至60℃～65℃后，体系出现明显蓝光，开始滴加另一半核预乳液和核引发剂，滴加完毕后75℃继续保温反应1h，再向核乳液中分别滴加壳单体和壳层引发剂AIBA水溶液，滴完后80℃保温反应2h，冷却至室温出料；所述壳层单体主要包括：苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(BA)，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)。
所述水性纳米硅丙金属防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)将改性二氧化硅纳米粒子和改性丙烯酸乳液按环氧基团和氨基化学计量比复配得到混合物；
2)在分散罐中加入水、分散剂、消泡剂、润湿剂、成膜助剂，750～1250rpm中速搅拌，提升转速，1250～2000rpm高速分散均匀后，加入颜料和防锈填料研磨浆料至细度≤40μm，降低转速，750～1250rpm中速搅拌下加入步骤1)得到的复配混合物，添加pH调节剂调节pH8.0-9.0，随后依次加入防霉剂、消泡剂、防闪锈剂、耐盐雾剂，按涂料黏度需求加入增稠剂，搅拌均匀，用100目滤网过滤然后包装，得到成品。
本发明的有益效果如下：本发明得到的涂料不仅具有更优异的防腐性能，并且在硬度、耐溶剂方面有更好的效果，具有较好的附着力和优良的机械物理性能，耐磨性能独特，耐盐雾、耐水和干湿交替性能良好。
附图说明：
图1是核壳结构硅丙乳胶粒子结构示意图。
具体实施方式：
以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1：
一种水性纳米硅丙金属防腐涂料，按总重量百分比为100％计，该涂料原料配方由以下组分构成：改性二氧化硅纳米粒子和改性丙烯酸乳液按环氧基团和氨基化学计量比复配的混合物45％，成膜助剂4％，分散剂0.8％,消泡剂0.1％,润湿剂0.1％，防霉剂0.05％，防闪锈剂1.7％，颜料4.5％，防锈填料(Zb-ZP-S)30％，增稠剂4％，耐盐雾剂1.5％，调节PH至8-9，其余为水。
所述改性二氧化硅纳米粒子具体改性方法为:
将表面富含羟基的二氧化硅纳米粒子放入电热恒温鼓风干燥箱中120℃时干燥24h至恒重；取二氧化硅纳米粒子，无水乙醇和去离子水按体积比1∶0.85配制的混合溶液，倒入烧杯中，超声分散15min后倒入三口烧瓶内，取胺丙基三甲氧基硅烷，溶于30mL无水乙醇中，充分搅拌后一次性加入三口烧瓶内，在75℃-80℃下恒温搅拌5-6h，将所得乳液进行高速离心分离、超声分散、乙醇洗涤，重复3次去除多余的胺丙基三甲氧基硅烷及副产物，干燥后得改性二氧化硅纳米粒子。
所述改性丙烯酸乳液采用种子乳液聚合法从乳胶粒壳层引入有机硅烷偶联剂，得到结构如图1所示的核壳结构硅丙乳胶粒子，具体制备方法如下：
1)将乳化剂及蒸馏水加入150ml三口烧瓶中机械搅拌(800-1000rpm)15min之后以1-2s/d的速度滴加核混合单体，继续搅拌1h，结束后，用功率为100w超声机超声15min，得到核预乳液；乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)与十八烷基聚醚丙烯酸酯三甲基氯化铵(OATAC)复配体系；所述核混合单体主要包括：甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)；
2)取1/2核预乳液和1/2核引发剂2,2'偶氮二异丁基二醚盐酸盐AIBA水溶液加入四口烧瓶，机械搅拌200rpm，在N2保护下温度升至60℃～65℃后，体系出现明显蓝光，开始滴加另一半核预乳液和核引发剂，滴加完毕后75℃继续保温反应1h，再向核乳液中分别滴加壳单体和壳层引发剂AIBA水溶液，滴完后80℃保温反应2h，冷却至室温出料；所述壳层单体主要包括：苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(BA)，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)。
所述水性纳米硅丙金属防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将改性二氧化硅纳米粒子和改性丙烯酸乳液按环氧基团和氨基化学计量比复配得到混合物；
(2)在分散罐中加入水、分散剂、消泡剂、润湿剂、成膜助剂，中速(750～1250rpm)搅拌，提升转速，高速(1250～2000rpm)分散均匀后，加入颜料和防锈填料研磨浆料至细度≤40μm，降低转速，中速(750～1250rpm)搅拌下加入步骤(1)得到的复配混合物，添加pH调节剂调节pH在8.0-9.0，随后依次加入防霉剂、消泡剂、防闪锈剂、耐盐雾剂，按涂料黏度需求加入增稠剂，搅拌均匀，用100目滤网过滤包装，得到成品，性能如表1所示。
实施例2
