CN1632016A - 双组分水性环氧涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双组分水性环氧涂料，组分A：胺封端的水性胺－环氧加成物30～50％；颜料20～40％；填料0～15％；闪蚀抑制剂0～1％；消泡剂0.1～1％；润湿分散剂0.1～1％；去离子水15～30％；助溶剂1～8％；组分B：双酚A的二缩水甘油醚70～85％；胺封端的水性胺－环氧加成物5～12％；多元酚5～10％；催化剂0.01～1％；使用前组分A与组分B按重量比2.0～3.33∶1混合；上述胺封端的水性胺－环氧加成物是由烯烃基多胺15～20％，多环氧化物5～12％；双酚A二缩水甘油醚20～30％，乙酸1～8％，助溶剂15～20％和去离子水20～30％，采用分步聚合方法制成的。

Description

双组分水性环氧涂料
技术领域
本发明涉及一种双组分水性环氧涂料，特别适用于核电站的混凝土面和钢结构。
背景技术
目前，国内核电站砼表面和钢结构表面所用涂料均为溶剂型。由于日益关切有机溶剂对环境和人体健康的负作用，所以要求许多工业，包括油漆和涂料工业，降低产品中挥发性有机物(VOC)含量。在涂料工业中有许多降低VOC的方法，但是无疑最重要的方法是采用水性(WB)涂料，其中用水全部或部分的代替了先前用于降低油漆配方的粘度至涂布所必要的程度而使用的有机溶剂。当然，因为水不是多数油漆基料的溶剂，所以转变成WB配方通常需要对基料树脂进行化学改性，或者通过使基料乳化而改变基料的形式，或者将这些方法相组合。
美国专利5344856介绍了一种可乳化的环氧树脂组合物，它含有一种聚环氧化物型化合物与双官能C12～36脂肪酸的反应产物，通过加入表面活性分散剂形成一种水稳定的乳状液。该产品适用于一般的水性环氧涂料，但由于加入表面活性剂(即乳化剂)，使得漆膜防腐蚀性能有所下降，同时该漆膜的核电性能也不符合要求；WO9501387介绍了一种可自分散固化的环氧组合物，它是通过一种环氧树脂与一种多元酚和一种胺-环氧加成物的反应制备的，其胺-环氧加成物是一种脂肪族多环氧化物和一种聚亚氧烷基胺的反应产物。上述的自分散固化的环氧树脂必须在特别设计的高剪切力的设备中进行分散，而且为确保分散体的稳定性必须按特定的反应顺序生产，生产工艺较复杂，产品稳定性也不太理想；美国专利4246148介绍了一种水溶性的胺-环氧加成物，它是通过一种环氧树脂与一种多胺和一种封端剂反应制备的，其中封端剂含有饱和直链脂肪族一元醇混合物的单缩水甘油醚，它有8～10个碳原子，还介绍了一种可乳化的环氧树脂组合物，它是通过一种环氧树脂和一种40％非离子表面活性剂的水溶液使其乳化成环氧乳液并用作双组分涂料的一个组分，用上述胺-环氧加成物作另一组分形成双组分环保型工业防腐蚀涂料。虽然这种涂料VOC较低、耐化学腐蚀性和机械性都不错，但仍需用表面活性剂乳化，耐核辐射性较差，去核污染性也不佳。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种双组分水性环氧涂料，该涂料的涂膜具有耐核辐照性且易去除核污染，耐腐蚀性符合要求。
实现本发明目的的技术方案：一种双组分水性环氧涂料，
组分A有：胺封端的水性胺-环氧加成物       30～50％；
         颜料                            20～40％；
         填料                            0～15％；
         闪蚀抑制剂                      0～1％；
         消泡剂                          0.1～1％；
         润湿分散剂                      0.1～1％；
         去离子水                        15～30％；
         助溶剂                          1～8％；
组分B有：双酚A的二缩水甘油醚             70～85％；
         胺封端的水性胺-环氧加成物       5～12％；
         多元酚                          5～10％；
         催化剂                          0.01～1％；
