CN110616021A - 一种水性底面合一漆及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水性底面合一漆，由按重量份的以下组分制成：水性环氧改性丙烯酸树脂40‑50份，醇醚类助溶剂15‑20份，胺中和剂0.1‑1份，硅酸钠3‑7份，基材湿润剂0.1‑1份，分散剂0.3‑1份，水性消泡剂1‑3份，无定形二氧化硅粉末5‑18份，颜填料15‑30份，凹凸棒土3‑7份，催干剂0.1‑1份和紫外线吸收剂0.1‑1份；所述无定形二氧化硅粉末为醇胺修饰无定形二氧化硅粉末。该水性底面合一漆以环氧改性的丙烯酸树脂为基础树脂，漆膜内防锈填料的分布均一，可应用于输水金属管道或长期处于潮湿环境的金属的防护处理。

Description

一种水性底面合一漆及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种防锈涂料技术领域，具体涉及一种水性底面合一漆及其制备方法与应用。
背景技术
金属材料是人类物质文明的基础，金属腐蚀给人类社会造成了巨大损失，据统计全球每年因生锈所造成损失的钢铁量占到了年产量的四分之一。因此如何减小金属，尤其是钢铁制品的锈蚀，成为了一个重要课题。目前有许多防止钢铁制品快速锈蚀的方法，其中最有效常用的方法是在钢铁制品表面涂敷防锈蚀涂层，防止金属表面与空气中的水分和氧气直接接触；其中的防锈颜料起到物理，化学的防锈蚀功能。
传统的红丹、铅粉和铬酸盐等含重金属的防锈颜料，对环境和人类造成极大危害，随着时代的发展，此类颜料被新型无毒防锈颜料所取代是不可避免的。事实上，环保立法的完善，很多国家已经开始严禁使用此类防锈颜料。目前较常使用的无毒防锈颜料根据防锈机制主要分为两种：1、物理防锈颜料，主要有氧化铁红、云母粉、玻璃鳞片、不锈钢鳞片等；2、化学防锈颜料，主要有磷酸盐防锈颜料、硼酸盐防锈颜料等，此类防锈颜料可以与亚铁和铁离子形成致密的金属盐膜覆盖于钢铁制品表面，阻止制品的进一步腐蚀。
所有钢铁制品，包括镀锌表面处理后的钢铁制品在自然条件下的腐蚀源于两个电极反应。1、阳极：受到攻击离子，如氯，氢离子的影响，铁原子失去两个或三个电子变成亚铁或铁离子；2、阴极：氧气和水穿透漆膜，在制品表面与电子结合，生成氢氧根离子。离子在漆膜中移动，最终生产了铁的氢氧化物和氧化物，导致制品生锈。
硅是地壳中含量第二的元素，其无定形氧化物可以具有很高的比表面积，具有很好的吸附性能。无定形二氧化硅分散在漆膜中可以吸附攻击离子，延缓阳极亚铁或铁离子的生成；另一方面，二氧化硅在碱性条件下会解离，释放出硅酸根离子。当阴极反应发生，区域碱性升高后，会消耗氢氧根离子释放出硅酸根离子。硅酸根离子与亚铁或铁离子生成不溶性硅酸盐类，覆盖阴极与阳极表面，形成钝化保护膜，从而阻隔阴阳两极电极反应的发生。
而无定形二氧化硅因其比重相对较小难以与基础树脂形成均匀的悬浮体系、表面的非极性环境使其与基础树脂的润湿性较差，应用于水性丙烯酸树脂、环氧树脂或环氧丙烯酸改性树脂中，较难形成均匀的分散体系，从而使防锈功能大幅度下降。对于输水管道，金属的涂层因长期处于高温环境，防锈涂层的表面不均匀或破损将易造成金属管道生锈腐蚀。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种无机填料与漆基体分散良好、具有较佳的防锈性能的水性底面合一漆。该水性底面合一漆通过与水性体系具有较佳亲和性的醇胺修饰无定形二氧化硅粉末作为防锈填料，以形成分散均匀的防锈保护层，提高了水性底面合一漆与金属基底的附着强度、成膜的机械强度。
