CN111253827B - 一种鳞片型环氧烯-锌底漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种鳞片型环氧烯‑锌底漆，包括A组分和B组分：A组分包括：5~30%环氧树脂A、5~15%环氧树脂B、5~20%第一溶剂、50~80%锌粉、0~20%纳米防锈颜料、0.1~2%石墨烯或氧化石墨烯、0.5~1%纳米颜填料分散剂、0.5~1%润湿助剂、0.1~1%消泡剂、0.1~1%流平剂；B组分包括70~90%固化剂与10~30%第二溶剂。本发明还公开了一种鳞片型环氧烯‑锌底漆的制备方法，按照配比将环氧树脂A与环氧树脂B混合，加入第一溶剂，加入纳米颜填料分散剂和石墨烯或氧化石墨烯，再加入润湿助剂、消泡剂、流平剂，最后加入鳞片状锌粉和纳米防锈颜料，即可得到A组分；将固化剂与第二溶剂混合得到B组分；将A组分和B组分混合。本发明的优点是在降低底漆不挥发份中金属锌含量的同时提高了富锌底漆的耐盐雾性能。

Description

一种鳞片型环氧烯-锌底漆及其制备方法

技术领域

本发明涉及油漆加工技术领域，更具体地说，它涉及一种鳞片型环氧烯-锌底漆及其制备方法。

背景技术

金属腐蚀是人类面临的一个十分严重的问题，每年因腐蚀造成的金属结构、设备及材料的损失量大约相当于当年金属产量的20％-40％，全世界每年因腐蚀而报废的金属达亿吨以上，经济损失占国民经济总产值的1.5-3.5％。长期以来，人们采用各种技术减缓腐蚀发生的速度。例如，用防腐涂料涂在金属表面上固化后形成涂层，通过屏蔽、缓蚀、阴极保护等作用来防止金属腐蚀。

目前，环氧富锌底漆是最主要的金属防腐涂料之一，它在腐蚀环境中通过利用金属锌对钢铁的阴极保护作用实现防腐蚀保护，环氧富锌底漆是由基料环氧树脂配以聚酰胺、锌粉、助剂而成，主要用于钢铁表面临时保护防腐，亦可用于船舶、桥梁、海上平台及钢结构防锈底漆。不挥发份中金属锌含量是评定富锌底漆防腐性的重要指标，在一定程度上决定其防腐性的优劣。而耐盐雾性能通常是表征富锌底漆的防腐性能。

环氧富锌底漆中的锌元素是其防锈能力的主要源泉，利用锌元素活泼的特性，可以先于基材和空气、水分及其它物质发生反应，形成紧密的隔断层，从而隔绝锈蚀产生的必要条件。但是暴露在腐蚀环境中的钢，如果富锌底漆中锌含量低，那么颗粒锌粉就不能形成完整的锌粉层，固化了的环氧树脂导电性差，大大妨碍了锌粉的化学保护作用，影响了富锌底漆对钢的阴极保护作用，具体表现为盐雾试验不久就会出现锈蚀，耐盐雾性能低。

因此，具有一定高的锌含量是保证富锌底漆防腐性能的一项很重要的技术指标。故传统的环氧富锌底漆达到优异的防腐蚀效果即长久的阴极保护作用，通常采用的方法是提高不挥发分中金属锌的含量的方法，通常金属锌含量可达到80％以上。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种鳞片型环氧烯-锌底漆，相比于现有锌含量较高的环氧富锌底漆，其在降低底漆不挥发份中金属锌含量的同时提高了富锌底漆的耐盐雾性能。

本发明的第二个目的在于提供一种鳞片型环氧烯-锌底漆的制备方法，其优点是：制得的底漆不挥发份中金属锌含量较低的同时提高了富锌底漆的耐盐雾性能。

为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种鳞片型环氧烯-锌底漆，包括单独保存且使用时以100:5～30比例混用的A组分和B组分：

