CN112724769B - 一种钢结构用水性带锈涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢结构用水性带锈涂料及其制备方法，属于水性带锈涂料技术领域。该钢结构用水性带锈涂料包括以下质量份组分：水性聚合物乳液32～39份、水40～45份、带锈转化剂16～22份、分散剂2～3份、缓蚀剂0.5～1.5份、磷酸锌铝1～2份、乙二醇丙醚1～1.5份、水溶性硅油1.5～2份和增稠剂0.2～1.8份。所述的带锈转化剂具有优良的铁锈转化能力，能与铁锈快速反应生成致密稳定的螯合物附着在钢铁表面。本发明公开的水性带锈涂料施工工艺简单，无需复杂的除锈的工艺，只需将生锈钢铁表面稍稍打磨，便可涂刷，所形成的涂膜致密稳定，能隔绝空气和水，防止钢铁被进一步氧化。
Description
技术领域
本发明属于水性带锈涂料技术领域，具体涉及一种钢结构用水性带锈涂料及其制备方法。
背景技术
金属腐蚀造成的经济损失巨大，据统计全世界每年因金属腐蚀造成的经济损失约7000亿美元，是台风、水灾、地震等自然灾害造成损失总和的6倍，约占国民生产总值的4％。因此保护金属不被腐蚀意义重大。目前防腐常用的措施有电镀、热镀、涂层保护、电化学保护等，其中涂料涂层保护最为经济有效，也是应用最为广泛的防腐措施。
传统的涂料涂层防腐，在涂装前必须将钢铁表面的铁锈清除干净，否则铁锈疏松的结构会影响涂层的形成，起不到良好的防腐效果。有报道称钢铁表面除锈工作产生的费用占涂装总费用的42％，涂料施工费用占30％，而涂料本身成本仅占19％，并且喷砂、抛丸等工艺会造成粉尘噪声等污染，对于复杂的钢件还存在死角不易施工等缺点。而带锈涂料施工方便，无需除锈，只需将钢铁锈蚀表面稍稍打磨，便可涂装，省时省力，经济环保。因此开发带锈涂料意义重大。
目前市场上的带锈涂料主要有溶剂型和水溶型两种，溶剂型带锈涂料虽然具有良好的防腐效果，但由于含有大量挥发性有机溶剂，会污染环境。因此在日益重视环保的今天，开发性能优良的水性带锈涂料是市场的大趋势。近几年关于水性带锈涂料的报道越来越多，但普遍存在贮藏稳定性差、涂膜泛白、铁锈转化速度慢转化不够彻底等缺陷，如发明专利CN102153920A以单宁酸为锈转化剂，以改性丙烯酸共聚乳液为成膜树脂，所制得的水性带锈涂料，符合环保要求，但存在铁锈转化不彻底，涂层防腐性能差等缺点。
发明内容
针对上述现有水性带锈涂料贮藏稳定性差、涂膜泛白、铁锈转化速度慢、转化不够彻底等缺陷，本发明提供了一种钢结构用水性带锈涂料及其制备方法，其中制备了一种水性聚合物乳液，具有优良的贮存稳定性，同时制备了一种带锈转化剂，能与铁锈快速反应，具有良好的锈转化能力。所制备的水性带锈涂料，能与铁锈快速反应，形成漆黑、致密而均匀的涂层，具有良好的耐水、耐腐蚀性能，保护钢铁不被进一步腐蚀。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。
一种钢结构用水性带锈涂料，由以下质量份组分组成：
所述的水性聚合物乳液为按质量份计(以下皆为按质量份计)，由60～70份改性水性醇酸树脂乳液与30～40份水性环氧树脂乳液复配制得；
所述的带锈转化剂为30～35份丹宁酸、0.15～0.25份乙二胺四甲叉膦酸、7～12份对苯二酚和40～45分水复配制得；
所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠或十二烷基硫酸钠中的一种或多种；
所述缓蚀剂为三聚磷酸铝或硅酸钠中的一种或两种；
所述增稠剂为膨润土或蒙脱土中的一种或两种；
本发明同时提供了上述钢结构用水性带锈涂料的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)水性聚合物乳液的制备：
①改性水性醇酸树脂乳液的制备：
