CN115926510A - 一种高防腐水性涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涂料领域，尤其涉及IPC C09D113领域，具体涉及一种高防腐水性涂料及其制备方法和应用。本发明通过提供一种高防腐水性涂料，按重量份计，制备原料包括：单体50‑70份，环氧树脂20‑30份，填料1‑10份，增稠剂0.1‑1份，流平剂0.01‑0.5份，分散剂0.2‑0.5份，消泡剂0.01‑0.5份，去离子水40‑60份，有效解决解决水性涂料在浸润和喷涂方面的不足，能够起到良好的防护金属基材的效果。

Description

一种高防腐水性涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及涂料领域，尤其涉及IPC C09D113领域，具体涉及一种高防腐水性涂料及其制备方法和应用。

技术背景

涂料多用于金属表面的防腐，在金属表面形成一层附着牢固的连续涂膜，隔绝外界氧气，水分，盐分等对金属的腐蚀，能有效提高金属的使用寿命。传统的有机涂料具有高性能的防腐效果，但是制备有机涂料用到的分散剂和成膜物含有大量挥发性有有害物质VOC，不仅污染环境还威胁人体健康，因此国家制定有关法律法规限制该物质的含量以及排放。水性涂料是一种以水作为溶剂或分散介质的涂料，成本低，安全性高，它能够代替有机涂料减少有机溶剂的挥发，有利于环境持续健康发展。但水性涂料由于含有水，表面张力大，难以浸润基材，产生缩孔现象，导致防腐性能下降。在喷涂水性材料的时候对环境的湿度有一定要求，当环境中的湿度过大时，影响水的挥发，导致涂料在基材表面会流淌下来。

中国申请专利CN201811617891.X公开了一种纳米复合材料的水性涂料，首先制备了一种纳米复合负离子发射材料，然后将纳米复合负离子发射材料的溶液与水性聚氨酯涂料复合，得到水性涂料纳米复合材料的溶液，得到一种辐射值较小的水性涂料。但是其未对水性涂料的方腐蚀性防水性做相应研究。中国申请专利CN109021160A公布了一种高环氧含量的水性环氧/丙烯酸酯复合乳液的制备方法，采用环氧树脂和丙烯酸酯类单体，添加少量助剂制备得到一种稳定性较高的乳液，在意钢材为基板时，耐盐雾效果可达三个月，但是其在耐水性以及解决缩孔现象的方面解释较少。综上所述，制备一种浸润效果好，使用条件宽松的高防腐水性涂料具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种高防腐水性涂料及其制备方法和应用，能够有效解决解决水性涂料在浸润和喷涂方面的不足，同时具有高防腐蚀效果。

本发明的第一个方面提供了一种高防腐水性涂料，按重量份计，制备原料包括：单体50-70份，环氧树脂20-30份，填料1-10份，增稠剂0.1-1份，流平剂0.01-0.5份，分散剂0.2-0.5份，消泡剂0.01-0.5份，去离子水40-60份。

作为一种优选的方案，所述高防腐水性涂料，按重量份计，制备原料包括：单体55-65份，环氧树脂25-30份，填料3-7份，增稠剂0.1-0.5份，流平剂0.01-0.3份，分散剂0.2-0.5份，消泡剂0.01-0.3份，去离子水40-60份。

作为一种优选的方案，所述单体为丙烯酸酯，甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸丁酯，丙烯酸异辛酯，甲基丙烯酸-2-羟基乙酯，苯乙烯，丙烯烃，丙烯酸羟乙酯，丙烯烷胺的至少一种。

