CN117025007A - 一种水性底漆及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水性底漆及其制备方法和应用。本发明通过在含锌粉的B组分中添加了水滑石和醇醚类极性有机化合物，在硅烷偶联剂的作用下将负载了醇醚类极性有机化合物的水滑石接枝到锌粉表面，在混合时，与A组分中的水性弹性乳液共同作用，显著提高了漆膜的耐腐蚀性、耐候性，还改善了底漆的可喷涂性、以及漆膜的干燥时间。

Description

一种水性底漆及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及水性涂料技术领域，尤其是一种水性底漆及其制备方法和应用。

背景技术

车间底漆，又称预处理底漆或保养底漆，是钢材经喷砂处理除锈后在车间流水线上喷涂于金属表面的预处理底漆，以防止钢材在存放、加工等过程中产生锈蚀。车间底漆的主要品种有PVB、环氧富锌、环氧铁红和无机硅酸锌等品种，溶剂型无机硅酸锌车间底漆由于具有优异的干燥性、户外防腐性和耐高温等性能，是目前广泛使用的车间底漆，但其体积固含低，VOC含量超过了420g/L，属于危险化学品，严重危害环境和影响人生安全。

水性车间底漆由于具有优异的环保性能和施工性，被认为是溶剂型的有效替代品，但是目前的水性车间底漆的干燥性能差，一般高于5分钟，户外防腐性差(耐候性)很难达到6个月甚至是12个月；另外，现有的水性车间底漆耐焊接和切割与溶剂型底漆相比还有一定的差距，从而影响现场的施工节奏和效率，因此需要进一步的提升才能满足现场的使用需求。

此外，目前常用的水性车间底漆由于采用的常规的硅酸盐树脂，其由于粘度较低，喷涂过程中容易导致堵枪等现象，喷涂性能较差，喷涂不均匀也导致其耐腐蚀性能和耐候性仍有待提升，为了改善其加工性能和耐腐蚀性能，专利CN102485806A将含锌粉的基料与固化剂水性成膜组分分开储存，并在含锌粉的基料组分中添加杂环有机化合物，与表面活性剂共同作用对锌粉进行包覆，避免锌粉与水性介质直接接触；当基料与固化剂混合时，可将锌粉表面的保护膜打开，可顺利进行喷涂。但是杂环有机化合物与水性介质的相容性较差，其包覆的锌粉在与固化剂组分混合后，容易导致锌粉在底漆组分中分散不均匀，进而阻碍了漆膜的耐腐蚀性和耐候性的进一步提升。此外，其与其它漆膜(如环氧漆)的配套性能差，严重影响后续涂层的施工。

因此，如何提高水性车间底漆的加工性能、耐候性以及配套性是亟需解决的一个重要问题。

发明内容

本发明的目的在于，解决现有的水性车间底漆综合性能较差的缺点，提供一种综合性能优异的水性底漆，本发明的水性底漆具有优异的干燥时间、耐候性、焊接与切割性能，同时具有优异配套性能和施工性。

本发明的另一目的在于，提供所述水性底漆的制备方法。

本发明的另一目的在于，提供所述水性底漆在制造船舶、桥梁或机械设备中的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水性底漆，包括如下重量份的组分：

A组分，总重量按50份计：

B组分，总重量按50份计：

所述锌粉包括球状锌粉和片状锌粉；

其中，B组分的制备方法包括如下步骤：

S1.预混合：将醇醚类极性有机化合物、硅烷偶联剂和无水乙醇混合均匀，得到预混物；

S2.向步骤S1得到的预混物中加入防沉剂B混合均匀后，依次加入水滑石、锌粉和防锈颜料混合均匀，得到B组分。

本发明通过在含锌粉的B组分中添加了水滑石和醇醚类极性有机化合物，水滑石属于含阴离子型的层状化合物，为多孔材料和多层材料，同时具有离子交换功能。例如：当氯离子在腐蚀基材时，层中的部分阴离子如磷酸根、钼酸根等可以与其发生离子交换从而固定氯离子，释放出磷酸根、钼酸根而保护基材，底漆中的防锈颜料可以为水滑石补充缺乏的磷酸根、钼酸根等阴离子，具有进一步的协同作用；此外多孔结构能有效吸附醇醚类极性有机化合物，将醇醚类极性有机化合物负载到水滑石中，负载的醇醚类极性有机化合物可以作为润滑剂或溶剂，促进硅烷偶联剂进一步接枝到锌粉和水滑石表面从而形成一种类三维网状结构，增加了体系的封闭性、阻隔效应以及附着能力，进而提高整个体系的防腐能力。

