CN111925715A - 一种彩涂板用高耐蚀水性涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属表面处理与腐蚀防护技术领域，具体公开了一种具有高耐蚀性能的彩涂板用水性涂料及其制备方法。水性涂料由以下重量百分比的原料混合而成：30%～50%氧化石墨烯改性水性环氧树脂、5%～20%丙烯酸乳液、5%～10%纳米硅溶胶、20%～40%水性色浆、0.1%～1%润湿剂、0.1%～1%流平剂和5%～20%水。本发明的彩涂板用水性涂料具有制备工艺简单，得到的涂层外观平整、光泽度好、膜层硬度高及附着性好等优点，同时创造性的用氧化石墨烯改性水性环氧树脂提高涂层的硬度、密实性和耐蚀性，同时涂料中引入纳米硅溶胶，可以修复涂层的微小缺陷，进一步提高了涂层的综合性能。

Description

一种彩涂板用高耐蚀水性涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于金属表面处理与腐蚀防护技术领域，具体涉及一种具有高耐蚀性能的彩涂板用水性涂料及其制备方法。
背景技术
彩涂板是以镀锌钢板或镀铝锌钢板为基板，经过表面预处理后，以辊涂法涂布上涂料，经过烘烤冷却后制成的产品。彩涂板具有质轻、美观和良好的耐腐蚀性能，广泛使用于家电、建材等领域。据统计，我国目前约有500条彩涂板生产线。
目前，这些彩涂板生产线上使用的涂料主要是溶剂型，溶剂型涂料在烘烤固化过程中会挥发大量的有害气体，严重污染环境。近些年，彩涂板由于其严重的VOCs排放受到了各界业内人士的关注。近些年我国相继出台了多项关于VOCs污染控制的政策，包括《关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量的指导意见》、《大气污染防治行动计划》、《挥发性有机物(VOCs)污染防治技术政策》，这些政策明确提出将VOCs的污染防治列为大气污染联防联控的重点工作之一。相关政策规定要加强表面涂装工艺挥发性有机物排放控制，提高水性等低挥发性涂料的使用比例。为坚决打赢蓝天保卫战，从源头上减少彩涂板行业VOCs的排放，用水性涂料代替溶剂型涂料是必然趋势。
目前专利文献报道的彩钢板用涂料大部分是溶剂型，例如CN103992711A公开了一种彩钢板用有机涂料就用到了二甲苯或乙酸乙酯为溶剂。
彩涂板用水溶性涂料也有所报导，例如CN104031524A公开了一种基于水性环氧树脂的用于金属彩钢板表面的水性涂料，但该发明没有表征该水性涂料得到的涂膜的耐蚀性能。这是因为普通的水性涂料由于使用了较多的亲水性材料，得到的涂膜耐水性和耐蚀性能不及溶剂型涂料。
专利文献CN104446311A公开了一种彩钢板水性涂料，该涂料膜具有较好的耐候性和耐水性，综合性能优异，但是该水性涂料制备复杂，且使用了较多获取困难的贻贝粘蛋白水溶液，使得该水性涂料成本高，不易实现工业化使用。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的在于开发一种制备工艺简单、具有良好耐蚀性能的彩涂板用水性涂料。
为实现所述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种彩涂板用高耐蚀水性涂料，由以下重量百分比的原料混合而成：
Figure BDA0002655451290000021
以上各原料的重量百分比之和为100％。
所述丙烯酸乳液为牌号VAST@2011(无锡洪汇新材料科技股份有限公司)的丙烯酸乳液；
所述纳米硅溶胶为牌号LEVASIL WV33(AkzoNobel公司)的胶体二氧化硅，浓度为30.0wt％；
所述水性色浆可以根据实际颜色需要选用不同颜色的色浆，包括但不限于红色水性色浆、黄色水性色浆、蓝色水性色浆、绿色水性色浆、紫色水性色浆、白色水性色浆、黑色水性色浆；
所述润湿剂为BYK333润湿剂；
所述流平剂为BYK346流平剂。
所述氧化石墨烯改性水性环氧树脂，其制备方法为：向容器中加入氧化石墨烯干粉(50～300目，江南石墨烯研究院)和去离子水，然后用超声破碎仪超声45～90分钟，得到分散均匀的橙黄色分散液，然后在搅拌状态下向分散液中滴加牌号为AERS@3250(无锡洪汇新材料科技股份有限公司)水性环氧树脂，滴加时间为20-40分钟，滴加完毕后升温到40-60℃，以1000-1500r/min转速分散45-90分钟，冷却到常温后得到氧化石墨烯改性水性环氧树脂。