作为一种优选的方案，所述单体为软单体，硬单体和功能性单体的组合物。

作为一种优选的方案，所述软单体为甲基丙烯酸甲酯，硬单体为丙烯酸丁酯，功能性单体为丙烯酸。

作为一种优选的方案，所述环氧树脂为E12，E20，E44，E51的至少一种。

作为一种优选的方案，所述环氧树脂为E51。

作为一种优选的方案，所述环氧树脂粘度为8-10mPa·s。

本发明中丙烯酸酯单体的软单体：硬单体：功能性单体的重量份比为(4-6)：(3-5)：(1-2)，单体和环氧树脂的比为(1-5)：1，增加粘度使得防水和抗腐蚀效果增加，提高涂料的附着力，同时涂料具有较好的机械强度。进一步研究发现，丙烯酸酯单体的软单体：硬单体：功能性单体的重量份比为(5-6)：(4-5)：(1-2)，单体：环氧树脂的重量份比为(1.5-3.5)：1，涂料的抗腐蚀效果和附着力最好。

软单体能够提高涂料的粘结性，添加量过多会使成膜率降低，硬单体添加能够提高涂料的内聚力使得涂料具有较好的防腐蚀能力，添加量过多会使得漆膜变硬，易碎裂，功能性单体通过引入官能团增加各物质之间的交联，能够调节涂料的粘结程度和聚合程度，因此选用合适的单体以及单体比例对涂料的性能有重要影响。环氧树脂中的苯环受光照易降解断链，耐紫外线照射性和耐候性差，本发明选用软单体为甲基丙烯酸甲酯，硬单体为丙烯酸丁酯，功能性单体为丙烯酸，丙烯酸中的羧基使环氧树脂中的环氧基团开环，减少了亲水基团，提高涂料的耐水性，且通过控制合适的重量份比，避免环氧树脂凝胶化，同时提高了涂料的抗腐蚀效果。

作为一种优选的方案，所述填料为磷酸铝钙，磷酸锌，硅酸锌，氧化锌的至少一种。

作为一种优选方案，所述填料为磷酸锌。

作为一种优选方案，所述磷酸锌的目数为3000目。

作为一种优选方案，所述磷酸锌可购自威海天创精细化工有限公司，产品型号为目数3000目。

本发明中的磷酸锌的目数为3000目，重量份为1-10份，尤其是重量份在3-7份时，加强了乳液的交联效果，提高涂料的防腐蚀效果，同时增强了涂料在金属表面的附着力。进一步研究发现磷酸锌的重量份为5份时，涂料的防腐蚀效果最佳。磷酸锌的添加量过多会在乳液中团聚，分散性降低，导致涂料的防腐效果降低。磷酸锌高度分散于乳液中，能够填补由于交联度不够而产生的孔隙，从而提高涂料的耐腐蚀性，本申请人推测，磷酸锌高度分散于乳液中会产生游离的磷酸离子，与金属接触产生极薄的钝化膜，从而阻止腐蚀的继续；另外在腐蚀初期，由于结晶水的存在，磷酸离子和涂料中的-OH和-COOH反应产生凝胶体，该反应在涂料内部小范围产生，增加了内层粘结力。

作为一种优选的方案，所述增稠剂为白炭黑、膨润土、活性碳酸钙的至少一种。

作为一种优选方案，所述增稠剂为白炭黑。

作为一种优选方案，所述白炭黑为气相白炭黑。

作为一种优选方案，所述气相白炭黑可购自湖北汇富纳米材料股份有限公司，产品型号为：HL-380。

本发明选用0.1-1份增稠剂，所述增稠剂为气相白炭黑，粒径为10-30nm，不仅增加涂料的粘结性，使涂料的防水性、抗腐蚀性增加，还增加了涂料的抗老化性和光泽度。纳米SiO₂中的-OH与涂料中的环氧树脂发生共聚并形成分子链，内部结构更加稳定，提高了树脂的耐水性以及耐腐蚀性能，推测由于SiO₂的键能较高，与有机基团结合使得涂料的稳定性增强，从而提高涂料的耐老化性，本发明添加所述白炭黑后涂料光泽度上升，推测可能是纳米SiO₂的细密孔结构增加了光反射，提高了涂料的光泽度。

