CN114410186A - 一种自防腐水性有机富锌涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自防腐水性有机富锌涂料及其制备方法，包括如下重量份原料：30‑50份水性有机树脂，3‑5份导电填料，0.05‑1.0份消泡剂，1‑3份固化剂，46‑70份改性锌粉；采用水性有机树脂代替高溶剂型有机树脂，所制备的涂料有机含量低，挥发性小，安全性高，环境相融性好；锌粉占比更高，涂层导电性更优，可迅速将腐蚀产生的电流快速传至外界环境中，防止腐蚀进一步的发生，以插层水滑石改性锌粉代替普通球状锌粉，水滑石层间阴离子与腐蚀阴离子发生离子交换，防止了腐蚀离子进一步下渗。

Description

一种自防腐水性有机富锌涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于防腐涂料技术领域，具体地，涉及一种自防腐水性有机富锌涂料及其制备方法。

背景技术

溶剂型有机富锌涂料凭借着优异的物理阻隔、阴极电化学保护及施工便捷性，使其作为一种重防腐底漆广泛用于钢结构表面大气防腐。该类涂料多以有机溶剂为稀释剂，以有机环氧类树脂为主要成膜物质，以高目数球状锌粉为主要颜填料制备而成。

有机富锌涂料凭借着优异的物理屏蔽性及阴极电化学保护作用为基材提供长时有效的防护。在腐蚀前期，涂层优异的屏障性可有效延缓腐蚀介质及离子，如H₂O、Cl^-、H⁺、Na⁺的腐蚀渗透，在腐蚀中后期，高含量锌粉可替代铁基材发生电化学腐蚀，进而实现对钢结构设备的有效防护。

近年来，随着环保意识的提高，对涂料的环保性、碳排放指标、防腐性提出了新的要求。在此大背景下，传统有机富锌涂料表现出多种弊端：其一，该类涂料锌粉含量一般在30％-50％，锌粉含量较低导致涂层电化学防护性能有限；其二，球状锌粉彼此交错重叠形成的孔隙结构为腐蚀介质下渗提供了渠道；其三，作为一种有机涂料，其本身的有机溶剂及树脂含量较高，涂层有机小分子(VOCs) 排放值高，对环境造成一定的污染性。

因此，如何降低有机富锌涂料的溶剂占比，降低VOCs排放，在提高锌粉含量的同时有效避免因球状锌粉重叠引起孔隙率的增加的问题是开发新型有机富锌涂料研究的重点和难点。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种自防腐水性有机富锌涂料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种自防腐水性有机富锌涂料，包括如下重量份原料：30-50份水性有机树脂，3-5份导电填料，0.05-1.0份消泡剂，1-3份固化剂，46-70份改性锌粉；

所述导电填料包括如下步骤制成：

步骤S1、将氧化石墨烯加入质量分数10％稀盐酸溶液中，超声分散2h，之后加入聚乙烯吡咯烷酮，继续超声分散1h，制得悬浮液，控制氧化石墨烯、稀盐酸溶液和聚乙烯吡咯烷酮的用量比为0.5g∶100mL∶0.5g；

步骤S2、将制成的悬浮液置于冰水浴中，加入质量分数15％吡咯水溶液，高速搅拌1h，制得混合液a，之后加入引发剂溶液，磁力搅拌10h，之后静置12h，分别用丙酮和去离子水洗涤三次，制得混合液b，控制悬浮液、吡咯水溶液和引发剂溶液的用量比为100mL∶50mL∶100mL；

步骤S3、将混合液b超声1h后滴加质量分数10％氨水溶液调节pH，直至pH＝11，之后加入水合肼，继续超声1h，之后升温回流24h，洗涤、烘干，制得导电填料，控制混合液b和水合肼的体积比为1∶1。

进一步地：所述水性有机树脂为水性环氧树脂、水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂、水性氨基丙烯酸树脂等中的一种或多种。

进一步地：所述引发剂溶液为过硫酸钠和质量分数10％稀盐酸溶液按照 5g∶100mL的用量比混合而成。

进一步地：所述改性锌粉为插层水滑石改性锌粉，包括如下步骤制成：

(1)按重量份计，将10-20份球状锌粉经无水乙醇、去离子水超声洗涤后转移至水热釜中，加入1-2份铝盐、1-3份碱和75-90份去离子水，搅拌均匀后，保持N₂通入2min，水热釜密闭后置于100-130℃鼓风干燥箱反应 10-12h，反应结束后，冷却、离心，用去离子水洗涤多次，直至洗涤液呈中性，干燥，制得负载水滑石的锌粉；

(2)将5-10份负载水滑石的锌粉加入三口烧瓶中，加入3-5份改性剂及85-95份去离子水，滴加浓度为2mol/L的氢氧化钠水溶液调节pH，直至 pH＝9-10，室温下搅拌并反应24h，反应结束后离心、洗涤，制得改性锌粉。

