CN114836061A - 一种水性底面合一涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水性底面合一涂料，包括如下重量份组分：磷酸盐胶黏剂40‑60份、钛白粉15‑25份、硫酸钡10‑15份、氧化铝2‑5份、氧化镁2‑5份、硅溶胶5‑15份、氧化石墨烯0.1‑0.5份、增稠剂0.1‑0.5份、表面活性剂0.1‑0.5份和蒸馏水30‑50份，本发明通过硅溶胶、氧化石墨烯和氧化铝的添加，改善了。
Description
技术领域
本发明涉及防腐涂料领域，特别涉及一种水性底面合一涂料及其制备方法。
背景技术
目前，传统的防腐涂装体系主要是两面漆，由底漆加面漆构成复合防腐涂层体系，底漆主要起到防腐防锈的作用，面漆主要起到防腐装饰的作用。但这种涂层体系工艺复杂，施工周期长，造价成本高，且易造成整个涂层体系的配套性不好，造成整个涂层的性能下降。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种水性底面合一涂料，其具有涂层表面平整、耐腐蚀性高的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种水性底面合一涂料，包括如下重量份组分：
通过采用上述技术方案，硅溶胶中二氧化硅表面含有大量的水和羟基等活性基团，可以与磷酸盐之间通过活性羟基基团交联，涂层固化过程就是成膜物受热脱水结合。与单独一种成膜物不同的是，将磷酸盐与硅溶胶两种混合，在加热的过程中，二者都会发生聚合反应，内聚力增大，网状大分子将容易形成，有利于形成粘结强度高及稳定性强的涂层，硅溶胶在低温时结合强度高，磷酸盐在中高温时结合性能好，因此二者结合可以有效地综合彼此的优势，减少在后续固化热处理过程中出现收缩、气孔、起泡等现象，因而添加硅溶胶能够提升涂层表面质量，弥补了单一粘结剂在使用性能上的不足，使涂层具有韧性好、附着力大、光泽度高等特点。
氧化石墨烯表面存在各类含氧官能团，提高了氧化石墨烯在涂料中的分散性，在涂层中可以广泛分布，遮挡涂层微孔，来防止腐蚀性介质的渗透，提高涂料的抗腐蚀能力。
氧化铝颗粒与涂料具有较好的协同作用，形成较强的氢键结合，改善其流变性，增强涂层的致密性及抗离子渗透性，提高涂层的耐腐蚀性、附着力、硬度和耐磨性。氧化铝的加入提高了涂料体系无序度，抑制了磷酸铝的结晶，从而提高涂层的均匀性。
硫酸钡有利于提高涂膜的厚度，耐磨性，耐水性，耐热性，表面硬度，耐冲击性等起着很重要的作用，硫酸钡可以提高在波长300-400微米范围内的反射性，可以保护漆膜免遭光老化，由于硫酸钡的吸油量低，有很高的填充量，所以可以使涂料成本下降。
进一步设置：所述磷酸盐胶黏剂为磷酸二氢铝。
通过采用上述技术方案，磷酸盐涂料中，铝的磷酸盐具有较好的强度和粘结性，并具有中等的耐水能力，具有较好的综合性能。
进一步设置：所述钛白粉为金红石型钛白粉。
通过采用上述技术方案，金红石型钛白粉性能更加优良，其组织致密稳定、耐光性优良、不易粉化。
进一步设置：所述氧化石墨烯为二氧化钛修饰的氧化石墨烯。
通过采用上述技术方案，通过使用硅烷偶联剂将纳米二氧化钛添加于氧化石墨烯的片层上，使得氧化石墨烯的紧密结构发生改变，成为疏松易分散结构，由于氧化石墨烯和纳米钛相结合，有效提升了分散性，氧化石墨烯和纳米钛复合物在涂层中可以更广泛分布，遮挡涂层微孔，来防止腐蚀性介质的渗透，延长腐蚀介质在涂层中的渗透路径，延缓腐蚀的发生，提升磷酸盐涂层的防腐能力，同时力学性能方面，氧化石墨烯和纳米钛复合物均匀分散在涂层中，可以起到基体屈服效应、钉扎－裂纹效应以及两相界面效应，提高了涂层的强度与韧性。
进一步设置：还包括稀土铈0.1-0.2份。
