CN111925703A - 一种水性eau防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及防腐涂料领域，具体公开了一种水性EAU防腐涂料及其制备方法。水性EAU防腐涂料由A组分和B组分制成，A组分包括：水性EAU丙烯酸乳液；分散剂；消泡剂；流平；去离子水；颜填料；助溶剂；抗闪锈剂；石墨烯分散液；增稠剂；B组分为水性聚脲树脂和多异氰酸酯固化剂中的一种或多；其制备方法为：将二苯胺磺酸盐、石墨烯和去离子水共混，得石墨烯分散液；将分散剂、消泡剂、去离子水和颜填料共混，得分散浆；将分散浆、石墨烯分散液和其余组分共混，得A组分。本发明的水性EAU防腐涂料耐候性好，能够在苛刻环境下对基材起防护作用；本发明的制备方法能够有效确保原料之间均匀混合和反应，使得制得的防腐涂料具有较优的耐候性和防护作用。

Description

一种水性EAU防腐涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及防腐涂料领域，更具体地说，它涉及一种水性EAU防腐涂料及其制备方法。

背景技术

目前，由于环保力度整治加大，一些主流的油性工业防腐涂料纷纷寻找变革突破，水性工业防腐涂料就应运而生，并且在涂料行业的推广下展现出百花齐放的局面。目前，主流水性产品主要包括水性丙烯酸轻防腐涂料、水性环氧底/中层和水性聚氨酯面漆。

发明人认为，水性丙烯酸主要以轻防腐为主，对于相对苛刻条件（如含有酸、碱、盐和溶剂介质的化工大气或海洋环境）下的防腐基本没有什么相关应用；水性环氧涂料则只能制作底中层不接触阳光暴晒的涂层；水性聚氨酯性能较为优异，除了与金属的附着力不如环氧底漆好，耐候、耐化学品均优于环氧底漆，制作的面层涂膜致密，防护性较强，但缺点是产品成本较贵。

因此，针对上述中的相关技术，发明人旨在提供一种具备较优耐候性、可作为底面一体的、相对成本较为适中，并且能够在相对较苛刻的环境下对基材起防护作用的防腐涂料。

发明内容

针对现有技术存在的在苛刻环境下涂料的耐候差的问题，本发明的第一个目的在于提供一种水性EAU防腐涂料，所述水性EAU防腐涂料具有耐候性好、可作为底面一体、相对成本适中，并能够在相对较苛刻环境下对基材起防护作用的优点。

本发明的第二个目的在于提供一种水性EAU防腐涂料的制备方法，所述制备方法具有制作简单、能够有效确保原料之间均匀混合和反应，使得制得的防腐涂料具有较优的耐候性和防护作用的优点。

为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：

一种水性EAU防腐涂料，所述水性EAU防腐涂料由重量比为10：（3-4）的A组分和B组分制成，

所述A组分由以下重量百分比的原料制成：

水性EAU丙烯酸乳液55—65wt%；

分散剂0 .5—1wt%；

消泡剂0.2—0.5 wt%；

流平剂0.4—1wt%；

去离子水9—14wt%；

颜填料20—30wt%；

助溶剂1—5wt%；

抗闪锈剂0 .5—1wt%；

石墨烯分散液 0.2—3wt%；

增稠剂0.2-0.6 wt %；

所述B组分为水性聚脲树脂和多异氰酸酯固化剂中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，水性EAU丙烯酸乳液作为制作防腐涂料的原料，其具备一定的柔韧性，与基材之间具有较为牢固的附着力，能够提高涂膜的耐候性；利用分散剂进行分散涂料中的相关组分，使得涂料具有更好的稳定性，同时，一定程度上可改善涂料的粘度，增强颜填料的载入量；利用消泡剂抑制气泡的产生和加速已产生气泡的破灭，降低气泡对涂料生产和涂膜效果的影响；利用流平剂促使涂料在干燥成膜过程中能够形成一个平整、光滑、均匀的涂膜，降低涂料的表面张力，提高涂料的流平性和均匀性；利用颜填料的填充作用，以改善涂料的储存稳定性和提高涂膜的耐久性和硬度，使得涂料具有较优的物化性能；利用助溶剂促进涂料中的原料组分能够溶解混合，一定程度上能够改善涂料的施工性和涂膜的表现性能；利用抗闪锈剂增强涂料的抗腐蚀性能；利用增稠剂调节涂料的粘稠度和流动性；

