CN117701112B - 一种水性建筑防腐涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水性涂料领域，具体涉及一种水性建筑防腐涂料及其制备方法，该水性建筑防腐涂料，按照重量分数计，包括以下材料组分：叠氮化两性环氧树脂35‑44份；缓冲剂0.1‑1.5份；纳米二氧化硅1‑5份；中和剂0.5‑2.8份；钛白粉15‑20份；消泡剂0.1‑0.5份；水性环氧乳液10‑20份；分散剂1‑1.8份；成膜助剂1‑2份；防腐剂1‑3份。本发明提供的水性建筑防腐涂料及其制备方法，通过对常用的环氧树脂聚合物进行改性，提高涂料的附着性能，且能够提高涂料的强度和水下张力，有效的延长使用寿命，且在水性底漆和油性底漆上均能使用，均具有很好的附着力。
Description
技术领域
本发明涉及水性涂料领域，具体涉及一种水性建筑防腐涂料及其制备方法。
背景技术
船舶、海洋平台的生活舱室和建筑钢结构通常都会采用大量防腐涂料进行涂装，主要为了钢板的表面装饰和腐蚀防护。目前的防腐涂料均以溶剂型涂料为主，且存在大量的挥发性有机物，在涂装过程中往往存在构件复杂、涂装操作不便、通风不畅等诸多问题，故其施工过程中不可避免的存在火灾、中毒等安全隐患。并给舱内工作人员及钢结构使用人员的身体健康造成威胁。
建筑防腐涂料在建筑物内部及其表面起着重要的保护作用，每年因为建筑物内部钢材等金属腐蚀，造成的损失多达上百亿，因此对建筑物的防腐具有重要意义。水性防腐涂料，由于其组份中挥发性组份为水，相对于有机溶剂类防腐涂料，具有无挥发性VOC产生等优势，由此，水性防腐涂料已经成为了涂料领域的研究热点。
新型的水性防腐涂料以水为分散介质，具有挥发性有机物(VOC)排放少、环境污染少、施工时火灾和中毒风险低的特点，可显著改善涂料施工环境，因而成为未来防腐涂料的发展趋势之一。然而，由于水性树脂自身具有一定的亲水性，往往导致其服役寿命短，单一的水性防腐涂料在海洋大气等极端腐蚀环境下仍然难以满足使用要求。且大部分防腐涂料的主要原料是线性聚合物，具有线性结构，存在力学性能不稳定、耐溶剂性差等缺点因此，在一些船舶舱室及腐蚀环境等级较高的钢结构内表面，对防腐涂层的环保升级往往需要通过高固体分或溶剂型底漆与水性涂料组成的复合涂层体系来实现。虽然通常情况下，水性涂料在水性底漆上的配套性不存在问题，但在水性涂料和高固体分或溶剂型涂料混用涂装的过程中，由于水的表面张力较低，往往会出现水性涂料和溶剂型涂料润湿性不足，并导致漆膜层间附着力下降及缩孔、油坑等漆膜弊端。
发明内容
基于此，本发明提出了一种水性建筑防腐涂料及其制备方法，解决了目前单一的水性防腐涂料服役寿命短的问题。
根据本发明的第一方面，一种水性建筑防腐涂料，按照重量分数计，包括以下材料组分：
叠氮化两性环氧树脂 35-44份；
缓冲剂 0.1-1.5份；
纳米二氧化硅 1-5份；
中和剂 0.5-2.8份；
钛白粉 15-20份；
消泡剂 0.1-0.5份；
水性环氧乳液 10-20份；
分散剂 1-1.8份；
成膜助剂 1-2份；
防腐剂 1-3份。
根据本发明的实施例，所述叠氮化两性环氧树脂为通过叠氮化钠对双酚A型环氧树脂进行改性，以及通过与短链聚丙交酯共聚，形成的接枝有叠氮基和短链聚丙交酯的环氧树脂。
根据本发明的实施例，所述消泡剂为矿物油、聚醚和有机硅树脂中的一种或两种。
根据本发明的实施例，通过添加二氧化硅能够有效增强涂料的力学性能和耐磨性能。
根据本发明的实施例，所述水性环氧乳液的固含量为40-70％，环氧当量为600-1000g/mol。
根据本发明的实施例，所述成膜助剂包括硅藻土、硅胶和三乙二醇单甲醚的组合物，所述硅藻土、所述硅胶和所述三乙二醇单甲醚的质量比为（40-60）：100：（1-2）。
