CN112375451A - 一种低膜厚高性能水性单组份防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

一种低膜厚高性能水性单组份防腐涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及工业防腐涂料技术领域，具体说是一种低膜厚高性能水性单组份防腐涂料及其制备方法。该涂料的配方中添加了水性杂化树脂，通过甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯、苯乙烯和过氧化苯甲酰对基本树脂进行改性，使其具备高疏水性、强结合力和良好的保护性能，保证了涂层具有优异的抗渗透能力，能够在较低膜厚情况下，达到长期防腐的特性。一方面，减少施工道数，降低了施工成本；另一方面，突破了单组份水性涂料在低膜厚条件下长效防腐性能差的问题，从而减少涂料使用量，降低材料及运输成本。

Description

一种低膜厚高性能水性单组份防腐涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及工业防腐涂料技术领域，具体说是一种低膜厚高性能水性单组份防腐涂料及其制备方法。
背景技术
面对世界环境的日趋恶化，开发环境友好型的水性涂料势在必行。但是，目前市面上的单组份水性涂料在较低的膜厚下，防腐性能（如耐盐雾性能）均不如双组分涂料性能好。而且，常规的水性涂料有一个共同的缺点：固含低，一道成膜厚度不高，通常需要施涂多道才能达到规定膜厚，从而获得标准要求的防腐性能。然而，经过客户拜访的调查，我们了解到业主或施工队的一些诉求，在保证各项应用性能的前提下，他们更希望使用施工方便的涂料，如减少施工中的混合配料计量和分散以及施工道数，这样可以节约施工成本。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种低膜厚高性能水性单组份防腐涂料及其制备方法，该涂料在单涂层干膜厚度较低的情况下，就能获得优异的防腐性能，且具备制造工艺简单、施工方便等优点。
为解决上述问题，采取以下技术方案：
本发明的低膜厚高性能水性单组份防腐涂料的特点是由以下质量份数的原料组成：水性杂化树脂50～65份；炭黑1～2份；防锈硅粉8～15份；绢云母粉5～8份；去离子水12～20份；助剂8.6～17.3份。
其中，所述水性杂化树脂由以下质量份数的原料组成：环氧树脂200～280份；正丁醇和乙二醇单丁醚混合溶剂20～32份；甲基丙烯酸48～80份；丙烯酸丁酯20～32份；苯乙烯8～20份；过氧化苯甲酰7.2～10份；二甲基乙醇胺溶液15～20份；去离子水120～150份。
上述方案中，所述正丁醇和乙二醇单丁醚混合溶剂是将正丁醇和乙二醇单丁醚按（3～8）：12的比例混合配制而成。
所述二甲基乙醇胺溶液是将二甲基乙醇胺和去离子水按（1～3）：3的比例混合配制而成。
所述助剂包括分散剂、消泡剂、防沉剂、PH值调节剂、润湿剂、流平剂、防闪锈剂、成膜助剂和增稠剂。所述分散剂为含多个亲颜料基团的高分子量聚氨酯类嵌段共聚物水溶液，其质量份数为1.5～3份。所述消泡剂为有机硅类消泡剂，其质量份数为0.2～0.3份。所述防沉剂为精制锂蒙脱石黏土，其质量份数为0.3～0.6份。所述PH值调节剂为二甲基乙醇胺，其质量份数为0.4～0.7份。所述润湿剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷共聚物，其质量份数为0.3～0.4份。所述流平剂为聚丙烯酸酯类流平剂，其质量份数为0.3～0.5份。所述防闪锈剂为改性锌螯合物，其质量份数为0.3～1份。所述成膜助剂为二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚的混合溶液，其质量份数为5～10份；二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚的配比为（1～4）：3。所述增稠剂为聚氨酯缔合型增稠剂，其质量份数为0.3～0.8份。
本发明的低膜厚高性能水性单组份防腐涂料的制备方法的特点是按质量份计步骤如下。
（1）水性杂化树脂的制备：
