CN110903688B - 一种耐腐蚀水性涂料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐腐蚀水性涂料及其制备方法。所述耐腐蚀水性涂料按照质量百分比由组分：水性树脂为30～50％，缓蚀剂为5～10％，缓蚀剂载体为5～10％，助剂为1～5％，颜料为5～10％，水为25～45％组成。制备方法是：在反应容器中先后加入氯化聚烯烃、环己酮、过氧化环己酮、马来酸酐和辛酸锌，70‑90℃保温3‑7小时；加入二胺化合物，60‑80℃保温2‑5小时；加入没食子酸，70‑80℃保温3‑7小时，得到缓蚀剂；将所得缓蚀剂与其他原料依次称重后加入反应容器中，搅拌均匀后研磨至颗粒度为0.5‑10μm，得到耐腐蚀水性涂料。本发明制备工艺简单，所得涂料的耐盐雾腐蚀时间平均超过2200小时。
Description
技术领域
本发明涉及涂料领域，具体涉及一种耐腐蚀水性涂料及其制备方法和应用。
背景技术
涂料是一种重要的防止金属腐蚀复合材料，但近年了随着环保要求的提高，溶剂型涂料已经不能满足要求，而水性防腐涂料耐腐蚀性能也存在一定的问题，利用一些含有金属的氧化性材料，如铬酸盐、红丹获得较好的防腐性能，可是这些重金属离子污染环境更烈，因此是被淘汰的材料之一，而一般的无机盐缓蚀材料，如磷酸盐、硅酸盐，硝酸盐，缓蚀剂性能还是不能满足水性涂料的耐腐蚀要求，传统的有机缓蚀剂在以往开放体系中，尤其是水性的开放体系中，获得较为满意的结果，但是用在涂料领域却遇到极大困难，小分子的迁移性导致缓蚀效果时间较短，同时，其水容性也会导致涂层容易形成渗透膜，极大降低了对金属基材的保护作用。具体说。水性涂料作为防腐涂料使用，最大技术障碍就是耐腐蚀性能大幅降低。一般油性防腐涂料在盐雾实验中，极容易达到2500小时以上，而一般水性涂料只能达到20-300小时，相差一个数量级甚至还多，当前，水性其组合物组成的水性防腐提供的水性耐腐蚀性水平与能力，难以满足现实防腐要求。
金属常温腐蚀是一种电化学过程，基低金属材料的腐蚀速度受电化学过程控制，它包括阳极过程控制、阴极过程控制以及物质传递过程控制，改变任何一个过程，都会改变电极过程，从而改变金属的腐蚀速度。
在涂料中可以采用阳极过程控制，例如在金属涂料中，加入氧化性的无机物，红丹、铬酸盐，在金属表面形成钝化层，从而提高涂层的耐腐蚀性；也采用阴极控制使阴极电流减小而使涂层的寿命延长，如加入一些缓蚀剂。同时，也从电化学保护中得到启发，通过保护电流而提高涂层的寿命，如加入锌粉、外加电流措施。金属缓蚀剂也是一种控制金属腐蚀重要的措施。缓蚀剂是解决金属腐蚀的重要措施之一，缓蚀剂种类很多，例如金属磺酸盐、含有羧酸的重金属盐的颜料组合物、苯甲酸盐、亚硝酸盐和硝酸盐。而这样常规的缓蚀剂极性过大，极容易在涂层内形成半透膜，导致渗水而使涂层耐腐蚀性降低。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种耐腐蚀水性涂料。具体技术方案如下：
一种耐腐蚀水性涂料，按照质量百分比由组分：水性树脂为30～50％，缓蚀剂为5～10％，缓蚀剂载体为5～10％，助剂为1～5％，颜料为5～10％，水为25～45％组成；其中所述缓蚀剂的结构式如下：
其中R为1-6原子的烷基，该缓蚀剂的分子量为10-30万。
优选地，所述水性树脂为乙酸乙酯、丙烯酸酯、苯乙烯、苯乙烯-丁二烯、乙酸乙烯酯-氯乙烯、丙烯晴-丁二烯、异戊二烯、偏二氯乙烯、丙烯晴、氯乙烯-丙烯晴共聚物乳液或甲基丙烯酸酯。
优选地，所述缓蚀剂载体为粘土、蒙脱土、蛭石或沸石。
优选地，所述助剂为成膜助剂、消泡剂、润湿剂、分散剂和增稠剂的混合物，所述成膜助剂占助剂总质量的20％，消泡剂和润湿剂占助剂总质量的50％，分散剂占助剂总质量的20％，增稠剂占助剂总质量的10％。