所述氧化石墨烯干粉与去离子水的重量比为1：40～60，优选为1：50。
所述氧化石墨烯干粉与水性环氧树脂的重量比为1：100～300，优选为1：200。
上述彩涂板用高耐蚀水性涂料的制备方法，包括以下步骤：
将氧化石墨烯改性水性环氧树脂、丙烯酸乳液、水性色浆和水混合后以1800-2500r/min转速分散20-45分钟，然后用研磨机研磨至细度≤10微米，之后再依次加入纳米硅溶胶、润湿剂和流平剂，混合后500-800r/min搅拌15-30分钟，即得到彩涂板用水性涂料。
本发明采用氧化石墨烯改性水性环氧树脂，明显提高了涂层的耐蚀性。这是因为氧化石墨烯具有较大的比表面积、高的机械性能和突出的位阻效应，能明显提高涂层的耐蚀性能和其它性能。同时氧化石墨烯分子结构上含有较多羟基、羧基等活性基团，这些活性基团接枝到水性环氧树脂上，增强了水性环氧树脂的交联密度。
同时本发明的水性涂料中引入了纳米硅溶胶，可以与氧化石墨烯改性的环氧树脂发挥协同保护效应，纳米硅溶胶通过对涂层固化后形成的微裂纹和空隙进行封锁，导致腐蚀介质的渗透更困难，产生良好的阻隔效应，提高涂层的抗渗透性和耐腐蚀性。
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果是：
通过创造性的用氧化石墨烯对水性环氧树脂进行改性，提高水性环氧树脂的交联密度，同时涂料中引入纳米硅溶胶，可以修复涂层的微小缺陷，进一步提高涂层的耐腐蚀性能。
本发明的彩涂板用高耐蚀水性涂料具有制备工艺简单，得到的涂层外观平整、光泽度好、膜层硬度高、附着性好等优点。
附图说明
图1是实施例1制备的水性涂料涂覆在钢板上经烘烤后的图片；
图2是实施例2制备的水性涂料涂覆在钢板上经烘烤后的图片；
图3是实施例3制备的水性涂料涂覆在钢板上经烘烤后的图片；
图4是对比例1制备的水性涂料涂覆在钢板上经烘烤后的图片；
图5是对比例2制备的水性涂料涂覆在钢板上经烘烤后的图片；
图6是对比例3的市售涂料涂覆在钢板上经烘烤后的图片。
具体实施方式
下面，申请人将结合具体实施例对本发明的技术方案和技术效果予以详细说明。应理解，以下实施例仅为示例，本发明不限于这些实施例。
以下各实施例中，所用原料：氧化石墨烯干粉：50～300目，20～50m2/g,来自江南石墨烯研究院；水性环氧树脂：购自无锡洪汇新材料科技股份有限公司，牌号为AERS@3250；丙烯酸乳液：购自无锡洪汇新材料科技股份有限公司，牌号VAST@2011，固含量为45±2％；纳米硅溶胶：购自AkzoNobel公司的胶体二氧化硅，牌号LEVASIL WV33,浓度为30.0wt％；润湿剂为BYK333润湿剂，购自比克助剂上海有限公司；流平剂为BYK346流平剂，购自比克助剂上海有限公司；水性色浆，购自惠州市利德科技有限公司。
实施例1
一种彩涂板用高耐蚀水性涂料，由以下重量百分比的原料混合而成：
Figure BDA0002655451290000041
本实施例的彩钢板用高耐蚀水性涂料的制备方法包括以下步骤：
(1)制备氧化石墨烯改性水性环氧树脂：向500mL烧杯中加入2g氧化石墨烯干粉和100g去离子水，然后用超声破碎仪超声60分钟，得到分散均匀的橙黄色分散液，然后在搅拌状态下向分散液中滴加水性环氧树脂400g，滴加时间为30分钟，滴加完毕后升温到50℃，以1200r/min转速分散60分钟，冷却到常温后得到氧化石墨烯改性水性环氧树脂；
(2)制备水性涂料：将氧化石墨烯改性水性环氧树脂、丙烯酸乳液、酞箐蓝水性色浆和水混合后以2000r/min转速分散30分钟，然后用研磨机研磨至细度≤10微米，之后再依次加入纳米硅溶胶、润湿剂和流平剂，混合后600r/min搅拌30分钟即得到彩涂板用水性涂料。
实施例2
一种彩涂板用高耐蚀水性涂料，由以下重量百分比的原料混合而成：
Figure BDA0002655451290000051
制备方法同实施例1。
实施例3
一种彩涂板用高耐蚀水性涂料，由以下重量百分比的原料混合而成：
Figure BDA0002655451290000052
制备方法同实施例1。
