CN112662252A - 一种水性低表面处理涂料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水性低表面处理涂料及其制备方法与应用，所述涂料由改性水性丙烯酸乳液、锈转化功能成分、功能缓蚀剂、消泡剂等按一定质量份数混合而成；本发明以酸性锈转化功能成分为主要功能助剂，将其与改性丙烯酸乳液溶于水中，并与其他助剂混合即可获得水性低表面处理涂料；所述低表面处理涂料制备工艺简单，安全环保，并且对一定厚度的锈层具有良好的锈转化功能，适合大规模工程应用。

Description

一种水性低表面处理涂料及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于低表面处理涂料技术领域，具体地，涉及一种水性低表面处理涂料及其制备方法与应用。

背景技术

有机防腐涂料是应用最为广泛的防腐蚀手段，传统理论认为防腐涂料保护作用包括以下机理：(1).屏蔽效应，(2).化学防护效应，(3).电化学防护。但后续研究表明涂层/金属界面的结合情况是决定涂层对基体金属防护性能的关键因素。为此需要在金属表面具有良好的润湿性即金属表面的表面能需低于涂料的表面能是进行涂料涂覆，一般清洁金属表面(如经过彻底的喷砂处理后)会具有比涂料更高的表面张力，确保涂料在金属的充分浸润。但金属表面的氧化物，甚至于痕量级都会改变金属的表面状态，影响涂层/金属基体的结合，从而降低涂层体系的防护效果。为消除锈层对涂层附着力和保护性的影响，延长涂层对金属的保护时效，在涂覆有机涂层之前需要对金属表面进行彻底的除锈处理。金属的除锈方法很多，常用的包括手工除锈、机械除锈、喷砂或喷丸除锈、高压水除锈等。而这些施工将耗费大量时间和资金，同时在野外、电气等关键构件中无法实现。针对上述问题，研究者提出低表面处理涂料技术，即在具有一定锈蚀表面直接具有良好附着能力的新型有机涂覆层技术。

低表面处理涂料是能直接将锈层稳定、钝化或转化，使得活泼的锈层变为稳定的物质，达到对金属表面除锈和保护的双重目的的新型涂料。现在广泛研究的低表面处理涂料包括三种类型：渗透型、稳定型和转化型。目前所使用的低表面处理涂料一般都为溶剂型低表面处理涂料，溶剂型树脂较水性树脂具有更好结合力和耐化学介质性。但随着环保要求越来越严，溶剂型树脂由于使用过程中大量溶剂的挥发使其在越来越多的场合被限制应用。涂料水性化是目前涂料发展的重要方向。在低表面处理涂料领域，转化型低表面处理涂料因其高的锈转化程度及可靠的防腐性能而备受关注。但在溶剂型低表面防腐涂料中常用的锈转化功能成分如磷酸、三聚磷酸铝等都偏酸性，常规水性树脂如水性环氧等在酸性介质中会发生性能劣化，甚至破乳，无法实现涂料的功能，使得水性低表面处理涂料的应用推广难以实现。

目前的低表面处理涂料多为溶剂型，因溶剂有毒、易挥发、污染环境等缺点，受到环保制约，亟需高性能的水性低表面处理涂料。

水性丙烯酸树脂是常用的水性涂料成膜物，具有良好防腐蚀及耐老化性能，在防腐涂料及低表面处理领域具有广泛的应用前景。相关应用文献有：(1)CN105062245A一种水性带锈转化涂料的及其制备方法；(2)CN108948880A用于水性锈转化防腐涂料的组合物、水性锈转化防腐涂料及应用。上述应用中都选用氯乙烯-偏氯乙烯-丙烯酸共聚乳液。

发明内容

为了克服现有技术的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种水性低表面处理涂料。

本发明的第二目的在于提供上一种水性低表面处理涂料的制备方法，该制备方法通过使用一种酸性基团改性水性丙烯酸解决高性能酸性锈转化功能成分与水性树脂的相容性问题，确保使用的安全环保。

