CN111040566A - 一种水性环氧防锈底漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于底漆制备技术领域,具体涉及一种水性环氧防锈底漆及其制备方法，该防锈底漆由A、B和C三个组分构成，按重量份计，A组分包括：水性环氧树脂43～52份、溶剂15～20份、消泡剂0.1～0.2份、润湿分散剂1.5～2份、防锈颜料8～12份、悬浮剂0.2～0.3份、助溶剂4～6份；B组分包括：固化剂10～12份、防沉触变剂0.2～0.4份、水性偶联剂0.1～0.2份；C组分包括：锌粉42～56份、稀土原料2.4～3.3份、复合铁钛粉6～8份。按重量份计，A组分、B组分和C组分配比为62～83份:11～13份:42～46份。本发明制得的水性环氧防锈底漆不仅环保,防腐性能好、耐盐雾性能好,而且固化速度快，附着力强，干燥性好。

Description

一种水性环氧防锈底漆及其制备方法

技术领域

本发明属于底漆制备技术领域,具体涉及一种水性环氧防锈底漆及及其制备方法。

背景技术

近年来世界各国涂料行业加紧对低VOC排放的环保型涂料的研究,水性涂料由于能够大大减少甚至完全消除有机溶剂排放,而且使用安全方便,得以迅速发展。水性环氧涂料除了具有溶剂型环氧涂料的诸多优点,如对各类底材具有极高的附着力,涂膜耐腐蚀性和耐化学药品性能优异、收缩小、硬度高、耐磨性好、电气绝缘性能佳等,且挥发性有机化合物含量较低,不会造成空气污染,能满足环境保护的要求。

为保证车辆适应干燥、潮湿以及温度差异的不同环境，需要研制高性能的环氧底漆，对钢材、铝材等都要适用，同时具有良好的防腐性能，服役期要长以延长车辆的维护周期。但是,现有的水性环氧防锈漆大多存在漆膜耐水性、耐候性和防锈性能较差的问题。

为了解决这些技术问题,现有文献中也公开了一些解决方法，如采用降低锌粉含量的方法虽然可以帮助促进涂料的力学性能且减少氧化锌雾气,但对防腐性能影响较大。

例如，公开号为CN106189719A的中国专利文献公开了一种石墨烯防腐涂料,由组分A和组分B组成,其特征在于,按照重量百分数计所述组分包括20％-30％环氧树脂、1％-3％石墨烯、0.5％-2％分散剂、15％-25％滑石粉、10％-20％锌粉、1％-5％铝浆所述B组分包括30％-50％腰果壳油酚醛酞胺,10％-30％酰胺。该文献中采用石墨烯、铝浆等替代锌粉,减少锌粉的用量的同时保持涂层的防腐性能,并具有较好的力学性能。但其难于很好地分散石墨烯,发挥纳米材料特性,且其石墨烯用量较高,涂料成本极高,其极低的防腐填料比例也可能影响涂料耐腐蚀性能。

再如，公开号为CN108641547A的中国专利文献公开了一种石墨烯防腐涂料,由组分A和组分B组分C组成，其特征在于，按重量份计，。组分A由水性环氧树脂乳液、流平剂、消泡剂、润湿分散剂、水性偶联剂、石墨烯按照比例(30-42)：(1-2)：(0.3-0.5)：(1-1.5)：(0.1-0.2)：(0.02-0.2)制成。组分是由固化剂、防沉触变剂、水性偶联剂按照比例(7-9)：(0.4-0.6)：(0.1-0.2)制成。组分是由稀土粉、复合铁钛粉、锌粉、铝粉按比例1：2.5:17.5:5配制而成。将A:B:C＝(32-47):(7-10):(48-62)混合在一起即制得本发明的底漆。该文献中采用石墨烯、铝粉，复合铁钛粉等替代锌粉,减少锌粉的用量的同时保持涂层的防腐性能,并具有较好的力学性能。但其难于很好地分散石墨烯,发挥纳米材料特性,且其石墨烯用量较高,涂料成本极高,其极低的防腐填料比例也可能影响涂料耐腐蚀性能。

综上所述,现有文献报道的这些方法,虽然对传统防腐涂料锌粉用量过高、水性防腐涂料部分性能较差等方面具有一定的改善,但仍然存在成本过高、防腐性能不稳定、附着力不高等问题。

