CN111334146B - 一种长效防腐的水性冷涂锌涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于防腐涂料技术领域，具体涉及一种长效防腐的水性冷涂锌涂料及其制备方法，长效防腐的水性冷涂锌涂料，由如下重量百分比的各组分组成：水性丙烯酸树脂5‑15%、锌粉75‑90%、硅烷偶联剂0.5‑3%、增稠剂1‑5%、水余量。本发明采用的树脂为水性丙烯酸树脂，溶剂为水，不含VOC，符合环保要求；本发明所采用的硅烷偶联剂为含有两个伯胺基的二氨基硅烷偶联剂，不仅有助于在锌粉表面形成化学键，形成牢固的包覆，改善锌粉颗粒的分散性和表面活性，改善锌粉颗粒表面的物理、化学、力学等，而且利于在钢铁基材表面形成氢键，提高附着力，而且由于该二氨基硅烷偶联剂中含有两个伯氨基，少量添加即可起到良好的改善效果。

Description

一种长效防腐的水性冷涂锌涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于防腐涂料技术领域，具体涉及一种长效防腐的水性冷涂锌涂料及其制备方法。
背景技术
传统的钢材防腐手段通常是在钢材表面热镀锌或热喷锌，但这两种手段也存在许多缺点：(1)热镀锌或热喷锌由于是在高温下进行的，容易使工件受热变形，造成安装困难；(2)很多大型构件无法进行镀锌，许多施工现场由于条件限制无法进行镀锌操作；(3)热镀锌或热喷锌均需要使金属锌加热融化，耗费大量能源；(4)两种方式均会产生大量三废，对环境污染严重；(5)安装、运输、焊接等造成的锌层破损无法进行有效的修复，从而影响整体的防腐寿命，造成安全隐患，还有色差等问题。
冷涂锌的出现，有效解决了上述问题。冷涂锌为一种新型的单组分高含锌量富锌涂料，与其他双组分富锌涂料或其他单组分产品相比，冷涂锌涂料中锌的含量极高，干膜中含锌95％以上，综合了热镀锌和热喷锌的优点，对钢铁基材同时具备阴极保护和屏障保护的双重保护作用，而且冷镀锌涂层在牺牲锌保护铁的过程中，逐渐与树脂层形成一层致密的锌盐，屏蔽保护的性能远超一般油漆，且锌盐层不会像油漆一样老化。但是，传统溶剂型冷涂锌涂料中挥发性有机溶剂含量较高，不仅环境污染严重，还会对施工人员的身体健康造成不良影响。
中国专利文献CN108948898A公开了一种低表面处理冷喷锌涂料及其制备方法，该冷喷锌涂料包括氧化石墨烯醋酸正丁酯分散液0.1-5.0份、丙烯酸树脂2-20份、硅烷偶联剂0.1-2份、增塑剂0.1-2份、防沉剂0.1-3份、球状锌粉10-50份、片状锌粉10-50份、混合醇硅溶胶1-10份，虽然该冷喷锌涂料将VOC含量降低到200g/L以下，但仍然会对环境造成较大的污染，而且其干膜中锌的含量仅达到90％以上，在进行喷砂处理的底材上的耐中性盐雾时间为1000h，防腐性能有待进一步提高。
发明内容
为了提供一种无VOC排放的冷涂锌涂料，同时确保长效的防腐性能，本发明公开了一种长效防腐的水性冷涂锌涂料及其制备方法，该冷涂锌涂料以水为溶剂，不添加有机溶剂，无VOC排放，健康环保，所添加的硅烷偶联剂能够很好地帮助均匀分散锌粉，且有助于增强与基底的附着力，提高抗腐蚀性能。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种长效防腐的水性冷涂锌涂料，由如下重量百分比的各组分组成：
Figure BDA0002461367880000021
作为优选，上述硅烷偶联剂为二氨基硅烷偶联剂，所述二氨基硅烷偶联剂的结构式为：
Figure BDA0002461367880000022
所述二氨基硅烷偶联剂的制备方法为：(1)将摩尔比为1:1的三甲氧基硅烷与2,8-二氯辛烷-1-烯加入反应釜中，再加入质量分数0.2％的Pt催化剂，加热至90℃，搅拌反应8-10h，压滤除去Pt催化剂，得到产物I，反应方程式为：
Figure BDA0002461367880000023
(2)将产物I和NH3的饱和乙醇溶液(其中产物I与NH3的摩尔比为1:3)加入高压反应釜内，并加入CuCl催化剂(CuCl与产物I的摩尔比为1:25)，调节反应釜内温度至50℃、压力至0.8MPa，反应8h后冷却至室温，缓慢释放压力，真空旋蒸分离得到二氨基硅烷偶联剂，反应方程式为：
Figure BDA0002461367880000031
作为优选，上述锌粉为片状锌粉和球状锌粉的混合物，所述片状锌粉和球状锌粉的质量比为2-3：1。
作为优选，上述增稠剂为羧甲基纤维素类增稠剂、羟甲基纤维素类增稠剂中的一种或几种。
一种长效防腐的水性冷涂锌涂料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按比例称取各组分，先将水性丙烯酸树脂、水和硅烷偶联剂按顺序加入反应釜内，搅拌10-30min；
(2)搅拌下先缓慢加入球状锌粉，搅拌10-30min，然后再加入片状锌粉，继续搅拌30-60min；
(3)加入增稠剂，搅拌均匀，过筛，得到冷涂锌涂料。
作为优选，上述步骤(1)中的搅拌速度为400-600r/min。
作为优选，上述步骤(2)中的搅拌速度均为1000-1200r/min。
作为优选，上述步骤(3)中的搅拌速度为800-1000r/min。
作为优选，上述过筛所用过滤网的目数为200-400目，作为优选，所述过筛所用过滤网的目数为300-400目。