作为一种优选的方案，所述流平剂为丙烯酸酯类流平剂、氟碳改性丙烯酸酯类流平剂、有机硅类流平剂的至少一种。

作为一种优选方案，所述流平剂为有机硅类流平剂。

本发明控制流平剂的重量份为0.01-0.5份，相对分子量为5000-7000，提高涂料的稳定性以及耐腐蚀性。流平剂加入使得涂料分子间的引力降低，增加固体表面分子的吸引，从而达到润湿固体的效果，流平剂添加量过多会使得涂料粘性下降，通过实验发现，添加重量份在0.01-0.3时，使涂料中各物质分散更加均匀，进而提高涂料的稳定性，且发现相对分子量在5000-7000，减少涂料的缩孔现象，推测可能是形成比较均匀的表面张力，增加流平效果。

作为一种优选的方案，所述消泡剂为二甲基硅油、聚醚改性硅油、双烷基磷酸酯的至少一种。

作为一种优选的方案，所述消泡剂为二甲基硅油。

作为一种优选的方案，所述分散剂为三乙基已基磷酸，十二烷基硫酸钠、甲基戊醇的至少一种。

作为一种优选的方案，所述分散剂为三乙基已基磷酸。

作为一种优选的方案，所述引发剂为过硫酸铵，亚硫酸氢钠，过氧化二叔丁基，异丙苯过氧化氢，叔丁基过氧化氢，异丙苯过氧化氢的至少一种。

作为一种优选的方案，所述引发剂为过硫酸铵。

本发明第二个方面提供了一种高防腐水性涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)将所述单体和引发剂混合，转速为500-700r/min，搅拌时间为45-60min，得到单体混合物；

2)将步骤1)所述单体混合物与环氧树脂按重量份混合，搅拌转速为500-700r/min，时间为30-50min，得到均匀混合物；

3)将所述增稠剂，流平剂，消泡剂按重量份混合均匀后加入到步骤2)所述均匀混合物中，搅拌30-60min，，得到稳定混合物；

4)将分散剂加入水中搅拌均匀后，边加入步骤3)所述稳定混合物边不断搅拌，直到所述稳定混合物完全加入，得到混合溶液；

5)将步骤4)所述混合溶液进行超声振荡，时间为1-3h，然后在500-700r/min的转速下持续4-8h，得到分散均匀的混合物；

6)将步骤5)所述分散均匀的混合物经200目的过滤布过滤，得到所述涂料。

本发明控制反应过程中的转速为500-700r/min，使得涂料的稳定性和抗腐蚀性有较大提升。转速较低分散不均匀，转速较高使生产过程难度提升，控制合适的转速能提高各物质的分散度，增强物质之间的交联度，提高涂料的稳定性和抗腐蚀性。

本发明第三个方面提供了一种高防腐水性涂料应用，具体可应用于交通运输、船舶、集装箱、桥梁、钢架、风电等领域。

有益效果：

(1)本发明选用特定的单体以及合适的比例与环氧树脂，调节调节涂料的粘结程度和聚合程度，改善环氧树脂中的苯环受光照易降解断链，耐紫外线照射性和耐候性差的问题，制备得到具有高防腐效果的水性涂料。

(2)本发明中选用特定目数的磷酸锌，能够填补由于交联度不够而产生的孔隙，磷酸离子和涂料中的-OH和-COOH反应产生凝胶体，增加了内层粘结力，选用特定的流平剂，不仅减少涂料的缩孔现象还提高涂料的稳定性，使得水性涂料在喷涂过程在减少流挂，增强水性涂料的附着力。

(3)本发明中选用的增稠剂与环氧树脂发生共聚并形成分子链，提升内部结构的稳定，提升涂料的粘结性，使涂料的防水性、抗腐蚀性增加，还增加了涂料的抗老化性和光泽度。

(4)本发明通过实验改进得到合适的反应参数，提高各物质的分散度，增强物质之间的交联度，使得涂料的稳定性和抗腐蚀性有较大提升。

具体实施方式

实施例1

一种高防腐水性涂料，按重量份计，制备原料包括：单体60份，环氧树脂25份，填料5份，增稠剂0.2份，流平剂0.1份，消泡剂0.1份，分散剂0.2份，引发剂0.3份，去离子水50份。