发明内容

本发明采用水性环氧树脂搭配改性腰果壳油酚醛胺固化剂研制出一款防锈性能优异、适用性强、满足车辆防护要求的防锈底漆，避免使用了因石墨烯难于分散，且成本高的问题。本发明制得的水性环氧防锈底漆不仅环保,防腐性能好、耐盐雾性能好,而且固化速度快，附着力强，干燥性好。

本发明技术方案如下：

一种水性环氧防锈底漆及制备方法，由A、B和C三个组分构成，按重量份计，A组分包括：水性环氧树脂43～52份、溶剂15～20份、防锈颜料8～12份、消泡剂0.1～0.2份、润湿分散剂1.5～2份、悬浮剂0.2～0.3份、助溶剂4～6份；B组分包括：固化剂10～12份、防沉触变剂0.2～0.4份、水性偶联剂0.1～0.2份；C组分包括：锌粉42～56份、稀土原料2.4～3.3份、复合铁钛粉6～8份。

按重量份计，A组分、B组分和C组分配比为62～83份:11～13份:42～46份。

C组分为防腐填料，是由稀土物料、复合铁钛粉、锌粉的混合料；优选地，锌粉、稀土原料、复合铁钛粉的质量比为42～46：2.6～2.8：6～6.5；进一步优选地，粉、稀土原料、复合铁钛粉的质量比为21：1.3：3。

C组分的稀土物料、复合铁钛粉、锌粉粒径大小关系为复合铁钛粉≥锌粉≥稀土物料。

优选地，固化剂采用基于腰果壳油酚醛胺改性的固化剂。此固化剂是在常规的腰果壳油酚醛胺基础上通过改性提升了柔韧性，弥补了成膜后漆膜发脆的缺点。

优选地，本申请采用的腰果壳油酚醛胺改性的固化剂根据现有技术制备的，可采用卡德莱化工有限公司，赵明亮在《粘接》中发表的文章《腰果壳油改性酚醛胺环氧树脂固化剂性能研究》制备得到的腰果壳油酚醛胺改性的固化剂，也可以采用其他现有技术制备得到腰果壳油酚醛胺改性的固化剂。

本发明人研究发现，通过本发明的各组分的协同配合,特别是不同粒径级配的防腐填料的使用,可有助于解决现有技术存在的依靠高含量锌粉达到高防腐填料的技术问题，出人意料地在保持低防腐填料比例的同时，协同提升水性环氧防锈底漆的耐腐蚀性能，将耐盐雾性能提升，并具有优异的力学性能和施工便捷性。本发明提供的防腐底漆，不但防锈性能好，还具有优异的附着力和施工便捷性。

本发明创造性的发现,采用包含所述三种物料的防腐填料,配合本发明的A组分、B组分和C组分质量配比，协同提升得到的底漆的耐盐雾性能。

本发明创造性的在防锈颜料和锌粉中加入了稀土物料和复合铁钛粉，这不仅降低了高锌粉的含量，而且能充分润湿分散于防腐填料中，各防腐填料之间还具有一定的颗粒级配梯度,能够互相填充孔隙，各种防腐组分协同使用表现出远超单一防腐填料的耐腐蚀性能，并可以使涂层更加密实，有效减少涂层孔隙，改善涂层力学性能。

优选地，稀土物料为稀土元素的单质、氧化物、复合盐、稀土合金粉中的一种。

更优选地，所述的稀土元素为镧、铈、镨中的一种或多种；更优选地，稀土物料为稀土元素的硼酸盐；最优选地，所述的稀土物料为镧铈复合硼酸盐。

优选地，稀土物料为微米级粉末；进一步优选地，稀土物料的粒径为3～5微米。

优选地，复合铁钛粉为纳米改性复合铁钛粉；进一步优选为复合磷酸盐类复合铁钛粉。

优选地,复合铁钛粉的粒径为500～600目

优选地,复合铁钛粉为采用纳米改性复合磷酸盐类复合铁钛粉，其中的磷酸盐和防腐填料中的其他组分协同配合,可在钢材表明形成致密的氧化膜,能够隔绝水、空气及腐蚀介质,增强钢材的耐腐蚀性能。

