CN110922857A - 一种铁路钢桥用水性环氧富锌防锈底漆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种铁路钢桥用水性环氧富锌防锈底漆及其制备方法，涉及涂料技术领域，所述铁路钢桥用水性环氧富锌防锈底漆，包括组分甲和组分乙，所述组分甲、组分乙按质量比1：4组成；组分甲由以下原料制成：水性环氧树脂乳液、石墨烯包覆玻璃纤维、纳米锑掺杂二氧化锡、纳米二氧化钛、环氧硅烷偶联剂、正丁醇、丙二醇单甲醚、消泡剂A、去离子水；组分乙由以下原料制成：腰果酚改性聚酰胺固化剂、锌粉、填料、触变剂、消泡剂B、分散剂、防闪锈剂、混合溶剂。本发明通过加入在涂料中石墨烯包覆玻璃纤维、纳米锑掺杂二氧化锡，使制备得到的环氧富锌防锈底漆在锌粉含量较低的情况下，具有优异的耐腐蚀性能，同时附着力强，耐候性好。

Description

一种铁路钢桥用水性环氧富锌防锈底漆及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种铁路钢桥用水性环氧富锌防锈底漆及其制备方法。
背景技术
富锌涂料可分为无机富锌涂料和有机富锌涂料。无机富锌涂料采用碱性硅酸盐和硅酸烷基酯作为成膜物质，具有极好的附着力、防锈性、耐候性及一定的耐热性等；有机富锌涂料主要指环氧富锌涂料，以环氧树脂作为主要成膜物质，具有附着力良好，对底材的处理要求不高，施工方便等特点。
随着我国铁路事业的飞速发展，越来越多的铁路钢桥用于铁路线上。无论国内还是国外，铁路钢桥一般都采用防腐蚀涂料进行防腐保护。环氧富锌防锈底漆应适用于从气候干燥、腐蚀情况较轻地区到腐蚀情况较严重地区，以及酸雨、沿海等腐蚀严重、紫外线辐射强的地区的钢桥主体、支座部位的防护。
申请号为201410213318.8的中国专利公开了一种应用于铁路支座上水性环氧富锌底漆的制备方法，该水性环氧富锌底漆包括组份A和组份B，组份A包括：水性环氧固化剂、高纯度锌粉、缓蚀剂、环保磷酸锌、助剂A、羟乙基纤维素、成膜助剂；组份B包括：水溶性环氧树脂、助剂B、去离子蒸馏水。该水性环氧富锌底漆具有非常优异的贮存稳定性的前提下，完全达到环保标准，大大降低了VOC的排放量，同时利用了缓蚀剂与金属发生“螯合”反应，并且在环保磷酸锌的辅助下，将耐盐雾性能提升至2000小时，有效降低对环境污染的机率。但是其锌粉含量高，贮存过程中容易产生严重的沉底现象；在进行电焊、切割等热加工时释放出大量的氧化锌，容易导致工作人员产生“锌热病”，且附着力并不优异。
杨红波，孙洁娜等在《铁路钢桥用环氧富锌防锈底漆的研制》中公开了一种环氧富锌防锈底漆，其主漆包括以下成分：75％E20环氧树脂、膨润土、聚酰胺蜡浆、正丁醇、二甲苯、锌粉；固化剂包括以下成分：环氧固化剂、正丁醇、二甲苯。该环氧富锌防锈底漆依据检测标准和检测结果，按照上述配方和制备工艺生产的产品符合TB/T 1527-2011《铁路钢桥保护涂装及涂料供货技术条件》中关于环氧富锌防锈底漆的要求。该产品研制成功后，在上海铁路局所属的杭州工务段、宁波工务段、南京桥工段、芜湖工务段等单位已成功应用达6a以上，并在南京长江大桥、芜湖长江大桥、钱塘江大桥等国内大型跨江大桥上配套应用，性能良好。但是该底漆也存在锌粉含量高的问题，同时其耐腐蚀性还可进一步提高，以满足铁路事业发展对环氧富锌防锈底漆的高要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铁路钢桥用水性环氧富锌防锈底漆及其制备方法，通过在涂料中加入石墨烯包覆玻璃纤维、纳米锑掺杂二氧化锡，使制备得到的环氧富锌防锈底漆在锌粉含量较低的情况下，具有优异的耐腐蚀性能，同时附着力强，耐候性好。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种铁路钢桥用水性环氧富锌防锈底漆，包括组分甲和组分乙，所述组分甲、组分乙按质量比1：4组成；
