CN110616026A - 一种水性涂料组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

一种水性涂料组合物及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水性涂料组合物及其制备方法。该水性涂料组合物按质量比包括：水性树脂35‑50％、缓蚀剂6‑9％、缓蚀剂载体5‑10％、助剂1‑5％、水26‑45％；所述缓蚀剂为两端连接了无机凝胶的有机缓蚀剂分子形成。其制备方法包括以下步骤：按照摩尔比为1:1将有机缓蚀剂与硅氧烷或钛酸酯混合，水热反应后进一步水解至凝胶状，获得耐温缓蚀剂，之后使用乙醇将其负载在无机载体上，然后与其他的原料搅拌混合并研磨，得到所述水性涂料组合物。该水性涂料组合物环保、低成本，用于铁基金属表面具有优异的耐温腐蚀性能。

Description

一种水性涂料组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于涂料领域，具体说是涉及一种水性涂料组合物及其制备方法和应用。
背景技术
缓蚀剂是提高水性涂料耐腐蚀性的重要的技术手段。它一般为有机化合物，为有机小分子，由于在自身的特点在涂层中扩散，在高温时会加速从涂层中逸出，致使丧失了缓蚀性能，从而降低涂料的耐腐蚀性能。
因此，如果缓蚀剂与成膜树脂或填料一样可以永久保留在涂层中，不因温度、时间而迁移，则可提高水性涂料的耐腐蚀性能，延长其使用寿命。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种水性涂料组合物。具体技术方案如下：
一种水性涂料组合物，按质量百分比包括：水性树脂35-50％、缓蚀剂6-9％、缓蚀剂载体5-10％、助剂1-5％、水26-45％；所述缓蚀剂为(RO)3Si-X-Si(OR)3、(RO)3Ti-Y-Ti(OR)3中的一种或任意质量比的两种混合物，其中X和Y为含有氮元素和氧元素的有机缓蚀剂分子，R 为1-3原子的烷基。
优选地，所述有机缓蚀剂分子的结构式如下：
优选地，所述缓蚀剂载体为粘土、高岭土、蒙脱土、沸石、蛭石、叶蜡石、绢云母、分子筛中的任一种或任意质量比的两种以上混合物。
优选地，所述水性树脂为水性环氧树脂或水性酚醛树脂。
优选地，所述助剂包含成膜助剂、消泡剂、润湿剂、分散剂、增稠剂；其中成膜助剂是乙二醇丁醚、乙醇、丁醇按照质量比1:9:4的混合物，占助剂总质量的20％；消泡剂和润湿剂为乙炔二醇，占助剂总质量的50％；分散剂为磷酸酯，占助剂总质量的20％；增稠剂为乙氧基化醇，占助剂总质量的10％。
本发明的目的之二是提供所述水性涂料组合物的制备方法。具体技术方案如下：
一种所述水性涂料组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照摩尔比为1:1，将所述有机缓蚀剂与硅氧烷或钛酸酯混合，边搅拌边在40～50℃水浴加热1～4小时；将所得产物浸没于去离子水中，静置12～36小时，水解形成凝胶，即可获得所述缓蚀剂(一种有机-无机缓蚀剂)；
(2)按照缓蚀剂与乙醇的质量比为1:10，将上一步所得缓蚀剂加入乙醇，搅拌均匀后加入粒度≤15μm的缓蚀剂载体，所述缓蚀剂载体加入量以被乙醇浸没为准，浸泡18-36小时后取出，晾干，去掉乙醇，得到负载了缓蚀剂的缓蚀剂载体；
(3)将上一步所得负载了缓蚀剂的缓蚀剂载体、助剂、水性树脂和水，按照质量比混合，搅拌均匀后，研磨至粒度为0.5-10μm，即可得到所述水性涂料组合物。
本发明的目的之三是提供所述水性涂料组合物的应用。具体技术方案如下：
上述水性涂料组合物应用于铁基金属表面。
优选地，所述水性涂料组合物应用于钢材表面。
缓蚀剂及其制备路线：
所述缓蚀剂1是指通过在硅氧烷上连接缓蚀剂分子，然后，再通过凝胶过程形成杂化为无机-有机的缓蚀剂的材料，所述的缓蚀剂母体结构是含有氮元素、氧元素，其分子结构母体结构分为如下两个部分：
