CN105038464A - 具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料及制备方法和应用 - Google Patents
具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料及制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于表面防腐技术领域，公开了一种具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料及其制备方法和应用。该涂料包含以下质量份的组分：水性树脂25～60份；水***联剂2～8份；催化剂0.1～0.5份；助溶剂4～10份；流平剂0.1～1份；润滑剂0.1～10份；水性增韧树脂2～10份；消泡剂0.1～0.5份；增稠剂0.5～3份；水余量；上述组分的总质量份为100份。本发明水性高耐腐蚀涂料，以水性树脂为成膜物，具有良好的施工性能，固化快，涂层厚度在2～5μm时，即可获得超强的耐腐蚀性，耐中性盐雾性能大于2000小时，耐酸性盐雾大于500h，腐蚀等级可达到9.8以上，且涂层的耐盐雾性能经冲压或折弯后仍保持不变。
Description
技术领域
本发明属于表面防腐技术领域，特别涉及一种具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料及其制备方法和应用。
背景技术
表面防腐领域，特别是金属表面防腐领域目前常见的技术，多采用溶剂性体系，以油性树脂为成膜物，高含量的溶剂给环境带来负担，或含有一些重金属等有害物质，环保性不佳，且多设计为双组份体系，对涂料的使用期限有特别要求，涂料使用期限短；再则多采用无机物填料的添加方法来弥补涂层缺陷，提高涂层防腐性。但无机物填料由于硬度大，冲制过程中对冲制模具带来的磨损大，涂层自身也会受到破坏，且无机物填料影响涂层光泽，所获得的涂层不透明，不适于一些对光泽有特殊需求的应用；此外未考虑涂层表面性能对冲制性的影响，使得涂层冲制后易受破坏，形成薄弱点，当遇到腐蚀介质后即从薄弱处逐渐腐蚀；或未考虑涂层柔韧性对涂层的影响，当涂层受到冲击或折弯时，可能引起涂层脆裂，同样形成涂层薄弱点，影响耐腐蚀性。同时，耐盐雾性能不佳，需要较高的漆膜厚度才能提高耐盐雾性能，间接的提高了涂装成本，且涂层需要更长的时间才能干燥固化，不适于辊涂的批量生产方式。
如专利CN103273700A和CN103275602A介绍了一种涂层铝箔用油改性环氧树脂高耐腐蚀涂料。该技术方案的成膜物质为油溶性树脂，除了成膜物质及固化剂、催化剂、增韧剂，剩余组分接近60％为溶剂(乙二醇单丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯)。
专利CN103275598B公开了一种用于大型钢铁设备如桥梁、输电塔、轮船等的重防腐面漆。涂料分为A/B组分使用，其中AB组分所包含的溶剂为甲苯、二甲苯与正丁醇、异丙醇、环己酮、醋酸丁酯中的一种或几种的混合溶剂。显而易见该专利公开的涂料是一种溶剂性涂料，此外A/B组分混合后体系不稳定，其使用寿命只有6～8小时。
专利CN104693914A公开了一种钢铁防护领域的水性防腐涂料及其制备方法，该涂料在15微米的膜层厚度下，仅能达到200小时的盐雾。且采用了多种无机填料，对于涂层的冲制加工非常不利。
专利CN104530911A公开了一种用于金属基材的高性能水性环保防腐涂料。该专利技术盐雾达到1500小时，但是存在以下不足：通过双组份的方式实现，使用期限短；配方中添加了无机填料，影响涂层的成型冲制；且所使用的关键原料贻贝粘附蛋白为生物制剂，并不利于涂料的工业化应用，成本也较高。
专利CN102020908A公开了一种具有优异耐水性和耐盐雾性水性环氧防腐涂料，该专利合成了一种反应型水性环氧乳化剂，对环氧树脂起到很好的乳化作用，得到粒径较小、稳定性优良的水性环氧乳液。但是配方中添加了无机填料包括磷铬酸锌、钛白粉、体质填料等，对于涂层的冲制性是不利的，此外涂层的盐雾性能未作详细陈述。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料。该涂料低VOC排放，单组份体系，且不添加无机物，无需厚涂，涂膜厚度2～5μm即可获得很好的耐腐蚀性；添加特殊树脂或助剂，提高涂层表面润滑性，从而冲制性良好，不会造成冲制破坏，亦不会从冲制薄弱点腐蚀；选择特殊树脂或助剂，提高涂层柔韧性，改善涂层对冲击和折弯的耐受性，避免涂层脆裂造成薄弱点，进一步改善其防腐性。