组分甲由以下重量百分比的原料制成：水性环氧树脂乳液56-67％、石墨烯包覆玻璃纤维0.5-1.2％、纳米锑掺杂二氧化锡0.3-0.8％、纳米二氧化钛0.3-1.2％、环氧硅烷偶联剂0.2-0.5％、正丁醇3-5.5％、丙二醇单甲醚2-4％、消泡剂A 0.4-0.8％、去离子水22-32％；
组分乙由以下重量百分比的原料制成：腰果酚改性聚酰胺固化剂9-12.5％、锌粉37-45％、填料20-33％、触变剂2-3.4％、消泡剂B 0.2-0.5％、分散剂0.1-0.3％、防闪锈剂0.1-0.4％、混合溶剂15-22％。
优选地，所述水性环氧树脂乳液的环氧当量600-850g/mol，固含量为50-56％，溶剂为水。
优选地，所述环氧硅烷偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷或β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷。
优选地，所述腰果酚改性聚酰胺固化剂的胺值为100-150mgKOH/g，固含量为75-90％，溶剂为二甲苯。
优选地，所述锌粉的粒径为5-20μm。
优选地，所述填料为硫酸钡、滑石粉、硅藻土、炭黑、钛白粉、云母粉、碳酸钙中的一种或多种。
优选地，所述触变剂为气相二氧化硅、氢化蓖麻油、纳米凹凸棒土按质量比1：0.05-0.3：0.3-1.3混合组成或为气相二氧化硅、聚酰胺蜡、纳米凹凸棒土按质量比1：0.1-0.5：0.5-1混合组成。
优选地，所述混合溶剂为异丙醇、二甲苯、丙二醇甲醚按质量比1：0.2-0.5：0.5-1组成的混合溶剂。
优选地，所述消泡剂A为二甲基硅油；所述消泡剂B为BYK-011、BYK-025、BYK-028中的至少一种；所述分散剂为BYK-181、BYK-187、BYK-190、BYK-191中的至少一种；所述防闪锈剂为德谦海明斯FA179防闪锈剂或北京之途化工公司生产的ZT-709防闪锈剂。
本发明中，铁路钢桥用双组份水性环氧富锌防锈底漆的制备方法包括以下步骤：
(1)制备组分甲：将石墨烯包覆玻璃纤维、纳米锑掺杂二氧化锡、纳米二氧化钛、环氧硅烷偶联剂于3000r/min下搅拌10min；再依次加入水性环氧树脂乳液、正丁醇、丙二醇单甲醚、消泡剂A、去离子水，搅拌均匀后，过滤，得组分甲；
(2)制备组分乙：将腰果酚改性聚酰胺固化剂、分散剂、防闪锈剂、混合溶剂于1000r/min下搅拌5min；再加入填料，于2000r/min下搅拌5min；加入触变剂于3000r/min下搅拌15min；加入锌粉，于3000r/min下搅拌20min；然后加入消泡剂B，搅拌均匀后，过滤，得组分乙；
(3)施工时将甲组分、乙组分组分按1：4混合均匀，静置20-25min后即可使用。
本发明的有益效果是：
本发明在环氧富锌防锈底漆中加入石墨烯包覆玻璃纤维、纳米锑掺杂二氧化锡，两者均具有很好的导电性能，电子迁移能力较强，因此可代替底漆中的部分锌粉，而石墨烯包覆玻璃纤维与纳米锑掺杂二氧化锡相结合，可在涂层中均匀分布构成三维导电网络，导电网络连续性好，有效提高了锌粉的利用率，有效增强了阴极保护作用，从而使耐腐蚀性明显增强。