本发明的目的之二在于提供该水性底面合一漆的制备方法。
本发明的目的之三在于提供该水性底面合一漆的的应用。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种水性底面合一漆，由按重量份的以下组分制成：水性环氧改性丙烯酸树脂40-50份，醇醚类助溶剂15-20份，胺中和剂0.1-1份，硅酸钠3-7份，基材湿润剂0.1-1份，分散剂0.3-1份，水性消泡剂1-3份，无定形二氧化硅粉末5-18份，颜填料15-30份，凹凸棒土3-7份，催干剂0.1-1份和紫外线吸收剂0.1-1份；
所述无定形二氧化硅粉末为醇胺修饰无定形二氧化硅粉末，其粒径为2-4μm。
进一步地，所述无定形二氧化硅粉末通过以下步骤制得：
配料：配制二氧化硅含量为5-25wt％的水玻璃溶液，配制浓度为10-50wt％的硫酸溶液；
合成：向反应釜中加入硫酸溶液，再加入水玻璃溶液调整体系pH值为1-4；加入水玻璃溶液的时间为30-120分钟；搅拌均匀后静置30-120分钟，反应温度为30-60℃；静置完毕后调节混合溶液的pH值至6-8，同时升温到70-100℃，保持10-120分钟；
酸化：调节体系pH值至2-4，保持10-30分钟；
干燥：将反应产物进行过滤洗涤，在喷雾干燥前可以任选加入醇胺，喷雾干燥，粉碎，得到无定形二氧化硅粉末。
进一步地，所述醇胺为乙醇胺和/或6-氨基-1-己醇。以上两种醇胺与胺中和剂、醇醚类助溶剂体系均具有较佳的分子间作用力，可在胺中和剂的作用下均匀地分散于水性环氧改性丙烯酸树脂中。
进一步地，所述水性环氧改性丙烯酸树脂由以下组分及其重量份数组成：甲基丙烯酸甲酯20份，丙烯腈12份，丙烯酸8份，苯乙烯12份，正丁醇25份，过氧化苯甲酰2份，环氧树脂10份，中和剂3份，聚磷酸铵2份和去离子水10份。水性环氧改性丙烯酸树脂与醇胺修饰的无定形二氧化硅具有较佳的亲和性。
进一步地，所述颜填料为重晶石粉和/或ZnO。
进一步地，所述醇醚类助溶剂为环己二醇单甲醚、乙二醇单丁醚、十二碳醇酯和丙二醇丁醚中的一种或两种以上。该醇醚类助溶剂一方面可以提高无定形二氧化硅粉末和颜填料在基础树脂中的分散性能。
进一步地，所述胺中和剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。胺中和剂一方面调节在水性环氧改性丙烯酸树脂在成膜和固化过程中的残基对漆膜的影响，一方面可提高醇胺修饰无定形二氧化硅粉末在水性环氧改性丙烯酸树脂内的分散性。
进一步地，由按重量份的以下组分制成：水性环氧改性丙烯酸树脂45份，醇醚类助溶剂18份，胺中和剂0.5份，硅酸钠5份，基材湿润剂0.6份，分散剂0.8份，水性消泡剂1.5份，无定形二氧化硅粉末12份，颜填料25份，凹凸棒土5份，催干剂0.3份和紫外线吸收剂0.5份；
所述醇醚类助溶剂为环己二醇单甲醚；所述颜填料为重晶石粉与ZnO按1：1的重量比组成；所述催干剂由异辛酸钴、环烷酸锆和柠檬酸钠按重量比1∶3∶2组成；
所述无定形二氧化硅粉末为6-氨基-1-己醇修饰无定形二氧化硅粉末。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
如上述的水性底面合一漆的制备方法：
S1：将水性环氧改性丙烯酸树脂和醇醚类助溶剂混合均匀，分散均匀得到第一物料；