所述A组分包括以下质量百分比的原料：5～30％环氧树脂A、5～15％环氧树脂B、5～20％第一溶剂、50～80％锌粉、0～20％纳米防锈颜料、0.1～2％石墨烯或氧化石墨烯、0.5～1％纳米颜填料分散剂、0.5～1％润湿助剂、0.1～1％消泡剂、0.1～1％流平剂；

其中，环氧树脂A为环氧当量为450～10000g/mol的双酚A型环氧树脂，环氧树脂B为环氧当量为150～300g/mol的双酚A型环氧树脂；

锌粉包括鳞片状锌粉和球状锌粉，其中，球状锌粉为0～20％，余量为鳞片状锌粉；

所述B组分包括质量百分比为70～90％固化剂与10～30％第二溶剂。

通过采用本发明的上述方案，由于锌粉的腐蚀反应物(主要是碱式碳酸锌)沉积在锌粉颗粒之间，填塞颜料之间的空隙，又不导电，从而对涂层起到密闭的作用，起到防腐的作用。鳞片状锌粉的加入，可以在环氧烯-锌底漆涂层中形成平行搭接的体系，平行搭接的鳞片状锌粉部分或全部取代球状锌粉，使得涂层具有更好的导通性。同时复配石墨烯，利用石墨烯的超高导电性能，增加片锌间的导通性，进一步提高涂层中锌粉的电化学保护作用。另一方面，片层石墨烯的加入，可以起到屏蔽作用，其平行搭接体系可以大大减少了水在涂膜中的扩散，并且片状锌粉和石墨烯的平行搭接体系可以把涂层分成一个一个的小区域，减少了涂层开裂的倾向，提高了涂层的韧性。

本发明将不同环氧当量的环氧树脂进行复配，在达到环氧富锌底漆高屏蔽性能的前提下，还可以兼顾漆膜韧性，保证涂料实用性能，提高耐盐雾寿命。除此之外，本发明采用纳米防锈颜料与鳞片状锌粉的复配，可有效提高涂层附着力，而且纳米防锈颜料的加入，进一步提高了底漆的耐盐雾性能，同时，纳米防锈颜料的有效分散，可提高底漆的均一性。

进一步地，所述A组分包括以下质量百分比的原料：10～20％环氧树脂A、5～10％环氧树脂B、5～15％溶剂、55～73％鳞片状锌粉、4.5～12％纳米防锈颜料、0.5～1.5％石墨烯或氧化石墨烯、0.6～0.8％纳米颜填料分散剂、0.5～1％润湿助剂、0.5～1％消泡剂、0.4～1％流平剂；

所述B组分包括78～86％固化剂与14～22％第二溶剂。

进一步地，所述纳米防锈颜料为纳米磷酸锌、纳米偏硼酸钡、纳米聚磷酸铝和纳米二氧化硅中的一种或多种的混合物。

进一步地，所述第一溶剂为二甲苯、丁醇、丁酮或环己酮中的一种或多种的混合物；所述第二溶剂为二甲苯、丁醇、丁酮或环己酮中的一种或多种的混合物。

进一步地，所述纳米颜填料分散剂为含纳米颜填料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液。

进一步地，所述润湿助剂为含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液。

进一步地，所述消泡剂为有机硅类消泡剂或不含有机硅的破泡聚合物溶液型消泡剂。

进一步地，所述流平剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷共聚体溶液。

进一步地，所述固化剂为改性胺固化剂、酚醛胺固化剂或聚酰胺固化剂中的一种或多种。

为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种鳞片型环氧烯-锌底漆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

A组分的制备：按照配比将环氧树脂A与环氧树脂B混合，然后加入第一溶剂，之后再加入纳米颜填料分散剂和石墨烯或氧化石墨烯，充分分散制得石墨烯树脂分散浆，之后再加入润湿助剂、消泡剂、流平剂，最后加入鳞片状锌粉、纳米防锈颜料，即可得到A组分；