本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明采用的树脂为水性丙烯酸树脂，溶剂为水，不含VOC，符合环保要求；
(2)本发明所采用的硅烷偶联剂为含有两个伯胺基的二氨基硅烷偶联剂，且具有较长的碳链，不仅有助于在锌粉表面形成化学键，形成牢固的包覆，改善锌粉颗粒的分散性和表面活性，改善锌粉颗粒表面的物理、化学、力学等，而且利于在钢铁基材表面形成氢键，提高附着力，而且由于该二氨基硅烷偶联剂中含有两个伯氨基，少量添加即可起到良好的改善效果；
(3)本发明中的锌粉为片状锌粉和球状锌粉的混合物，由于球状锌粉表面更为光滑，搅拌阻力较小，更利于锌粉的均匀分散，可均匀填充在片状锌粉之间，同时，严格控制片状锌粉与球状锌粉的质量比，叫少量的球状锌粉利于填补片状锌粉之间的缝隙，从而有利于形成更为致密的涂层，进一步提高防腐效果；
(4)本发明的冷涂锌涂料在制备过程等中，先加入球状锌粉，搅拌均匀之后，再加入片状锌粉搅拌，球状锌粉先于水性丙烯酸树脂、硅烷偶联剂等接触搅拌，利于先完成对球状锌粉的充分包覆，从而使球状锌粉在整个体系中起到更好的衔接作用，利于形成更为致密的涂层。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
长效防腐的水性冷涂锌涂料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按比例称取各组分，先将水性丙烯酸树脂、水和硅烷偶联剂按顺序加入反应釜内，搅拌10-30min；
(2)搅拌下先缓慢加入球状锌粉，搅拌10-30min，然后再加入片状锌粉，继续搅拌30-60min；
(3)加入增稠剂，搅拌均匀，过筛，得到冷涂锌涂料。
其中，步骤(1)中的搅拌速度为400-600r/min；步骤(2)中的搅拌速度均为1000-1200r/min；步骤(3)中的搅拌速度为800-1000r/min；过筛所用过滤网的目数为200-400目，优选300-400目。
实施例1-3与对比例1-6中各组分用量见表1。
表1
Figure BDA0002461367880000041
Figure BDA0002461367880000051
对比例7与实施例2基本相同，不同之处在于，对比例7中球状锌粉与片状锌粉为同时加入。
对比例8与实施例2基本相同，不同之处在于，对比例8中先加入片状锌粉，后加入球状锌粉。
实施例1-3和对比例1-8所制备的冷涂锌涂料的各项性能见表2。
表2
Figure BDA0002461367880000052
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种长效防腐的水性冷涂锌涂料，其特征在于：由如下重量百分比的各组分组成：
水性丙烯酸树脂 5-15%
锌粉 75-90%
硅烷偶联剂 0.5-3%
增稠剂 1-5%
水 余量；
所述硅烷偶联剂为二氨基硅烷偶联剂，所述二氨基硅烷偶联剂的结构式为：
Figure 540112DEST_PATH_IMAGE001
；
所述锌粉为片状锌粉和球状锌粉的混合物，所述片状锌粉和球状锌粉的质量比为2-3:1；
所述二氨基硅烷偶联剂的制备方法为：
(1)将摩尔比为1:1的三甲氧基硅烷与2,8-二氯辛烷-1-烯加入反应釜中，再加入质量分数0.2％的Pt催化剂，加热至90℃，搅拌反应8-10h，压滤除去Pt催化剂，得到产物I；
(2)将产物I和NH3的饱和乙醇溶液加入高压反应釜内，其中产物I与NH3的摩尔比为1:3，再加入CuCl催化剂，CuCl与产物I的摩尔比为1:25，调节反应釜内温度至50℃、压力至0.8MPa，反应8h后冷却至室温，缓慢释放压力，真空旋蒸分离得到二氨基硅烷偶联剂。
2.如权利要求1所述的长效防腐的水性冷涂锌涂料，其特征在于：所述增稠剂为羧甲基纤维素类增稠剂、羟甲基纤维素类增稠剂中的一种或几种。
3.一种如权利要求1-2任一项所述的长效防腐的水性冷涂锌涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）按比例称取各组分，先将水性丙烯酸树脂、水和硅烷偶联剂按顺序加入反应釜内，搅拌10-30min；
（2）搅拌下先缓慢加入球状锌粉，搅拌10-30min，然后再加入片状锌粉，继续搅拌30-60min；
（3）加入增稠剂，搅拌均匀，过筛，得到冷涂锌涂料。
4.如权利要求3所述的长效防腐的水性冷涂锌涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的搅拌速度为400-600r/min。
5.如权利要求3所述的长效防腐的水性冷涂锌涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中的搅拌速度均为1000-1200r/min。
6.如权利要求3所述的长效防腐的水性冷涂锌涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中的搅拌速度为800-1000r/min。
7.如权利要求3所述的长效防腐的水性冷涂锌涂料的制备方法，其特征在于：所述过筛所用过滤网的目数为300-400目。
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