优选地,锌粉鳞片状锌粉，采用鳞片状的锌粉和防腐填料中的其他成分的协同效果更优,有助于进一步提升防腐底漆的耐盐雾性能、耐酸碱等性能。

优选地,锌粉粒径为600～1200目。

更优选地,锌粉粒径为600目、1100目、1200目重量比为1：1：1不同粒径锌粉的混合物。

本发明采用水性环氧树脂,相对于传统涂料减少了溶剂的挥发,更加环保。

优选地,水性环氧树脂选用E-20和E-44混合使用。

更优选地,水性环氧树脂为E-20、E-44重量份比为5：1。

优选地,润湿分散剂可采用本领域技术人员所公知的物料,更优选地，选择含颜料亲和团的高分子量嵌段共聚物溶液,进一步优选地，选择BYK-190。

优选地，悬浮剂为有机膨润土。

优选地，助溶剂为丙二醇甲醚。

优选地，消泡剂为硅类或非硅类消泡剂,进一步优选地，tego904消泡剂。

优选地，防锈颜料为磷酸盐、硼酸盐类防锈颜料中的一种或多种；进一步优选地，防锈颜料为磷酸锌、硼酸锌中的一种或两种。

优选地,防沉触变剂可采用本领域技术人员所公知的物料,进一步优选地，防沉触变剂为亲水型纳米级气相二氧化硅,更进一步优选为德固赛气相二氧化硅A200。

优选地，溶剂为去离子水。

优选地,水性偶联剂可采用本领域技术人员所公知的物料,进一步优选为钛酸酯类偶联剂和硅烷偶联剂混合物；最优选为钛酸酯类偶联剂和硅烷偶联剂按质量比1：1比例混合的混合物。

本发明提供了一种水性环氧防锈底漆代替现有的富锌底漆,这种水性漆较普通富锌底漆更加环保同时,兼具良好的防腐性能和力学性能。本发明中,通过固化剂改性、采用不同防锈填料代替锌粉等方法减少锌粉的用量,能避免锌粉含量过高导致涂层多孔、使涂层更加致密。在减少焊接切割时产生的氧化锌雾气的同时,不但保证涂层的防锈性能,而且提升涂层与钢结构表面间的附着力。

本发明还提供了一种所述的水性环氧防锈底漆的制备方法,包括：

步骤1：50-60℃水浴条件下向第一溶剂中加入水性环氧树脂，搅拌得到水性环氧树脂乳液，将水性环氧树脂乳液加入带有冷却装置的调漆罐中,同时加入防锈颜料、悬浮剂、润湿分散剂、助溶剂、消泡剂搅拌均匀后过滤,留取滤液得到A组分；

步骤2：在搅拌条件下,腰果壳油酚醛胺改性固化剂中依次加入防沉触变剂、水性偶联剂,搅拌和得到B组分；

步骤3：将锌粉、稀土粉,复合铁钛粉混合,混合得C组分。

步骤4：将A、B、C组分混合均匀后加入适量水调节粘度即可。

本发明具有的优点,

1、使用混合防腐填料，增强了涂料的防腐性能、降低了涂层孔隙率,使涂层更加致密。

2、选择了最优的填料比例，是各填料发挥最好的作用。

3、腰果壳油酚醛胺改性固化剂有效提高了涂层与基材的结合力。

本发明制备的水性环氧防锈底漆在施工时用水作为溶剂,对环境无污染,施工方便,对施工人员健康无害可以采用空气喷涂、高压无气喷涂、刷涂等施工方法，漆膜干燥速度快，附着力好，机械强度高，防腐性能优异，不易脱落。

具体实施方式

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,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它实施例,都属于本发明保护的范围。本实施例中，选择水性偶联剂为钛酸酯类偶联剂和硅烷偶联剂按质量比1：1比例混合的混合物；水性环氧树脂为E-20、E-44重量份比为5：1的混合物；锌粉为粒径为600目、1100目、1200目重量比为1：1：1不同粒径锌粉的混合物。

实施例1

一种水性环氧防锈底漆的制备方法,该方法包括如下步骤：

步骤1.50℃水浴条件下向18份去离子水中加入水性环氧树脂43份，搅拌得到水性环氧树脂乳液，将水性环氧树脂乳液加入带有冷却装置的调漆罐中,同时加入硼酸锌8份，磁力搅拌后加入tego904消泡剂0.1份、有机膨润土0.2份、1.5份BYK-190、丙二醇甲醚4份,搅拌均匀后过滤,留取滤液得到A组分；

步骤2.在高速搅拌条件下,在10份腰果壳油酚醛胺改性固化剂中依次加入0.2份亲水型纳米级气相二氧化硅,0.1份水性偶联剂，高速搅拌30min得到B组分；

步骤3.将2.6份稀土粉(镧铈复合硼酸盐1～3微米)、6份纳米改性复合铁钛粉(粒径500目)、42份锌粉混合,高速搅拌分散30分钟得到C组分。

步骤4.将A、B、C组分按照62：13：42比例充分混合即制得本发明底漆。

实施例2.