在装有搅拌器、冷凝管、氮气导管、滴液漏斗的四口烧瓶中，加入200～280份环氧树脂和按（3～8）：12配置的正丁醇和乙二醇单丁醚混合溶剂20～32份，加热升温至100～110℃；当投入的环氧树脂充分溶解后，开动搅拌200～400转/分，2h内匀速缓慢滴加功能单体48～80份甲基丙烯酸、20～32份丙烯酸丁酯、8～20份苯乙烯和7.2～10份引发剂过氧化苯甲酰的混合溶液；继续搅拌反应3～5h；随后降温至45℃以下，加入按（1～3）：3配置的二甲基乙醇胺和去离子水的混合溶液15～20份中和至PH值7.5～9，搅拌下继续反应25～35min；加去离子水120～150份继续分散，待冷却至室温，制成水性杂化树脂。
（2）配料：
①磨浆：称取去离子水12～20份，再称取分散剂1.5～3份，投入干燥清洁的分散釜中，启动搅拌机，控制转速在300～500转/分，依次加入消泡剂0.2～0.3份、炭黑1～2份、防锈硅粉8～15份、绢云母粉5～8份、防沉剂0.3～0.6份，以800～1200转/分的速度搅拌8～15分钟，搅拌均匀后，换用砂磨机研磨至细度50um以下，得到无树脂浆。
②配漆：将上述①得到的无树脂浆，在分散釜中以300～500转/分的搅拌速度依次加入上述（1）所得的水性杂化树脂50～65份、PH值调节剂0.4～0.7份、润湿剂0.3～0.4份、流平剂0.3～0.5份、防闪锈剂0.3～1份、成膜助剂5～10份、增稠剂 0.3～0.8份，以800～1200转/分的速度搅拌10～20分钟，100～200目滤网过滤，制成低膜厚高性能水性单组份防腐涂料。
采取上述方案，具有以下优点：
本发明的低膜厚高性能水性单组份防腐涂料及其制备方法，在其配方中添加水性杂化树脂，使得该涂料在单涂层干膜厚度低至25～35微米的情况下，就能获得优异的防腐性能（耐中性盐雾500小时以上）。通过甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯、苯乙烯和过氧化苯甲酰对基本树脂进行改性，使树脂具有以下三个主要作用：第一，乙烯基的电子与苯环共轭，不溶于水，所以苯乙烯的添加使涂层具备高疏水性；第二，改性后树脂分子中的极性基团数量增加，从而增加了涂层与金属基材的低化学反应后的结合力；第三，通过将甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯等功能单体接枝到主链，使分子结构支链丰富，分子间相互缠绕、堆叠，从而形成一个致密的互穿网络结构。这些作用保证了涂层具有优异的抗渗透能力，能够在较低膜厚情况下，达到长期防腐的特性。一方面，减少施工道数，降低了施工成本；另一方面，突破了单组份水性涂料在低膜厚条件下长效防腐性能差的问题，从而减少涂料使用量，降低材料及运输成本。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例一
本实施例的低膜厚高性能水性单组份防腐涂料由以下质量份数的原料组成：
水性杂化树脂50份；炭黑1份；防锈硅粉8份；绢云母粉5份；去离子水12份；助剂8.6份。
其中，所述水性杂化树脂由以下质量份数的原料组成：
环氧树脂200份；正丁醇和乙二醇单丁醚混合溶剂20份，正丁醇和乙二醇单丁醚的质量配比为1:4；甲基丙烯酸48份；丙烯酸丁酯20份；苯乙烯8份；过氧化苯甲酰7.2份；二甲基乙醇胺溶液15份，二甲基乙醇胺和去离子水的质量配比为1:3；去离子水120份。
所述助剂包括分散剂、消泡剂、防沉剂、PH值调节剂、润湿剂、流平剂、防闪锈剂、成膜助剂和增稠剂。
所述分散剂为含多个亲颜料基团的高分子量聚氨酯类嵌段共聚物水溶液，其质量份数为1.5份。
所述消泡剂为有机硅类消泡剂，其质量份数为0.2份。
所述防沉剂为精制锂蒙脱石黏土，其质量份数为0.3份。
所述PH值调节剂为二甲基乙醇胺，其质量份数为0.4份。
所述润湿剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷共聚物，其质量份数为0.3份。
所述流平剂为聚丙烯酸酯类流平剂，其质量份数为0.3份。
所述防闪锈剂为改性锌螯合物，其质量份数为0.3份。
所述成膜助剂为二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚的混合溶液，其质量份数为5份；二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚的配比为1: 3。
所述增稠剂为聚氨酯缔合型增稠剂，其质量份数为0.3份。
本实施例的低膜厚高性能水性单组份防腐涂料的制备方法是按质量份计步骤如下。
（1）水性杂化树脂的制备：