其中，方框表示含有有机缓蚀剂的分子，R为1-3原子的烷基。
所述的缓蚀剂2是指通过钛元素连接的有机物的母体分子，凝胶而成的无机-有机材料，其母体分子结构特征是
其中，方框表示为有机缓蚀剂，R为1-3碳源的烷基。
缓蚀剂的制备
以含有氮苯环结构和杂环的有机缓蚀剂为例，介绍缓蚀剂的制备方法如下：
首先选择含有有机缓蚀剂的母体功能材料，其次，针对缓蚀剂母体材料的特点，选择含有可以母体材料反应的硅氧烷或钛酸酯，然后，加入醇类物质(一元醇、二元醇或醇醚类物质)作为溶剂，加热、搅拌，发生反应(反应式如下式所示)。
进一步水解凝胶(浸没于水中静置12～36小时)，可制备出所述耐温有机-无机杂化的缓蚀剂，其结构式如下所示：
缓蚀剂的制备方法如下(以含有氮苯环结构和杂环的有机缓蚀剂为例)：
(1)按照摩尔比为1:1，将上述含有氮苯环结构和杂环的有机缓蚀剂，和硅氧烷或钛酸酯，加入到烧杯中；
(2)以300r/min的速度搅拌，水浴加热，温度控制在45℃，2小时后，达到反应终点；
(3)将所得产物溶于去离子水中(使其刚好被水浸没)，静置24小时，水解形成凝胶，可制备出所述缓蚀剂(使用硅氧烷或钛酸酯将最终分别得到上述结构式的(1)和(2)所示缓蚀剂)。
有益效果：
本发明涂料组合物为用于金属表面上(特别是钢铁材料表面)，可以用于高温环境，或期待长效的涂层体系。本发明涂料组合物提供涂料组合物中的所需性能，同时还具有低成本、不含重金属、不含亚硝酸盐、不含有毒和对环境有害的材料。本发明的涂料组合物经过钢材耐盐雾腐蚀试验，耐盐雾腐蚀时间超过500小时，最高可达590小时。
具体实施方式
通过以下实施例进一步阐述本发明。尽管提供实施例以阐述本发明，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法，步骤或条件所做的修改和替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
有机缓蚀化合物
实施例中使用的有机缓蚀化合物(提供有机缓蚀剂分子)为含有氮苯环结构和杂环的有机缓蚀剂，结构式如下所示：
助剂
实施例中使用的助剂为成膜助剂、消泡剂、润湿剂、分散剂、增稠剂，以添加剂包的形式添加。添加剂包的成分为：成膜助剂是乙二醇丁醚、乙醇、丁醇按照质量比1:9:4的混合物，占添加剂包总质量的20％；消泡剂和润湿剂为乙炔二醇，占添加剂包总质量的50％；分散剂为磷酸酯，占添加剂包总质量的20％；增稠剂为乙氧基化醇，占添加剂包总质量的10％。
实施例1
(1)按照摩尔比为1:1，将所述有机缓蚀化合物分别与硅氧烷和钛酸酯加入烧杯中混合，以300r/min的速度边搅拌边在45℃水浴加热2小时；将所得产物溶于60ml去离子水中，静置24h，水解形成凝胶，获得所述缓蚀剂1(使用硅氧烷所得)和缓蚀剂2(使用钛酸酯所得)；
(2)按照缓蚀剂与乙醇的质量比为1:10，分别将上一步所得缓蚀剂1和缓蚀剂2加入乙醇，搅拌均匀后，按照表1配方加入粒度≤15μm的缓蚀剂载体粘土，所述缓蚀剂载体加入量以被乙醇浸没为准，浸泡24小时后取出，晾干，去掉乙醇，分别得到负载了缓蚀剂1和缓蚀剂2的粘土；
(3)按照表1的配方，将上一步所得负载了缓蚀剂1的粘土和负载了缓蚀剂2的粘土、助剂(添加剂包)、水性环氧树脂和水，按照质量比混合，加入到搅拌釜中进行搅拌，搅拌的速度为450r/min，搅拌均匀后，转入到砂磨机中进行研磨，研磨4小时后，颗粒达到0.5-10μm，得到水性涂料组合物。
表1实施例1配方(单位：克)
实施例1-1 实施例1-2 实施例1-3 实施例1-4 实施例1-5 实施例1-6
粘土 10 10 5 5 10 10
缓蚀剂1 5 5 5 5 5 5
缓蚀剂2 1 2 3 1 4 2
添加剂包 1 5 5 5 5 5
水性树脂 50 35 50 50 50 50
水 33 43 32 34 26 28