本发明的第三目的在于提供上述水性低表面处理涂料的应用。

本发明首要目的通过以下技术方案实现：

一种水性低表面处理涂料，由以下质量份数的组分混匀制备而成：改性水性丙烯酸树脂乳液100-200份，锈转化功能成分10-40份，功能缓蚀剂5-20份，渗透剂5-10份，消泡剂0-2份，去离子水30-80份。

进一步地，所述的改性水性丙烯酸树脂乳液为酸性基团改性丙烯酸树脂乳液。

进一步地，所述锈转化功能成分为磷酸、单宁酸、植酸和乙酸中的至少一种。

进一步地，所述锈转化功能成分为磷酸和植酸形成的混合物。

进一步地，所述功能缓蚀剂为磷酸锌、三聚磷酸铝和六次甲基四胺中的至少一种。

进一步地，所述功能缓蚀剂为磷酸锌和三聚磷酸铝形成的混合物。

进一步地，所述功能缓蚀剂为磷酸锌、三聚磷酸铝和六次甲基四胺形成的混合物。

进一步地，所述渗透剂为甘油、EDTA和平平加中的至少一种。

进一步地，所述渗透剂为甘油和EDTA形成的混合物。

进一步地，所述渗透剂为甘油、EDTA和平平加形成的混合物。

进一步地，所述消泡剂为有机硅改性消泡剂。

本发明第二目的通过以下技术方案实现：

一种水性低表面处理涂料的制备方法，采用以下步骤：

(1)组分A的制备：将10-40份锈转化功能成分，5-20份功能缓蚀剂，5-10份渗透剂，溶于30-80份去离子水中，1000-1500rpm搅拌0.5-2h，获得组分A；

(2)组分B的制备：在100～200份改性水性丙烯酸树脂乳液中加入0-2份消泡剂，10-200rpm速率搅拌0.5-1h获得组分B；

(3)将步骤(1)的组分A缓慢加入步骤(2)的组分B中，制成混合溶液，并用10-200rpm速率搅拌0.5-1h，即得水性低表面处理涂料。

以上搅拌均可以使用通用的涂料用混合分散和剪切设备，如匀胶机、高速分散机、砂磨机等。

本发明第三目的通过以下技术方案实现：

一种水性低表面处理涂料在除锈上的应用。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明制备的水性低表面处理涂料稳定性好，A组分和B组分可以单独存放，可以长时间储存，对锈层转化效果良好，该涂料适用于钢铁锈蚀表面的除锈处理工作，可以作为底漆与其他常规防腐漆进行配合使用；进一步地，本发明涂料成膜树脂乳液与锈转化功能乳液相容性良好，确保了制备成的水性低表面处理涂料性能的可靠性和优良性；

(2)本发明在制备的水性低表面处理涂料时，使用了pH稳定范围在2-4的酸性基团改性丙烯酸树脂乳液作为成膜物质，在确保树脂成膜物与金属基础的良好浸润性条件下，还可以兼容酸性成分为主的锈转化功能成分，使涂料对锈蚀基材具有一定的锈转化与稳定功能，避免了酸性功能成分对常规碱性树脂乳液的破坏，确保了高效的锈转化与防锈功能；

(3)本发明制备过程简单，可控性高，全程无加热步骤，仅通过冷拼方式将各种功能方式混合，方式简便，易于操作；

(4)本发明制备成本低廉，设备要求简单，制备过程仅需要基本的涂料常用剪切分散装备，其成本大幅降低。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为比较例1、实施例1、实施例2和实施例3锈转化前后宏观照片；

图2为对比例4和实施例4宏观照片；

图3为对比例4和实施例4的拉拔断面。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此，其中，对比例和实施例中涉及所有原料皆为市面上可以直接买到的原料。