使用前组分A与组分B按重量比2.0～3.33∶1混合；上述胺封端的水性胺-环氧加成物是由烯烃基多胺15～20％，多环氧化物5～12％；双酚A二缩水甘油醚20～30％，乙酸1～8％，助溶剂15～20％和去离子水20～30％，采用分步聚合方法制成的，以上百分数均为重量百分数。
上述涂料，制备胺封端的水性胺-环氧加成物所用的烯烃基多胺是乙烯基二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺、二丙烯三胺、三丁烯四胺、六亚甲基二胺、二(六亚甲基)三胺中的一种或几种。制备胺封端的水性胺-环氧加成物所用的多环氧化合物是多羟基酚的多缩水甘油醚，其每个分子含有1个以上的1，2位的环氧官能团，它是用环氧卤丙烷与二羟基酚反应生成的。
上述涂料，制备胺封端的水性胺-环氧加成物的分步聚合方法是，用双酚A二缩水甘油醚与烯烃基多胺反应，先形成胺封端的环氧加成物，再用多环氧化合物使胺基上的伯氢完全反应掉，最后用乙酸中和成为水分散体。
上述涂料的组分A中的颜料至少有一种活性颜料。它的具体代表例有磷酸锌、硼酸锌、有机改性磷酸锌、改性硼酸锌和硅铬酸锌等。还可以有着色颜料如钛白粉等。
上述涂料的组分A中的填料，它的金属元素的原子量在适合涂料用的填料中是最大的。例如含铅和钡的填料具体代表例有硫酸钡等。
上述涂料用作底漆和面漆，底漆和面漆的组分B相同。
上述涂料的组分A中的闪蚀剂，其代表例有苯并异噻唑啉的衍生物，非金属有机物Nuosept、邻苯二酰亚胺、亚硝酸钠、叔丁基胺、N，N-二甲基乙醇胺、烷基咪唑和辛酸胺等。
上述涂料中组分A中的助溶剂最好是乙二醇或者是带2～8个碳原子的乙二醇醚类溶剂。
上述涂料中组分A中的消泡剂和润湿剂应选择恰当的品种相互配合使用，具体配合实例如F-111消泡剂和ND-1550润湿分散剂配合使用；65消泡剂与51润湿分散剂配合使用；080消泡剂和DP-512润湿分散剂配合使用；优选BYK-019消泡剂和BYK-348润湿分散剂配合使用。
上述涂料的组分B，其中多元酚的具体代表例有双酚A、间苯二酚、氢醌、1，5-萘二酚等。
上述涂料的组分B，其中催化剂的具体代表例有磷酸三苯酯、高氯酸、三氟甲烷磺酸、全氟烷基磺酸、四氟硼酸、六氟磷酸等。
本发明涂料适用的基材有钢铁、铝合金、混凝土等。可采用喷涂、刷涂和辊涂方式施工。
本发明的技术效果：采用本发明的技术方案制得的双组分水性环氧涂料具有下述有益效果：①由于本发明的胺封端的水性胺-环氧加成物可以作为乳化剂使用，减少了因加入乳化剂对漆膜的影响，同时又可作为水分散性固化剂使用，故在组分A和组分B混合后可以形成稳定的乳液，使漆膜性能更好。另外，在合成胺封端的水性胺-环氧加成物时，所确定的各组分之间的配比、合成步骤、所得产物的分子量分布和分子结构，可以使最终涂膜具有优良的核电性能；②在本发明涂料中，选择活性颜料和闪蚀抑制剂配合使用，克服了水性涂料中由于所用水的导电率高，导致金属易腐蚀，使得在涂膜干燥过程产生闪蚀的缺点；③在本发明涂料中采用金属元素原子量尽可能大的填料，涂膜对核辐射的吸收作用也越大而且涂膜吸收了核辐射后，填料中的金属元素的原子不会转变成其它放射性元素造成污染；④在本发明涂料中，所确定的消泡剂和润湿分散剂恰当搭配同时使用，克服了水性涂料因水的表面张力较高，对底材和颜料及填料润湿较差的缺点，由于有恰当的消泡剂存在，又使所加入的润湿分散剂易产生泡沫所导致的涂膜有针孔的缺陷得以避免；⑤涂料配方中有适量助溶剂存在，这样可以使水的冰点下降，在低温下利于水的迁移和蒸发，蒸发速率更均匀，因而涂膜固化也更均匀，涂膜的光泽、硬度和耐化学品性也得以提高。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步具体描述，但不局限于此。
各实施例中的数量均为质量份，所用原料除另有说明外，均为市售工业品。
实施例1  制备胺封端的水性胺-环氧加成物
1、配方见表1
表1
组分 原料名称             用量
    加入量   所占百分数(％)
烯烃基多胺 二乙烯三胺     640   17.63
多环氧化物 8～10个碳原子的单缩水甘油醚 280 7.72
双酚A二缩水甘油醚 双酚A二缩水甘油醚(n＝2，环氧当量500) 960 26.45
乙酸 乙酸     150   4.13
助溶剂 乙二醇甲醚     700   19.28
去离子水 去离子水     900   24.79
注：“所占百分数”是指在总加入量中所占百分数。
2、操作方法