实施例2
(1)按照摩尔比为1:1，将所述有机缓蚀化合物分别与硅氧烷和钛酸酯加入烧杯中混合，以300r/min的速度边搅拌边在45℃水浴加热2小时；将所得产物溶于60ml去离子水中，静置24h，水解形成凝胶，获得所述缓蚀剂1(使用硅氧烷所得)和缓蚀剂2(使用钛酸酯所得)；
(2)按照缓蚀剂与乙醇的质量比为1:10，分别将上一步所得缓蚀剂1和缓蚀剂2加入乙醇，搅拌均匀后，按照表2配方加入粒度≤15μm的缓蚀剂载体蒙脱土，所述缓蚀剂载体加入量以被乙醇浸没为准，浸泡24小时后取出，晾干，去掉乙醇，分别得到负载了缓蚀剂1和缓蚀剂2的蒙脱土；
(3)按照表2的配方，将上一步所得负载了缓蚀剂1的蒙脱土和负载了缓蚀剂2的蒙脱土、助剂(添加剂包)、水性环氧树脂和水，按照质量比混合，加入到搅拌釜中进行搅拌，搅拌的速度为450r/min，搅拌均匀后，转入到砂磨机中进行研磨，研磨4小时后，颗粒达到0.5-10μm，得到水性涂料组合物。
表2实施例2配方(单位：克)
实施例2-1 实施例2-2 实施例2-3 实施例2-4 实施例2-5 实施例2-6
蒙脱土 10 10 5 5 10 10
缓蚀剂1 5 5 5 5 5 5
缓蚀剂2 1 2 3 1 4 2
添加剂包 1 5 5 5 5 5
水性树脂 50 35 50 50 50 50
水 33 43 32 34 26 28
实施例3
(1)按照摩尔比为1:1，将所述有机缓蚀化合物分别与硅氧烷和钛酸酯加入烧杯中混合，以300r/min的速度边搅拌边在45℃水浴加热2小时；将所得产物溶于60ml去离子水中，静置24h，水解形成凝胶，获得所述缓蚀剂1(使用硅氧烷所得)和缓蚀剂2(使用钛酸酯所得)；
(2)按照缓蚀剂与乙醇的质量比为1:10，分别将上一步所得缓蚀剂1和缓蚀剂2加入乙醇，搅拌均匀后，按照表3配方加入粒度≤15μm的缓蚀剂载体沸石，所述缓蚀剂载体加入量以被乙醇浸没为准，浸泡24小时后取出，晾干，去掉乙醇，分别得到负载了缓蚀剂1和缓蚀剂2的沸石；
(3)按照表3的配方，将上一步所得负载了缓蚀剂1的沸石和负载了缓蚀剂2的沸石、助剂(添加剂包)、水性酚醛树脂和水，按照质量比混合，加入到搅拌釜中进行搅拌，搅拌的速度为450r/min，搅拌均匀后，转入到砂磨机中进行研磨，研磨4小时后，颗粒达到0.5-10μm，得到水性涂料组合物。
表3实施例3配方(单位：克)
实施例3-1 实施例3-2 实施例3-3 实施例3-4 实施例3-5 实施例3-6
沸石 10 10 5 5 10 10
缓蚀剂1 5 5 5 5 5 5
缓蚀剂2 1 2 3 1 4 2
添加剂包 1 5 5 5 5 5
水性树脂 50 35 50 50 50 50
水 33 43 32 34 26 28
实施例4
(1)按照摩尔比为1:1，将所述有机缓蚀化合物分别与硅氧烷和钛酸酯加入烧杯中混合，以300r/min的速度边搅拌边在45℃水浴加热2小时；将所得产物溶于60ml去离子水中，静置24h，水解形成凝胶，获得所述缓蚀剂1(使用硅氧烷所得)和缓蚀剂2(使用钛酸酯所得)；
(2)按照缓蚀剂与乙醇的质量比为1:10，分别将上一步所得缓蚀剂1和缓蚀剂2加入乙醇，搅拌均匀后，按照表4配方加入粒度≤15μm的缓蚀剂载体蛭石，所述缓蚀剂载体加入量以被乙醇浸没为准，浸泡24小时后取出，晾干，去掉乙醇，分别得到负载了缓蚀剂1和缓蚀剂2的蛭石；
(3)按照表4的配方，将上一步所得负载了缓蚀剂1的蛭石和负载了缓蚀剂2的蛭石、助剂(添加剂包)、水性酚醛树脂和水，按照质量比混合，加入到搅拌釜中进行搅拌，搅拌的速度为450r/min，搅拌均匀后，转入到砂磨机中进行研磨，研磨4小时后，颗粒达到0.5-10μm，得到水性涂料组合物。
表4实施例4配方(单位：克)
实施例4-1 实施例4-2 实施例4-3 实施例4-4 实施例4-5 实施例4-6
蛭石 10 10 5 5 10 10
缓蚀剂1 5 5 5 5 5 5