a.醇解：在装有温度计、冷凝管、搅拌器和氮气保护的四口烧瓶中，加入50～55份豆油酸、21～25份三羟甲基丙烷和10～15份新戊二醇，将搅拌速度调至为110～120rpm，缓慢升温至112～117℃时，滴加0.1～0.5份LiOH，将温度升至220～230℃，反应5～6h，得到醇解产物；
b.酯化：将上述步骤a中醇解产物体系降温至135～140℃，搅拌速度不变，向其中加入22～27份偏苯二甲酸酐和适量回流剂二甲苯，将搅拌速度调至为120～125rpm，在220～230℃下反应一定时间，直至酸值低于15mgKOH/g时，停止加热，真空抽除二甲苯，得到醇酸树脂；
c.改性水性醇酸树脂乳液的合成：取上述步骤b中制得的醇酸树脂60～70份，置于带有搅拌装置、温度计、冷凝管并通有氮气的四口烧瓶中，将温度升至110～115℃，搅拌速度调至110～120rpm，向其中加入0.1～0.5份过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)，缓慢滴入30～40份丙二醇甲醚，1～1.5h滴完，保温0.5h，再分两次加入0.2～1份TBPB，维持温度和搅拌速度不变，反应2～3h，当树脂达到完全澄清透明，将温度降至80℃，加三乙胺将pH调至7.5～8.5，加水稀释至树脂固含量在40～45％之间，即制得改性水性醇酸树脂乳液。
②水性环氧树脂乳液的制备：在装有搅拌装置、温度计、冷凝管并通有氮气的四口烧瓶中，加入聚乙二醇25～37份，丙二醇12～17份，将温度升至80～85℃，搅拌速度调至90～105rpm，氮气保护下搅拌至混合均匀，加0.1～1份过氧化二苯甲酰，缓慢加入双酚A型环氧树脂45～55份，0.5～1h加完，再将温度升至120～130℃，反应4～5h。将温度降至常温，加水稀释至环氧树脂固含量在25～30％之间，即得到水性环氧树脂乳液。
③称取上述制得的改性水性醇酸树脂乳液60～70份和水性环氧树脂乳液30～40份进行物理复配，混合均匀即制得水性聚合物乳液。
(2)带锈转化剂的制备：称取30～35份丹宁酸、0.15～0.25份乙二胺四甲叉膦酸、7～12份对苯二酚和40～45份水，混合并进行磁力搅拌0.5～1h，即制得带锈转化剂；
(3)称取分散剂2～3份、缓蚀剂0.5～1.5份、增稠剂0.2～1.8份和磷酸锌铝1～2份混合均匀，置于行星球磨机中，公转速度调至150～170rpm，自转速度调至500～550rpm，研磨3～4h得到粉末原料备用；
(4)称取水40～45份，置于带搅拌装置的烧瓶中，再依次向其中加入上述步骤(1)中所制备的水性聚合物乳液32～39份和步骤(2)中所制备的带锈转化剂16～22份，再向其中加入上述步骤(3)中制得的粉末原料，最后向其中加入乙二醇丙醚1～1.5份和水溶性硅油1.5～2份，在110～120rpm转速下搅拌2～3h，即制得一种钢结构用水性带锈涂料。
相对于现有技术，本发明具有以下技术效果：
(1)本发明提供了一种钢结构用水性带锈涂料，几乎不含有机溶剂，对环境无害，符合绿色环保理念；
(2)水性醇酸树脂涂刷成膜，具有表干时间长，粘接力弱，耐水性差，硬度低等缺点。另外水性环氧树脂中的环氧基团与金属表面上的游离键易反应形成化学键，因而具有优异的粘接力。此外，水性环氧树脂乳液与改性水性醇酸树脂乳液同为水性乳液，其能较好的分散于改性水性醇酸树脂乳液中。因此，由水性环氧树脂乳液与改性水性醇酸树脂乳液复配得到的水性聚合物乳液，具有优良的贮存稳定性，其漆膜具有较高的硬度，较好的耐蚀性和耐候性；
(3)本发明制备的带锈转化剂，由丹宁酸、乙二胺四甲叉膦酸、对苯二酚组成，其能与铁锈快速反应，形成致密的螯合物，附着在金属表面，防止金属被进一步氧化。由于带锈转化剂能与铁锈反应生成螯合物，可带锈转化，无需繁琐的除锈工艺，节省人力物力，并且防锈效果优良；