比较例1：

按照如下质量比例配制原料：环氧乳液(pH7-7.5)100份，环氧乳液固化剂100份，锈转化功能成分(磷酸)20份，功能缓蚀剂(磷酸锌)10份，渗透剂(甘油)8份，消泡剂(有机硅改性消泡剂)1份，去离子水60份。

(1)将20份磷酸，10份磷酸锌，8份甘油，溶于60份去离子水中，1000rpm搅拌0.5h，获得组分A；

(2)在100份环氧乳液中加入1份有机硅改性消泡剂100rpm速率搅拌0。5h获得组分B；

(3)将步骤(1)的组分A缓慢加入步骤(2)的组分B中，制成混合溶液，并用100rpm速率搅拌0.5h，再加入环氧乳液固化剂100份，100rpm速率搅拌0.5h后备用。

比较例2：

按照如下质量比例配制原料：苯丙乳液(pH7-7.5)200份，锈转化功能成分(磷酸)20份，功能缓蚀剂(磷酸锌)10份，渗透剂(甘油)8份，消泡剂(有机硅改性消泡剂)1份，去离子水60份。

(1)将20份磷酸，10份磷酸锌，8份甘油，溶于60份去离子水中，1000rpm搅拌0.5h，获得组分A；

(2)在100份苯丙乳液中加入1份有机硅改性消泡剂100rpm速率搅拌0.5h获得组分B；

(3)将步骤(1)的组分A缓慢加入步骤(2)的组分B中，制成混合溶液，并用100rpm速率搅拌，在搅拌中乳液破乳。

实施例1：

按照如下质量比例配制原料：酸性基团改性丙烯酸树脂乳液(pH2-4)200份，锈转化功能成分(磷酸)20份，功能缓蚀剂(磷酸锌)10份，渗透剂(甘油)8份，消泡剂(有机硅改性消泡剂)1份，去离子水60份。

(1)将20份磷酸，10份磷酸锌，8份甘油，溶于60份去离子水中，1000rpm搅拌0.5h，获得组分A；

(2)在100份酸性基团改性丙烯酸树脂乳液中加入1份有机硅改性消泡剂100rpm速率搅拌0.5h获得组分B；

(3)将步骤(1)的组分A缓慢加入步骤(2)的组分B中，制成混合溶液，并用100rpm速率搅拌0.5h备用。

实施例2：

按照如下质量比例配制原料：酸性基团改性丙烯酸树脂乳液(pH2-4)200份，锈转化功能成分(磷酸、植酸以9:1形成的混合物)30份，功能缓蚀剂(磷酸锌和三聚磷酸铝以1:1形成的混合物)12份，渗透剂(甘油和EDTA以1:1形成的混合物)10份，消泡剂(有机硅改性消泡剂)1份，去离子水60份。

(1)将30份磷酸、植酸混合物，10份磷酸锌、三聚磷酸铝混合物，8份甘油和EDTA混合物，溶于60份去离子水中，1000rpm搅拌1h，获得组分A；

(2)在100份酸性基团改性丙烯酸树脂乳液中加入1份有机硅改性消泡剂100rpm速率搅拌0.5h获得组分B；

(3)将步骤(1)的组分A缓慢加入步骤(2)的组分B中，制成混合溶液，并用100rpm速率搅拌0.5h备用。

实施例3：

按照如下质量比例配制原料：酸性基团改性丙烯酸树脂乳液(pH2-4)200份，锈转化功能成分(磷酸、植酸、单宁酸和乙酸以7:1:1:1形成的混合物)40份，功能缓蚀剂(磷酸锌、三聚磷酸铝和六次甲基四胺以1:1:1形成的混合物)12份，渗透剂(甘油、EDTA和平平加以2:1:1形成的混合物)10份，消泡剂(有机硅改性消泡剂)1.5份，去离子水30-80份。

(1)将40份磷酸、植酸、单宁酸、乙酸混合物，12份磷酸锌、三聚磷酸铝、六次甲基四胺混合物，10份甘油、EDTA和平平加的混合物，溶于60份去离子水中，1000rpm搅拌1h，获得组分A；