一种水性环氧防锈底漆的制备方法,该方法包括如下步骤，

步骤1.60℃水浴条件下向20份去离子水中加入水性环氧树脂52份，搅拌得到水性环氧树脂乳液，将水性环氧树脂乳液加入带有冷却装置的调漆罐中,同时加入硼酸锌12份，磁力搅拌后加入tego904消泡剂0.2份、有机膨润土0.3份、2份BYK-190、丙二醇甲醚6份,搅拌均匀后过滤,留取滤液得到A组分；

步骤2.在高速搅拌下,在12份腰果壳油酚醛胺改性固化剂中依次加入0.4份德固赛气相二氧化硅A200，0.2份水性偶联剂,高速搅拌30min得到B组分；

步骤3.将3.3份稀土粉(镧铈复合硼酸盐1～3微米)、8份复合磷酸盐类复合铁钛粉(粒径500目)、46份锌粉混合,高速搅拌分散30分钟得到C组分。

步骤4.将A、B、C组分按照83：11：46比例充分混合即制得本发明底漆。

实施例3

一种水性环氧防锈底漆的制备方法,该方法包括如下步骤，

步骤1.55℃水浴条件下向15份去离子水中加入水性环氧树脂45份，搅拌得到水性环氧树脂乳液，将水性环氧树脂乳液加入带有冷却装置的调漆罐中,同时加入硼酸锌10份，磁力搅拌后加入tego904消泡剂0.15份、有机膨润土0.25份、1.8份BYK-190、丙二醇甲醚5份搅拌均匀后过滤,留取滤液得到组分A。

步骤2.在高速搅拌下,在11份腰果壳油酚醛胺改性固化剂中依次加入0.3份德固赛气相二氧化硅A200,0.15份水性偶联剂,高速搅拌30min得到B组分；

步骤3.将2.85份稀土粉(镧铈复合硼酸盐1～3微米)、7份复合磷酸盐类复合铁钛粉(粒径500目)、49份锌粉混合,高速搅拌分散30分钟得到C组分；

步骤4.将A、B、C组分按照72.5：12：44充分混合即制得本发明底漆。

对比例1.

和实施例1相比,区别主要在于采用的防腐填料为鳞片状的单一锌粉,具体操作方案如下：

一种水性环氧防锈底漆的制备方法,该方法包括如下步骤，

步骤1.50℃水浴条件下向18份去离子水中加入水性环氧树脂43份，搅拌得到水性环氧树脂乳液，将水性环氧树脂乳液加入带有冷却装置的调漆罐中,同时加入硼酸锌8份，磁力搅拌后加入tego904消泡剂0.1份、有机膨润土0.2份、1.5份BYK-190、丙二醇甲醚4份,搅拌均匀后过滤,留取滤液得到A组分；

步骤2.在高速搅拌条件下,在10份腰果壳油酚醛胺改性固化剂中依次加入0.2份亲水型纳米级气相二氧化硅,0.1份水性偶联剂，高速搅拌30min得到B组分；

步骤3.将46份锌粉(600目、1100目、1200目重量份比为1：1：1不同粒径鳞片状锌粉的混合物)混合,高速搅拌30分钟得到C组分；

步骤4.将A、B、C组分按照62：13：42比例充分混合即制得底漆。

对比例2

和实施例2相比,区别主要在于,采用的锌粉为400目球状锌粉替换所述的不同粒径级配的锌,具体操作方案如下：

一种水性环氧防锈底漆的制备方法,该方法包括如下步骤，

步骤1.60℃水浴条件下向20份去离子水中加入水性环氧树脂52份，搅拌得到水性环氧树脂乳液，将水性环氧树脂乳液加入带有冷却装置的调漆罐中,同时加入硼酸锌12份，磁力搅拌后加入tego904消泡剂0.2份、有机膨润土0.3份、2份BYK-190、丙二醇甲醚6份,搅拌均匀后过滤,留取滤液得到A组分；

步骤2.在高速搅拌下,在12份腰果壳油酚醛胺改性固化剂中依次加入0.4份德固赛气相二氧化硅A200，0.2份水性偶联剂,高速搅拌30min得到B组分；

步骤3.将3.3份稀土粉(镧铈复合硼酸盐1～3微米)、8份复合磷酸盐类复合铁钛粉(粒径500目)、46份锌粉混合(400目球状),高速搅拌分散30分钟得到C组分；