(4)本发明施工方便，无需复杂的除锈工艺，只需将生锈的钢铁表面稍稍打磨便可涂覆，丹宁酸省时省力，应用前景广泛，可广泛应用于大型建筑、桥梁、船舶等钢结构防腐。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
实施例1
(1)水性聚合物乳液的制备：
①改性水性醇酸树脂乳液的制备：
a.醇解：在装有温度计、冷凝管、搅拌器和氮气保护的四口烧瓶中，加入50份豆油酸、21份三羟甲基丙烷和10份新戊二醇，将搅拌速度调至为110rpm，缓慢升温至112℃时，滴加0.1份LiOH，将温度升至220℃，反应5h，得到醇解产物；
b.酯化：将上述步骤a中醇解产物体系降温至135℃，搅拌速度不变，向其中加入22份偏苯二甲酸酐和适量回流剂二甲苯，将搅拌速度调至为120rpm，在220℃下反应一定时间，直至酸值低于15mgKOH/g时，停止加热，真空抽除二甲苯，得到醇酸树脂；
c.改性水性醇酸树脂乳液的合成：取上述步骤b中制得的醇酸树脂60份，置于带有搅拌装置、温度计、冷凝管并通有氮气的四口烧瓶中，将温度升至110℃，搅拌速度调至110rpm，向其中加入0.1份过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)，缓慢滴入30份丙二醇甲醚，1h滴完，保温0.5h，再分两次加入0.2份TBPB，维持温度和搅拌速度不变，反应2h，当树脂达到完全澄清透明，将温度降至80℃，加三乙胺将pH调至7.5～8.5，加水稀释至树脂固含量至40％，制得改性水性醇酸树脂乳液。
②水性环氧树脂乳液的制备：在装有搅拌装置、温度计、冷凝管并通有氮气的四口烧瓶中，加入聚乙二醇25份，丙二醇12份，将温度升至80℃，搅拌速度调至90rpm，氮气保护下搅拌至混合均匀，加0.1份过氧化二苯甲酰，缓慢加入双酚A型环氧树脂45份，0.5h加完，再将温度升至120℃，反应4h。将温度降至常温，加水稀释至环氧树脂固含量至25％，即得到水性环氧树脂乳液；
③称取上述制得的改性水性醇酸树脂60份和水性环氧树脂乳液30份进行物理复配，混合均匀即制得水性聚合物乳液。
(2)带锈转化剂的制备：称取30份丹宁酸、0.15份乙二胺四甲叉膦酸、7份对苯二酚和40份水，混合并进行磁力搅拌0.5h，即制得带锈转化剂；
(3)称取三聚磷酸钠2份、三聚磷酸铝0.5份、膨润土0.2份和磷酸锌铝1份混合均匀，置于行星球磨机中，公转速度调至150rpm，自转速度调至500rpm，研磨3h得粉末原料备用；
(4)称取水40份，置于带搅拌装置的烧瓶中，再依次向其中加入上述步骤(1)所制备的水性聚合物乳液32份和上述步骤(2)所制备的带锈转化剂16份，再向其中加入上述步骤(3)中制得的粉末原料，最后向其中加入乙二醇丙醚1份和水溶性硅油1.5份，在110rpm转速下搅拌2h，即制得一种钢结构用水性带锈涂料。
实施例2
(1)水性聚合物乳液的制备：制备方法和用量同实施例1中步骤(1)；
(2)带锈转化剂的制备：制备方法和用量同实施例1中步骤(2)；
(3)该步骤制备方法同实施例1中步骤(3)，三聚磷酸钠、三聚磷酸铝、膨润土和磷酸锌铝的用量分别改为2.5份、1份、1份和1.5份；
(4)该步骤制备方法同实施例1中步骤(4)，水、水性聚合物乳液、带锈转化剂、乙二醇丙醚和水溶性硅油用量分别改为42.5份、35.5份、19份、1.2份和1.8份。
实施例3
(1)水性聚合物乳液的制备：制备方法和用量同实施例1中步骤(1)；
(2)带锈转化剂的制备：制备方法和用量同实施例1中步骤(2)；
(3)该步骤制备方法同实施例1中步骤(3)，三聚磷酸钠、三聚磷酸铝、膨润土和磷酸锌铝的用量分别改为3份、1.5份、1.8份和2份；
(4)该步骤制备方法同实施例1中步骤(4)，水、水性聚合物乳液、带锈转化剂、乙二醇丙醚和水溶性硅油用量分别改为45份、39份、22份、1.5份和2份。
实施例4
(1)水性聚合物乳液的制备：
①改性水性醇酸树脂乳液的制备：