在装有搅拌器、冷凝管、氮气导管、滴液漏斗的四口烧瓶中，加入200份环氧树脂和按1:4配置的正丁醇和乙二醇单丁醚混合溶剂20份，加热升温至100℃。当投入的环氧树脂充分溶解后，开动搅拌200转/分，2h内匀速缓慢滴加功能单体48份甲基丙烯酸、20份丙烯酸丁酯、8份苯乙烯和7.2份引发剂过氧化苯甲酰的混合溶液，继续搅拌反应3h。随后降温至45℃以下，加入按1:3配置的二甲基乙醇胺和去离子水的混合溶液15份中和至PH值7.5，搅拌下继续反应25min。加去离子水120份继续分散，待冷却至室温，制成水性杂化树脂。
（2）配料：
①磨浆：称取去离子水12份，再取分散剂1.5份，投入干燥清洁的分散釜中，启动搅拌机，控制转速在300转/分，依次加入消泡剂0.2份、炭黑1份、防锈硅粉8份、绢云母粉5份、防沉剂0.3份，以800转/分的速度搅拌8分钟，搅拌均匀后，换用砂磨机研磨至细度50um以下，得到无树脂浆。
②配漆：将上述①得到的无树脂浆，在分散釜中以300转/分的搅拌速度依次加入上述（1）所制得的水性杂化树脂50份、PH值调节剂0.4份、润湿剂0.3份、流平剂0.3份、防闪锈剂0.3份、成膜助剂5份（二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚的配比为1: 3）、增稠剂 0.3份，以800转/分的速度搅拌10分钟，100目滤网过滤，制成本实施例的低膜厚高性能水性单组份防腐涂料。
实施例二
本实施例的低膜厚高性能水性单组份防腐涂料由以下质量份数的原料组成：
水性杂化树脂58份；炭黑1.5份；防锈硅粉10份；绢云母粉6份；去离子水18份；助剂13.98份。
其中，所述水性杂化树脂由以下质量份数的原料组成：
环氧树脂240份；正丁醇和乙二醇单丁醚混合溶剂26份，正丁醇和乙二醇单丁醚的质量配比为1:2；甲基丙烯酸60份；丙烯酸丁酯25份；苯乙烯14份；过氧化苯甲酰9份；二甲基乙醇胺溶液18份，二甲基乙醇胺和去离子水的质量配比为2:3；去离子水140份。
所述助剂包括分散剂、消泡剂、防沉剂、PH值调节剂、润湿剂、流平剂、防闪锈剂、成膜助剂和增稠剂。
所述分散剂为含多个亲颜料基团的高分子量聚氨酯类嵌段共聚物水溶液，其质量份数为2.5份。
所述消泡剂为有机硅类消泡剂，其质量份数为0.23份。
所述防沉剂为精制锂蒙脱石黏土，其质量份数为0.5份。
所述PH值调节剂为二甲基乙醇胺，其质量份数为0.6份。
所述润湿剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷共聚物，其质量份数为0.35份。
所述流平剂为聚丙烯酸酯类流平剂，其质量份数为0.4份。
所述防闪锈剂为改性锌螯合物，其质量份数为0.8份。
所述成膜助剂为二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚的混合溶液，其质量份数为8份；二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚的配比为2:3。
所述增稠剂为聚氨酯缔合型增稠剂，其质量份数为0.6份。
本实施例的低膜厚高性能水性单组份防腐涂料的制备方法是按质量份计步骤如下。
（1）水性杂化树脂的制备：
在装有搅拌器、冷凝管、氮气导管、滴液漏斗的四口烧瓶（1000ml）中，加入240份环氧树脂和按1:2配置的正丁醇和乙二醇单丁醚混合溶剂26份，加热升温至100～110℃。当投入的环氧树脂充分溶解后，开动搅拌300转/分，2h内匀速缓慢滴加功能单体60份甲基丙烯酸、25份丙烯酸丁酯、14份苯乙烯和9份引发剂过氧化苯甲酰的混合溶液，继续搅拌反应4h。随后降温至45℃以下，加入按2:3配置的二甲基乙醇胺和去离子水的混合溶液18份中和至PH值8.2，搅拌下继续反应30min。加去离子水140份继续分散，待冷却至室温，制成水性杂化树脂。
（2）配料：
①磨浆：称取去离子水18份，再称取分散剂2.5份，投入干燥清洁的分散釜中，启动搅拌机，控制转速在400转/分，依次加入消泡剂0.23份、炭黑1.5份、防锈硅粉10份、绢云母粉6份、防沉剂0.5份，以1000转/分的速度搅拌12分钟，搅拌均匀后，换用砂磨机研磨至细度50um以下，得到无树脂浆。
②配漆：将上述①得到的无树脂浆，在分散釜中以400转/分的搅拌速度依次加入上述（1）所制得的水性杂化树脂58份、PH值调节剂0.6份、润湿剂0.35份、流平剂0.4份、防闪锈剂0.8份、成膜助剂8份（二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚的配比为2:3）、增稠剂 0.6份，以1000转/分的速度搅拌15分钟，100目滤网过滤，制成本实施例的低膜厚高性能水性单组份防腐涂料。