一种水性纳米硅丙金属防腐涂料，参考实施例1，不同之处在于，按总重量百分比为100％计，该涂料原料配方由以下组分构成：改性二氧化硅纳米粒子和改性丙烯酸乳液按环氧基团和氨基化学计量比复配的混合物50％，成膜助剂4.5％，分散剂1％，消泡剂0.2％，润湿剂0.15％，防霉剂0.07％，防闪锈剂1.5％，颜料4％，防锈填料(Zb-ZP-S)30％,增稠剂3％，耐盐雾剂1.5％，调节PH至8-9，其余为水。
本实施例得到的水性纳米硅丙金属防腐涂料性能如表1所示。
实施例3
一种水性纳米硅丙金属防腐涂料，参考实施例1，不同之处在于，按总重量百分比为100％计，该涂料原料配方由以下组分构成：改性二氧化硅纳米粒子和改性丙烯酸乳液按环氧基团和氨基化学计量比复配的混合物55％，成膜助剂5％，分散剂1.2％,消泡剂0.3％,润湿剂0.18％，防霉剂0.08％,防闪锈剂1.5％，颜料4％，防锈填料(Zb-ZP-S)25％,,增稠剂3.5％，耐盐雾剂1.5％，调节PH至8-9，其余为水。
本实施例得到的水性纳米硅丙金属防腐涂料性能如表1所示。
实施例4
一种水性纳米硅丙金属防腐涂料，参考实施例1，不同之处在于，按总重量百分比为100％计，该涂料原料配方由以下组分构成：改性二氧化硅纳米粒子和改性丙烯酸乳液按环氧基团和氨基化学计量比复配的混合物60％，成膜助剂5.5％，分散剂1.4％,消泡剂0.5％,润湿剂0.18％，防霉剂0.08％,防闪锈剂1.5％，颜料4.5％，防锈填料(Zb-ZP-S)15％,增稠剂2％，耐盐雾剂1％，调节PH至8-9，其余为水。
本实施例得到的水性纳米硅丙金属防腐涂料性能如表1所示。
实施例5
一种水性纳米硅丙金属防腐涂料，参考实施例1，不同之处在于，按总重量百分比为100％计，该涂料原料配方由以下组分构成：改性二氧化硅纳米粒子和改性丙烯酸乳液按环氧基团和氨基化学计量比复配的混合物55％，成膜助剂6％，分散剂1.4％,消泡剂1.1％,润湿剂0.2％，防霉剂0.05％,防闪锈剂1.6％，颜料5％，防锈填料(Zb-ZP-S)20％,增稠剂2％，耐盐雾剂2％，调节PH至8-9，其余为水。
本实施例得到的水性纳米硅丙金属防腐涂料性能如表1所示。
表1

Claims (4)

1.一种水性纳米硅丙金属防腐涂料，其特征在于，按总重量百分比为100％计，该涂料原料配方由以下组分构成：改性二氧化硅纳米粒子和改性丙烯酸乳液按环氧基团和氨基化学计量比复配的混合物45-60％，成膜助剂4-6％，分散剂0.8-1.4％，消泡剂0.1-1.0％，润湿剂0.1-0.2％，防霉剂0.05-0.10％，防闪锈剂1.5-2％，颜料2-5％，防锈填料15-30％，增稠剂2-5％，耐盐雾剂1-2.5％，其余为水。
2.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述改性二氧化硅纳米粒子是采用胺丙基三甲氧基硅烷对表面富含羟基的二氧化硅纳米粒子进行改性，具体改性方法为:将表面富含羟基的二氧化硅纳米粒子放入电热恒温鼓风干燥箱中干燥至恒重；取二氧化硅纳米粒子，无水乙醇和去离子水按体积比1∶0.85配制的混合溶液，超声分散，取胺丙基三甲氧基硅烷，溶于无水乙醇中，一次性加入，在75℃-80℃下恒温搅拌5-6h，将所得乳液进行离心分离、超声分散、乙醇洗涤，干燥后得改性二氧化硅纳米粒子。
3.根据权利要求1或2所述的涂料，其特征在于，所述改性丙烯酸乳液采用种子乳液聚合法从乳胶粒壳层引入有机硅烷偶联剂，得到核壳结构硅丙乳胶粒子，具体制备方法如下：将乳化剂及蒸馏水搅拌，之后以1-2s/d的速度滴加核混合单体，继续搅拌，结束后，超声得到核预乳液；乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚与十八烷基聚醚丙烯酸酯三甲基氯化铵复配体系；所述核混合单体主要包括：甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯；取1/2核预乳液和1/2核引发剂AIBA水溶液加入四口烧瓶，搅拌，在N2保护下温度升至60℃～65℃后，体系出现明显蓝光，开始滴加另一半核预乳液和核引发剂，滴加完毕后75℃继续保温反应1h，再向核乳液中分别滴加壳单体和壳层引发剂AIBA水溶液，滴完后80℃保温反应2h，冷却至室温出料；所述壳层单体主要包括：苯乙烯、丙烯酸丁酯，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
4.权利要求1所述水性纳米硅丙金属防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将改性二氧化硅纳米粒子和改性丙烯酸乳液按环氧基团和氨基化学计量比复配得到混合物；
2)在分散罐中加入水、分散剂、消泡剂、润湿剂、成膜助剂，750～1250rpm中速搅拌，提升转速，1250～2000rpm高速分散均匀后，加入颜料和防锈填料研磨浆料至细度≤40μm，降低转速，750～1250rpm中速搅拌下加入步骤1)得到的复配混合物，添加pH调节剂调节pH8.0-9.0，随后依次加入防霉剂、消泡剂、防闪锈剂、耐盐雾剂，按涂料黏度需求加入增稠剂，搅拌均匀，用100目滤网过滤然后包装，得到成品。
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