通过采用上述技术方案，在涂料形成的过程中，有利于晶核的形成，可加快固化速度，降低固化所需温度。
进一步设置：还包括纳米银抗菌剂。
通过采用上述技术方案，纳米银是结合了无机抗菌材料与纳米抗菌材料的双重优势，具有比表面积大，表面反应活性高、表面活性中心多、催化效率高、吸附能力强的优点。
进一步设置：所述增稠剂为超细二氧化硅。
通过采用上述技术方案，超细二氧化硅表面分布了大量的硅醇基，而且其表面积极大，当超细二氧化硅分散溶液中时，邻近二氧化硅聚集物的羟基会以氢键形成一种三维二氧化硅的网络结构，同时还会与溶液中形成的磷酸铝配合物基团发生键合，进一步增大了产物的网络结构，提高了体系的稳定性，连通的二氧化硅网络会限制磷酸铝的质量输运，从而降低了晶粒的生长速率，提高涂料的热稳定性。
进一步设置：所述氧化铝为纳米氧化铝和亚微米氧化铝混合的氧化铝溶胶。
通过采用上述技术方案，氧化铝颗粒在涂料固化的过程中可以与金属基材之间产生吸附作用，并且与磷酸盐粘结剂之间产生粘结作用，并且磷酸盐粘结剂和溶胶表面具有极性基团，极性基团的迁移有助于分子间氢键的形成，使得复合涂层在拉脱过程中除了克服原有涂层和基体之间的机械作用和粘结剂与基体之间的吸附作用外，还需要更多的能量克服增加的分子间氢键作用，从而进一步提高涂层的结合强度。
进一步设置：所述水性底面合一涂料包括如下重量份组分：
通过采用上述技术方案，
本发明的另一目的是提供上述水性底面合一涂料的制备方法，其具有制备优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种水性底面合一涂料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将磷酸盐胶黏剂、钛白粉、硫酸钡、氧化铝、增稠剂、部分硅溶胶和部分蒸馏水混合形成A组分，并对A组分超声分散；
步骤二、将剩余组分混合形成B组分；
步骤三、在磁力搅拌器内分别加入A组分和B组分并搅拌至少20min，然后超声分散得到水性底面合一涂料。
进一步设置：所述步骤二中氧化镁与硅溶胶先通过球磨的方式凝胶化混合后再与其他组分混合。
通过采用上述技术方案，通过球磨的方式对氧化镁进行凝胶改性，从而可以控制氧化镁的缓慢释放，避免固化过快，影响后续涂料施工。
具体实施方式
实施例1：
一种水性底面合一涂料包括如下重量组分(单位：g)：
其制备方法包括如下步骤：
步骤一、将磷酸盐胶黏剂、钛白粉、硫酸钡、氧化铝、超细二氧化硅、硅溶胶5g和蒸馏水25g混合形成A组分，并对A组分超声分散；
步骤二、氧化镁3g与硅溶胶5g先通过球磨的方式凝胶化混合，再与其他剩余组分混合，形成B组分；
步骤三、在磁力搅拌器内分别加入A组分和B组分并搅拌30min，反应温度50℃，然后超声分散得到水性底面合一涂料。
实施例2：
一种水性底面合一涂料包括如下重量组分(单位：g)：
其制备方法包括如下步骤：
步骤一、将磷酸盐胶黏剂、钛白粉、硫酸钡、氧化铝、超细二氧化硅、硅溶胶5g和蒸馏水25g混合形成A组分，并对A组分超声分散；
步骤二、氧化镁与硅溶胶5g先通过球磨的方式凝胶化混合，再与其他剩余组分混合，形成B组分；
步骤三、在磁力搅拌器内分别加入A组分和B组分并搅拌25min，反应温度70℃，然后超声分散得到水性底面合一涂料。
实施例3：
一种水性底面合一涂料包括如下重量组分(单位：g)：
其制备方法包括如下步骤：
步骤一、将磷酸盐胶黏剂、钛白粉、硫酸钡、氧化铝、超细二氧化硅、硅溶胶10g和蒸馏水25g混合形成A组分，并对A组分超声分散；
步骤二、氧化镁与硅溶胶5g先通过球磨的方式凝胶化混合，再与其他剩余组分混合，形成B组分；
步骤三、在磁力搅拌器内分别加入A组分和B组分并搅拌30min，反应温度60℃，然后超声分散得到水性底面合一涂料。