同时，使用的石墨烯包覆玻璃纤维可与环氧树脂形成一定的缠绕和交错，增强了涂层的韧性和强度，并增加了涂层的附着力。而玻璃纤维耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高，对环氧富锌防锈底漆进行增强效果好，其可使涂层的强度、耐热性、耐候性均得到有效改善。纳米锑掺杂二氧化锡、纳米二氧化钛则利用其纳米尺寸的优势填充到环氧树脂的空隙中，使涂层的致密性和耐水性，有效防止水、氧气等分子渗入到基体表面，降低涂层的鼓泡和腐蚀程度。另外，纳米二氧化钛屏蔽紫外线作用强，使涂层的抗老化作用增强，同时抗菌效果好，并具有一定的自洁净性能。
在制备环氧富锌防锈底漆时，本发明使用环氧硅烷偶联剂(带环氧基团的硅烷偶联剂)对石墨烯包覆玻璃纤维、纳米锑掺杂二氧化锡进行改性，可有效提高其与环氧树脂的相容性，增强了其与各物质间的界面作用，使底漆性质更加稳定。
本发明中，环氧树脂与固化剂配比合理，使涂层交联密度高，可完成反应，同时涂层的附着力、耐水性和耐盐雾性好。将锌粉的的粒径控制为5-20μm，其在涂料中分散性好，此时涂层的耐腐蚀性、涂层外观均十分优异。本发明中加入的触变剂选用气相二氧化硅、氢化蓖麻油、纳米凹凸棒土的组合或气相二氧化硅、聚酰胺蜡、纳米凹凸棒土的组合，上述两种触变剂中的原料之间均具有很好的协同作用，可有效提高双组分水性环氧富锌涂料的抗流挂性能。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种铁路钢桥用水性环氧富锌防锈底漆，包括组分甲和组分乙，所述组分甲、组分乙按质量比1：4组成；
组分甲由以下重量百分比的原料制成：水性环氧树脂乳液62％、石墨烯包覆玻璃纤维1％、纳米锑掺杂二氧化锡0.5％、纳米二氧化钛0.8％、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷0.4％、正丁醇4.5％、丙二醇单甲醚3％、二甲基硅油0.8％、去离子水28％；
组分乙由以下重量百分比的原料制成：腰果酚改性聚酰胺固化剂11％、锌粉(粒径为5-20μm)38％、填料27％、触变剂3.2％、BYK-025 0.3％、BYK-181 0.3％、防闪锈剂0.2％、混合溶剂20％。
水性环氧树脂乳液的环氧当量700g/mol，固含量为54％，溶剂为水。
腰果酚改性聚酰胺固化剂的胺值为120mgKOH/g，固含量为85％，溶剂为二甲苯。
填料为硫酸钡、滑石粉按质量比1：1组成。
触变剂为气相二氧化硅、氢化蓖麻油、纳米凹凸棒土按质量比1：0.2：0.8混合组成。
混合溶剂为异丙醇、二甲苯、丙二醇甲醚按质量比1：0.3：0.8混合组成。防闪锈剂为北京之途化工公司生产的ZT-709防闪锈剂。
实施例2：
一种铁路钢桥用水性环氧富锌防锈底漆，包括组分甲和组分乙，所述组分甲、组分乙按质量比1：4组成；
组分甲由以下重量百分比的原料制成：水性环氧树脂乳液56％、石墨烯包覆玻璃纤维0.5％、纳米锑掺杂二氧化锡0.8％、纳米二氧化钛0.3％、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷0.4％、正丁醇5.5％、丙二醇单甲醚4％、二甲基硅油0.5％、去离子水32％；
组分乙由以下重量百分比的原料制成：腰果酚改性聚酰胺固化剂11％、锌粉(粒径为5-20μm)37％、填料33％、触变剂3.4％、BYK-025 0.2％、BYK-181 0.3％、防闪锈剂0.1％、混合溶剂15％。