在装有搅拌、加热设备、氮气导管、回流冷凝器和温度计的反应器中，加入410份甲苯溶剂和配方量的双酚A二缩水甘油醚，加热至回流温度，搅拌至树脂完全溶解，然后降温至50～60℃，加入配方量二乙烯三胺，将温度保持在50～60℃1h，然后升温至120～130℃，保温2h，制得胺封端的环氧加成物；在200℃，724mmHg的条件下蒸馏10分钟，将未反应的二乙烯三胺和溶剂除去，然后通氮气泄真空，用配方量的乙二醇甲醚将熔化的树脂兑稀，冷却至室温，加入配方量的多环氧化合物，升温至100～120℃，保温2～5h，直至氨基上的氢完全反应掉，最后在100℃下加入配方量的乙酸，制得胺封端的水性胺-环氧加成物，降温并用900份去离子水兑稀。产品为浅黄色液体，活泼氢当量300，粘度5000～10000mpa·s，固体分为53～57％。
实施例2  制备水性环氧涂料的组分B
1、配方见表2
表2
组分 原料名称              用量
    加入量   所占百分数(％)
双酚A二缩水甘油醚 双酚A二缩水甘油醚(n＝0.13，环氧当量190) 920 82.11
胺封端的水性胺-环氧加成物 实施例1自制 120 10.71
多元酚 双酚A     80   7.14
催化剂 磷酸三苯酯     0.5   0.04
注：所占百分数是指在总加入量中所占百分数。
2、操作方法
在装有搅拌、加热系统、回流冷凝器和温度计的反应瓶中，按配方量加入双酚A二缩水甘油醚、胺封端的水性胺-环氧加成物、双酚A、催化剂，边搅拌边加热至150℃，在冷却下保温2～3h，然后再加热至190℃并保温1h，降温即得到组分B，其粘度为150～350mpa·s，固体分为67％，环氧当量为270～290，乳液粒子粒径为1～5μm。
实施例3  制备双组分水性环氧涂料的组分A1和A2
1、配方见表3
表3
组分名称 原料名称                       用量
         组分A1          组分A2
  加入量   所占百分数％    加入量   所占百分数％
胺封端的水性胺-环氧加成物 实施例1，自制   34.5   34.5    42.5   42.5
颜料 钛白   16.5(A型) 27.5    28.5(R型) 28.5
磷酸锌   11.0    /
填料 沉淀硫酸钡   9.0   9.0    /   /
闪蚀抑制剂 烷基咪唑   0.5   0.50    /   /
消泡剂 BYK-019   0.5   0.50    0.5   0.5
润湿分散剂 BYK-348 0.5 0.50 0.5 0.5
去离子水   24.0   24.0    24.5   24.5
助溶剂 乙二醇甲醚   3.5   3.5    3.5   3.5
注：表中BYK-019和BYK-348均为BYK公司的产品牌号。
2、操作方法
在带搅拌的容器中，按表3配方量先加入胺封端的水性胺-环氧加成物、部分去离子水、乙二醇甲醚和部分消泡剂，用400转/分的速度搅拌20分钟，再加入钛白粉、磷酸锌、沉淀硫酸钡、烷基咪唑和剩余消泡剂、润湿分散剂和部分去离子水，再以400转/分速度搅拌20分钟后，用剩余去离子水稀释后，用砂磨研磨至细度＜50μm，过滤、包装制得水性环氧涂料的组分A1。
除改变配方量外，其余均按上述步骤操作制得水性环氧涂料的组分A2。
实施例4  制备双组分水性环氧涂料(底漆)
取100份实施例3的组分A1和30份实施例2的组分B(A∶B＝3.33∶1)，充分混合均匀，用去离子水兑稀至施工粘度，备用，施工期4小时。
实施例5  制备双组分水性环氧涂料(面漆)
取100份实施例3的组分A2和50份实施例2的组分B(A∶B＝2∶1)充分搅拌，再用去离子水兑稀至施工粘度，备用，施工期4小时。
实施例6  双组分水性环氧涂料在核电站的应用
将核电站混凝土表面或钢结构表面进行喷砂处理后，在＞10℃和＜75％相对湿度下，用实施例4制得的底漆进行喷涂，在常温干燥24小时(干膜厚度50μm)，再用实施例5制得的面漆喷涂第一道，常温干燥24小时(干膜厚度为60μm)，再用实施例5制得的面漆喷涂第二道(干膜厚度为60μm)，常温养护7天即可达到使用标准。肉眼观察漆膜外观平整光滑，无流挂现象，对施工现场环境影响极小。
测试样板制备：钢板尺寸为15cm×7.5cm×0.3cm；混凝土块尺寸为20cm×10cm×4cm；表面经除油、喷砂处理后，在23±2℃和50％相对湿度下，用实施例5制得的底漆进行喷涂(干膜厚度50μm)，24h后再用实施例5制得的面漆喷涂第一道(干膜厚度为60μm)，24h后再用实施例5制得的面漆喷涂第二道(干膜厚度为60μm)。然后干燥14天。测试结果如下：
项目 技术指标 测试结果   检验方法