优选地，所述成膜助剂为乙二醇丁醚、乙醇、丁醇按照质量比1:9:4的混合物，所述消泡剂和润湿剂皆为乙炔二醇，所述分散剂为磷酸酯，所述增稠剂为乙氧基化醇。
优选地，所述颜料为铁红、铁黄、铁黑、铁蓝、铬绿、铬黄或偶氮类化合物。
本发明的目的之二是提供所述耐腐蚀水性涂料的制备方法。具体技术方案如下：
一种所述耐腐蚀水性涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)接枝马来酸酐制备：将15-25质量份的分子量为10-30万且氯含量为20-30％的氯化聚烯烃、120-180质量份的环己酮加入反应容器中，待其溶解后，再加入7-11质量份的过氧化环己酮、7-11质量份的马来酸酐、0.2-0.8质量份的辛酸锌，加热到70-90℃并保温3-7小时；
(2)酰胺化合物制备：在上面的反应容器中加入6-10质量份的二胺化合物，反应温度控制60-80℃，保温2-5小时，所述二胺化合物为乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺或二胺的同分异构体；
(3)在上述的反应容器加入8-12质量份的没食子酸，反应温度控制在70-80℃，保温3-7小时，得到所述缓蚀剂；
(4)将上一步所得缓蚀剂与水性树脂、缓蚀剂载体、助剂、颜料、水按照质量比依次称重，然后加入到搅拌釜中进行搅拌，搅拌的速度为400-500r/min，搅拌均匀后研磨至粒径为0.5-10μm，得到所述耐腐蚀水性涂料。
本发明的目的之三是提供所述耐腐蚀水性涂料的应用。具体技术方案如下：
所述耐腐蚀水性涂料应用于金属材料表面。
优选地，所述的应用的方法如下：将所述耐腐蚀水性涂料喷涂于钢铁材料表面，干膜厚度≥30μm。
本发明的有益效果：
本发明为了解决缓蚀剂时间短的难题，将缓蚀剂链接到高分子材料上，但是一般的高分子材料不能溶于水，不可能作为缓蚀剂的载体使用，因此本发明利用马来酸酐作为水性改善与连接缓蚀剂的桥梁。利用分子连接与剪裁技术，将有机缓蚀剂连接到一些特定载体上，获得长效的缓蚀剂，从而进一步得到耐腐蚀性能强的水性涂料。
本发明获得的耐腐蚀水性涂料用于钢铁材料表面，经过盐雾测试，耐盐雾腐蚀时间达到1390-2460小时，大幅度超过一般水性涂料的300小时左右的耐盐雾时间。
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。
实施例1一种耐腐蚀水性涂料的制备
(1)接枝马来酸酐制备
首先选择分子量为10-30万的氯化聚乙烯，氯含量在20-30％，取20克氯化聚乙烯、150克环己酮加入带有冷凝水的三口烧瓶中，待其溶解后，然后再加入9克过氧化环己酮、9克马来酸酐，0.5克的辛酸锌(其为促进剂)，加热到80℃，保温5小时。
(2)酰胺化合物制备
在上面的反应器中，加入8克乙二胺，反应温度控制70℃，保温3小时。
(3)上述的反应器加入10克没食子酸，反应温度控制75℃，保温5小时，可最终获得目标缓蚀剂。
(4)按照表1的配方比例依次称重(助剂以添加剂包的形式添加)，然后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，进行测试，颗粒达到0.5-10μm，得到所述耐腐蚀水性涂料。
表1实施例1的涂料配方
| 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 |
| 添加剂包 | 1 | 3 | 5 | 5 | 5 | 1 |
| 缓蚀剂 | 5 | 5 | 10 | 5 | 5 | 10 |