实施例三
本实施例的低膜厚高性能水性单组份防腐涂料由以下质量份数的原料组成：
水性杂化树脂65份；炭黑2份；防锈硅粉15份；绢云母粉8份；去离子水20份；助剂17.3份。
其中，所述水性杂化树脂由以下质量份数的原料组成：
环氧树脂280份；正丁醇和乙二醇单丁醚混合溶剂32份，正丁醇和乙二醇单丁醚的质量配比为2: 3；甲基丙烯酸80份；丙烯酸丁酯32份；苯乙烯20份；过氧化苯甲酰10份；二甲基乙醇胺溶液20份，二甲基乙醇胺和去离子水的质量配比为1:1；去离子水150份。
所述助剂包括分散剂、消泡剂、防沉剂、PH值调节剂、润湿剂、流平剂、防闪锈剂、成膜助剂和增稠剂。
所述分散剂为含多个亲颜料基团的高分子量聚氨酯类嵌段共聚物水溶液，其质量份数为3份。
所述消泡剂为有机硅类消泡剂，其质量份数为0.3份。
所述防沉剂为精制锂蒙脱石黏土，其质量份数为0.6份。
所述PH值调节剂为二甲基乙醇胺，其质量份数为0.7份。
所述润湿剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷共聚物，其质量份数为0.4份。
所述流平剂为聚丙烯酸酯类流平剂，其质量份数为0.5份。
所述防闪锈剂为改性锌螯合物，其质量份数为1份。
所述成膜助剂为二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚的混合溶液，其质量份数为10份；二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚的配比为4:3。
所述增稠剂为聚氨酯缔合型增稠剂，其质量份数为0.8份。
本实施例的低膜厚高性能水性单组份防腐涂料的制备方法是按质量份计步骤如下。
（1）水性杂化树脂的制备：
在装有搅拌器、冷凝管、氮气导管、滴液漏斗的四口烧瓶（1000ml）中，加入280份环氧树脂和按2: 3配置的正丁醇和乙二醇单丁醚混合溶剂32份，加热升温至110℃。当投入的环氧树脂充分溶解后，开动搅拌400转/分，2h内匀速缓慢滴加功能单体80份甲基丙烯酸、32份丙烯酸丁酯、20份苯乙烯和10份引发剂过氧化苯甲酰的混合溶液，继续搅拌反应5h。随后降温至45℃以下，加入按1:1配置的二甲基乙醇胺和去离子水的混合溶液20份中和至PH值9，搅拌下继续反应35min。加去离子水150份继续分散，待冷却至室温，制成水性杂化树脂。
（2）配料：
①磨浆：称取去离子水20份，再称取分散剂3份，投入干燥清洁的分散釜中，启动搅拌机，控制转速在500转/分，依次加入消泡剂0.3份、炭黑2份、防锈硅粉15份、绢云母粉8份、防沉剂0.6份，以1200转/分的速度搅拌15分钟，搅拌均匀后，换用砂磨机研磨至细度50um以下，得到无树脂浆。
②配漆：将上述①得到的无树脂浆，在分散釜中以500转/分的搅拌速度依次加入上述（1）所制得的水性杂化树脂65份、PH值调节剂0.7份、润湿剂0.4份、流平剂0.5份、防闪锈剂1份、成膜助剂10份（二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚的配比为4:3）、增稠剂 0.8份，以1200转/分的速度搅拌20分钟，200目滤网过滤，制成本实施例的低膜厚高性能水性单组份防腐涂料。
上述三个实施例的涂料在单涂层干膜厚度低至25～35微米的情况下，它们的性能测试数据如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
通过上述三个实施例的性能测试数据可知，本发明的低膜厚高性能水性单组份防腐涂料在其配方中添加的水性杂化树脂，使其在单涂层干膜厚度低至25～35微米的情况下，就能获得优异的防腐性能（耐中性盐雾500小时以上）。通过甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯、苯乙烯和过氧化苯甲酰对基本树脂进行改性，使树脂具有以下三个主要作用：第一，乙烯基的电子与苯环共轭，不溶于水，所以苯乙烯的添加使涂层具备高疏水性；第二，改性后树脂分子中的极性基团数量增加，从而增加了涂层与金属基材的低化学反应后的结合力；第三，通过将甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯等功能单体接枝到主链，使分子结构支链丰富，分子间相互缠绕、堆叠，从而形成一个致密的互穿网络结构。这些作用保证了涂层具有优异的抗渗透能力，能够在较低膜厚情况下，达到长期防腐的特性。一方面，减少施工道数，降低了施工成本；另一方面，突破了单组份水性涂料在低膜厚条件下长效防腐性能差的问题，从而减少涂料使用量，降低材料及运输成本。