本发明另一目的在于提供一种上述具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料的制备方法。
本发明再一目的在于提供上述具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料在金属表面处理领域中的应用，特别适用于铝箔卷材加工领域中。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料，包含以下质量份的组分：
上述组分的总质量份为100份。
其中，所述的水性树脂优选为水性丙烯酸树脂、水性改性丙烯酸树脂、水性苯乙烯-丙烯酸共聚树脂、水性环氧树脂、水性改性环氧树脂和水性聚酯树脂中的至少一种。
所述的水***联剂优选为氨基树脂、异氰酸酯、硅烷偶联剂、钛偶联剂、多元羧酸和多元胺中的至少一种。
所述的催化剂可为对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、氨基磺酸、二壬基萘二磺酸和二壬基萘磺酸中的至少一种。
所述的助溶剂可为乙醇、正丁醇、叔丁醇、异丁醇、正丙醇、异丙醇、丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、二丙二醇甲醚和二丙二醇甲醚醋酸酯中的至少一种。
所述的流平剂可为丙烯酸酯类流平剂、聚醚改性有机硅氧烷类流平剂、有机氟碳类流平剂、烷基酚聚氧乙烯醚、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、可降低表面张力的含有醚键化合物和可降低表面张力的含有双亲性基团化合物中的至少一种。
所述的润滑剂可为有机硅乳液、有机氟乳液、氟硅乳液、硅丙乳液、蜡乳液、聚四氟乙烯乳液、水性脂肪酸、水性脂肪酸酰胺、水性脂肪酸酯和水性脂肪酸金属皂类中的至少一种，或者为有机硅、有机氟、脂肪酸酯改性的水性树脂，或者为有机硅、有机氟改性的化合物。
所述的水性增韧树脂可为水性聚酯多元醇、水性聚酰胺、水性丁苯乳液、水性聚醚砜树脂和水性聚氨酯中的至少一种。
所述的消泡剂可为矿物油类消泡剂、聚醚类消泡剂、有机硅氧烷类消泡剂和聚醚改性有机硅氧烷类消泡剂中的至少一种。
所述的增稠剂可为纤维素醚及其衍生物类增稠剂、聚丙烯酸酯类增稠剂、聚氨酯增稠剂、天然高分子及其衍生物(如明胶、海藻酸钠、瓜尔胶等具有增稠作用的化合物)中的至少一种。
本发明的具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料可通过常规涂料调配方法制得，如将上述组分按比例混合后搅拌均匀即得到涂料。本发明的水性高耐腐蚀涂料固含约为20～40％，粘度为涂-4杯测量，20s～2min。
本发明的具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料在金属表面处理领域中的应用，特别适用于铝箔卷材加工领域中。当将本发明具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料进行上述应用时，可采用两种方式。
其一为如上所述，将本发明的涂料的各组分按比例混合均匀后，直接涂覆于待处理金属表面。
其二为可将本发明涂料分底涂和面涂对待处理金属进行两次涂覆，其中，底涂包含水性树脂、水***联剂、催化剂、助溶剂、流平剂、水性增韧树脂、消泡剂、增稠剂等成分，面涂包含水性树脂、助溶剂、流平剂、润滑剂、消泡剂等成分。将底涂涂覆于待处理金属表面后，再涂覆面涂。利用底涂对金属材料表面的防腐蚀保护作用，面涂对底涂进一步修饰使其表面具有润滑性和疏水性，从而具有良好的冲制性和对水的屏蔽性。
上述底涂的组分混合均匀后，优选调节固含为20～40％，粘度为涂-4杯测量20s～2min。面涂的组分混合均匀后，优选调节固含为5～15％，粘度为涂-4杯测量12s～20s。
上述本发明的具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料应用于金属表面防腐蚀中，特别是铝箔表面防腐，其直接涂覆应用工艺优选如下：铝箔-脱脂-烘干-辊涂涂料，其中辊涂涂料经200～300℃烘箱烘烤20～60s，获得干膜厚2～5μm的涂层；
上述的将本发明涂料分底涂和面涂进行两次涂覆，其应用工艺优选如下：铝箔-脱脂-烘干-辊涂底涂涂料-烘干-辊涂面涂涂料-烘干，其中辊涂底涂涂料经200～300℃烘箱烘烤20～60s，获得干膜厚2～5μm的底涂涂层；辊涂面涂涂料经150～300℃烘箱烘烤15～40s，获得干膜厚0.5～1μm的面涂涂层。