在喷涂施工时，当含有锌粉的B组分与水性的A组分混合时，体系中的类三维网状结构对锌粉具有一定的缓释保护作用，避免活泼锌粉与水性组分直接接触反应形成沉淀，有利于提高底漆体系的稳定性；而负载在水滑石中的醇醚类极性有机化合物与水性原料的相容性较好，也可以提高无机锌粉在底漆体系中的分散均匀性，提高漆膜的耐腐蚀性能和耐候性能；此外，合适的醇醚类极性有机化合物还可以使弹性乳液溶胀，在提高混合后的底漆体系的粘度的同时，可以降低体系的表面张力，不仅可以有效改善体系中的无机填料(如锌粉、水滑石、防锈颜料)的分散稳定性，防止其沉淀，还可以与水形成“共溶剂”，提高水的挥发速率，进一步缩短水性底漆的干燥时间。

优选地，所述醇醚类极性有机化合物包括但不限于丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚或乙二醇丙醚中一种或几种的组合，进一步优选为丙二醇甲醚。所述醇醚类极性有机化合物可作为溶剂，具有较高的极性，提高锌粉在水性底漆体系中的分散性。

优选地，所述锌粉包括球状锌粉和片状锌粉，所述球状锌粉和片状锌粉的重量比为球状锌粉：片状锌粉＝(1～6)：1。球状锌粉和片状锌粉混合，在有效利用片状锌粉的阻隔作用的同时，可以提高漆膜中的锌粉在基材表面的致密性，进一步提高漆膜的耐腐蚀性和耐候性。

优选地，所述防锈颜料包括磷酸锌、云母氧化铁、三聚磷酸铝、硅酸锂、磷铁粉中的一种或几种的组合。防锈颜料的加入，可进一步提高漆膜的耐腐蚀性和耐候性。

优选地，所述水滑石的粒径<30μm，水滑石的粒径在该范围内，能进一步提升漆膜的防腐性能、流平性和耐高温性能。

优选地，所述水性无机树脂包括硅酸钾、硅酸锂、硅酸钠或硅溶胶中的一种或几种的组合。

优选地，所述弹性乳液包括苯丙乳液、硅丙乳液、丙烯酸乳液中的一种或几种的组合。

优选地，所述防沉剂A包括聚氨酯、缔合型丙烯酸、聚酰胺蜡中的一种或几种的组合。

优选地，所述防沉剂B包括纳米蒙脱土、有机膨润土、气相二氧化硅中的一种或几种的组合。

优选地，所述分散剂包括聚醚化合物、丙烯酸聚合物、磷酸酯化合物中的一种或几种的组合。

优选地，所述消泡剂包括有机硅消泡剂、聚醚类消泡剂、矿物油消泡剂中的一种或几种的组合。

优选地，所述硅烷偶联剂包括氨基硅烷、环氧基硅烷中的一种或几种的组合。

所述水性底漆的制备方法，包括如下步骤：

A组分制备：

S1.预混合：将弹性乳液、分散剂和水混合均匀，得到预混物；

S2.向步骤S1得到的预混物中加入防沉剂A混合均匀后，继续加入水性无机树脂、分散剂、消泡剂、流平剂混合均匀，得到A组分；

B组分制备：

S1.预混合：将醇醚类极性有机化合物、硅烷偶联剂和无水乙醇混合均匀，得到预混物；

S2.向步骤S1得到的预混物中加入防沉剂B混合均匀后，依次加入水滑石、锌粉和防锈颜料混合均匀，得到B组分。

选用本发明的方法，可以使B组分中的锌粉表面接枝负载了醇醚类极性有机化合物的水滑石，与A组分中的弹性乳液共同作用，可以显著提高漆膜的耐腐蚀、耐候性能以及加工性能。

本发明中，常用的混合方式均可用于上述水性底漆的制备中去，例如搅拌，根据不同原料的分散难易程度，搅拌的速度可以在300～2500r/min范围内进行选择，将原料混合均匀即可，所需时间一般在10～30min范围内。