石墨烯具有二维纳米片层结构，一方面，分散良好的石墨烯能够以二维片层结构在涂料中进行层层堆叠，填充到防腐涂料的孔洞中，使得涂料中的气泡或者裂纹无法进一步扩展，降低了基材的腐蚀速度；另一方面，石墨烯密度小，所形成的比表面积较大，在用于制作涂料时，石墨烯较大的比表面积能够增强涂料对基材的吸附能力，从而能够增强涂料的粘结性能和稳定性。本方案中将石墨烯以分散液的形式添加到涂料体系中，降低了石墨烯发生团聚的可能性，使得石墨烯能够稳定均匀的分散在涂料体系中，有利于石墨烯发挥对涂料性能的提升作用。

本方案将水性EAU丙烯酸乳液和石墨烯分散液作为制备涂料的主要原料，充分利用二者的优势，并结合其余原料组分的协同作用，使得制得的防腐涂料具有较优的耐酸碱性和耐候性，使得制得的涂料在相对苛刻的环境下对基材也能够起到较优的防护作用。

进一步地，所述石墨烯分散液由以下重量份组分制成：0.5-1份二苯胺磺酸盐、1-2份石墨烯和110-200份去离子水。

通过采用上述技术方案，二苯胺磺酸盐能够均匀的溶于水中，一个二苯胺磺酸盐分子中含有两个苯环，石墨烯内部碳原子的排列方式为以sp²杂化轨道成键，利用苯环与石墨烯的π-π作用以及磺酸根阴离子间的静电排斥力，使得石墨烯能够稳定的均匀分散在水中，从而降低了石墨烯在涂料体系中发生团聚的可能性，使得石墨烯能够与涂料中的其他组分均匀混合。

进一步地，所述消泡剂选自有机硅类消泡剂及矿物油消泡剂中的一种或两种。

通过采用上述技术方案，有机硅消泡剂具有较小的表面张力，消泡效能好，同时具有较好的热稳定性；矿物油消泡剂在酸性和碱性下都能起到消泡的作用具有较强的通用性，同时也具有较优的耐热性。

进一步地，所述分散剂选自天然高分子类、合成高分子类和多价羟酸类中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，天然高分子类分散剂如木质素磺酸钠，具有较强的分散能力，能溶于任何硬度的水中，水溶液化学稳定性好；合成高分子类分散剂如磺酸盐、羧酸盐分散剂，同时羧酸盐分散剂也是多羟酸类分散剂，能够降低涂料的粘度、改善涂料的储存稳定性和流平性等。

进一步地，所述流平剂选自聚醚改性聚有机硅氧烷及有机硅流平剂中的一种或两种。

通过采用上述技术方案，聚醚改性聚有机硅氧烷消泡迅速、抑泡时间长、安全无毒；有机硅流平剂具有较好的润湿流平效果、抗起泡、抗缩孔和耐水性能。

进一步地，所述颜填料选自钛白粉、磷酸锌、磷酸铝、云母粉中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，钛白粉具有一定的遮盖和装饰作用，能够改善涂料的物化性能和化学稳定性；磷酸锌除了能够改善涂料的物化性能，还能够与金属铁发生阳极反应，形成以磷酸铁为主的坚固的保护膜，能够达到较优的防锈性能；磷酸铝在涂料体系中能够起到粘结各组分的作用，同时也能够起到防锈作用；云母粉能够提高涂料的抗老化性能和耐候性，一定程度上可延迟涂膜的粉化。