S2：向第一物料中加入胺中和剂、硅酸钠、基材润湿剂、分散剂、水性消泡剂、颜填料、无定形二氧化硅粉末、凹凸棒土、催干剂和紫外线吸收剂，以500-700r/min的速度搅拌5-10min后，研磨至细度≤30μm，过滤，即得。
本发明的目的之三采用如下技术方案实现：
一种上述的水性底面合一漆在输水金属管道涂层上的应用。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明提供的水性底面合一漆中的防锈成分是经醇胺修饰的二氧化硅无定形粉末，其与基础树脂、助溶剂体系具有较佳的亲和性，能有效地分散于漆膜内，形成稳定、均一的防锈保护层；本申请提供的水性底面合一漆通过固化后，与金属基体具体较佳的附着力，能在基体上形成致密、机械性能佳的漆膜，应用于金属管道涂层，具有较佳的耐受性。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
以下是本发明具体的实施例，在下述实施例中所采用的原材料、设备等除特殊限定外均可以通过购买方式获得。
本发明提供一种水性底面合一漆，由按重量份的以下组分制成：水性环氧改性丙烯酸树脂40-50份，醇醚类助溶剂15-20份，胺中和剂0.1-1份，硅酸钠3-7份，基材湿润剂0.1-1份，分散剂0.3-1份，水性消泡剂1-3份，无定形二氧化硅粉末5-18份，颜填料15-30份，凹凸棒土3-7份，催干剂0.1-1份和紫外线吸收剂0.1-1份；
所述无定形二氧化硅粉末为醇胺修饰无定形二氧化硅粉末，其粒径为2-4μm。
该水性底面合一漆中，以醇胺修饰的无定形二氧化硅粉末作为防锈填料，其表面带有极性亲水的羟基和氨基，能有效地与水性环氧改性丙烯酸树脂形成稳定、均一的分散体系，从而在底面合一漆的漆膜内形成均匀、有效的防锈网络。
以下具体实施方式中，水性环氧改性丙烯酸树脂为丙烯酸、苯乙烯改性、环氧树脂改性丙烯酸树脂，示例性地，其是由按重量份计的以下组分制成：甲基丙烯酸甲酯20份，丙烯腈12份，丙烯酸8份，苯乙烯12份，正丁醇25份，过氧化苯甲酰2份，环氧树脂10份，中和剂3份，聚磷酸铵2份和去离子水10份。示例性地，其制备方法包括以下步骤：
S1：在装有搅拌器、冷凝管、温度计和滴液漏斗的四口烧瓶中加入环氧树脂和正丁醇，加热至90-110℃，搅拌均匀至环氧树脂完全溶解，得环氧树脂预聚物；
S2：将甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、丙烯酸、苯乙烯和过氧化苯甲酰混合均匀，得混合液体，备用；
S3：取步骤S2所得混合液体的1/3加入到步骤S1所得环氧树脂预聚物中，升温至回流温度，30-60min后，连续滴加步骤S2中剩余的混合液体，2-3h滴加完毕，得环氧丙烯酸树脂预聚物；
S4：将步骤S3所得环氧丙烯酸树脂预聚物110℃保温反应3h，使其完全聚合，并冷却至40℃，加入聚磷酸铵和去离子水搅拌均匀后，加入三乙胺中和剂调节pH为7-8，即得。
以下具体实施方式中，胺中和剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇，可选自美国陶氏型号为AMP-95的2-氨基-2-甲基-1-丙醇；分散剂可选自毕克公司的180分散剂，基材润湿剂、水性消泡剂、凹凸棒土和紫外线吸收剂均可选自国产市售的产品。催干剂由异辛酸钴、环烷酸锆和柠檬酸钠按重量比1：(2-3)：(2-3)组成，催干剂能有效提高成膜的效率。
实施例1：
一种醇胺修饰无定形二氧化硅粉末，其制备方法包括以下步骤：