实施例4：
一种水性底面合一涂料包括如下重量组分(单位：g)：
其制备方法包括如下步骤：
步骤一、将磷酸盐胶黏剂、钛白粉、硫酸钡、氧化铝、超细二氧化硅、硅溶胶2g和蒸馏水25g混合形成A组分，并对A组分超声分散；
步骤二、氧化镁与硅溶胶3g先通过球磨的方式凝胶化混合，再与其他剩余组分混合，形成B组分；
步骤三、在磁力搅拌器内分别加入A组分和B组分并搅拌30min，反应温度60℃，然后超声分散得到水性底面合一涂料。
实施例5：
一种水性底面合一涂料包括如下重量组分(单位：g)：
其制备方法包括如下步骤：
步骤一、将磷酸盐胶黏剂、钛白粉、硫酸钡、氧化铝、超细二氧化硅、硅溶胶7g和蒸馏水25g混合形成A组分，并对A组分超声分散；
步骤二、氧化镁与硅溶胶5g先通过球磨的方式凝胶化混合，再与其他剩余组分混合，形成B组分；
步骤三、在磁力搅拌器内分别加入A组分和B组分并搅拌30min，反应温度50℃，然后超声分散得到水性底面合一涂料。
对比例1：
一种水性底面合一涂料包括如下重量组分(单位：g)：
其制备方法包括如下步骤：
步骤一、将磷酸盐胶黏剂、钛白粉、硫酸钡、氧化铝、超细二氧化硅、硅溶胶5g和蒸馏水25g混合形成A组分，并对A组分超声分散；
步骤二、氧化镁3g与硅溶胶5g先通过球磨的方式凝胶化混合，再与其他剩余组分混合，形成B组分；
步骤三、在磁力搅拌器内分别加入A组分和B组分并搅拌30min，反应温度50℃，然后超声分散得到水性底面合一涂料。
对比例2：
一种水性底面合一涂料包括如下重量组分(单位：g)：
其制备方法包括如下步骤：
步骤一、将磷酸盐胶黏剂、钛白粉、硫酸钡、氧化铝、超细二氧化硅、硅溶胶5g和蒸馏水25g混合形成A组分，并对A组分超声分散；
步骤二、氧化镁3g与硅溶胶5g先通过球磨的方式凝胶化混合，再与其他剩余组分混合，形成B组分；
步骤三、在磁力搅拌器内分别加入A组分和B组分并搅拌30min，反应温度50℃，然后超声分散得到水性底面合一涂料。
性能检测：
将实施例和对比例得到的水性底面合一涂料均匀地涂刷在经过去油、除锈、清洗、烘干、打磨处理过的Q235钢板表面，然后放置在室温下进行养护7天，得到涂覆有水性底面合一涂料地试样，试样尺寸为10cm*10cm。
附着力测试：
涂膜的附着力测试依据的是《GB-T9286-1998色漆和清漆漆膜的划格试验》标准,借助附着力导格规测试仪(QFH-HG610，华国精密检测设备厂)对漆膜进行划痕试验，割痕间距为3毫米，横竖方向各划7次。操作步骤：(1)首先将百格板放置到涂覆有水性底面合一涂料地试样涂层表面，用美工刀沿着格子在涂层上切出十字格子，划痕应深入底材；(2)然后用刷子沿着横竖切口方向各刷五次，再用胶带粘附在整个切口上并拉开；(3)使用放大镜检查各个格子的状况；(4)评价标准依照划格的结果来进行评价分级(ISO等级0-5)。将各组附着力测试结果记录至下表1。
中性盐雾试验：
将实施例和对比例的试样在盐雾试验箱内放置，不直接与箱体接触，盐雾试验箱内盐雾的喷射方式为间歇式，24小时为一个小周期，喷雾时间为进行8小时，歇停16小时，试件的周期为720小时，在这个过程中每一次观察期就置换试样的位置一次，使试件的试验条件尽可能一致。根据标准GB/T 6461-2002对盐雾试验结束的样品按照腐蚀面积进行评级，评级结果记录至下表1。
耐霉菌性能测试：
根据国家标准GB/T1741-2007,以培养皿法进行防霉性能测试，将实施例和对比例所制的涂料涂在己灭菌过的滤纸片上(正反面都要涂抹)，经过热处理和紫外光照射固化并杀菌后，平放在培养基表面。用喷雾器将菌种悬浮液均匀细密地喷在样板上，稍晾干后，盖上皿盖，放入培养箱中在29℃～30℃培养3天；3天后检查样板表面生霉是否正常，若生霉正常可将培养皿倒置，使培养基部分在上，这样培养基不易干，样板表面凝露减少。若不见霉菌生长(从培养基上可以辨明)，则需另喷混合霉菌孢子悬浮液，7天后检查试样生霉程度，14天后评级，记录评级情况至下表1。