进一步地，所述助溶剂选自DPNB、DPMA、DMM等产品中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，DPNB为二丙二醇丁醚，具有低毒低挥发性，具有较优的偶联性和溶解性；DPMA为二丙二醇甲醚醋酸酯，透明低毒，具有较强的溶解力，有利于涂料中的各组分溶解混合；DMM为二丙二醇二甲醚，安全无毒，具有优异的溶解性能，有利于涂料中的组分溶解混合。

进一步地，所述增稠剂选自聚氨酯增稠剂或丙烯酸乳液增稠剂中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，聚氨酯增稠剂能够快速增加涂料的稠度，提高涂料体系的分散性和稳定性；丙烯酸乳液增稠剂除了能够调节涂料的稠度，还能够降低在涂膜过程中出现流挂现象的可能性，能够提升涂料的机械性能和储存稳定性。

进一步地，所述抗闪锈剂选自改性有机螯合物或亚硝酸盐溶液中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，利用有机螯合物与金属离子之间发生螯合反应，从而去除重金属离子，进而可减缓基材发生锈蚀的速度；亚硝酸盐能够在金属表面形成起钝化作用的氧化物，从而将基材与腐蚀介质隔离开来，进而减缓基材的腐蚀速度。

为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：

一种水性EAU防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：

S1、石墨烯分散液的制备：按配比，在450-550rpm转速下将二苯胺磺酸盐和石墨烯加入到去离子水中，搅拌15-25min，再超声震荡40-60min，得石墨烯分散液；

S2、分散浆的制备：按配比，将分散剂和消泡剂加入到去离子水中，以250-350rpm转速搅拌4-6min；转速升至450-550rpm，边搅拌边加入颜填料，颜填料加入后转速升至750-850rpm，搅拌27-35min，得分散浆，所述分散浆的细度小于40μm；

S3、A组分的制备：按配比，在转速为450-550rpm状态下，向步骤S2中的分散浆中加入助溶剂、水性EAU丙烯酸乳液、抗闪锈剂、石墨烯分散液、流平剂和增稠剂，搅拌4-8min；过滤后，滤液即为A组分；使用时，将A组分和B组分按重量比混合，即得水性EAU防腐涂料。

通过采用上述技术方案，先将石墨烯均匀分散在水中，有利于石墨烯与其他原料组分混合均匀；预先制备分散浆，有利于分散浆与其他组分混合均匀，进一步改善了涂料中原料组分的混合均匀度，有效确保了原料组分之间能够有效反应，从而使得制得的涂料具有较优的耐候性和耐酸性。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

第一、本发明利用水性EAU丙烯酸乳液和石墨烯分散液的优势，并结合其余原料组分的协同作用，使得制得的防腐涂料具有较优的耐酸性和耐候性，使得制得的涂料在相对苛刻的环境下对基材也能够起到较优的防护作用。

第二、本发明利用二苯胺磺酸盐将石墨烯均匀的分散在水中，有利于石墨烯均匀分散在涂料体系中，使得石墨烯能够有效增强涂料的耐候性和耐蚀性。

第三、本发明预先制备石墨烯分散液和分散浆，使得涂料中的原料组分能够均匀混合和充分反应，有效确保了制得的涂料具有较优的耐候性和耐蚀性。

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。

本发明中各原料组分来源见表1：

表1，各实施例和各对比例中原料组分的来源

制备例

水性EAU丙烯酸乳液的制备，包括如下步骤：

S1、取1kg十二烷基二苯醚二磺酸钠盐和4kg烷基酚聚氧乙烯醚共混制成复合乳化剂，取复合乳化剂和去离子水配制成浓度为50%的乳化剂溶液Ⅰ和浓度为70%的乳化剂Ⅱ溶液；