水性环氧树脂乳液的环氧当量600g/mol，固含量为56％，溶剂为水。
腰果酚改性聚酰胺固化剂的胺值为105mgKOH/g，固含量为87％，溶剂为二甲苯。
触变剂为气相二氧化硅、氢化蓖麻油、纳米凹凸棒土按质量比1：0.05：1.3混合组成。
混合溶剂为异丙醇、二甲苯、丙二醇甲醚按质量比1：0.3：1混合组成。
填料为硅藻土、炭黑、钛白粉按质量比1：0.6：0.2组成。
防闪锈剂为北京之途化工公司生产的ZT-709防闪锈剂。
实施例3：
一种铁路钢桥用水性环氧富锌防锈底漆，包括组分甲和组分乙，所述组分甲、组分乙按质量比1：4组成；
组分甲由以下重量百分比的原料制成：水性环氧树脂乳液65％、石墨烯包覆玻璃纤维1％、纳米锑掺杂二氧化锡0.3％、纳米二氧化钛1.2％、β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷0.2％、正丁醇3.5％、丙二醇单甲醚2％、二甲基硅油0.8％、去离子水26％；
组分乙由以下重量百分比的原料制成：腰果酚改性聚酰胺固化剂9％、锌粉(粒径为5-20μm)37％、填料29％、触变剂2％、BYK-028 0.5％、BYK-187 0.1％、防闪锈剂0.4％、混合溶剂22％。
水性环氧树脂乳液的环氧当量750g/mol，固含量为53％，溶剂为水。
腰果酚改性聚酰胺固化剂的胺值为130mgKOH/g，固含量为82％，溶剂为二甲苯。
触变剂为气相二氧化硅、聚酰胺蜡、纳米凹凸棒土按质量比1：0.5：1混合组成。
混合溶剂为异丙醇、二甲苯、丙二醇甲醚按质量比1：0.2：1混合组成。
填料为滑石粉、云母粉、碳酸钙按质量比1：1：1组成。
防闪锈剂为德谦海明斯FA179防闪锈剂。
实施例4：
一种铁路钢桥用水性环氧富锌防锈底漆，包括组分甲和组分乙，所述组分甲、组分乙按质量比1：4组成；
组分甲由以下重量百分比的原料制成：水性环氧树脂乳液60％、石墨烯包覆玻璃纤维1.2％、纳米锑掺杂二氧化锡0.5％、纳米二氧化钛1.1％、β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷0.5％、正丁醇4.3％、丙二醇单甲醚4％、二甲基硅油0.4％、去离子水28％；
组分乙由以下重量百分比的原料制成：腰果酚改性聚酰胺固化剂12.5％、锌粉(粒径为5-20μm)45％、填料20％、触变剂3.4％、BYK-011 0.5％、BYK-190 0.3％、防闪锈剂0.3％、混合溶剂18％。
水性环氧树脂乳液的环氧当量800g/mol，固含量为50％，溶剂为水。
腰果酚改性聚酰胺固化剂的胺值为150mgKOH/g，固含量为78％，溶剂为二甲苯。
触变剂为气相二氧化硅、聚酰胺蜡、纳米凹凸棒土按质量比1：0.1：0.5混合组成。
混合溶剂为异丙醇、二甲苯、丙二醇甲醚按质量比1：0.5：0.8混合组成。
填料为滑石粉、碳酸钙按质量比1：3组成。
防闪锈剂为北京之途化工公司生产的ZT-709防闪锈剂。
实施例5：
一种铁路钢桥用水性环氧富锌防锈底漆，包括组分甲和组分乙，所述组分甲、组分乙按质量比1：4组成；
组分甲由以下重量百分比的原料制成：水性环氧树脂乳液67％、石墨烯包覆玻璃纤维0.8％、纳米锑掺杂二氧化锡0.8％、纳米二氧化钛0.4％、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷0.5％、正丁醇5％、丙二醇单甲醚3％、二甲基硅油0.5％、去离子水22％；