对比例1
以实施例3为基准，采用没有经过改性的水性环氧树脂。本对比例的水性涂料，由以下重量百分比的原料混合而成：
Figure BDA0002655451290000061
制备方法：将水性环氧树脂、丙烯酸乳液、黄色水性色浆和水混合后2000r/min转速分散30分钟，然后用研磨机研磨至细度≤10微米，之后再依次加入纳米硅溶胶、润湿剂和流平剂，混合后600r/min搅拌30分钟即得到本对比例的水性涂料。
对比例2
以实施例3为基准，不加纳米硅溶胶，其所占的份额由丙烯酸乳液代替。本对比例的水性涂料，由以下重量百分比的原料混合而成：
Figure BDA0002655451290000062
制备方法：除了不加纳米硅溶胶，其所占的份额由丙烯酸乳液代替外，其余原料用量及制备方法同实施例1。
对比例3
市售涂料：来自长沙某公司的以水性环氧树脂为主要原料的白色互穿网络防腐涂料。
实施例1～3和对比例1～3得到的水性涂料效果评价
将实施例1～3和对比例1～3得到的水性涂料涂布在镀锌钢板上，220℃鼓风烘烤1分钟后，冷却，得到厚度约20μm的固化涂层。
评价方法
(1)膜层外观：肉眼观察；
(2)膜层硬度：按照国标《GB/T 6739-2006色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度》进行；
(3)附着性：按照国标《GB/T 9753-2007色漆和清漆杯突试验》进行；
(4)耐蚀性：按照国标《GB/T 1771-2007色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》进行；
(5)耐老化：按照国标《GB/T 23987-2009色漆和清漆涂层的人工气候老化暴露暴露于荧光紫外线和水》进行。
涂层的性能检测结果如下表：
Figure BDA0002655451290000071
通过以上测试结果可知：本发明的水性涂料在膜层硬度、耐腐蚀性能和耐候性方面均明显优于市场上已有的水性涂料。且由对比例1和对比例2可以看出，水性涂料中采用氧化石墨烯改性的环氧树脂和纳米硅溶胶的复合协同作用，明显增强了涂层的耐腐蚀性能。
本发明得到的彩涂板用水性涂料具有制备工艺简单，得到的涂层外观平整、光泽度好，膜层硬度及附着性均合格，同时创造性地用氧化石墨烯改性水性环氧树脂提高涂层的硬度和密实性，同时涂料中引入纳米硅溶胶，可以修复涂层的微小缺陷，进一步提高了涂层的综合性能。本发明具有极大的市场推广价值。

Claims (5)

1.一种彩涂板用高耐蚀水性涂料，其特征在于，由以下重量百分比的原料混合而成：
氧化石墨烯改性水性环氧树脂 30%～50%
丙烯酸乳液 5%～20%
纳米硅溶胶 5%～10%
水性色浆 20%～40%
润湿剂 0.1%～1%
流平剂 0.1%～1%
水 5%～20%
上述各原料的重量百分比之和为100%。
2.根据权利要求1所述的水性涂料，其特征在于，所述氧化石墨烯改性水性环氧树脂的制备方法为：向容器中加入50～300目氧化石墨烯干粉和去离子水，然后用超声破碎仪超声45～90分钟，得到分散均匀的橙黄色分散液，然后在搅拌状态下向分散液中滴加水性环氧树脂，滴加时间为20-40分钟，滴加完毕后升温到40-60℃，以1000-1500r/min转速分散45-90分钟，冷却到常温后，得到氧化石墨烯改性水性环氧树脂。
3.根据权利要求2所述的水性涂料，其特征在于，所述氧化石墨烯干粉与去离子水的重量比为1：40～60，所述氧化石墨烯干粉与水性环氧树脂的重量比为1：100～300。
4.根据权利要求3所述的水性涂料，其特征在于，所述纳米硅溶胶浓度为30.0wt%。
5.根据权利要求1-4任一所述的水性涂料，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：将氧化石墨烯改性水性环氧树脂、丙烯酸乳液、水性色浆和水混合后以1800-2500r/min转速分散20-45分钟，然后研磨至细度≤10微米，之后再依次加入纳米硅溶胶、润湿剂和流平剂，混合后500-800r/min搅拌15-30分钟，即得到彩涂板用水性涂料。
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