进一步地:所述改性剂为偏钒酸钠、钼酸钠、铬酸钠中的一种或几种。

一种自防腐水性有机富锌涂料的制备方法，包括如下步骤：

将水性有机树脂在1200r/min的转速下高速搅拌，加入消泡剂、改性锌粉、导电填料和固化剂，搅拌均匀，制得自防腐水性有机富锌涂料。

本发明的有益效果：

(1)采用水性有机树脂代替高溶剂型有机树脂，所制备的涂料有机溶剂含量低，挥发性小，安全性高，环境相融性好；

(2)与现有技术相比锌粉占比更高，涂层导电性更优，可迅速将腐蚀产生的电流快速传至外界环境中，防止腐蚀进一步的发生，以插层水滑石改性锌粉代替普通球状锌粉，水滑石层间阴离子与腐蚀阴离子发生离子交换，防止了腐蚀离子进一步下渗。

(3)采用负载LDH改性锌粉代替普通球状锌粉，改性锌粉表面LDH 板层间的VO^3-、MoO₄ ^2-、CrO₄ ^2-具有优异的离子交换性，可自动与环境中的腐蚀阴离子如Cl^-、F^-等发生离子置换反应，将腐蚀阴离子锁定在板层间，防止腐蚀介质下渗，提高涂层防腐效果及防护年限。

(4)本发明中还加入了一种导电填料，将其加入水性树脂中，该导电填料为一种改性后的氧化石墨烯复合材料，氧化石墨烯自身片层层数较高，而且边缘褶皱较大，所以本发明通过将高分子聚合物与氧化石墨烯复合，使其填充在氧化石墨烯的片层内部，将片层进行剥离，采用水合肼对氧化石墨烯进行还原，能够将高分子聚合物与氧化石墨烯的复合位点设定在片层表面，既能够使得高分子聚合物均匀分散在氧化石墨烯表面和褶皱处，又提高复合材料的导电性能。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

导电填料包括如下步骤制成：

步骤S1、将氧化石墨烯加入质量分数10％稀盐酸溶液中，超声分散2h，之后加入聚乙烯吡咯烷酮，继续超声分散1h，制得悬浮液，控制氧化石墨烯、稀盐酸溶液和聚乙烯吡咯烷酮的用量比为0.5g∶100mL∶0.5g；

步骤S2、将制成的悬浮液置于冰水浴中，加入质量分数15％吡咯水溶液，高速搅拌1h，制得混合液a，之后加入引发剂溶液，磁力搅拌10h，之后静置12h，分别用丙酮和去离子水洗涤三次，制得混合液b，控制悬浮液、吡咯水溶液和引发剂溶液的用量比为100mL∶50mL∶100mL；

引发剂溶液为过硫酸钠和质量分数10％稀盐酸溶液按照5g∶100mL的用量比混合而成。

步骤S3、将混合液b超声1h后滴加质量分数10％氨水溶液调节pH，直至pH＝11，之后加入水合肼，继续超声1h，之后升温回流24h，洗涤、烘干，制得导电填料，控制混合液b和水合肼的体积比为1∶1。

实施例2

改性锌粉为插层水滑石改性锌粉，包括如下步骤制成：

(1)按重量份计，将10份球状锌粉经无水乙醇、去离子水超声洗涤后转移至水热釜中，加入1份铝盐、1份碱和75份去离子水，搅拌均匀后，保持N₂通入2min，水热釜密闭后置于100℃鼓风干燥箱反应10h，反应结束后，冷却、离心，用去离子水洗涤多次，直至洗涤液呈中性，干燥，制得负载水滑石的锌粉；

(2)将5份负载水滑石的锌粉加入三口烧瓶中，加入3份偏钒酸钠及 85份去离子水，滴加浓度为2mol/L的氢氧化钠水溶液调节pH，直至pH＝9，室温下搅拌并反应24h，反应结束后离心、洗涤，制得改性锌粉。

实施例3

改性锌粉为插层水滑石改性锌粉，包括如下步骤制成：

(1)按重量份计，将15份球状锌粉经无水乙醇、去离子水超声洗涤后转移至水热釜中，加入1.5份铝盐、2份碱和80份去离子水，搅拌均匀后，保持N₂通入2min，水热釜密闭后置于120℃鼓风干燥箱反应10h，反应结束后，冷却、离心，用去离子水洗涤多次，直至洗涤液呈中性，干燥，制得负载水滑石的锌粉；

(2)将8份负载水滑石的锌粉加入三口烧瓶中，加入4份钼酸钠及90 份去离子水，滴加浓度为2mol/L的氢氧化钠水溶液调节pH，直至pH＝10，室温下搅拌并反应24h，反应结束后离心、洗涤，制得改性锌粉。

实施例4

改性锌粉为插层水滑石改性锌粉，包括如下步骤制成：

(1)按重量份计，将20份球状锌粉经无水乙醇、去离子水超声洗涤后转移至水热釜中，加入2份铝盐、3份碱和90份去离子水，搅拌均匀后，保持N₂通入2min，水热釜密闭后置于130℃鼓风干燥箱反应12h，反应结束后，冷却、离心，用去离子水洗涤多次，直至洗涤液呈中性，干燥，制得负载水滑石的锌粉；