向反应釜中加入30wt％的硫酸溶液5000克，再加入20wt％水玻璃溶液调整体系pH值为1.5；加入水玻璃溶液的时间为30分钟；搅拌均匀后静置90分钟，反应温度为50℃；静置完毕后用10％氢氧化钠溶液调节混合溶液的pH值至8，同时升温到90℃，保持30分钟；用10％的硫酸溶液调节体系pH值至3.5，保持20分钟；将反应产物进行过滤洗涤至电导率＜50μS/cm，在喷雾干燥前加入二氧化硅重量比为3％的6-氨基-1-己醇，喷雾干燥出口温度为110℃，粉碎至3μm。
实施例2：
一种醇胺修饰无定形二氧化硅粉末，其制备方法包括以下步骤：
向反应釜中加入50wt％的硫酸溶液5000克，再加入5wt％水玻璃溶液调整体系pH值为4；加入水玻璃溶液的时间为90分钟；搅拌均匀后静置120分钟，反应温度为60℃；静置完毕后用10％氢氧化钠溶液调节混合溶液的pH值至7，同时升温到70℃，保持10分钟；用10％的硫酸溶液调节体系pH值至4，保持20分钟；将反应产物进行过滤洗涤至电导率＜50μS/cm，在喷雾干燥前加入二氧化硅重量比为5％的乙醇胺，喷雾干燥出口温度为110℃，粉碎至4μm。
对比例1：
一种无定形二氧化硅粉末，其制备方法包括以下步骤：
向反应釜中加入10wt％的硫酸溶液5000克，再加入25wt％水玻璃溶液调整体系pH值为1.5；加入水玻璃溶液的时间为120分钟；搅拌均匀后静置30分钟，反应温度为30℃；静置完毕后用10％氢氧化钠溶液调节混合溶液的pH值至6，同时升温到100℃，保持120分钟；用10％的硫酸溶液调节体系pH值至2，保持20分钟；将反应产物进行过滤洗涤至电导率＜50μS/cm，喷雾干燥出口温度为150℃，粉碎至2μm。
实施例3：
一种水性底面合一漆，由按重量份的以下组分制成：水性环氧改性丙烯酸树脂45份，醇醚类助溶剂18份，胺中和剂0.5份，硅酸钠5份，基材湿润剂0.6份，分散剂0.8份，水性消泡剂1.5份，实施例1得到的醇胺修饰无定形二氧化硅粉末12份，颜填料25份，凹凸棒土5份，催干剂0.3份和紫外线吸收剂0.5份；
所述醇醚类助溶剂为环己二醇单甲醚；所述胺中和剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇；所述颜填料为重晶石粉与ZnO按1∶1的重量比组成；所述催干剂由异辛酸钴、环烷酸锆和柠檬酸钠按重量比1∶3∶2组成。
实施例4：
一种水性底面合一漆，由按重量份的以下组分制成：水性环氧改性丙烯酸树脂40份，醇醚类助溶剂15份，胺中和剂0.5份，硅酸钠3份，基材湿润剂0.6份，分散剂0.6份，水性消泡剂1份，实施例2得到的醇胺修饰无定形二氧化硅粉末5份，颜填料15份，凹凸棒土3份，催干剂0.2份和紫外线吸收剂0.2份；
所述醇醚类助溶剂为环己二醇单甲醚和乙二醇单丁醚按1∶1的重量比组成；所述胺中和剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇；所述颜填料为重晶石粉与ZnO按2∶1的重量比组成；所述催干剂由异辛酸钴、环烷酸锆和柠檬酸钠按重量比1∶2∶3组成。
实施例5
一种水性底面合一漆，由按重量份的以下组分制成：水性环氧改性丙烯酸树脂50份，醇醚类助溶剂20份，胺中和剂0.5份，硅酸钠7份，基材湿润剂0.7份，分散剂0.7份，水性消泡剂3份，实施例1得到的醇胺修饰无定形二氧化硅粉末18份，颜填料30份，凹凸棒土7份，催干剂1份和紫外线吸收剂1份；