根据本发明的实施例，所述氨基酸为谷氨酸和脯氨酸中的一种或两种。
根据本发明的第二方面，提供了一种上述的水性建筑防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、制备叠氮化两性环氧树脂；
步骤2、将溶剂、缓冲剂、分散剂、成膜助剂、防腐剂以及混合作为A组分，搅拌均匀；
步骤3、向所述A组分中加入纳米二氧化硅以及钛白粉，搅拌研磨，得到B组分
步骤4、向所述B组分中加入叠氮化两性环氧树脂和水性环氧乳液，分散均匀后，加入消泡剂和中和剂，得到水性建筑防腐涂料。
根据本发明的实施例，所述制备叠氮化两性环氧树脂包括：
通过叠氮化钠对双酚A型环氧树脂进行改性，形成的接枝有叠氮基的叠氮基环氧树脂；
通过聚丙交酯与所述叠氮基环氧树脂交联，形成所述叠氮化两性环氧树脂。
根据本发明的实施例，所述通过叠氮化钠和丙交酯对双酚A型环氧树脂进行改性，形成的接枝有叠氮基的叠氮基环氧树脂包括：
将所述双酚A型环氧树脂溶于二甲基甲酰胺中，升温至85-95℃；
将所述叠氮化钠溶解，滴加于所述双酚A型环氧树脂溶液中，滴加完毕后反应得到粗反应液；
将粗反应液过滤去除溶剂，用乙酸乙酯溶解过滤除杂后，干燥得到所述叠氮基环氧树脂；
其中，所述叠氮化钠与所述双酚A型环氧树脂的摩尔比为1：1-2。
根据本发明的实施例，所述通过聚丙交酯与所述叠氮基环氧树脂交联，形成所述叠氮化两性环氧树脂包括：
制备线性短链聚丙交酯；
将质量分数为3.5％-5.5％的聚丙交酯以及质量分数为3.5％-5.5％的多烯化合物与所述叠氮基环氧树脂加热至180-210℃，共聚得到所述叠氮化两性环氧树脂。
从上述技术方案可以看出，本发明提供的水性建筑防腐涂料及其制备方法具有以下有益效果：
本发明提供的水性建筑防腐涂料及其制备方法，通过对常用的环氧树脂聚合物进行改性，提高涂料的附着性能，且能够提高涂料的强度和水下张力，有效的延长使用寿命，且在水性底漆和油性底漆上均能使用，均具有很好的附着力。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明作进一步的详细说明。
根据本发明的第一方面，一种水性建筑防腐涂料，按照重量分数计，包括以下材料组分：
叠氮化两性环氧树脂 35-44份；
缓冲剂 0.1-1.5份；
纳米二氧化硅 1-5份；
中和剂 0.5-2.8份；
钛白粉 15-20份；
消泡剂 0.1-0.5份；
水性环氧乳液 10-20份；
分散剂 1-1.8份；
成膜助剂 1-2份；
防腐剂 1-3份。
本发明提供的水性建筑防腐涂料及其制备方法，通过对常用的环氧树脂聚合物进行改性，提高涂料的附着性能，且能够提高涂料的强度和水下张力，有效的延长使用寿命，且在水性底漆和油性底漆上均能使用，均具有很好的附着力。
根据本发明的实施例，叠氮化两性环氧树脂可以为35、37、39、40、42、44份等。
根据本发明的实施例，缓冲剂可以为0.1、0.5、1.0、1.5份等。
根据本发明的实施例，纳米二氧化硅可以为1、2、3、4、5份等。
根据本发明的实施例，中和剂可以为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、2.8份等。
根据本发明的实施例，钛白粉可以为15、16、17、18、19、20份等。
根据本发明的实施例，消泡剂可以为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5份等。
根据本发明的实施例，水性环氧乳液可以为10、12、14、16、18、20份等。
根据本发明的实施例，分散剂可以为1、1.2、1.4、1.6、1.8份等。