B组分的制备：将固化剂与第二溶剂混合得到B组分；

将A组分和B组分以100:5～30比例混合即得鳞片型环氧烯-锌底漆。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、鳞片状锌粉的加入，可以在鳞片型环氧烯-锌底漆涂层中形成平行搭接的体系，平行搭接的鳞片状锌粉取代球状锌粉，相比于现有锌含量较高的环氧富锌底漆，其在降低底漆不挥发份中金属锌含量的同时提高了富锌底漆的耐盐雾性能；

2、鳞片状锌粉复配石墨烯，利用石墨烯与鳞片状锌粉的二维共轭导电功能，有效增加涂层中锌粉的电化学保护作用，提高锌粉利用率，使得涂层具有更高的耐盐雾性能；

3、鳞片状锌粉和石墨烯的平行搭接体系可以把涂层分成一个一个的小区域，减少了涂层开裂的倾向，提高了涂层的韧性；

4、将不同环氧当量的环氧树脂与固化剂进行复配，在达到环氧富锌底漆高屏蔽性能的前提下，还可以兼顾漆膜韧性，保证涂料实用性能，并提高底漆的耐盐雾性能；

5、纳米防锈颜料与鳞片状锌粉的复配，有效提高涂层附着力，而且纳米防锈颜料的加入有效提高了底漆的耐盐雾性能，同时，纳米防锈颜料的有效分散，提高底漆的均一性。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

以下实施例中，关于鳞片型环氧烯-锌底漆的原料，均可通过市售获得。

实施例1

一种鳞片型环氧烯-锌底漆的制备方法，按照表1中原料的质量百分比配制A组分与B组分，其中，环氧树脂A为环氧当量为450～10000g/mol的双酚A型环氧树脂，环氧树脂B为环氧当量为150～300g/mol的双酚A型环氧树脂；纳米颜填料分散剂为含纳米颜填料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液(购自常州骏辉商贸有限公司厂家的德国科宁化学公司纳米颜填料分散剂H-1082)；润湿助剂为含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液(购自上海洲祥实业有限公司，品牌为德国毕克，型号BYK-164)；流平剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷共聚体溶液(购自上海洲祥实业有限公司，品牌为德国毕克，型号BYK-306)；消泡剂为不含有机硅的破泡聚合物溶液型消泡剂(购自上海洲祥实业有限公司，型号BYK-055)；第一溶剂为二甲苯；第二溶剂为二甲苯与丁醇1:1的混合物；

过程中原料的添加顺序为：对于A组分，首先将环氧树脂A与环氧树脂B混合，然后加入第一溶剂，之后再加入纳米颜填料分散剂和氧化石墨烯，通过充分分散制得石墨烯树脂分散浆，之后再加入润湿助剂、消泡剂、流平剂，最后加入锌粉、纳米防锈颜料，即可得到A组分；

对于B组分，直接将固化剂与第二溶剂混合；

然后将A组分与B组分以质量百分比为100：15混合制备成鳞片型环氧烯-锌底漆。

实施例2～27中鳞片型环氧烯-锌底漆的制备方法按照实施例1中方法进行，不同之处在于，A组分与B组分中原料的质量百分比按照表1进行配置。

表1：

续表1：

续表1：

实施例28：

一种鳞片型环氧烯-锌底漆的制备方法，按照实施例17的方法进行配置，不同之处在于，A组分中消泡剂为有机硅类消泡剂(购自烟台恒鑫化工科技有限公司，型号THIX-278有机硅消泡剂)。