| 乙酸乙酯 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 45 |
| 铁蓝 | 10 | 7 | 10 | 5 | 5 | 5 |
| 水 | 44 | 40 | 30 | 35 | 25 | 29 |
实施例2一种耐腐蚀水性涂料的制备
(1)接枝马来酸酐制备
首先选择分子量为10-30万的氯化聚乙烯，氯含量在20-30％，取20克氯化聚乙烯、150克环己酮加入带有冷凝水的三口烧瓶中，待其溶解后，然后再加入9克过氧化环己酮、9克马来酸酐，0.5克的辛酸锌(其为促进剂)，加热到80℃，保温5小时。
(2)酰胺化合物制备
在上面的反应器中，加入8克丙二胺，反应温度控制70℃，保温3小时。
(3)上述的反应器加入10克没食子酸，反应温度控制75℃，保温5小时，可最终获得目标缓蚀剂。
(4)按照表2的配方比例依次称重(助剂以添加剂包的形式添加)，然后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，进行测试，颗粒达到0.5-10μm，得到所述耐腐蚀水性涂料。
表2实施例2的涂料配方
实施例3一种耐腐蚀水性涂料的制备
(1)接枝马来酸酐制备
首先选择分子量为10-30万的氯化聚乙烯，氯含量在20-30％，取20克氯化聚乙烯、150克环己酮加入带有冷凝水的三口烧瓶中，待其溶解后，然后再加入9克过氧化环己酮、9克马来酸酐，0.5克的辛酸锌(其为促进剂)，加热到80℃，保温5小时。
(2)酰胺化合物制备
在上面的反应器中，加入8克丁二胺，反应温度控制70℃，保温3小时。
(3)上述的反应器加入10克没食子酸，反应温度控制75℃，保温5小时，可最终获得目标缓蚀剂。
(4)按照表3的配方比例依次称重(助剂以添加剂包的形式添加)，然后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，进行测试，颗粒达到0.5-10μm，得到所述耐腐蚀水性涂料。
表3实施例3的涂料配方
| 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 |
| 添加剂包 | 1 | 3 | 5 | 5 | 5 | 1 |
| 缓蚀剂 | 5 | 5 | 10 | 5 | 5 | 10 |
| 乙酸乙酯 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 45 |
| 铁蓝 | 10 | 7 | 10 | 5 | 5 | 5 |
| 水 | 44 | 40 | 30 | 35 | 25 | 29 |
实施例4一种耐腐蚀水性涂料的制备
(1)接枝马来酸酐制备
首先选择分子量为10-30万的氯化聚乙烯，氯含量在20-30％，取20克氯化聚乙烯、150克环己酮加入带有冷凝水的三口烧瓶中，待其溶解后，然后再加入9克过氧化环己酮、9克马来酸酐，0.5克的辛酸锌(其为促进剂)，加热到80℃，保温5小时。
(2)酰胺化合物制备
在上面的反应器中，加入8克戊二胺，反应温度控制70℃，保温3小时。
(3)上述的反应器加入10克没食子酸，反应温度控制75℃，保温5小时，可最终获得目标缓蚀剂。
(4)按照表4的配方比例依次称重(助剂以添加剂包的形式添加)，然后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，进行测试，颗粒达到0.5-10μm，得到所述耐腐蚀水性涂料。
表4实施例4的涂料配方
| 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 |
| 添加剂包 | 1 | 3 | 5 | 5 | 5 | 1 |