根据本发明的实施例，成膜助剂可以为1、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0份等。
根据本发明的实施例，防腐剂可以为1.0、1.5、2.0、2.5、3.0份等。
根据本发明的实施例，叠氮化两性环氧树脂为通过叠氮化钠对双酚A型环氧树脂进行改性，以及通过与短链聚丙交酯共聚，形成的接枝有叠氮基和短链聚丙交酯的环氧树脂。
通过叠氮化钠与双酚A型环氧树脂进行改性，能够有效增强环氧树脂与金属原子的附着力，叠氮基带有两对弧对电子，可以与金属原子的空轨道形成配位键，增强涂层的附着力。
通过在环氧树脂上连接短链的聚丙交酯，能够使环氧树脂上形成一种部分疏水的状态，在涂料涂覆过程中，聚丙交酯会主动聚集于靠近金属的一侧，以形成一种更加紧凑和具有更好连接力的膜，从而减少水下环境对水性涂料的影响，且为了减少聚丙交酯对涂料性质的影响，需要采用短链的聚丙交酯，若采用长链聚丙交酯则会影响涂料的性质，且会在涂料中聚团，使涂料无法长时间放置，且会影响涂料使用。
由于叠氮化钠能够减少环氧树脂中的环氧值，影响固化后的涂料的交联密度，而通过交联聚丙交酯的方式可以缓解此情况的发生，且在涂料中单独添加具有高环氧值的环氧树脂，可以增强涂料的交联密度和涂料的稳定性。
根据本发明的实施例，消泡剂为矿物油、聚醚和有机硅树脂中的一种或两种。
根据本发明的实施例，中和剂为三乙胺、三乙醇胺、三丙胺、三丁胺、氢氧化钠、N,N- 二甲基乙醇胺和氨水中的一种。
根据本发明的实施例，防腐剂、分散剂、消泡剂以及缓冲剂可以采用现有用于水性涂料中的添加剂，本发明对此不做详细规定。
根据本发明的实施例，水性环氧乳液的固含量为40-70％，环氧当量为600-1000g/mol。
根据本发明的实施例，成膜助剂包括硅藻土、硅胶和三乙二醇单甲醚的组合物，硅藻土、硅胶和三乙二醇单甲醚的质量比为（40-60）：100：（1-2）。
通过成膜助剂可以避免团聚现象，并有助于涂料成膜，提高了涂料的防锈效果。
根据本发明的实施例，氨基酸为谷氨酸和脯氨酸中的一种或两种。
通过添加具有较大极性的氨基酸，能够有效的提高防锈效果，且对人体无毒无害。
根据本发明的第二方面，提供了一种上述的水性建筑防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、制备叠氮化两性环氧树脂；
步骤2、将溶剂、缓冲剂、分散剂、成膜助剂、防腐剂以及混合作为A组分，搅拌均匀；
步骤3、向A组分中加入纳米二氧化硅以及钛白粉，搅拌研磨，得到B组分
步骤4、向B组分中加入叠氮化两性环氧树脂和水性环氧乳液，分散均匀后，加入消泡剂和中和剂，得到水性建筑防腐涂料。
本发明提供的水性建筑防腐涂料及其制备方法，通过对常用的环氧树脂聚合物进行改性，提高涂料的附着性能，且能够提高涂料的强度和水下张力，有效的延长使用寿命，且在水性底漆和油性底漆上均能使用，均具有很好的附着力。
根据本发明的实施例，制备叠氮化两性环氧树脂包括：
通过叠氮化钠对双酚A型环氧树脂进行改性，形成的接枝有叠氮基的叠氮基环氧树脂；
通过聚丙交酯与叠氮基环氧树脂交联，形成叠氮化两性环氧树脂。
根据本发明的实施例，叠氮化钠与双酚A型环氧树脂的摩尔比可以为1：1-2。
通过叠氮化钠与双酚A型环氧树脂进行改性，能够有效增强环氧树脂与金属原子的附着力，叠氮基带有两对弧对电子，可以与金属原子的空轨道形成配位键，增强涂层的附着力。
根据本发明的实施例，通过叠氮化钠和丙交酯对双酚A型环氧树脂进行改性，形成的接枝有叠氮基的叠氮基环氧树脂包括：
将双酚A型环氧树脂溶于二甲基甲酰胺中，升温至85-95℃；
将叠氮化钠溶解，滴加于双酚A型环氧树脂溶液中，滴加完毕后反应得到粗反应液；
将粗反应液过滤去除溶剂，用乙酸乙酯溶解过滤除杂后，干燥得到叠氮基环氧树脂。