耐磨性g(300转/分，负荷750g) ≤0.04 0.03   GB/T1768
附着力(拉开法)MPa ≥1.5 3.1   GB/T5210
耐去污剂性(95±2)℃，24h 漆膜无变化、允许颜色、光泽有轻微变化 轻微变色   EJ/T1087
耐去离子水性(95±2)℃，14h 漆膜无变化、允许颜色、光泽有轻微变化 轻微变色 EJ/T1087
耐温试验70℃，200h 漆膜无变化、允许颜色、光泽有轻微变化 无变化 GB/T1735
耐盐雾试验，100h，级 1 1   GB/T1771
耐人工老化试验，100h，级 1 1   GB/T1865
耐辐照性(累积剂量1×106GY) 无剥落、无粉化、无龟裂，允许轻微起泡，数量不超过50个/m2 通过 EJ/T1111-2000
去核污染率，％ ≥85 86.5％   EJ/T1112-2000
火焰延燃速率(传播比值) ≤50 38   GB/T15442.3

Claims (7)

1、一种双组分水性环氧涂料，其特征在于：
组分A有：胺封端的水性胺-环氧加成物               30～50％；
         颜料                                    20～40％；
         填料                                    0～15％；
         闪蚀抑制剂                              0～1％；
         消泡剂                                  0.1～1％；
         润湿分散剂                              0.1～1％；
         去离子水                                15～30％；
         助溶剂                                  1～8％；
组分B有：双酚A的二缩水甘油醚                     70～85％；
         胺封端的水性胺-环氧加成物               5～12％；
         多元酚                                  5～10％；
         催化剂                                  0.01～1％；
使用前组分A与组分B按重量比2.0～3.33∶1混合；上述胺封端的水性胺-环氧加成物是由烯烃基多胺15～20％，多环氧化物5～12％；双酚A二缩水甘油醚20～30％，乙酸1～8％，助溶剂15～20％和去离子水20～30％，采用分步聚合方法制成的，以上百分数均为重量百分数。
2、根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：制备胺封端的水性胺-环氧加成物所用的烯烃基多胺是乙烯基二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺、二丙烯三胺、三丁烯四胺、六亚甲基二胺、二(六亚甲基)三胺中的一种或几种。
3、根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：制备胺封端的水性胺-环氧加成物所用的多环氧化合物是多羟基酚的多缩水甘油醚，其每个分子含有1个以上的1，2位的环氧官能团，它是用环氧卤丙烷与二羟基酚反应生成的。
4、根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：制备胺封端的水性胺-环氧加成物的分步聚合方法是，用双酚A二缩水甘油醚与烯烃基多胺反应，先形成胺封端的环氧加成物，再用多环氧化合物使胺基上的伯氢完全反应掉，最后用乙酸中和成为水分散体。
5、根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：所述组分A中的颜料至少有一种活性颜料。
6、根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：所述组分A中的填料，它的金属元素的原子量在适合涂料用的填料中是最大的。
7、根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：用作底漆和面漆，底漆和面漆的组分B相同。
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