所述单体为软单体甲基丙烯酸甲酯30份，硬单体丙烯酸丁酯20份，功能性单体丙烯酸10份，所述甲基丙烯酸甲酯购自济南成联化工有限公司，产品货号为3440；所述丙烯酸丁酯购自济南远祥化工有限公司，产品货号为322；所述丙烯酸购自山东金悦源新材料有限公司，产品货号为21-04-10；所述环氧树脂为E51，购自广州和盛化工有限公司，产品货号为E-51；所述填料为磷酸锌，购自威海天创精细化工有限公司，产品型号为目数3000目；所述增稠剂为气相白炭黑，可购自湖北汇富纳米材料股份有限公司，产品型号为HL-380；所述流平剂为有机硅类流平剂，购自佛山市科宁新材料有限公司，产品型号为KMT-5510S；所述消泡剂为二甲基硅油，购自嘉善江南纺织材料股份有限公司，产品型号为JF-201；所述分散剂为三乙基已基磷酸，购自苏州市森菲达化工有限公司，产品型号为TOP；所述引发剂为过硫酸铵，购自常州市佳业化工有限公司。

一种高防腐水性涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)将所述单体和引发剂混合，转速为700r/min，搅拌时间为60min，得到单体混合物；

2)将步骤1)所述单体混合物与环氧树脂按重量份混合，搅拌转速为700r/min，时间为50min，得到均匀混合物；

3)将所述增稠剂，流平剂，消泡剂按重量份混合均匀后加入到步骤2)所述均匀混合物中，搅拌30-60min，得到稳定混合物；

4)将分散剂加入水中搅拌均匀后，边加入步骤3)所述稳定混合物边不断搅拌，直到所述稳定混合物完全加入，得到混合溶液；

5)将步骤4)所述混合溶液进行超声振荡，时间为3h，然后在700r/min的转速下持续5h，得到分散均匀的混合物；

6)将步骤5)所述分散均匀的混合物经200目的过滤布过滤，得到所述涂料。

实施例2

一种高防腐水性涂料，按重量份计，制备原料包括：单体60份，环氧树脂25份，填料4份，增稠剂0.1份，流平剂0.2份，消泡剂0.2份，分散剂0.1份，引发剂0.3份，去离子水45份。

所述单体为软单体甲基丙烯酸甲酯36份，硬单体丙烯酸丁酯18份，功能性单体丙烯酸6份，所述甲基丙烯酸甲酯购自济南成联化工有限公司，产品货号为3440；所述丙烯酸丁酯购自济南远祥化工有限公司，产品货号为322；所述丙烯酸购自山东金悦源新材料有限公司，产品货号为21-04-10；所述环氧树脂为E51，购自广州和盛化工有限公司，产品货号为E-51；所述填料为磷酸锌，购自威海天创精细化工有限公司，产品型号为目数3000目；所述增稠剂为气相白炭黑，可购自湖北汇富纳米材料股份有限公司，产品型号为HL-380；所述流平剂为有机硅类流平剂，购自佛山市科宁新材料有限公司，产品型号为KMT-5510S；所述消泡剂为二甲基硅油，购自嘉善江南纺织材料股份有限公司，产品型号为JF-201；所述分散剂为三乙基已基磷酸，购自苏州市森菲达化工有限公司，产品型号为TOP；所述引发剂为过硫酸铵，购自常州市佳业化工有限公司。

一种高防腐水性涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)将所述单体和引发剂混合，转速为650r/min，搅拌时间为55min，得到单体混合物；