实施例29：

一种鳞片型环氧烯-锌底漆的制备方法，按照实施例17的方法进行配置，不同之处在于，A组分与B组分以质量百分比为100：5混合制备成鳞片型环氧烯-锌底漆。

实施例30：

一种鳞片型环氧烯-锌底漆的制备方法，按照实施例17的方法进行配置，不同之处在于，A组分与B组分以质量百分比为100：30混合制备成鳞片型环氧烯-锌底漆。

对比例

对比例1

一种环氧富锌底漆，按照实施例17中方法进行配置，不同之处在于，A组分中不添加石墨烯，也不添加氧化石墨烯，然后据此调整第一溶剂的比例，第一溶剂为8.6％。

对比例2

一种环氧富锌底漆，按照实施例17中方法进行配置，不同之处在于，A组分中锌粉全部为球状锌粉。

性能检测试验

将各个实施例中和对比例中制得的环氧富锌底漆进行耐盐雾性能测试，具体操作为：以喷砂钢板为基材，将同一喷砂钢板割取若干样条，将各个实施例与对比例中制得的环氧富锌底漆喷涂于样条基材上，常温干燥7d后按照GB/T 1771—2007进行耐盐雾试验，按照GB/T 5210—2006通过拉拔法进行附着力测试，根据国家标准《漆膜柔韧性测定法》进行柔韧性测试，其中，耐盐雾性能、附着力测试和柔韧性测试为本领域常用测量方法，本申请文件中不在详述，测试结果如下表2所示。

表2：

续表2：

参考实施例17与实施例18，A组分中加入的锌粉均为鳞片状锌粉，制得的底漆的耐盐雾性能、附着力和韧性均优于鳞片状锌粉和球状锌粉的混合使用；

参考实施例8与实施例10，A组分中加入氧化石墨烯，制得的底漆的耐盐雾性能、附着力和韧性均优于加入石墨烯；

参考实施例17、实施例22和实施例23，氧化石墨烯不变，鳞片状锌粉增加，耐盐雾性能升高，附着力和韧性先升高后降低；参考实施例17、实施例24和实施例25，鳞片状锌粉不变，氧化石墨烯增加，耐盐雾性能、附着力和韧性均先升高后降低；参考实施例17、实施例26、实施例27，氧化石墨烯与鳞片状锌粉均增大，耐盐雾性能增大，附着力和韧性先升高后降低，当鳞片状锌粉为65％、氧化石墨烯为1％的时候，耐盐雾性能高，同时附着力和韧性均很高。

对比例1和对比例2中可知，石墨烯和鳞片状锌粉复配后制得的底漆的耐盐雾时间、柔韧性和附着力均大大得到提升。

石墨烯的加入可以提高底漆的耐盐雾性能，参考实施例8～10，实施例8中加入纳米防锈颜料与氧化石墨烯，而实施例9中只加入氧化石墨烯，没有纳米防锈颜料，可以看到，实施例8中制得底漆的耐盐雾性能和附着力优于只加入氧化石墨烯制得的底漆，且实施例8中也含有不同环氧当量的环氧树脂与鳞片状锌粉，故石墨烯、鳞片状锌粉、纳米防锈颜料和不同环氧当量的环氧树脂四者复配，制成高屏蔽层结构、高耐蚀环氧鳞片型富锌底漆，有效降低底漆不挥发份中金属锌含量，而且提高了底漆的耐盐雾性能与涂层附着力。

参考实施例14～17，将纳米磷酸锌、纳米偏硼酸钡、纳米聚磷酸铝和纳米二氧化硅分别与环氧树脂A与环氧树脂B复配，可以看出纳米磷酸锌、纳米偏硼酸钡、纳米聚磷酸铝和纳米二氧化硅均含有的时候与环氧树脂复配制得的底漆的耐盐雾性能更高。

综上，本发明中使用不同环氧当量的环氧树脂及不同类型的固化剂复配，在达到鳞片型环氧烯-锌底漆高屏蔽性能的前提下，有效兼顾漆膜韧性，保证涂料使用性能，并达到大大提升了耐盐雾寿命；