a.醇解：在装有温度计、冷凝管、搅拌器和氮气保护的四口烧瓶中，加入55份豆油酸、25份三羟甲基丙烷和15份新戊二醇，将搅拌速度调至为120rpm，缓慢升温至117℃时，滴加0.5份LiOH，将温度升至230℃，反应6h，得到醇解产物；
b.酯化：将上述步骤a中醇解产物体系降温至140℃，搅拌速度不变，向其中加入27份偏苯二甲酸酐和适量回流剂二甲苯，将搅拌速度调至为125rpm，在230℃下反应一定时间，直至酸值低于15mgKOH/g时，停止加热，真空抽除二甲苯，得到醇酸树脂；
c.改性水性醇酸树脂乳液的合成：取上述步骤b中制得的醇酸树脂70份，置于带有搅拌装置、温度计、冷凝管并通有氮气的四口烧瓶中，将温度升至115℃，搅拌速度调至120rpm，向其中加入0.5份过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)，缓慢滴入40份丙二醇甲醚，1.5h滴完，保温0.5h，再分两次加入1份TBPB，维持温度和搅拌速度不变，反应3h，当树脂达到完全澄清透明，将温度降至80℃，加三乙胺将pH调至7.5～8.5，加水稀释至树脂固含量至45％，制得改性水性醇酸树脂乳液；
②水性环氧树脂乳液制备：在装有搅拌装置、温度计、冷凝管并通有氮气的四口烧瓶中，加入聚乙二醇37份，丙二醇17份，将温度升至85℃，搅拌速度调至105rpm，氮气保护下搅拌至混合均匀，加1份过氧化二苯甲酰，缓慢加入双酚A型环氧树脂55份，1h加完，再将温度升至130℃，反应5h。将温度降至常温，加水稀释至环氧树脂固含量至30％，即得到水性环氧树脂乳液；
③称取上述制得的改性水性醇酸树脂乳液70份和水性环氧树脂乳液40份进行物理复配，混合均匀即制得水性聚合物乳液。
(2)带锈转化剂的制备：称取35份丹宁酸、0.25份乙二胺四甲叉膦酸、12份对苯二酚和45份水，混合并进行磁力搅拌1h，制得带锈转化剂；
(3)称取十二烷基硫酸钠2份、硅酸钠0.5份、蒙脱土0.2份和磷酸锌铝1份混合均匀，置于行星球磨机中，公转速度调至170rpm，自转速度调至550rpm，研磨4h得粉末原料备用；
(4)称取水40份，置于带搅拌装置的烧瓶中，再依次向其中加入该实施例步骤(1)中所制备的水性聚合物乳液32份和步骤(2)中制备的带锈转化剂16份，再向其中加入该实施例步骤(3)中制得的粉末原料，最后向其中加入乙二醇丙醚1份和水溶性硅油1.5份，在120rpm转速下搅拌3h，制得一种钢结构用水性带锈涂料。
实施例5
(1)水性聚合物乳液的制备：制备方法和用量同实施例1中步骤(1)；
(2)带锈转化剂的制备：制备方法和用量同实施例1中步骤(2)；
(3)该步骤制备方法同实施例4中步骤(3)，十二烷基硫酸钠、硅酸钠、蒙脱土和磷酸锌铝的用量分别改为2.5份、1份、1份和1.5份；
(4)该步骤制备方法同实施例1中步骤(4)，水、水性聚合物乳液、带锈转化剂、乙二醇丙醚和水溶性硅油用量分别改为42.5份、35.5份、19份、1.2份和1.8份。
实施例6
(1)水性聚合物乳液的制备：制备方法和用量同实施例4中步骤(1)；
(2)带锈转化剂的制备：制备方法和用量同实施例4中步骤(2)；
(3)该步骤制备方法同实施例4中步骤(3)，十二烷基硫酸钠、硅酸钠、蒙脱土和磷酸锌铝的用量分别改为3份、1.5份、1.8份和2份；
(4)该步骤制备方法同实施例1中步骤(4)，水、水性聚合物乳液、带锈转化剂、乙二醇丙醚和水溶性硅油用量分别改为45份、39份、22份、1.5份和2份。
上述实施例1-6制备的钢结构用水性带锈涂料的测试结果如下表所示。
从表中数据可以看出，本发明制备的钢结构用水性带锈涂料，能快速转化铁锈，涂层黑色均匀，具有优良的附着力和耐盐雾性能，能很好的保护钢铁不被进一步腐蚀。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种钢结构用水性带锈涂料，其特征在于，该涂料由以下质量份组分组成：