上述水性底漆在制造船舶、桥梁或机械设备中的应用也在本发明的保护范围之内。

本发明的水性底漆在使用时，需要将A组分和B组分混合后再使用喷枪(例如自动高压无气喷涂)进行喷涂，其中，A组分和B组份的重量比按照A：B＝1：(1～5)的比例进行混合，成膜后的漆膜的综合性能更佳。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过在含锌粉的B组分中添加了水滑石和醇醚类极性有机化合物，在硅烷偶联剂的作用下将负载了醇醚类极性有机化合物的水滑石接枝到锌粉表面，在混合时，与A组分中的弹性乳液共同作用，显著提高了漆膜的耐腐蚀性、耐候性，还改善了底漆的可喷涂性、以及漆膜的干燥时间。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。除非特别说明，本发明所用试剂和材料均为市购。

本发明的实施例中选用如下原料：

水性无机树脂-1：无机硅酸盐，G36，购自安徽瓷玛；

水性无机树脂-2：无机硅酸盐，KS49，购自西谱森新材料有限公司；

弹性乳液-1：丙烯酸乳液，WT-300S，购自巴德富；

弹性乳液-2：苯丙乳液，XG-2101，购字衡水新光新材料科技有限公司

防沉剂A：缔合型丙烯酸，购自德国明凌；

分散剂：丙烯酸类聚合物分散剂，购自德国明凌；

消泡剂：有机硅消泡剂，TEGO 904W，购自赢创化学；

流平剂：有机硅基材润湿剂，TEGO 4100，购自赢创化学；

锌粉：

片状锌粉：1000目，购自湖南新威凌；

球状锌粉：1000目，购自湖南新威凌；

水滑石-1：WP，购自浙江丰虹新材料股份有限公司；

水滑石-2：AC-027，购自呈和科技股份有限公司；

滑石粉：800目，市售；

防锈颜料：改性磷酸锌，市售；

硅烷偶联剂：6040，购自道朗宁；

防沉剂B：972，购自赢创化学；

丙二醇甲醚：市售；

无水乙醇：市售。

实施例1～9

本发明提供一系列水性底漆，制备方法包括如下步骤：

制备A组分：

S1.预混合：将弹性乳液、分散剂和水混合均匀，得到预混物；

S2.向步骤S1得到的预混物中加入防沉剂A混合均匀后，继续加入水性无机树脂、分散剂、消泡剂、流平剂混合均匀，得到A组分；

制备B组分：

S1.预混合：将醇醚类极性有机化合物、硅烷偶联剂和无水乙醇混合均匀，得到预混物；

S2.向步骤S1得到的预混物中加入防沉剂B混合均匀后，依次加入水滑石、锌粉和防锈颜料混合均匀，得到B组分。

表1实施例1～6的水性底漆的原料配方(重量份)

对比例1

本对比例提供一种水性底漆，按照实施例4的方法制备得到，与实施例4的不同之处在于：将B组分中的水滑石-1替换为等质量的滑石粉。

对比例2

本对比例提供一种水性底漆，按照实施例4的方法制备得到，与实施例4的不同之处在于：B组分中将水滑石-1替换为等质量的球状锌粉，即该对比例中，并未添加水滑石。

对比例3

本对比例提供一种水性底漆，按照实施例4的方法制备得到，与实施例4的不同之处在于：B组分中并未添加硅烷偶联剂。

对比例4

本对比例提供一种水性底漆，按照实施例4的方法制备得到，与实施例4的不同之处在于：B组分中并未添加丙二醇甲醚。

对比例5

本对比例提供一种水性底漆，按照实施例4的方法制备得到，与实施例4的不同之处在于：A组分中将弹性乳液-1替换为等量的水性无机树脂-1。

对比例6

本对比例提供一种水性底漆，按照实施例4的原料组成，按照包括如下步骤的制备方法制备得到：A组分的制备与实施例4相同，B组分将所有原料同时加入并混合均匀。

对比例7

本对比例提供一种水性底漆，按照实施例4的方法制备得到，与实施例4的不同之处在于：B组分中，将球状锌粉等量替换为片状锌粉。

对比例8

本对比例提供一种水性底漆，按照实施例4的方法制备得到，与实施例4的不同之处在于：B组分中，将片状锌粉等量替换为球状锌粉。

性能测试

对上述实施例和对比例得到的水性底漆的A组分和B组分按照1:1的重量比例混合均匀后，根据需要加水稀释到适宜粘度，得到水性底漆涂料。然后采用高压无气喷涂在船舶现场试用的钢板(表面经过喷砂处理)表面进行喷涂，得到厚度为20±0.5μm的干膜。

1.表干时间(min)、附着力(级，其中级别数量越高，表明附着力越差)、耐候性、焊接与切割性能按照GB/T 6747-2008《船用车间底漆》中的方法进行测试，测试结果见表2；

