CN111234651A - 一种水性环氧四防漆及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水性环氧四防漆及其制备方法和应用，该水性环氧四防是指能够防静电、防盐雾、防湿热、防霉菌，属于特种功能涂料制备技术领域。本发明制备工艺简单，且分散及喷涂均使用水为介质，生产过程无危废产生，具有较强的实用性，所制备的水性环氧四防漆能够满足相关行业标准，可推广应用于军用领域，符合国家环保排放要求，具有良好的经济效益和社会效益。

Description

一种水性环氧四防漆及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种水性环氧四防漆及其制备方法和应用，该水性环氧四防是指能够防静电、防盐雾、防湿热、防霉菌，属于特种功能涂料制备技术领域。
背景技术
武器装备是军事威慑的重要组成部分，为追求高射程、高精度、高可靠，导弹或飞行器结构部段大量使用复合材料，例如碳环氧、高硅氧酚醛等，具有低密度、低热导、高强度等优势，能够实现轻质化和多功能化的需求。与金属相比，复合材料电阻率较高(体积电阻率一般大于1010Ω·cm)，受到摩擦时极易产生静电，而静电的积累可能导致灾难性后果，必须采取有效的防静电措施，为静电耗散提供通道。因此，为满足导弹贮存及使用，涂层不仅要有防盐雾、防湿热、防霉菌的三防性能，还要克服静电积累的防静电性能，基于此研究人员开发了四防漆，目前国内军用四防漆应用较广泛的是航天材料及工艺研究所研制的TL-20/TL-19系列溶剂型四防漆。
2019年国家出台了《涂料、油墨及胶粘剂工业大气污染物排放标准》进一步加严涂料VOC排放限制，在此背景下，水性涂料发展迅速。军用领域，我国仍沿用溶剂型涂料，而国外早已实现了水性化，法国MAP公司使用Ga掺杂ZnO制备了
Figure BDA0002400346850000011
AQ STATIC水性四防涂料用于阿丽亚娜运载火箭，美国的宣威和PPG公司也相继开发了符合美军标MIL-DTL-53030、MIL-PRF-85582的水性涂料。水性环氧以表干快、硬度高、附着力好等优点受到青睐，可应用于各种基材，其性能与溶剂型环氧相当，能够作为水性四防漆的成膜树脂。在导电填料方面，炭黑具有比半导体氧化物更低的电阻，并且与金属粉相比不易沉降；在防腐填料方面，磷酸盐、钼酸盐或其改性产品作为铬酸盐的替代品，通过钝化形成屏蔽作用，能起到良好的防腐效果。
涂料的配方设计及制备工艺是实现涂料水性化的难点，我国军工单位已相继开展了水性功能涂料的研制，但在技术水平上仍有待提高。
发明内容
本发明的技术解决问题四：克服现有技术的不足，提出一种水性环氧四防漆及其制备方法和应用，该方法的目的在于通过水性树脂与颜填料的优选及配方设计，解决现有溶剂型涂料VOC排放超标的问题，所制得的水性环氧四防漆具有防静电、防盐雾、防湿热、防霉菌的功能。
本发明的技术解决方案是：
一种水性环氧四防漆，该水性环氧四防漆的原料包括去离子水、分散剂、消泡剂、导电炭黑、防沉剂、防锈填料、体质填料、水性胺固化剂、流平剂和助溶剂；
以水性胺固化剂的质量为15份计算，其他组分的质量份数为：
去离子水 35-45份
分散剂 5-10份
消泡剂 0.4-1.0份
导电炭黑 7-12份
防沉剂 0.5-1.0份
防锈填料 8-16份
体质填料 10-20份
流平剂 0.2-0.6份
助溶剂 0-5份。
一种水性环氧四防漆的制备方法，该方法的步骤包括：
(1)制备炭黑浆，制备炭黑浆的方法为：将去离子水、分散剂、消泡剂加入到容器中，低速搅拌均匀，然后加入导电炭黑进行砂磨；砂磨速度为1500～2500r/min，砂磨时间1～2h，砂磨结束后得到炭黑浆；
(2)制备颜料浆，制备颜料浆的方法为：将步骤(1)得到的炭黑浆、防沉剂加入到容器中，低速搅拌均匀，再依次加入防锈填料和体质填料，在1000～2000r/min分散30min以上至无明显团聚，然后1000～2000r/min砂磨至细度小于45μm，得到颜料浆；
(3)在步骤(2)得到的颜料浆中加入水性胺固化剂、流平剂和助溶剂，在1000～2000r/min下高速搅拌1～2h，然后使用100目铜网过滤出料，得到水性环氧四防漆。
一种水性环氧四防漆的应用，将得到的水性环氧四防漆与水性环氧树脂进行混合，水性环氧四防漆与水性环氧树脂的质量比为100：46-52，搅拌均匀后，熟化15-30min，在基材上表面均匀喷涂2-3遍，干膜厚度45～70μm。
所述的步骤(1)中，导电炭黑的比表面积为65～800m2/g，DBP吸油值170-345ml/100g；
所述的步骤(1)中，消泡剂优选聚硅氧烷类，优选BYK-093或Defoamer A363；