所述醇醚类助溶剂为环己二醇单甲醚和十二碳醇酯按1∶1的重量比组成；所述胺中和剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇；所述颜填料为重晶石粉与ZnO按1∶2的重量比组成；所述催干剂由异辛酸钴、环烷酸锆和柠檬酸钠按重量比1∶2∶2组成。
制备实施例3-5的方法为：
S1：将水性环氧改性丙烯酸树脂和醇醚类助溶剂混合均匀，分散均匀得到第一物料；
S2：向第一物料中加入胺中和剂、硅酸钠、基材润湿剂、分散剂、水性消泡剂、颜填料、无定形二氧化硅粉末、凹凸棒土、催干剂和紫外线吸收剂，以500-700r/min的速度搅拌5-10min后，研磨至细度≤30μm，过滤，即得。
对比例2：
一种水性底面合一漆，由按重量份的以下组分制成：水性环氧改性丙烯酸树脂45份，醇醚类助溶剂18份，胺中和剂0.5份，硅酸钠5份，基材湿润剂0.6份，分散剂0.8份，水性消泡剂1.5份，对比例1得到的无定形二氧化硅粉末12份，颜填料25份，凹凸棒土5份，催干剂0.3份和紫外线吸收剂0.5份；
所述醇醚类助溶剂为环己二醇单甲醚；所述胺中和剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇；所述颜填料为重晶石粉与ZnO按1：1的重量比组成；所述催干剂由异辛酸钴、环烷酸锆和柠檬酸钠按重量比1∶3∶2组成。
制备对比例2的方法包括以下步骤：
S1：将水性环氧改性丙烯酸树脂和醇醚类助溶剂混合均匀，分散均匀得到第一物料；
S2：向第一物料中加入胺中和剂、硅酸钠、基材润湿剂、分散剂、水性消泡剂、颜填料、无定形二氧化硅粉末、凹凸棒土、催干剂和紫外线吸收剂，以500-700r/min的速度搅拌5-10min后，研磨至细度≤30μm，过滤，即得。
对比例3：
一种水性底面合一漆，由按重量份的以下组分制成：水性环氧改性丙烯酸树脂45份，醇醚类助溶剂18份，胺中和剂0.5份，硅酸钠5份，基材湿润剂0.6份，分散剂0.8份，水性消泡剂1.5份，改性磷钼酸钙12份，颜填料25份，凹凸棒土5份，催干剂0.3份和紫外线吸收剂0.5份；
所述醇醚类助溶剂为环己二醇单甲醚；所述胺中和剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇；所述颜填料为重晶石粉与ZnO按1：1的重量比组成；所述催干剂由异辛酸钴、环烷酸锆和柠檬酸钠按重量比1∶3∶2组成。
制备对比例3的方法包括以下步骤：
S1：将水性环氧改性丙烯酸树脂和醇醚类助溶剂混合均匀，分散均匀得到第一物料；
S2：向第一物料中加入胺中和剂、硅酸钠、基材润湿剂、分散剂、水性消泡剂、颜填料、改性磷钼酸钙、凹凸棒土、催干剂和紫外线吸收剂，以500-700r/min的速度搅拌5-10min后，研磨至细度≤30μm，过滤，即得。
性能检测
按GB1727-92方法将制备好的水性底面合一漆喷涂于符合GB9271-88标准的普通冷轧厚钢板上，具体尺寸为70×150 mm，120±2℃烘烤1小时后，使用400目的水砂纸湿磨，50±2℃烘烤干燥30分钟后，喷涂第二道漆，最后以120±2℃烘烤1小时，控制总膜厚为60±2μm(使用GB1764非破坏性方法进行测试)，使用石蜡∶松香＝1∶1的混合物进行封边。待漆膜干燥168小时后进行试验。
表1 漆膜性能试验