S2、取过硫酸钠与去离子水制成浓度为20%的引发剂溶液Ⅰ、浓度为35%的引发剂溶液Ⅱ、浓度为40%的引发剂溶液Ⅲ和浓度为70%的引发剂溶液Ⅳ；

S3、取20.26kg丙烯酸和79.74kg丙烯酸异辛酯共混制成单体Ⅰ；取13.65kg丙烯酸和4.66kg丙烯酸异辛酯共混制成单体Ⅱ；单体Ⅲ为0.2kg衣康酸；

S4、取0.49kg亚硫酸氢钠和5kg去离子水共混制成后添加剂；

S5、取乳化剂Ⅱ和单体Ⅰ于反应釜中搅拌30min，得到预乳化液；

S6、取乳化剂Ⅰ、5%预乳化液和0.1kg引发剂溶液Ⅰ于反应釜中，缓慢升温至80℃，反应25min；取剩余的预乳化液和0.24kg引发剂溶液Ⅱ，连续匀速的滴加到反应釜中，滴加时间为1h，滴加完毕后保温1h；然后将反应釜降温至40℃，过滤，得到种子乳液；

S7、取80%种子乳液加入反应釜中，缓慢升温至80℃，将单体Ⅲ和0.15kg引发剂溶液Ⅲ匀速滴加到反应釜中，滴加时间为1h；将0.05kg引发剂溶液Ⅳ匀速滴加到反应釜中，反应1h；反应完成后将0.49kg后添加剂匀速滴加入反应釜中，滴加时间为1h，滴加完毕后保温1h；将反应釜降温至40℃，加入氨水将体系ph调节至7，搅拌均匀后过滤，得到水性EAU丙烯酸乳液。

实施例1-实施例7

实施例1-实施例7中水性EAU防腐涂料的原料组分包括A组分和B组分，A组分包括水性EAU丙烯酸乳液、木质素磺酸钠分散剂、L-1000消泡剂、聚醚改性有机硅氧烷、去离子水、颜填料、助溶剂、改性有机螯合物、石墨烯分散液和聚氨酯增稠剂；B组分为水性聚脲树脂。

实施例1-实施例7中水性EAU防腐涂料的原料组分和制备方法均相同，不同之处仅在于各原料组分的掺量不同，具体见表2：

表2，实施例1-实施例7中各原料组分的掺量

以实施例2为例进行说明水性EAU防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：

S1、石墨烯分散液的制备：按配比，在500rpm转速下将0.8kg二苯胺磺酸钠和1.5kg石墨烯加入到170kg去离子水中，搅拌20min，再超声震荡50min，得石墨烯分散液；

S2、分散浆的制备：按配比，将木质素磺酸钠和L-1000消泡剂加入到去离子水中，以300rpm转速搅拌5min；转速升至500rpm，边搅拌边加入颜填料，颜填料加入后转速升至800rpm，搅拌30min，得分散浆，分散浆的细度为35μm；

S3、A组分的制备：按配比，在转速为500rpm状态下，向步骤S2中的分散浆中加入助溶剂、水性EAU丙烯酸乳液、改性有机螯合物、石墨烯分散液、聚醚改性有机硅氧烷和聚氨酯增稠剂，搅拌5min；过滤后，滤液即为A组分；使用时，将A组分和B组分按重量比混合，即得水性EAU防腐涂料。