通过叠氮化钠与双酚A型环氧树脂进行改性，能够有效增强环氧树脂与金属原子的附着力，叠氮基带有两对弧对电子，可以与金属原子的空轨道形成配位键，增强涂层的附着力。
根据本发明的实施例，通过聚丙交酯与叠氮基环氧树脂交联，形成叠氮化两性环氧树脂包括：
制备线性短链聚丙交酯；
将质量分数为3.5％-5.5％的聚丙交酯以及质量分数为3.5％-5.5％的多烯化合物与叠氮基环氧树脂加热至180-210℃，共聚得到叠氮化两性环氧树脂。
通过在环氧树脂上连接短链的聚丙交酯，能够使环氧树脂上形成一种部分疏水的状态，在涂料涂覆过程中，聚丙交酯会主动聚集于靠近金属的一侧，以形成一种更加紧凑和具有更好连接力的膜，从而减少水下环境对水性涂料的影响，且为了减少聚丙交酯对涂料性质的影响，需要采用短链的聚丙交酯，若采用长链聚丙交酯则会影响涂料的性质，且会在涂料中聚团，使涂料无法长时间放置，且会影响涂料使用。
由于叠氮化钠能够减少环氧树脂中的环氧值，影响固化后的涂料的交联密度，而通过交联聚丙交酯的方式可以缓解此情况的发生，且在涂料中单独添加具有高环氧值的环氧树脂，可以增强涂料的交联密度和涂料的稳定性。
以下通过较佳实施例来对本发明的技术方案作详细说明，需要说明的是，下文中的具体实施例仅用于示例，并不用于限制本发明。
实施例1
将40g双酚A型环氧树脂溶于二甲基甲酰胺中，升温至85-95℃；
将叠氮化钠溶解，滴加于双酚A型环氧树脂溶液中，滴加完毕后反应得到粗反应液；
其中，叠氮化钠与双酚A型环氧树脂的摩尔比为1：2；
将粗反应液过滤去除溶剂，用乙酸乙酯溶解过滤除杂后，干燥得到叠氮基环氧树脂。
将质量分数为4％的聚丙交酯（1.6g）以及质量分数为4％的多烯化合物（1.6g）与叠氮基环氧树脂加热至190℃，共聚得到叠氮化两性环氧树脂。
将溶剂、缓冲剂1g、分散剂1.2g、成膜助剂1.5g、防腐剂2g以及混合作为A组分，搅拌均匀；
向A组分中加入纳米二氧化硅3g以及钛白粉15g，搅拌研磨，得到B组分；
向B组分中加入叠氮化两性环氧树脂43.2g和水性环氧乳液20g，分散均匀后，加入消泡剂0.3g和中和剂，得到水性建筑防腐涂料。
成膜助剂包括硅藻土0.49g、硅胶1g和三乙二醇单甲醚0.01g,最终得到样品1。
实施例2
制备方法与实施例1相同，不同的是叠氮化钠与双酚A型环氧树脂的摩尔比为1：1。
对比例1：
制备方法与实施例1相同，不同的是叠氮基环氧树脂不与聚丙交酯交联。
对比例2：
制备方法与实施例1相同，不同的是叠氮基环氧树脂与长链聚丙交酯交联。
对比例3：
制备方法与实施例1相同，不同的是环氧树脂仅与聚丙交酯交联，不进行叠氮化反应。
对比例4：
制备方法与实施例1相同，不同的是叠氮基环氧树脂不与聚丙交酯交联，也不进行叠氮化反应。
实验例：
对实施例1-2以及对比例1-4进行检测，将以上涂料进行喷涂，采用去离子蒸馏水进行喷涂粘度的调整，将喷涂粘度调为20-25S( T-4杯 )，喷涂2-3层，干板放置25℃恒温箱中自干48小时检测常规性能，熟化7天后测试耐人工老化性能、耐化学性，型式检验的干板漆膜厚度控制在50-60μm。执行标准：附着力依据GB/T5210、冲击依据GB/T1732、韧性依据GB/T1731、耐水性依据GB/T10834、耐洗刷性依据GB/T9266、耐化学性依据GB/T23987、耐中性盐雾依据GB/T1771，结果如下。
首先对比例2中采用了长链聚丙交酯使涂料发生聚集，影响涂料的性质，使其难以正常涂覆，也无法起到保护作用。
而实施例1-2，在各项检测中均能够具有比较好的性质，能够有效抵抗腐蚀，且具有较好的力学性能。由此可知，通过叠氮化钠与双酚A型环氧树脂进行改性，能够有效增强环氧树脂与金属原子的附着力，叠氮基带有两对弧对电子，可以与金属原子的空轨道形成配位键，增强涂层的附着力。