Claims (6)

1.一种低膜厚高性能水性单组份防腐涂料，其特征在于由以下质量份数的原料组成：
水性杂化树脂 50～65份
炭黑 1～2份
防锈硅粉 8～15份
绢云母粉 5～8份
去离子水 12～20份
助剂 8.6～17.3份；
其中，所述水性杂化树脂由以下质量份数的原料组成：
环氧树脂 200～280份
正丁醇和乙二醇单丁醚混合溶剂 20～32份
甲基丙烯酸 48～80份
丙烯酸丁酯 20～32份
苯乙烯 8～20份
过氧化苯甲酰 7.2～10份
二甲基乙醇胺溶液 15～20份
去离子水 120～150份。
2.根据权利要求1所述的低膜厚高性能水性单组份防腐涂料，其特征在于所述正丁醇和乙二醇单丁醚混合溶剂是将正丁醇和乙二醇单丁醚按（3～8）：12的比例混合配制而成。
3.根据权利要求1所述的低膜厚高性能水性单组份防腐涂料，其特征在于所述二甲基乙醇胺溶液是将二甲基乙醇胺和去离子水按（1～3）：3的比例混合配制而成。
4.根据权利要求1所述的低膜厚高性能水性单组份防腐涂料，其特征在于所述助剂包括分散剂、消泡剂、防沉剂、PH值调节剂、润湿剂、流平剂、防闪锈剂、成膜助剂和增稠剂。
5.根据权利要求4所述的低膜厚高性能水性单组份防腐涂料，其特征在于：
所述分散剂为含多个亲颜料基团的高分子量聚氨酯类嵌段共聚物水溶液，其质量份数为1.5～3份；
所述消泡剂为有机硅类消泡剂，其质量份数为0.2～0.3份；
所述防沉剂为精制锂蒙脱石黏土，其质量份数为0.3～0.6份；
所述PH值调节剂为二甲基乙醇胺，其质量份数为0.4～0.7份；
所述润湿剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷共聚物，其质量份数为0.3～0.4份；
所述流平剂为聚丙烯酸酯类流平剂，其质量份数为0.3～0.5份；
所述防闪锈剂为改性锌螯合物，其质量份数为0.3～1份；
所述成膜助剂为二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚的混合溶液，其质量份数为5～10份；二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚的配比为（1～4）：3；
所述增稠剂为聚氨酯缔合型增稠剂，其质量份数为0.3～0.8份。
6.如权利要求1所述的低膜厚高性能水性单组份防腐涂料的制备方法，其特征在于按质量份计步骤如下：
（1）水性杂化树脂的制备：
在装有搅拌器、冷凝管、氮气导管、滴液漏斗的四口烧瓶中，加入200～280份环氧树脂和按（3～8）：12配置的正丁醇和乙二醇单丁醚混合溶剂20～32份，加热升温至100～110℃；当投入的环氧树脂充分溶解后，开动搅拌200～400转/分，2h内匀速缓慢滴加功能单体48～80份甲基丙烯酸、20～32份丙烯酸丁酯、8～20份苯乙烯和7.2～10份引发剂过氧化苯甲酰的混合溶液；继续搅拌反应3～5h；随后降温至45℃以下，加入按（1～3）：3配置的二甲基乙醇胺和去离子水的混合溶液15～20份中和至PH值7.5～9，搅拌下继续反应25～35min；加去离子水120～150份继续分散，待冷却至室温，制成水性杂化树脂；
（2）配料：
①磨浆：称取去离子水12～20份，再称取分散剂1.5～3份，投入干燥清洁的分散釜中，启动搅拌机，控制转速在300～500转/分，依次加入消泡剂0.2～0.3份、炭黑1～2份、防锈硅粉8～15份、绢云母粉5～8份、防沉剂0.3～0.6份，以800～1200转/分的速度搅拌8～15分钟，搅拌均匀后，换用砂磨机研磨至细度50um以下，得到无树脂浆；
②配漆：将上述①得到的无树脂浆，在分散釜中以300～500转/分的搅拌速度依次加入上述（1）所得的水性杂化树脂50～65份、PH值调节剂0.4～0.7份、润湿剂0.3～0.4份、流平剂0.3～0.5份、防闪锈剂0.3～1份、成膜助剂5～10份、增稠剂 0.3～0.8份，以800～1200转/分的速度搅拌10～20分钟，100～200目滤网过滤，制成低膜厚高性能水性单组份防腐涂料。
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