实施例8

本实施例与实施例2的区别仅在于：A组分和B组分的重量比为10：3.5。

实施例9

本实施例与实施例2的区别仅在于：A组分和B组分的重量比为10：4。

实施例10

本实施例与实施例2的区别仅在于：步骤S2中，按配比，将木质素磺酸钠、L-1000消泡剂和颜填料一次性全部加入到去离子水中，以转速800rpm，搅拌30min。

实施例11

本实施例与实施例2的区别仅在于：制备A组分时，不预先制备分散浆，将所有原料组分一次性全部混合，以转速800rpm，搅拌30min。

实施例12

本实施例与实施例2的区别仅在于：制备石墨烯分散液时，二苯胺磺酸钠的掺量为0.5kg，石墨烯的掺量为1kg，去离子水的掺量为110kg。

实施例13

本实施例与实施例2的区别仅在于：制备石墨烯分散液时，二苯胺磺酸钠的掺量为1kg，石墨烯的掺量为2kg，去离子水的掺量为200kg。

对比例1

本对比例与实施例2的区别仅在于各原料组分的掺量不同：水性EAU丙烯酸乳液500kg、木质素磺酸钠2kg、L-1000消泡剂1kg、聚醚改性有机硅氧烷20kg、去离子水160kg、钛白粉80kg、磷酸锌80kg、绢云母粉30kg、DMM70kg、改性有机螯合物3kg、石墨烯分散液53kg和聚氨酯增稠剂1kg。

对比例2

本对比例与实施例2的区别仅在于：水性EAU丙烯酸乳液的掺量为500kg。

对比例3

本对比例与实施例2的区别仅在于：将石墨烯直接添加到涂料中进行搅拌，不预先制成石墨烯分散液。

对比例4

本实施例与实施例2的区别仅在于：制备石墨烯分散液时，二苯胺磺酸钠的掺量为2kg，石墨烯的掺量为3kg，去离子水的掺量为250kg。

针对各实施例和各对比例1制备的防腐涂料进行性能测试，具体过程如下：

一、干燥时间测试

按照标准GB/T 1728-1979中的吹棉球法于室温下测定各防腐涂料的表面干燥时间和实际干燥时间。

二、附着力的测定

（1）按照标准GB/T 9286-1998中的划格法进行测定各防腐涂料的附着力；

（2）按照标准GB/T 5210-2006中的拉开法进行测定各防腐涂料的附着力。

三、弯曲试验

按照标准GB/T 6742-2007对各防腐涂料进行弯曲试验，记录使涂层开裂和/或从底材上剥落的最大轴径。

四、耐冲击性测定

按照标准GB/T 1732-93对各防腐涂料进行耐冲击性测定。

五、耐酸性测定

将各防腐涂料分别在试板的两面上施涂二道（间隔24h）试样，放置24h。于试板的四周涂膜上，用试样重涂宽度5mm以上进行包封，再放置6天。然后将试板的四周相继浸于熔融的石蜡：松香为1：1的混合物中，第一次重叠3mm，第2次重叠5mm进行包涂。放置1h后将样板置于装有硫酸（5（W/V）%）的透明容器中，直至涂膜出现粉化、起泡、剥落等现象，并记录样板在硫酸中的浸泡时间。

六、耐中性盐雾性能的测定

按照标准GB/T 1771-91，对各涂料进行耐中性盐雾性能的测定。

七、烟雾试验后测定附着力

按照标准GB/T 5210-2006中的拉开法对试验六中经过耐中性盐雾试验的各防腐涂料进行附着力测定。

八、耐人工气候老化

按照标准GB/T 1865-2009 对各防腐涂料进行耐人工气候老化测定，当漆膜出现粉化、褪色或变色现象时，停止曝露，并记录曝露持续的时间。

表3，实施例1-实施例7中涂料的性能测试结果

表4，实施例9-实施例13、对比例1-对比例4中涂料的性能测试结果

结合表3和表4，与对比例1相比，实施例1至实施例7中的涂料具有较低的表干时间和实干时间，并且具有更优的附着力、耐冲击性能、耐酸性、耐中性盐雾性能和耐人工气候老化性能，表明本发明公开的水性EAU防腐涂料具有较优的耐候性，并且能够在相对较苛刻的环境下对基材起防护作用。