本发明的具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料所得涂层具有优异的耐腐蚀性能，其中，耐10％NaOH浸泡，60min涂层无起泡和脱落；耐水性，通过耐蒸煮加速试验测试，涂层浸泡于沸水中60min，无变色或起泡、脱落现象；耐中性盐雾性能大于2000小时，耐酸性盐雾大于500h，腐蚀等级均可达到9.8以上。
本发明的机理为：
本发明提供一种具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料，以水性树脂为成膜物，与水性多官能团固化剂形成交联固化体系，以水和少量助溶剂为稀释剂，得到一种不含无机填料的纯有机水性涂料组合物，且为单组份体系；通过水性树脂和固化剂的优选，获得良好的耐腐蚀性，同时添加特殊助剂提高涂层表面润滑性，改善涂层冲制性，避免涂层因冲制破坏造成缺陷引起腐蚀，而这一类助剂可赋予涂层表面疏水特性，从而增强涂层对腐蚀介质的屏蔽作用，进一步提高涂层的防腐蚀性；选择特殊树脂或助剂，提高涂层柔韧性，改善涂层对冲击和折弯的耐受性，避免涂层脆裂造成薄弱点，进一步改善其防腐性；且本发明涂料应用过程中优选使用辊涂的涂布方式，涂装现场无刺激性气味，涂料具有良好的施工性能，固化速度快，生产效率高，经涂布后流平性佳，涂层厚度在2～5μm时，即可获得超强的耐腐蚀性，耐中性盐雾性能大于2000小时，耐酸性盐雾大于500h，腐蚀等级均可达到9.8以上，且涂层的耐盐雾性能经冲压或折弯后仍保持不变。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
1、环保性，本发明的水性高耐腐蚀涂料为水性涂料，为单组份体系，低VOC排放，对环境污染低；
2、本发明的水性高耐腐蚀涂料为纯有机体系，采用有机类耐腐蚀助剂，不含无机物，对冲制模具带来磨损少；
3、本发明的水性高耐腐蚀涂料无需厚涂，涂膜厚度2～5μm即可获得很好的耐腐蚀性；
4、冲制性佳：本发明的水性高耐腐蚀涂料通过组分的搭配对涂层表面进行了润滑修饰，其冲制性良好，不会造成冲制破坏，亦不会从冲制薄弱点腐蚀。同时表面具有疏水性，对腐蚀介质具有屏蔽作用，提高耐腐蚀性；
5、成型性优良：本发明的水性高耐腐蚀涂料添加水性增韧树脂，提高涂层柔韧性，改善涂层对冲击和折弯的耐受性，避免涂层脆裂造成薄弱点，进一步改善其防腐性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
1、具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料的制备
(1)按比例称量如下各组分原料
(2)将上述原料混合，并分散均匀，制得固含为20％的水性超强耐腐蚀涂料，涂-4杯测量涂料粘度为22±2s。
2、将制得的水性超强耐腐蚀涂料涂布到铝箔上形成耐腐蚀涂层。首先将铝箔进行脱脂处理并烘干，然后将上述涂料涂布到铝箔上，经200℃烘箱烘烤60s，获得干膜厚5μm的涂层。
以上制得的耐腐蚀涂层，经检测其耐碱、耐蒸煮、耐盐雾性优异，且涂层经冲压、折弯后测试耐盐雾性能仍保持与未处理涂层一致。
实施例2
1、具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料的制备
(1)按比例称量如下各组分原料
(2)将上述原料混合，并分散均匀，制得固含为36.5％的水性超强耐腐蚀涂料，涂-4杯测量涂料粘度为53±5s。
2、将制得的单涂涂布的水性超强耐腐蚀涂料涂布到铝箔上形成耐腐蚀涂层。首先将铝箔进行脱脂处理并烘干，然后将涂料涂布到铝箔上，经300℃烘箱烘烤25s，获得干膜厚3μm的涂层。
以上制得的耐腐蚀涂层，经检测其耐碱、耐蒸煮、耐盐雾性优异，且涂层经冲压、折弯后测试耐盐雾性能仍保持与未处理涂层一致。
实施例3
1、具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料的制备
(1)按比例称量如下各组分原料
(2)将上述原料混合，并分散均匀，制得固含为40％的水性超强耐腐蚀涂料，涂-4杯测量涂料粘度为110±10s。
2、将制得的单涂涂布的水性超强耐腐蚀涂料涂布到铝箔上形成耐腐蚀涂层。首先将铝箔进行脱脂处理并烘干，然后将涂料涂布到铝箔上，经300℃烘箱烘烤50s，获得干膜厚5μm的涂层。
以上制得的耐腐蚀涂层，经检测其耐碱、耐蒸煮、耐盐雾性优异，且涂层经冲压、折弯后测试耐盐雾性能仍保持与未处理涂层一致。
实施例4
1、具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料的制备
(1)按比例称量如下各组分原料