2)将步骤1)所述单体混合物与环氧树脂按重量份混合，搅拌转速为650r/min，时间为45min，得到均匀混合物；

3)将所述增稠剂，流平剂，消泡剂按重量份混合均匀后加入到步骤2)所述均匀混合物中，搅拌30-60min，得到稳定混合物；

4)将分散剂加入水中搅拌均匀后，边加入步骤3)所述稳定混合物边不断搅拌，直到所述稳定混合物完全加入，得到混合溶液；

5)将步骤4)所述混合溶液进行超声振荡，时间为3h，然后在650r/min的转速下持续6h，得到分散均匀的混合物；

6)将步骤5)所述分散均匀的混合物经200目的过滤布过滤，得到所述涂料

实施例3

一种高防腐水性涂料，按重量份计，制备原料包括：单体60份，环氧树脂30份，填料6份，增稠剂0.3份，流平剂0.1份，消泡剂0.1份，分散剂0.2份，引发剂0.4份，去离子水50份。

所述单体为软单体甲基丙烯酸甲酯20份，硬单体丙烯酸丁酯30份，功能性单体丙烯酸10份，所述甲基丙烯酸甲酯购自济南成联化工有限公司，产品货号为3440；所述丙烯酸丁酯购自济南远祥化工有限公司，产品货号为322；所述丙烯酸购自山东金悦源新材料有限公司，产品货号为21-04-10；所述环氧树脂为E51，购自广州和盛化工有限公司，产品货号为E-51；所述填料为磷酸锌，购自威海天创精细化工有限公司，产品型号为目数3000目；所述增稠剂为气相白炭黑，可购自湖北汇富纳米材料股份有限公司，产品型号为HL-380；所述流平剂为有机硅类流平剂，购自佛山市科宁新材料有限公司，产品型号为KMT-5510S；所述消泡剂为二甲基硅油，购自嘉善江南纺织材料股份有限公司，产品型号为JF-201；所述分散剂为三乙基已基磷酸，购自苏州市森菲达化工有限公司，产品型号为TOP；所述引发剂为过硫酸铵，购自常州市佳业化工有限公司。

一种高防腐水性涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)将所述单体和引发剂混合，转速为600r/min，搅拌时间为50min，得到单体混合物；

2)将步骤1)所述单体混合物与环氧树脂按重量份混合，搅拌转速为600r/min，时间为50min，得到均匀混合物；

3)将所述增稠剂，流平剂，消泡剂按重量份混合均匀后加入到步骤2)所述均匀混合物中，搅拌30-60min，得到稳定混合物；

4)将分散剂加入水中搅拌均匀后，边加入步骤3)所述稳定混合物边不断搅拌，直到所述稳定混合物完全加入，得到混合溶液；

5)将步骤4)所述混合溶液进行超声振荡，时间为1h，然后在600r/min的转速下持续7h，得到分散均匀的混合物；

6)将步骤5)所述分散均匀的混合物经200目的过滤布过滤，得到所述涂料

实施例4

所述软单体甲基丙烯酸甲酯20份，硬单体丙烯酸丁酯20份，功能性单体丙烯酸20份，其余同实实例1。

实施例5

环氧树脂60份，其余同实施例1。

实施例6

所述填料为磷酸铝钙，所述磷酸铝钙为0.5份，其余同实施例1。

实施例7

所述增稠剂为膨润土和白炭黑，膨润土和白炭黑的质量比为1:1，其余同实施例1。

实施例8

所述流平剂1份，其余同实施例1。

实施例9

一种高防腐水性涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)将所述单体和引发剂混合，转速为300r/min，搅拌时间为60min，得到单体混合物；

2)将步骤1)所述单体混合物与环氧树脂按重量份混合，搅拌转速为300r/min，时间为50min，得到混合物；

3)将所述增稠剂，流平剂，消泡剂按重量份混合均匀后加入到步骤2)所述混合物中，搅拌50min，得到均匀混合物；

4)将分散剂加入水中搅拌均匀后，边将步骤3)所述均匀混合物缓慢加入边不断搅拌，直到所述均匀混合物完全加入，得到较为均匀混合物；

5)将步骤4)所述较为均匀混合物进行超声振荡，时间为3h，然后在300r/min的转速下持续5h，得到均匀混合物；

6)将步骤5)所述均匀混合物用经200目的过滤布过滤，得到所述涂料。

其余同实施例1。

性能测试

1.耐水性测试，参照国家标准GB1733-93进行。采用40℃去离子水浸泡方法测试，将样品取出后用滤纸擦干，记录失光、变色、起泡、起皱、脱落、生锈等现象出现的时间。