与对比例3和对比例4相比，实施例2中的防腐涂料具有更优的附着力、耐冲击性能、耐酸性、耐中性盐雾性能和耐人工气候老化性能，表明参照本发明公开的掺量预先制备石墨烯分散液，有利于降低石墨烯在涂料体系中发生团聚的可能性，有利于石墨烯均匀的分散在涂料体系中，从而使得石墨烯与其他组分能够发挥较大的协同作用，有效提升了涂料的整体性能。

与实施例10和实施例11相比，实施例2中的涂料具有更优的附着力、耐冲击性能、耐酸性、耐中性盐雾性能和耐人工气候老化性能，表明本发明通过预先制备分散浆，有利于各组分均匀混合，使得各组分能够发挥较大的协同作用，有效提升了涂料的整体性能。

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 (10)

1.一种水性EAU防腐涂料，其特征在于，所述水性EAU防腐涂料由重量比为10：（3-4）的A组分和B组分制成，

所述A组分由以下重量百分比的原料制成：

水性EAU丙烯酸乳液55—65wt%；

分散剂0 .5—1wt%；

消泡剂0.2—0.5 wt%；

流平剂0.4—1wt%；

去离子水9—14wt%；

颜填料20—30wt%；

助溶剂1—5wt%；

抗闪锈剂0 .5—1wt%；

石墨烯分散液 0.2—3wt%；

增稠剂0.2-0.6 wt %；

所述B组分为水性聚脲树脂和多异氰酸酯固化剂中的一种或多种。

2.根据权利要求书1所述的一种水性EAU防腐涂料，其特征在于，所述石墨烯分散液由以下重量份组分制成：0.5-1份二苯胺磺酸盐、1-2份石墨烯和110-200份去离子水。

3.根据权利要求书1所述的一种水性EAU防腐涂料，其特征在于，所述消泡剂选自有机硅类消泡剂及矿物油消泡剂中的一种或两种。

4.根据权利要求书1所述的一种水性EAU防腐涂料，其特征在于，所述分散剂选自天然高分子类、合成高分子类和多价羟酸类中的一种或多种。

5.根据权利要求书1所述的一种水性EAU防腐涂料，其特征在于，所述流平剂选自聚醚改性聚有机硅氧烷及有机硅流平剂中的一种或两种。

6.根据权利要求书1所述的一种水性EAU防腐涂料，其特征在于，所述颜填料选自钛白粉、磷酸锌、磷酸铝、云母粉中的一种或多种。

7.根据权利要求书1所述的一种水性EAU防腐涂料，其特征在于，所述助溶剂选自DPNB、DPMA、DMM等产品中的一种或多种。

8.根据权利要求书1所述的一种水性EAU防腐涂料，其特征在于，所述增稠剂选自聚氨酯增稠剂或丙烯酸乳液增稠剂中的一种或多种。

9.根据权利要求书1所述的一种水性EAU防腐涂料，其特征在于，所述抗闪锈剂选自改性有机螯合物或亚硝酸盐溶液中的一种或多种。

10.权利要求1-9任一所述的一种水性EAU防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、石墨烯分散液的制备：按配比，在450-550rpm转速下将二苯胺磺酸盐和石墨烯加入到去离子水中，搅拌15-25min，再超声震荡40-60min，得石墨烯分散液；

S2、分散浆的制备：按配比，将分散剂和消泡剂加入到去离子水中，以250-350rpm转速搅拌4-6min；转速升至450-550rpm，边搅拌边加入颜填料，颜填料加入后转速升至750-850rpm，搅拌27-35min，得分散浆，所述分散浆的细度小于40μm；

S3、A组分的制备：按配比，在转速为450-550rpm状态下，向步骤S2中的分散浆中加入助溶剂、水性EAU丙烯酸乳液、抗闪锈剂、石墨烯分散液、流平剂和增稠剂，搅拌4-8min；过滤后，滤液即为A组分；使用时，将A组分和B组分按重量比混合，即得水性EAU防腐涂料。