(2)在200份酸性基团改性丙烯酸树脂乳液中加入1.5份有机硅改性消泡剂100rpm速率搅拌0.5h获得组分B；

(3)将步骤(1)的组分A缓慢加入步骤(2)的组分B中，制成混合溶液，并用100rpm速率搅拌1h备用。

评价方法：本发明使用盐雾试验GB/T1771-2007制备锈蚀试片，在锈蚀试片表面直接使用刷涂涂覆所制备涂料，室温干燥24h后，75℃下烘干4h，备用。厚度为20±2μm。再使用质量分数为3.5％盐水浸泡试验评价本发明所制备涂料单独涂覆涂层的耐蚀性。

比较例2在填入酸性锈转化成分后发生破乳。比较例1中的乳液在制备过程中无变化，但是涂覆与试样表面后，不固化。实施例1、实施例2和实施例3中涂层在盐水浸泡96h后未发现起泡、生锈等缺陷，图1为比较例1、实施例1、实施例2和实施例3锈转化前后宏观照片。

比较例4

在上述利用盐雾试验制备锈蚀基材表面直接涂覆市售磷酸锌防腐底漆70±5μm。

实施例4

在上述利用盐雾试验制备锈蚀基材表面涂覆实施例3所制备涂料20±2μm。再涂覆市售磷酸锌防腐底漆，至总厚度为70±5μm。

评价方法：本发明使用GB/T5210-2006对比较例和实施例测试附着力，并进行GB/T1771-2007的盐雾考核评价，图2为对比例4和实施例4宏观照片；图3为对比例4和实施例4的拉拔断面，比较例4和实施例4的性能对比结果如下表：

表1比较例4和实施例4的性能对比

	比较例4	实施例4
			表干时间	15min	15min
附着力	1.66MPa	4.92MPa
			盐雾	12h出现锈点	96h无锈点

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水性低表面处理涂料，其特征在于，由以下质量份数的组分混匀制备而成：改性水性丙烯酸树脂乳液100-200份，锈转化功能成分10-40份，功能缓蚀剂5-20份，渗透剂5-10份，消泡剂0-2份，去离子水30-80份。

2.根据权利要求1所述的水性低表面处理涂料，其特征在于，所述的改性水性丙烯酸树脂乳液为酸性基团改性丙烯酸树脂乳液。

3.根据权利要求1所述的水性低表面处理涂料，其特征在于，所述锈转化功能成分为磷酸、单宁酸、植酸和乙酸中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的水性低表面处理涂料，其特征在于，所述锈转化功能成分为磷酸和植酸形成的混合物。

5.根据权利要求1所述的水性低表面处理涂料，其特征在于，所述功能缓蚀剂为磷酸锌、三聚磷酸铝和六次甲基四胺中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的水性低表面处理涂料，其特征在于，所述功能缓蚀剂为磷酸锌和三聚磷酸铝形成的混合物。

7.根据权利要求1所述的水性低表面处理涂料，其特征在于，，所述渗透剂为甘油、EDTA和平平加中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的水性低表面处理涂料，其特征在于，所述消泡剂为有机硅改性消泡剂。

9.一种水性低表面处理涂料的制备方法，其特征在于，采用以下步骤：

(1)组分A的制备：将10-40份锈转化功能成分，5-20份功能缓蚀剂，5-10份渗透剂，溶于30-80份去离子水中，1000-1500rpm搅拌0.5-2h，获得组分A；

(2)组分B的制备：在100～200份改性水性丙烯酸树脂乳液中加入0-2份消泡剂，10-200rpm速率搅拌0.5-1h获得组分B；

(3)将步骤(1)的组分A缓慢加入步骤(2)的组分B中，制成混合溶液，并用10-200rpm速率搅拌0.5-1h，即得水性低表面处理涂料。

10.一种水性低表面处理涂料在除锈上的应用。

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