2.附着力测试，参照国家标准GB/T9286-1998，ISO2409：1992测定。用刀片在漆膜样板上划100个1mm×1mm的小方格，用透明胶带粘接，观察漆膜破坏的程度来判断漆膜附着力的等级，结果用0～5级表示，0级最好，5级最差。

3.耐盐雾测试，参照国家标准GB/T6461-2002测定。将漆膜试样置于盐雾箱内，试样倾斜度为45°。盐水浓度为5wt％，实验温度为35℃，盐雾沉降量在1-2mL/80cm²·h之间。每隔6h检查漆膜状态，记录耐盐雾时间以及漆膜状态。

测试结果见表1。

表1

由上述测试结果可知，本发明所述的高防腐水性涂料及其制备方法，具有良好的耐水性，强附着力和高防腐蚀效果的优点，能够有效解决解决水性涂料在浸润和喷涂方面的不足，能够起到良好的防护金属基材的效果。

Claims (10)

1.一种高防腐水性涂料，其特征在于，按重量份计，制备原料包括：单体50-70份，环氧树脂20-30份，填料1-10份，增稠剂0.1-1份，流平剂0.01-0.5份，消泡剂0.01-0.5份，分散剂0.2-0.5份，引发剂0.1-0.5份，去离子水40-60份。

2.根据权利要求1所述的一种高防腐水性涂料，其特征在于，所述单体为丙烯酸酯，甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸丁酯，丙烯酸异辛酯，甲基丙烯酸-2-羟基乙酯，苯乙烯，丙烯烃，丙烯酸羟乙酯，丙烯烷胺的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种高防腐水性涂料，其特征在于，所述填料为磷酸铝钙，磷酸锌，硅酸锌，氧化锌的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种高防腐水性涂料，其特征在于，所述增稠剂为白炭黑，膨润土，活性碳酸钙的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种高防腐水性涂料，其特征在于，所述流平剂为丙烯酸酯类流平剂，氟碳改性丙烯酸酯类流平剂，有机硅类流平剂的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种高防腐水性涂料，其特征在于，所述消泡剂为二甲基硅油，聚醚改性硅油，双烷基磷酸酯的至少一种。

7.根据权利要求1所述的一种高防腐水性涂料，其特征在于，所述分散剂为三乙基已基磷酸，十二烷基硫酸钠、甲基戊醇的至少一种。

8.根据权利要求1所述的一种高防腐水性涂料，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵，亚硫酸氢钠，过氧化二叔丁基，异丙苯过氧化氢，叔丁基过氧化氢，异丙苯过氧化氢的至少一种。

9.一种根据权利要求1所述的一种高防腐水性涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将所述单体和引发剂混合，转速为500-700r/min，搅拌时间为45-60min，得到单体混合物；

2)将步骤1)所述单体混合物与环氧树脂按重量份混合，搅拌转速为500-700r/min，时间为30-50min，得到均匀混合物；

3)将所述增稠剂，流平剂，消泡剂按重量份混合均匀后加入到步骤2)所述均匀混合物中，搅拌30-60min，得到稳定混合物；

4)将分散剂加入水中搅拌均匀后，边加入步骤3)所述稳定混合物边不断搅拌，直到所述稳定混合物完全加入，得到混合溶液；

5)将步骤4)所述混合溶液进行超声振荡，时间为1-3h，然后在500-700r/min的转速下持续4-8h，得到分散均匀的混合物；

6)将步骤5)所述分散均匀的混合物经200目的过滤布过滤，得到所述涂料。

10.一种根据权利要求1所述的一种高防腐水性涂料的应用，其特征在于，所述高防腐水性涂料可应用于交通运输、船舶、集装箱、桥梁、钢架、风电领域。