由上表可知，相对于对比例2未用醇胺修饰的无定形二氧化硅，实施例3-5的水性防锈漆的漆膜硬度和耐盐水性明显改善，明显优于对比例3使用的磷钼酸钙防锈颜料。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种水性底面合一漆，其特征在于，由按重量份的以下组分制成：水性环氧改性丙烯酸树脂40-50份，醇醚类助溶剂15-20份，胺中和剂0.1-1份，硅酸钠3-7份，基材湿润剂0.1-1份，分散剂0.3-1份，水性消泡剂1-3份，无定形二氧化硅粉末5-18份，颜填料15-30份，凹凸棒土3-7份，催干剂0.1-1份和紫外线吸收剂0.1-1份；
所述无定形二氧化硅粉末为醇胺修饰无定形二氧化硅粉末，其粒径为2-4μm。
2.如权利要求1所述的水性底面合一漆，其特征在于，所述无定形二氧化硅粉末通过以下步骤制得：
配料：配制二氧化硅含量为5-25wt％的水玻璃溶液，配制浓度为10-50wt％的硫酸溶液；
合成：向反应釜中加入硫酸溶液，再加入水玻璃溶液调整体系pH值为1-4；加入水玻璃溶液的时间为30-120分钟；搅拌均匀后静置30-120分钟，反应温度为30-60℃；静置完毕后调节混合溶液的pH值至6-8，同时升温到70-100℃，保持10-120分钟；
酸化：调节体系pH值至2-4，保持10-30分钟；
干燥：将反应产物进行过滤洗涤，在喷雾干燥前可以任选加入醇胺，喷雾干燥，粉碎，得到无定形二氧化硅粉末。
3.如权利要求1所述的水性底面合一漆，其特征在于，所述醇胺为乙醇胺和/或6-氨基-1-己醇。
4.如权利要求1所述的水性底面合一漆，其特征在于，所述水性环氧改性丙烯酸树脂由以下组分及其重量份数组成：甲基丙烯酸甲酯20份，丙烯腈12份，丙烯酸8份，苯乙烯12份，正丁醇25份，过氧化苯甲酰2份，环氧树脂10份，中和剂3份，聚磷酸铵2份和去离子水10份。
5.如权利要求1所述的水性底面合一漆，其特征在于，所述颜填料为重晶石粉和/或ZnO。
6.如权利要求1所述的水性底面合一漆，其特征在于，所述醇醚类助溶剂为环己二醇单甲醚、乙二醇单丁醚、十二碳醇酯和丙二醇丁醚中的一种或两种以上。
7.如权利要求1所述的水性底面合一漆，其特征在于，所述胺中和剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
8.如权利要求1所述的水性底面合一漆，其特征在于，由按重量份的以下组分制成：水性环氧改性丙烯酸树脂45份，醇醚类助溶剂18份，胺中和剂0.5份，硅酸钠5份，基材湿润剂0.6份，分散剂0.8份，水性消泡剂1.5份，无定形二氧化硅粉末12份，颜填料25份，凹凸棒土5份，催干剂0.3份和紫外线吸收剂0.5份；
所述醇醚类助溶剂为环己二醇单甲醚；所述颜填料为重晶石粉与ZnO按1：1的重量比组成；所述催干剂由异辛酸钴、环烷酸锆和柠檬酸钠按重量比1:3:2组成；
所述无定形二氧化硅粉末为6-氨基-1-己醇修饰无定形二氧化硅粉末。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的水性底面合一漆的制备方法，其特征在于，包括：
S1：将水性环氧改性丙烯酸树脂和醇醚类助溶剂混合均匀，分散均匀得到第一物料；
S2：向第一物料中加入胺中和剂、硅酸钠、基材润湿剂、分散剂、水性消泡剂、颜填料、无定形二氧化硅粉末、凹凸棒土、催干剂和紫外线吸收剂，以500-700r/min的速度搅拌5-10min后，研磨至细度≤30μm，过滤，即得。
10.一种如权利要求1-8任一项所述的水性底面合一漆在输水金属管道涂层上的应用。
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