通过在环氧树脂上连接短链的聚丙交酯，能够使环氧树脂上形成一种部分疏水的状态，在涂料涂覆过程中，聚丙交酯会主动聚集于靠近金属的一侧，以形成一种更加紧凑和具有更好连接力的膜，从而减少水下环境对水性涂料的影响，且为了减少聚丙交酯对涂料性质的影响。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种水性建筑防腐涂料，其特征在于，按照重量分数计，包括以下材料组分：
叠氮化两性环氧树脂 35-44份；
缓冲剂 0.1-1.5份；
纳米二氧化硅 1-5份；
中和剂 0.5-2.8份；
钛白粉 15-20份；
消泡剂 0.1-0.5份；
水性环氧乳液 10-20份；
分散剂 1-1.8份；
成膜助剂 1-2份；
防腐剂 1-3份；
还包括氨基酸，所述氨基酸为谷氨酸和脯氨酸中的一种或两种；
所述叠氮化两性环氧树脂为通过叠氮化钠对双酚A型环氧树脂进行改性，以及通过与短链聚丙交酯共聚，形成的接枝有叠氮基和短链聚丙交酯的环氧树脂。
2.根据权利要求1所述的一种水性建筑防腐涂料，其特征在于，所述消泡剂为矿物油、聚醚和有机硅树脂中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的一种水性建筑防腐涂料，其特征在于，所述水性环氧乳液的固含量为40-70％，环氧当量为600-1000g/mol。
4.根据权利要求1所述的一种水性建筑防腐涂料，其特征在于，所述成膜助剂包括硅藻土、硅胶和三乙二醇单甲醚的组合物，所述硅藻土、所述硅胶和所述三乙二醇单甲醚的质量比为（40-60）：100：（1-2）。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述的一种水性建筑防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、制备叠氮化两性环氧树脂；
步骤2、将溶剂、缓冲剂、分散剂、成膜助剂、防腐剂以及氨基酸混合作为A组分，搅拌均匀；
步骤3、向所述A组分中加入纳米二氧化硅以及钛白粉，搅拌研磨，得到B组分
步骤4、向所述B组分中加入叠氮化两性环氧树脂和水性环氧乳液，分散均匀后，加入消泡剂和中和剂，得到水性建筑防腐涂料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述制备叠氮化两性环氧树脂包括：
通过叠氮化钠对双酚A型环氧树脂进行改性，形成的接枝有叠氮基的叠氮基环氧树脂；
通过聚丙交酯与所述叠氮基环氧树脂交联，形成所述叠氮化两性环氧树脂。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述通过叠氮化钠和丙交酯对双酚A型环氧树脂进行改性，形成的接枝有叠氮基的叠氮基环氧树脂包括：
将所述双酚A型环氧树脂溶于二甲基甲酰胺中，升温至85-95℃；
将所述叠氮化钠溶解，滴加于所述双酚A型环氧树脂溶液中，滴加完毕后反应得到粗反应液；
将粗反应液过滤去除溶剂，用乙酸乙酯溶解过滤除杂后，干燥得到所述叠氮基环氧树脂；
其中，所述叠氮化钠与所述双酚A型环氧树脂的摩尔比为1：1-2。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述通过聚丙交酯与所述叠氮基环氧树脂交联，形成所述叠氮化两性环氧树脂包括：
制备线性短链聚丙交酯；
将质量分数为3.5％-5.5％的聚丙交酯以及质量分数为3.5％-5.5％的多烯化合物与所述叠氮基环氧树脂加热至180-210℃，共聚得到所述叠氮化两性环氧树脂。
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