| 缓蚀剂 | 5 | 5 | 10 | 5 | 5 | 10 |
| 丙烯酸酯 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 45 |
| 铁蓝 | 10 | 7 | 10 | 5 | 5 | 5 |
| 水 | 44 | 40 | 30 | 35 | 25 | 29 |
实施例5耐盐雾测试
盐雾测试所用金属板材为冷轧钢板，钢板大小为15×5×0.2cm，采用无气喷涂将实施例1-4所得耐腐蚀涂料喷涂于钢板表面，干膜厚度为80μm，干燥一周后对所得涂层进行盐雾测试。
试验根据改良ASTM B117-09以35℃和5％盐水溶液的试验条件运行的盐雾试验，试验结果见表5。
表5实施例所得涂料应用于钢板表面涂层耐盐雾测试结果
一般的水性涂料耐盐雾只能达到20-300个小时，而从表5中可见，本发明所得的涂料的耐盐雾时间达到1390-2460小时，平均达到2233小时，大幅超过普通的水性涂料的耐腐蚀性能，可见本发明所得涂料的耐腐蚀性能优异，效果显著。
Claims (8)
1.一种耐腐蚀水性涂料，其特征在于，按照质量百分比由组分：水性树脂为30～50％，缓蚀剂为5～10％，缓蚀剂载体为5～10％，助剂为1～5％，颜料为5～10％，水为25～45％组成；其中所述缓蚀剂的结构式如下：
其中R为1-6碳原子的烷基，该缓蚀剂的分子量为10-30万。
2.根据权利要求1所述的耐腐蚀水性涂料，其特征在于，所述缓蚀剂载体为粘土。
3.根据权利要求1所述的耐腐蚀水性涂料，其特征在于，所述助剂为成膜助剂、消泡剂、润湿剂、分散剂和增稠剂的混合物，所述成膜助剂占助剂总质量的20％，消泡剂和润湿剂占助剂总质量的50％，分散剂占助剂总质量的20％，增稠剂占助剂总质量的10％。
4.根据权利要求3所述的耐腐蚀水性涂料，其特征在于，所述成膜助剂为乙二醇丁醚、乙醇、丁醇按照质量比1:9:4的混合物，所述消泡剂和润湿剂皆为乙炔二醇，所述分散剂为磷酸酯，所述增稠剂为乙氧基化醇。
5.根据权利要求1所述的耐腐蚀水性涂料，其特征在于，所述颜料为铁红、铁黄、铁黑、铁蓝、铬绿、铬黄或偶氮类化合物。
6.一种如权利要求1-5任一项所述耐腐蚀水性涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)接枝马来酸酐制备：将15-25质量份的分子量为10-30万且氯含量为20-30％的氯化聚烯烃、120-180质量份的环己酮加入反应容器中，待其溶解后，再加入7-11质量份的过氧化环己酮、7-11质量份的马来酸酐、0.2-0.8质量份的辛酸锌，加热到70-90℃并保温3-7小时；
(2)酰胺化合物制备：在上面的反应容器中加入6-10质量份的二胺化合物，反应温度控制60-80℃，保温2-5小时，所述二胺化合物为乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺或上述二胺的同分异构体；
(3)在上述的反应容器加入8-12质量份的没食子酸，反应温度控制在70-80℃，保温3-7小时，得到所述缓蚀剂；
(4)将上一步所得缓蚀剂与水性树脂、缓蚀剂载体、助剂、颜料、水按照质量比依次称重，然后加入到搅拌釜中进行搅拌，搅拌的速度为400-500r/min，搅拌均匀后研磨至粒径为0.5-10μm，得到所述耐腐蚀水性涂料。
7.如权利要求1-5任一项所述耐腐蚀水性涂料在金属材料表面的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，将所述耐腐蚀水性涂料喷涂于钢铁材料表面，干膜厚度≥30μm。
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