其中，水性聚合物乳液由60～70份改性水性醇酸树脂乳液与30～40份水性环氧树脂乳液组成；带锈转化剂由30～35份丹宁酸、0.15～0.25份乙二胺四甲叉膦酸、7～12份对苯二酚和40～45份水组成；
改性水性醇酸树脂乳液通过以下步骤制备：
在装有温度计、冷凝管、搅拌器和氮气保护的四口烧瓶中，加入豆油酸、三羟甲基丙烷和新戊二醇，将搅拌速度调至为110～120rpm，缓慢升温至112～117℃时，滴加一定量的LiOH，将温度升至220～230℃，反应5～6h，得到醇解产物；
将上述步骤中醇解产物体系降温至135～140℃，搅拌速度不变，向其中加入偏苯二甲酸酐和适量回流剂二甲苯，将搅拌速度调至为120～125rpm，在220～230℃下反应一定时间，直至酸值低于15mgKOH/g时，停止加热，真空抽除二甲苯，得到醇酸树脂；
取上述步骤中制得的醇酸树脂，置于带有搅拌装置、温度计、冷凝管并通有氮气的四口烧瓶中，将温度升至110～115℃，搅拌速度调至110～120rpm，向其中加入过氧化苯甲酸叔丁酯，缓慢滴入丙二醇甲醚，1～1.5h滴完，保温0.5h，再分两次加入少量过氧化苯甲酸叔丁酯，维持温度和搅拌速度不变，反应2～3h，当树脂达到完全澄清透明，将温度降至80℃，加三乙胺将pH调至7.5～8.5，加水稀释至树脂固含量在40～45％之间，即制得改性水性醇酸树脂乳液。
2.根据权利要求1所述的一种钢结构用水性带锈涂料，其特征在于，所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠或十二烷基硫酸钠中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种钢结构用水性带锈涂料，其特征在于，所述缓蚀剂为三聚磷酸铝或硅酸钠中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的一种钢结构用水性带锈涂料，其特征在于，所述增稠剂为膨润土或蒙脱土中的一种或两种。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的钢结构用水性带锈涂料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：
称取一定量的水，置于带搅拌装置的烧瓶中，依次向烧瓶中加入水性聚合物乳液和带锈转化剂，再加入粉末原料，最后加入乙二醇丙醚和水溶性硅油，在110～120rpm转速下搅拌2～3h，即制得钢结构用水性带锈涂料；
其中，所述粉末原料通过以下方法制备：
称取分散剂、缓蚀剂、增稠剂和磷酸锌铝混合均匀，置于行星球磨机中，公转速度调至150～170rpm，自转速度调至500～550rpm，研磨3～4h得粉末原料。
6.根据权利要求5所述的钢结构用水性带锈涂料的制备方法，其特征在于，
所述水性聚合物乳液由苯乙烯改性水性醇酸树脂乳液与水性环氧树脂乳液进行物理复配，混合均匀制得。
7.根据权利要求6所述的钢结构用水性带锈涂料的制备方法，其特征在于，所述水性环氧树脂乳液按以下方法制备：
在装有搅拌装置、温度计、冷凝管并通有氮气的四口烧瓶中，加入聚乙二醇和丙二醇，将温度升至80～85℃，搅拌速度调至90～105rpm，氮气保护下搅拌至混合均匀，加少量的过氧化二苯甲酰，缓慢加入双酚A型环氧树脂，0.5～1h加完，再将温度升至120～130℃，反应4～5h；将温度降至常温，加水稀释至环氧树脂固含量在25～30％之间，即得到水性环氧树脂乳液。
8.根据权利要求5所述的钢结构用水性带锈涂料的制备方法，其特征在于，所述带锈转化剂由丹宁酸、乙二胺四甲叉膦酸、对苯二酚和水进行物理复配，混合均匀制得。
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