步骤4.将A、B、C组分按照83：11：46比例充分混合即制得底漆。

对比例3

和实施例相比,区别主要在于,使用的未改性的腰果壳油酚醛胺固化剂，具体操作方案如下，

一种水性环氧防锈底漆的制备方法,该方法包括如下步骤，

步骤1.55℃水浴条件下向15份去离子水中加入水性环氧树脂45份，搅拌得到水性环氧树脂乳液，将水性环氧树脂乳液加入带有冷却装置的调漆罐中,同时加入硼酸锌10份，磁力搅拌后加入tego904消泡剂0.15份、有机膨润土0.25份、1.8份BYK-190、丙二醇甲醚5份搅拌均匀后过滤,留取滤液得到A组分；

步骤2.在高速搅拌下,在11份腰果壳油酚醛胺固化剂中依次加入0.3份德固赛气相二氧化硅A200,0.15份水性偶联剂,高速搅拌30min得到B组分；

步骤3.将2.85份稀土粉(镧铈复合硼酸盐1～3微米)、7份复合磷酸盐类复合铁钛粉(粒径500目)、43份锌粉混合,高速搅拌分散30分钟得到C组分；

步骤4.将A、B、C组分按照72.5：12：44充分混合即制得本发明底漆。

表1：实施例1～3，对比例1～3底漆测试结果：

项目	耐冲击性/cm	附着力/Mpa	耐盐雾性能/h
				实施例1	90	9	1150
实施例2	95	9	1250
				实施例3	100	9.5	1300
对比例1	85	6.5	800
				对比例2	85	6.5	850
对比例3	80	7	900

从表1可以看出,本发明的配方具有极好的附着力、耐腐蚀性能以及耐盐雾性能。通本发明方法对水性环氧防锈底漆进行制备,可以增显著增强其附着力和耐盐雾性能。本实施例与对比例1和对比例2对比，本发明在防腐填料特殊比例为稀土粉、复合铁钛粉、锌粉时,配合组分的形貌、粒径，水性底漆的耐盐雾性能大大增强，耐冲击性能和附着力也提高；本实施例3与对比例3相对比，仅是固化剂的改性就使本发明水性防锈底漆在附着力性能进一步提高，耐冲击性和耐盐雾性能都有较大的提高。

Claims (6)

1.一种水性环氧防锈底漆，其特征在于，由A、B和C三个组分构成，按重量份计，A组分包括：水性环氧树脂43～52份、溶剂15～20份、防锈颜料8～12份、消泡剂0.1～0.2份、润湿分散剂1.5～2份、悬浮剂0.2～0.3份、助溶剂4～6份；B组分包括：固化剂10～12份、防沉触变剂0.2～0.4份、水性偶联剂0.1～0.2份；C组分包括：锌粉42～56份、稀土原料2.4～3.3份、复合铁钛粉6～8份。

2.根据权利要求1所述的一种水性环氧防锈底漆,其特征在于，按重量份计，A组分、B组分和C组分配比为62～83份:11～13份:42～46份。

3.根据权利要求3所述的一种水性环氧防锈底漆,其特征在于,C组分中锌粉、稀土原料、复合铁钛粉的质量比为42～46：2.6～2.8：6～6.5。

4.根据权利要求1所述的一种水性环氧防锈底漆,其特征在于，C组分中，稀土物料、复合铁钛粉、锌粉的混合料粒径大小关系为复合铁钛粉＞锌粉＞稀土物料。

5.根据权利要求1所述的一种水性环氧防锈底漆,其特征在于,B组分所述固化剂为基于腰果壳油酚醛胺改性的固化剂。

6.权利要求1所述的一种水性环氧防锈底漆的制备方法,其特征在于,

步骤1：50～60℃水浴条件下向溶剂中加入水性环氧树脂，搅拌得到水性环氧树脂乳液，将水性环氧树脂乳液加入带有冷却装置的调漆罐中,同时加入防锈颜料、悬浮剂、润湿分散剂、助溶剂、消泡剂搅拌均匀后过滤,留取滤液得到A组分；

步骤2：在搅拌条件下,腰果壳油酚醛胺改性固化剂中依次加入防沉触变剂、水性偶联剂,搅拌和得到B组分；

步骤3：将锌粉、稀土粉,复合铁钛粉混合,混合得C组分；

步骤4：将A、B、C三组分混合均匀后加入适量水调节粘度即可。