所述的步骤(1)中，分散剂优选BYK194N；
所述的步骤(2)中，防沉剂优选BYK-420或BYK-D420；
所述的步骤(2)中，防锈填料为磷酸盐、亚磷酸盐、钼酸盐、磷钼酸盐、硼酸盐、偏硼酸盐、硅酸盐、铁酸盐中的至少一种，其中优选三聚磷酸铝、钙改性三聚磷酸铝、锌改性三聚磷酸铝、磷酸锌、钼酸锌、磷钼酸锌钙中的至少一种；
所述的步骤(2)中，体质填料为滑石粉、云母粉、沉淀硫酸钡、钛白粉、碳酸钙、硅灰石、硅微粉、石英粉、氧化锌、铁红、云母氧化铁、高岭土中的至少一种；
所述的步骤(3)中，水性胺固化剂为由多元胺与单脂肪酸反应制得的酰胺化多胺类固化剂、由二聚酸与多元胺缩合而成的聚酰胺类固化剂、由多元胺与环氧树脂加成而得的环氧-多胺加成物类固化剂中的一种，其中优选胺值110～450mg/g KOH，胺氢当量在170～310g/eq的环氧-多胺加成物固化剂；
所述的步骤(3)中，流平剂为丙烯酸酯类共聚物、聚醚改性聚硅氧烷、氟改性丙烯酸酯中的一种，优选聚醚改性聚硅氧烷；
所述的水性环氧树脂为低分子量液体环氧树脂、低分子量液体环氧树脂水分散体、固体环氧树脂水分散体、多官能团改性环氧树脂水分散体中的一种，其中优选环氧当量190～700g/eq的环氧树脂水分散体。
本发明与现有技术相比，具有以下优势：
(1)本发明通过水性树脂、固化剂、颜填料和助剂的配方优化设计研究，制备了一种水性环氧涂料，优选以水性环氧分散体为主要成膜物，搭配水性胺固化剂，形成的涂膜具有良好的附着力、柔韧性和抗冲击强度，与溶剂型涂料性能相当，但极大的降低了溶剂用量，是一种更为环保的涂料。
(2)本发明优选具有一定比表面积的导电炭黑，与高结构炭黑相比吸油量低，易于分散，既降低了成本，又能在较低的添加量充分形成导电网络结构；还通过防锈填料和体质填料的搭配使用，协同发挥物理屏蔽和化学钝化作用，具有良好的防盐雾、防湿热、防霉菌、防静电的四防功能。
(3)本发明制备工艺简单，且分散及喷涂均使用水为介质，生产过程无危废产生，具有较强的实用性，所制备的水性环氧四防漆能够满足相关行业标准，可推广应用于军用领域，符合国家环保排放要求，具有良好的经济效益和社会效益。
(4)本发明制备的涂层以水为分散介质，安全环保，兼具防静电、防盐雾、防湿热、防霉菌功能，能够替代军用溶剂型四防漆。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤(1)：将去离子水40g、分散剂(BYK-194N)8g、消泡剂(Defoamer A363)0.8g加入到容器中，低速搅拌均匀，加入导电炭黑11g，转速2000r/min砂磨1h。
步骤(2)：在步骤(1)得到的炭黑浆中加入防沉剂(BYK-420)1g，低速搅拌均匀，再依次加入三聚磷酸铝9g、磷酸锌4g、云母粉10g、钛白粉4g，在1000r/min分散30min，然后1500r/min砂磨至细度小于45μm。
步骤(3)：在颜料浆中加入水性胺固化剂(环氧-多胺加成物)15g、流平剂(BYK-348)0.2g，并添加去离子水5g，在1500r/min下高速搅拌1h，100目铜网过滤出料。
步骤(4)：将步骤(3)得到的涂料组分加入50g水性环氧树脂(固体环氧树脂水分散体)，充分搅拌均匀后，熟化20min，在基材上均匀喷涂2遍，干膜厚度50μm。
试样室温干燥7天后，或在50～80℃干燥24h后，测定漆膜性能。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤(1)：将去离子水45g、分散剂(BYK-194N)9g、消泡剂(Defoamer A363)0.7g加入到容器中，低速搅拌均匀，加入导电炭黑12g，转速2000r/min砂磨1h。
步骤(2)：在步骤(1)得到的炭黑浆中加入防沉剂(BYK-D420)1.1g，低速搅拌均匀，再依次加入三聚磷酸铝8g、磷钼酸锌钙4g、云母粉6g、滑石粉12g，在1000r/min分散30min，然后1500r/min砂磨至细度小于45μm。
步骤(3)：在颜料浆中加入水性胺固化剂(环氧-多胺加成物)15g，流平剂(BYK-346)0.2g，添加助溶剂(丙二醇甲醚)3g，在1500r/min下高速搅拌1h，100目铜网过滤出料。
步骤(4)：将步骤(3)得到的涂料组分加入52g水性环氧树脂(固体环氧树脂水分散体)，充分搅拌均匀后，熟化15min，在基材上均匀喷涂2遍，干膜厚度56μm。
试样室温干燥7天后，或在50～80℃干燥24h后，测定漆膜性能。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤(1)：将去离子水40g、分散剂(BYK-194N)9g、消泡剂(Defoamer A363)0.7g加入到容器中，低速搅拌均匀，加入导电炭黑9g，转速2000r/min砂磨1h。