加入纳米防锈颜料，既有效提高了底漆的耐盐雾性能，同时纳米防锈颜料的有效分散，大大提高了底漆的均一性，复配鳞片状锌粉，有效提高底漆涂层附着力；加入石墨烯和鳞片状锌粉，鳞片状锌粉的加入，可以在环氧烯-锌涂料涂层中形成平行搭接的体系，平行搭接的鳞片状锌粉部分或全部取代球状锌粉，使得涂层具有更好的导通性，同时复配石墨烯，利用石墨烯与鳞片状锌粉的二维共轭导电功能，有效增加涂层中锌粉的电化学保护作用，提高锌粉利用率。同时复配纳米磷酸锌、纳米偏硼酸钡、纳米聚磷酸铝和纳米二氧化硅，选用高交联密度树脂，将上述四者的优异性能结合，可有效提高底漆的耐盐雾性能，耐盐雾寿命可以高达3000h。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种鳞片型环氧烯-锌底漆，其特征在于，包括单独保存且使用时以质量比为100:15混用的A组分和B组分：

所述A组分包括以下质量百分比的原料：10%环氧树脂A、7%环氧树脂B、7.6%第一溶剂、65%鳞片状锌粉、2%纳米磷酸锌、1%纳米偏硼酸钡、2%纳米聚磷酸铝、2%纳米二氧化硅、1%氧化石墨烯、0.7%纳米颜填料分散剂、0.7%润湿助剂、0.5%消泡剂、0.5%流平剂；

或，所述A组分包括以下质量百分比的原料：10%环氧树脂A、7%环氧树脂B、5%第一溶剂、67.6%鳞片状锌粉、2%纳米磷酸锌、1%纳米偏硼酸钡、2%纳米聚磷酸铝、2%纳米二氧化硅、0.5%氧化石墨烯、0.7%纳米颜填料分散剂、0.7%润湿助剂、0.5%消泡剂、0.5%流平剂；

或，所述A组分包括以下质量百分比的原料：10%环氧树脂A、7%环氧树脂B、5%第一溶剂、67.6%鳞片状锌粉、2%纳米磷酸锌、0.5%纳米偏硼酸钡、2%纳米聚磷酸铝、2%纳米二氧化硅、1.5%氧化石墨烯、0.7%纳米颜填料分散剂、0.7%润湿助剂、0.5%消泡剂、0.5%流平剂；

其中，环氧树脂A为环氧当量为450~10000g/mol的双酚A型环氧树脂，环氧树脂B为环氧当量为150~300g/mol的双酚A型环氧树脂；

所述B组分包括质量百分比为40%改性胺固化剂、40%酚醛胺固化剂与20%第二溶剂。

2.根据权利要求1所述的一种鳞片型环氧烯-锌底漆，其特征在于，所述第一溶剂为二甲苯、丁醇、丁酮或环己酮中的一种或多种的混合物；所述第二溶剂为二甲苯、丁醇、丁酮或环己酮中的一种或多种的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种鳞片型环氧烯-锌底漆，其特征在于，所述纳米颜填料分散剂为含纳米颜填料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液。

4.根据权利要求1所述的一种鳞片型环氧烯-锌底漆，其特征在于，所述润湿助剂为含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液。

5.根据权利要求1所述的一种鳞片型环氧烯-锌底漆，其特征在于，所述消泡剂为有机硅类消泡剂或不含有机硅的破泡聚合物溶液型消泡剂。

6.根据权利要求1所述的一种鳞片型环氧烯-锌底漆，其特征在于，所述流平剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷共聚体溶液。

7.一种权利要求1~6任一所述的鳞片型环氧烯-锌底漆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

A组分的制备：按照配比为环氧树脂A与环氧树脂B混合，然后加入第一溶剂，之后再加入纳米颜填料分散剂和氧化石墨烯，充分分散制得氧化石墨烯树脂分散浆，之后再加入润湿助剂、消泡剂、流平剂，最后加入锌粉、纳米防锈颜料，即可得到A组分；

B组分的制备：将固化剂与第二溶剂混合得到B组分；

将A组分和B组分按比例混合，即得鳞片型环氧烯-锌底漆。