2.配套性能：得到干膜后，间隔24小时后喷涂80％含量的水性环氧富锌底漆(购自广州集泰化工股份有限公司的水性漆JT-268D)，干膜厚度为90±2μm，观察喷涂底漆后的漆膜外观：外观无起泡、针孔等记录为“正常”；并用拉开法测试漆膜附着力(MPa)，其中拉开法附着力的测试方法按照GB/T 5120-2006进行测试，测试结果见表2；

3.施工性评价：在底漆喷涂过程中，流畅，无流挂、堵枪等不良现象出现时记为“合格”，否则记为不合格，测试结果见表2。

表2实施例和对比例得到的水性底漆的测试结果

从上述结果可以看出：

本发明的水性底漆成膜后，具有优异的可喷涂施工性能和配套性能，且漆膜的综合性能优异，其中：表干时间在5min以内，可以低至3min；耐候性均在9个月以上，可高达15个月；与基材的附着力好，均可达到1级水平。

实施例1～9的结果表明，各原料在上述用量范围内，制备得到的水性底漆，在成膜后具有优异的综合性能。

对比例的结果进一步表明了锌粉、水滑石、醇醚类极性有机化合物、弹性乳液之间共同作用，提高漆膜的性能，且只有采用特定的制备工艺，才能够使体系中的原料充分相互作用形成特定的结构，提高底漆的可喷涂性以及耐候性。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种水性底漆，其特征在于，包括如下重量份的组分：

A组分，总重量按50份计：

B组分，总重量按50份计：

所述锌粉包括球状锌粉和片状锌粉；

其中，B组分的制备方法包括如下步骤：

S1.预混合：将醇醚类极性有机化合物、硅烷偶联剂和无水乙醇混合均匀，得到预混物；

S2.向步骤S1得到的预混物中加入防沉剂B混合均匀后，依次加入水滑石、锌粉和防锈颜料混合均匀，得到B组分。

2.根据权利要求1所述的水性底漆，其特征在于，所述醇醚类极性有机化合物包括丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚或乙二醇丙醚中一种或几种的组合。

3.根据权利要求1所述的水性底漆，其特征在于，所述锌粉包括球状锌粉和片状锌粉，所述球状锌粉和片状锌粉的重量比为球状锌粉：片状锌粉＝(1～6)：1。

4.根据权利要求1所述的水性底漆，其特征在于，所述防锈颜料包括磷酸锌、云母氧化铁、三聚磷酸铝、硅酸锂、磷铁粉中的一种或几种的组合。

5.根据权利要求1所述的水性底漆，其特征在于，所述水滑石的粒径<30μm。

6.根据权利要求1所述的水性底漆，其特征在于，所述水性无机树脂包括硅酸钾、硅酸锂、硅酸钠或硅溶胶中的一种或几种的组合。

7.根据权利要求1所述的水性底漆，其特征在于，所述弹性乳液包括苯丙乳液、硅丙乳液、丙烯酸乳液中的一种或几种的组合。

8.根据权利要求1所述的水性底漆，其特征在于，满足如下条件中的至少一种：

1)所述防沉剂A包括聚氨酯、缔合型丙烯酸、聚酰胺蜡中的一种或几种的组合；

2)所述防沉剂B包括纳米蒙脱土、有机膨润土、气相二氧化硅中的一种或几种的组合；

3)所述分散剂包括聚醚化合物、丙烯酸聚合物、磷酸酯化合物中的一种或几种的组合；

4)所述消泡剂包括有机硅消泡剂、聚醚类消泡剂、矿物油消泡剂中的一种或几种的组合；

5)所述流平剂包括含硅流平剂、含氟流平剂中的一种或几种的组合；

6)所述硅烷偶联剂包括氨基硅烷、环氧基硅烷中的一种或几种的组合。

9.权利要求1～8任一项所述的水性底漆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

A组分制备：

S1.预混合：将弹性乳液、分散剂和水混合均匀，得到预混物；

S2.向步骤S1得到的预混物中加入防沉剂A混合均匀后，继续加入水性无机树脂、分散剂、消泡剂、流平剂混合均匀，得到A组分；

B组分制备：

S1.预混合：将醇醚类极性有机化合物、硅烷偶联剂和无水乙醇混合均匀，得到预混物；

S2.向步骤S1得到的预混物中加入防沉剂B混合均匀后，依次加入水滑石、锌粉和防锈颜料混合均匀，得到B组分。

10.权利要求1～8任一项所述的水性底漆在制造船舶、桥梁或机械设备中的应用。