涂层的耐磨性测试
按照标准GB/T1768-2006，使用Taber耐磨试验机(惠州市优普森仪器有限公司)对实施例和对比例试样的涂层进行耐磨性测试。将样品固定在工作盘，旋转盘转速为60r/min，加压臂加上750g载重(加压臂自重250g)，将150Cw的砂纸裁剪成摩擦轮宽的纸条，然后将其粘贴在摩擦轮上，之后将砂轮放在涂层表面试验开始进行，耐磨性的判定是根据经过特定转数之后涂层磨损掉的重量(失重法)的平均值，先把样品磨50转，使之形成较平整的表面，然后再开始实验，每个试样试验回转次数1000次，每进行一个试样的试验后更换一次砂纸，记录每种试样的失重量。
表1涂料性能检测结果表
| 附着力等级 | 腐蚀评级Rp | 14天后霉菌情况评级 | 失重量(g) | |
| 实施例1 | 0 | 10 | 1 | 0.35 |
| 实施例2 | 0 | 10 | 1 | 0.36 |
| 实施例3 | 1 | 8 | 0 | 0.38 |
| 实施例4 | 1 | 9 | 0 | 0.4 |
| 实施例5 | 0 | 9 | 1 | 0.36 |
| 对比例1 | 1 | 6 | 1 | 0.4 |
| 对比例2 | 2 | 8 | 0 | 0.43 |
从上表1分析可知，实施例1与对比例1之间耐腐蚀性具有较大差距，可见氧化石墨烯在阻挡腐蚀渗透方便具有较大的作用；实施例1与对比例2的试验结果相比，缺少氧化铝改性的对比例2在涂层的耐磨性以及附着力方面性能较差；并且从霉菌检测的情况可以看出，纳米银具有较好的杀菌效果，可以有效防止涂层霉变。并且从各项测试的结果来看，本发明的方案具有较好的附着力，耐腐蚀性能和涂层强度，同时观察到的涂层表面平整，具有一定的光泽度，能够满足一定的美观需求。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种水性底面合一涂料，其特征在于，包括如下重量份组分：
2.根据权利要求1所述的水性底面合一涂料，其特征在于，所述磷酸盐胶黏剂为磷酸二氢铝。
3.根据权利要求1所述的水性底面合一涂料，其特征在于，所述氧化石墨烯为二氧化钛修饰的氧化石墨烯。
4.根据权利要求1所述的水性底面合一涂料，其特征在于，还包括稀土铈0.5-1份。
5.根据权利要求1所述的水性底面合一涂料，其特征在于，还包括纳米银抗菌剂。
6.根据权利要求1所述的水性底面合一涂料，其特征在于，所述增稠剂为超细二氧化硅。
7.根据权利要求1所述的水性底面合一涂料，其特征在于，所述氧化铝为纳米氧化铝和亚微米氧化铝混合。
8.根据权利要求1所述的水性底面合一涂料，其特征在于，所述水性底面合一涂料包括如下重量份组分：
9.一种权利要求1-8任一所述水性底面合一涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将磷酸盐胶黏剂、钛白粉、硫酸钡、氧化铝、增稠剂、部分硅溶胶和部分蒸馏水混合形成A组分，并对A组分超声分散；
步骤二、将剩余组分混合形成B组分；
步骤三、在磁力搅拌器内分别加入A组分和B组分并搅拌至少20min，然后超声分散得到水性底面合一涂料。
10.根据权利要求9所述的水性底面合一涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中氧化镁与硅溶胶先通过球磨的方式凝胶化混合后再与其他组分混合。
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