(2)将10份负载水滑石的锌粉加入三口烧瓶中，加入5份铬酸钠及95 份去离子水，滴加浓度为2mol/L的氢氧化钠水溶液调节pH，直至pH＝9，室温下搅拌并反应24h，反应结束后离心、洗涤，制得改性锌粉。

实施例5

一种自防腐水性有机富锌涂料，包括如下重量份原料：30份水性环氧树脂，3份实施例1制备出的导电填料，0.05份消泡剂(BYK-555)，1份三乙烯基四胺，46份改性锌粉；

将水性环氧树脂在1200r/min的转速下高速搅拌，加入消泡剂 (BYK-555)、改性锌粉、导电填料和三乙烯基四胺，搅拌均匀，制得自防腐水性有机富锌涂料。

实施例6

一种自防腐水性有机富锌涂料，包括如下重量份原料：40份水性环氧树脂，4份实施例1制备出的导电填料，0.08份消泡剂(BYK-555)，2份三乙烯基四胺，65份改性锌粉；

将水性环氧树脂在1200r/min的转速下高速搅拌，加入消泡剂(BYK-555)、改性锌粉、导电填料和三乙烯基四胺，搅拌均匀，制得自防腐水性有机富锌涂料。

实施例7

一种自防腐水性有机富锌涂料，包括如下重量份原料：50份水性环氧树脂，5份实施例1制备出的导电填料，1.0份消泡剂(BYK-555)，3份三乙烯基四胺，70份改性锌粉；

将水性环氧树脂在1200r/min的转速下高速搅拌，加入消泡剂 (BYK-555)、改性锌粉、导电填料和三乙烯基四胺，搅拌均匀，制得自防腐水性有机富锌涂料。

对比例1

本对比例与实施例5相比，未加入导电填料。

对比例2

本对比例与实施例5相比，未对锌粉进行改性。

对实施例5-7和对比例1-2制备出的涂料进行检测，结果如下表所示：

从上表能够看出本发明在不影响其他性能的情况下具有优异的耐腐蚀性能。

在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种自防腐水性有机富锌涂料，其特征在于：包括如下重量份原料：30-50份水性有机树脂，3-5份导电填料，0.05-1.0份消泡剂，1-3份固化剂，46-70份改性锌粉；

所述导电填料包括如下步骤制成：

步骤S1、将氧化石墨烯加入质量分数10％稀盐酸溶液中，超声分散2h，之后加入聚乙烯吡咯烷酮，继续超声分散1h，制得悬浮液；

步骤S2、将制成的悬浮液置于冰水浴中，加入质量分数15％吡咯水溶液，高速搅拌1h，制得混合液a，之后加入引发剂溶液，磁力搅拌10h，之后静置12h，分别用丙酮和去离子水洗涤三次，制得混合液b；

步骤S3、将混合液b超声1h后滴加质量分数10％氨水溶液调节pH，直至pH＝11，之后加入水合肼，继续超声1h，之后升温回流24h，洗涤、烘干，制得导电填料。

2.根据权利要求1所述的一种自防腐水性有机富锌涂料，其特征在于：所述水性有机树脂为水性环氧树脂、水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂、水性氨基丙烯酸树脂中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种自防腐水性有机富锌涂料，其特征在于：步骤S1中控制氧化石墨烯、稀盐酸溶液和聚乙烯吡咯烷酮的用量比为0.5g∶100mL∶0.5g，步骤S2中控制悬浮液、吡咯水溶液和引发剂溶液的用量比为100mL∶50mL∶100mL，步骤S3中控制混合液b和水合肼的体积比为1∶1。

4.根据权利要求1所述的一种自防腐水性有机富锌涂料，其特征在于：所述引发剂溶液为过硫酸钠和质量分数10％稀盐酸溶液按照5g∶100mL的用量比混合而成。

5.根据权利要求1所述的一种自防腐水性有机富锌涂料，其特征在于：所述改性锌粉为插层水滑石改性锌粉，包括如下步骤制成：

(1)按重量份计，将10-20份球状锌粉经无水乙醇、去离子水超声洗涤后转移至水热釜中，加入1-2份铝盐、1-3份碱和75-90份去离子水，搅拌均匀后，保持N₂通入2min，水热釜密闭后置于100-130℃鼓风干燥箱反应10-12h，反应结束后，冷却、离心，用去离子水洗涤多次，直至洗涤液呈中性，干燥，制得负载水滑石的锌粉；

(2)将5-10份负载水滑石的锌粉加入三口烧瓶中，加入3-5份改性剂及85-95份去离子水，滴加浓度为2mol/L的氢氧化钠水溶液调节pH，直至pH＝9-10，室温下搅拌并反应24h，反应结束后离心、洗涤，制得改性锌粉。

6.根据权利要求1所述的一种自防腐水性有机富锌涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

将水性有机树脂在1200r/min的转速下高速搅拌，加入消泡剂、改性锌粉、导电填料和固化剂，搅拌均匀，制得自防腐水性有机富锌涂料。