缓蚀剂2 1 2 3 1 4 2
添加剂包 1 5 5 5 5 5
水性树脂 50 35 50 50 50 50
水 33 43 32 34 26 28
实施例5测试
测试上述实施例组中的所有实施例制备的涂层的防腐蚀性能。
测试方法：根据改良ASTM B117-09以135℃和5％盐水溶液的试验条件运行的盐雾试验，然后在密闭的高温可视的石英罐中进行试验。金属板材为冷轧钢板，钢板大小为15×5×2 mm，采用无气喷涂，喷涂厚度控制在100μm，干燥后漆膜厚度控制在75-80μm，干燥一周后进行盐雾测试，测试结果见表5。
表5实施例实验结果汇总
盐雾时间(h)
实施例1-1 580
实施例1-2 550
实施例1-3 540
实施例1-4 531
实施例1-5 535
实施例1-6 542
实施例2-1 550
实施例2-2 560
实施例2-3 570
实施例2-4 580
实施例2-5 570
实施例2-6 580
实施例3-1 590
实施例3-2 580
实施例3-3 570
实施例3-4 560
实施例3-5 550
实施例3-6 560
实施例4-1 580
实施例4-2 570
实施例4-3 560
实施例4-4 540
实施例4-5 550
实施例4-6 570
不使用本发明水性涂料组合物的空白实验的涂层耐盐雾时间一般在180h，而结果显示本发明水性涂料组合物所形成的涂层的耐盐雾时间都超过了500小时以上，最高达到了590小时，其结果表明，本发明水性涂料组合物的耐高温的腐蚀性能效果显著。

Claims (7)

1.一种水性涂料组合物，其特征在于，按质量百分比包括：水性树脂35-50％、缓蚀剂6-9％、缓蚀剂载体5-10％、助剂1-5％、水26-45％；所述缓蚀剂为(RO)3Si-X-Si(OR)3、(RO)3Ti-Y-Ti(OR)3中的一种或任意质量比的两种混合物，其中X和Y为含有氮元素和氧元素的有机缓蚀剂分子，R为1-3原子的烷基。
2.根据权利要求1所述的水性涂料组合物，其特征在于，所述有机缓蚀剂分子的结构式如下：
3.根据权利要求1所述的水性涂料组合物，其特征在于，所述缓蚀剂载体为粘土、高岭土、蒙脱土、沸石、蛭石、叶蜡石、绢云母、分子筛中的任一种或任意质量比的两种以上混合物。
4.根据权利要求1所述的水性涂料组合物，其特征在于，所述水性树脂为水性环氧树脂或水性酚醛树脂。
5.根据权利要求1所述的水性涂料组合物，其特征在于，所述助剂包含成膜助剂、消泡剂、润湿剂、分散剂、增稠剂；其中成膜助剂是乙二醇丁醚、乙醇、丁醇按照质量比1:9:4的混合物，占助剂总质量的20％；消泡剂和润湿剂为乙炔二醇，占助剂总质量的50％；分散剂为磷酸酯，占助剂总质量的20％；增稠剂为乙氧基化醇，占助剂总质量的10％。
6.权利要求1-5任一项所述水性涂料组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照摩尔比为1:1，将所述有机缓蚀剂与硅氧烷或钛酸酯混合，边搅拌边在40～50℃水浴加热1～4小时；将所得产物浸没于去离子水中，静置12～36小时，水解形成凝胶，即可获得所述缓蚀剂；
(2)按照缓蚀剂与乙醇的质量比为1:10，将上一步所得缓蚀剂加入乙醇，搅拌均匀后加入粒度≤15μm的缓蚀剂载体，所述缓蚀剂载体加入量以被乙醇浸没为准，浸泡18-36小时后取出，晾干，去掉乙醇，得到负载了缓蚀剂的缓蚀剂载体；
(3)将上一步所得负载了缓蚀剂的缓蚀剂载体、助剂、水性树脂和水，按照质量比混合，搅拌均匀后，研磨至粒度为0.5-10μm，即可得到所述水性涂料组合物。
7.权利要求1-5任一所述水性涂料组合物应用于铁基金属表面。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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