组分乙由以下重量百分比的原料制成：腰果酚改性聚酰胺固化剂11.5％、锌粉(粒径为5-20μm)40％、云母粉25％、触变剂2.5％、BYK-025 0.4％、BYK-191 0.2％、防闪锈剂0.4％、混合溶剂20％。
水性环氧树脂乳液的环氧当量850g/mol，固含量为51％，溶剂为水。
腰果酚改性聚酰胺固化剂的胺值为145mgKOH/g，固含量为82％，溶剂为二甲苯。
触变剂为气相二氧化硅、氢化蓖麻油、纳米凹凸棒土按质量比1：0.3：0.3混合组成。
混合溶剂为异丙醇、二甲苯、丙二醇甲醚按质量比1：0.3：0.5混合组成。
防闪锈剂为北京之途化工公司生产的ZT-709防闪锈剂。
实施例6：
一种铁路钢桥用水性环氧富锌防锈底漆，包括组分甲和组分乙，所述组分甲、组分乙按质量比1：4组成；
组分甲由以下重量百分比的原料制成：水性环氧树脂乳液59％、石墨烯包覆玻璃纤维1％、纳米锑掺杂二氧化锡0.6％、纳米二氧化钛1％、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷0.4％、正丁醇4.5％、丙二醇单甲醚3％、二甲基硅油0.5％、去离子水30％；
组分乙由以下重量百分比的原料制成：腰果酚改性聚酰胺固化剂10％、锌粉(粒径为5-20μm)40％、碳酸钙30％、触变剂2.3％、BYK-025 0.3％、分散剂BYK-187 0.2％、防闪锈剂0.2％、混合溶剂17％。
水性环氧树脂乳液的环氧当量720g/mol，固含量为55％，溶剂为水。
腰果酚改性聚酰胺固化剂的胺值为120mgKOH/g，固含量为85％，溶剂为二甲苯。
触变剂为气相二氧化硅、氢化蓖麻油、纳米凹凸棒土按质量比1：0.2：1混合组成。
混合溶剂为异丙醇、二甲苯、丙二醇甲醚按质量比1：0.3：0.8混合组成。
防闪锈剂为北京之途化工公司生产的ZT-709防闪锈剂。
本发明实施例1-6中，铁路钢桥用双组份水性环氧富锌防锈底漆的制备方法包括以下步骤：
(1)制备组分甲：将石墨烯包覆玻璃纤维、纳米锑掺杂二氧化锡、纳米二氧化钛、环氧硅烷偶联剂于3000r/min下搅拌10min；再依次加入水性环氧树脂乳液、正丁醇、丙二醇单甲醚、消泡剂A、去离子水，搅拌均匀后，过滤，得组分甲；
(2)制备组分乙：将腰果酚改性聚酰胺固化剂、分散剂、防闪锈剂、混合溶剂于1000r/min下搅拌5min；再加入填料，于2000r/min下搅拌5min；加入触变剂于3000r/min下搅拌15min；加入锌粉，于3000r/min下搅拌20min；然后加入消泡剂B，搅拌均匀后，过滤，得组分乙；
(3)施工时将甲组分、乙组分组分按1：4混合均匀，静置20-25min后即可使用。
性能测试：
将本发明实施例1-3中制备得到的水性环氧富锌防锈底漆进行性能测试，具体测试结果如表1所示。
表1水性环氧富锌防锈底漆性能测试结果
Figure BDA0002296539900000101
由表1可知，本发明制备得到的水性环氧富锌防锈底漆附着力强，且具有优异的耐腐蚀性，产品稳定性高。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种铁路钢桥用水性环氧富锌防锈底漆，其特征在于，包括组分甲和组分乙，所述组分甲、组分乙按质量比1：4组成；
组分甲由以下重量百分比的原料制成：水性环氧树脂乳液56-67％、石墨烯包覆玻璃纤维0.5-1.2％、纳米锑掺杂二氧化锡0.3-0.8％、纳米二氧化钛0.3-1.2％、环氧硅烷偶联剂0.2-0.5％、正丁醇3-5.5％、丙二醇单甲醚2-4％、消泡剂A0.4-0.8％、去离子水22-32％；