步骤(2)：在步骤(1)得到的炭黑浆中加入防沉剂(BYK-D420)0.7g，低速搅拌均匀，再依次加入三聚磷酸铝8g、磷酸锌2g、硅微粉2g、云母粉8g、滑石粉10g，在1000r/min分散30min，然后1500r/min砂磨至细度小于45μm。
步骤(3)：在颜料浆中加入水性胺固化剂(环氧-多胺加成物)15g，流平剂(BYK-348)0.2g，并添加去离子水2g，在1500r/min下高速搅拌1h，100目铜网过滤出料。
步骤(4)：将步骤(3)得到的涂料组分加入50g水性环氧树脂(固体环氧树脂水分散体)，充分搅拌均匀后，熟化20min，在基材上均匀喷涂2遍，干膜厚度52μm。
试样室温干燥7天后，或在50～80℃干燥24h后，测定漆膜性能。
实施例1～3中涂层性能测试结果：
Figure BDA0002400346850000061
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种水性环氧四防漆，其特征在于：该水性环氧四防漆的原料包括去离子水、分散剂、消泡剂、导电炭黑、防沉剂、防锈填料、体质填料、水性胺固化剂、流平剂和助溶剂；
以水性胺固化剂的质量为15份计算，其他组分的质量份数为：
Figure FDA0002400346840000011
所述的消泡剂为聚硅氧烷类消泡剂；
防沉剂为BYK-420或BYK-D420；
防锈填料为磷酸盐、亚磷酸盐、钼酸盐、磷钼酸盐、硼酸盐、偏硼酸盐、硅酸盐、铁酸盐中的至少一种；
体质填料为滑石粉、云母粉、沉淀硫酸钡、钛白粉、碳酸钙、硅灰石、硅微粉、石英粉、氧化锌、铁红、云母氧化铁、高岭土中的至少一种；
水性胺固化剂为由多元胺与单脂肪酸反应制得的酰胺化多胺类固化剂、由二聚酸与多元胺缩合而成的聚酰胺类固化剂、由多元胺与环氧树脂加成而得的环氧-多胺加成物类固化剂中的一种；
流平剂为丙烯酸酯类共聚物、聚醚改性聚硅氧烷、氟改性丙烯酸酯中的一种；
助溶剂为乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇丙醚、二丙二醇丁醚、二丙酮醇中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种水性环氧四防漆，其特征在于：消泡剂为BYK-093或Defoamer A363。
3.根据权利要求1所述的一种水性环氧四防漆，其特征在于：导电炭黑的比表面积为65～800m2/g，DBP吸油值170-345ml/100g。
4.根据权利要求1所述的一种水性环氧四防漆，其特征在于：分散剂为BYK194N。
5.根据权利要求1所述的一种水性环氧四防漆，其特征在于：水性胺固化剂为胺值110-450mg/g KOH、胺氢当量在170-310g/eq的环氧-多胺加成物固化剂。
6.一种水性环氧四防漆的制备方法，其特征在于该方法的步骤包括：
(1)制备炭黑浆，制备炭黑浆的方法为：将去离子水、分散剂、消泡剂加入到容器中，搅拌，然后加入导电炭黑进行砂磨，砂磨结束后得到炭黑浆；
(2)制备颜料浆，制备颜料浆的方法为：将步骤(1)得到的炭黑浆、防沉剂加入到容器中，搅拌，再依次加入防锈填料和体质填料，在1000-2000r/min分散30min以上，然后1000-2000r/min砂磨至细度小于45μm，得到颜料浆；
(3)在步骤(2)得到的颜料浆中加入水性胺固化剂、流平剂和助溶剂，在1000～2000r/min下高速搅拌1-2h，然后使用100目铜网过滤出料，得到水性环氧四防漆。
7.根据权利要求6所述的一种水性环氧四防漆的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，砂磨速度为1500-2500r/min，砂磨时间1-2h。
8.一种水性环氧四防漆的应用，其特征在于：将得到的水性环氧四防漆与水性环氧树脂进行混合，水性环氧四防漆与水性环氧树脂的质量比为100：46-52，搅拌，熟化，在基材上表面均匀喷涂2-3遍。
9.根据权利要求8所述的一种水性环氧四防漆的应用，其特征在于：所述的水性环氧树脂为低分子量液体环氧树脂、低分子量液体环氧树脂水分散体、固体环氧树脂水分散体、多官能团改性环氧树脂水分散体中的一种。
10.根据权利要求9所述的一种水性环氧四防漆的应用，其特征在于：水性环氧树脂为环氧当量190～700g/eq的环氧树脂水分散体。
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