组分乙由以下重量百分比的原料制成：腰果酚改性聚酰胺固化剂9-12.5％、锌粉37-45％、填料20-33％、触变剂2-3.4％、消泡剂B0.2-0.5％、分散剂0.1-0.3％、防闪锈剂0.1-0.4％、混合溶剂15-22％。
2.根据权利要求1所述的铁路钢桥用双组份水性环氧富锌防锈底漆，其特征在于，所述水性环氧树脂乳液的环氧当量600-850g/mol，固含量为50-56％，溶剂为水。
3.根据权利要求1所述的铁路钢桥用双组份水性环氧富锌防锈底漆，其特征在于，所述环氧硅烷偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷或β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷。
4.根据权利要求1所述的铁路钢桥用双组份水性环氧富锌防锈底漆，其特征在于，所述腰果酚改性聚酰胺固化剂的胺值为100-150mgKOH/g，固含量为75-90％，溶剂为二甲苯。
5.根据权利要求1所述的铁路钢桥用双组份水性环氧富锌防锈底漆，其特征在于，所述锌粉的粒径为5-20μm。
6.根据权利要求1所述的铁路钢桥用双组份水性环氧富锌防锈底漆，其特征在于，所述填料为硫酸钡、滑石粉、硅藻土、炭黑、钛白粉、云母粉、碳酸钙中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的铁路钢桥用双组份水性环氧富锌防锈底漆，其特征在于，所述触变剂为气相二氧化硅、氢化蓖麻油、纳米凹凸棒土按质量比1：0.05-0.3：0.3-1.3混合组成或为气相二氧化硅、聚酰胺蜡、纳米凹凸棒土按质量比1：0.1-0.5：0.5-1混合组成。
8.根据权利要求1所述的铁路钢桥用双组份水性环氧富锌防锈底漆，其特征在于，所述混合溶剂为异丙醇、二甲苯、丙二醇甲醚按质量比1：0.2-0.5：0.5-1组成的混合溶剂。
9.根据权利要求1所述的铁路钢桥用双组份水性环氧富锌防锈底漆，其特征在于，所述消泡剂A为二甲基硅油；所述消泡剂B为BYK-011、BYK-025、BYK-028中的至少一种；所述分散剂为BYK-181、BYK-187、BYK-190、BYK-191中的至少一种；所述防闪锈剂为德谦海明斯FA179防闪锈剂或北京之途化工公司生产的ZT-709防闪锈剂。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的铁路钢桥用双组份水性环氧富锌防锈底漆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备组分甲：将石墨烯包覆玻璃纤维、纳米锑掺杂二氧化锡、纳米二氧化钛、环氧硅烷偶联剂于3000r/min下搅拌10min；再依次加入水性环氧树脂乳液、正丁醇、丙二醇单甲醚、消泡剂A、去离子水，搅拌均匀后，过滤，得组分甲；
(2)制备组分乙：将腰果酚改性聚酰胺固化剂、分散剂、防闪锈剂、混合溶剂于1000r/min下搅拌5min；再加入填料，于2000r/min下搅拌5min；加入触变剂于3000r/min下搅拌15min；加入锌粉，于3000r/min下搅拌20min；然后加入消泡剂B，搅拌均匀后，过滤，得组分乙；
(3)施工时将甲组分、乙组分组分按1：4混合均匀，静置20-25min后即可使用。
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