(2)将上述原料混合，并分散均匀，制得固含为30％的水性超强耐腐蚀涂料，涂-4杯测量涂料粘度为45±3s。
2、将制得的单涂涂布的水性超强耐腐蚀涂料涂布到铝箔上形成耐腐蚀涂层。首先将铝箔进行脱脂处理并烘干，然后将涂料涂布到铝箔上，经280℃烘箱烘烤40s，获得干膜厚3μm的涂层。
以上制得的耐腐蚀涂层，经检测其耐碱、耐蒸煮、耐盐雾性优异，且涂层经冲压、折弯后测试耐盐雾性能仍保持与未处理涂层一致。
实施例5
1、具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料的制备
(1)按比例称量如下各组分原料
(2)将上述原料混合，并分散均匀，制得固含为33.4％的水性超强耐腐蚀涂料，涂-4杯测量涂料粘度为32±2s。
2、将制得的单涂涂布的水性超强耐腐蚀涂料涂布到铝箔上形成耐腐蚀涂层。首先将铝箔进行脱脂处理并烘干，然后将涂料涂布到铝箔上，经260℃烘箱烘烤30s，获得干膜厚3μm的涂层。
以上制得的耐腐蚀涂层，经检测其耐碱、耐蒸煮、耐盐雾性优异，且涂层经冲压、折弯后测试耐盐雾性能仍保持与未处理涂层一致。
实施例6
1、水性超强耐腐蚀涂料的制备，分底涂和面涂进行应用
(1)按比例称量如下各组分原料制备底涂
(2)将上述原料混合，并分散均匀，制得固含为24.4％的水性超强耐腐蚀底涂涂料，涂-4杯测量涂料粘度为23±2s。
(3)按比例称量如下各组分原料制备面涂
(4)将上述原料混合，并分散均匀，制得一种固含为8.3％的水性超强耐腐蚀面涂涂料，涂-4杯测量涂料粘度为14±2s。
2、将制得的底涂涂料和面涂涂料依次涂布到铝箔上形成耐腐蚀涂层。首先将铝箔进行脱脂处理并烘干；然后将底涂涂料涂布到铝箔上，经260℃烘箱烘烤20s，获得干膜厚2μm的底涂涂层；再将面涂涂料涂布到底涂涂层上，经180℃烘箱烘烤20s，获得干膜厚1μm的面涂涂层。制得双涂涂布的耐腐蚀涂层。
以上制得的耐腐蚀涂层，经检测其耐碱、耐蒸煮、耐盐雾性优异，且涂层经冲压、折弯后测试耐盐雾性能仍保持与未处理涂层一致。
实施例7
与实施例5进行对比。在实施例5的基础上，不添加润滑剂(蜡乳液PW-7)，制得一种水性耐腐蚀涂料A。在实施例5的基础上，不添加水性增韧树脂(水性聚醚砜树脂)，制得一种水性耐腐蚀涂料B。在实施例5的基础上，同时不添加润滑剂(蜡乳液PW-7)和水性增韧树脂(水性聚醚砜树脂)，制得一种水性耐腐蚀涂料C。对比实施例5测试三种耐腐蚀涂料的涂层性能，结果如表1所示：
表1水性超强耐腐蚀涂料的性能指标
从上表所列结果分析可知，实施例5所制备的涂层，其耐碱性、耐酸性、耐盐雾性均较优，且经过冲压或折弯等处理后仍然保持优秀的耐盐雾性能；而涂料A(不添加润滑剂)，其处理前的耐碱性、耐水性和耐盐雾性稍有降低，经冲压后耐盐雾性下降，而折弯处理对其耐盐雾性影响不大；涂料B(不添加水性增韧树脂)，其处理前耐碱性、耐水性和耐盐雾性与实施例5相近，但经折弯后，其耐盐雾性易产生折痕腐蚀，冲压后的耐盐雾性也稍有下降；涂料C(同时不添加润滑剂和水性增韧树脂)，其处理前耐碱性、耐水性和耐盐雾性稍有下降，冲压和折弯后耐盐雾性均下降明显。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料，其特征在于包含以下质量份的组分：
上述组分的总质量份为100份。
2.根据权利要求1所述的具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料，其特征在于：所述的水性树脂为水性丙烯酸树脂、水性改性丙烯酸树脂、水性苯乙烯-丙烯酸共聚树脂、水性环氧树脂、水性改性环氧树脂和水性聚酯树脂中的至少一种；
所述的水***联剂为氨基树脂、异氰酸酯、硅烷偶联剂、钛偶联剂、多元羧酸和多元胺中的至少一种；
所述的催化剂为对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、氨基磺酸、二壬基萘二磺酸和二壬基萘磺酸中的至少一种；
所述的助溶剂为乙醇、正丁醇、叔丁醇、异丁醇、正丙醇、异丙醇、丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、二丙二醇甲醚和二丙二醇甲醚醋酸酯中的至少一种；
所述的流平剂为丙烯酸酯类流平剂、聚醚改性有机硅氧烷类流平剂、有机氟碳类流平剂、烷基酚聚氧乙烯醚、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、可降低表面张力的含有醚键化合物和可降低表面张力的含有双亲性基团化合物中的至少一种；
所述的润滑剂为有机硅乳液、有机氟乳液、氟硅乳液、硅丙乳液、蜡乳液、聚四氟乙烯乳液、水性脂肪酸、水性脂肪酸酰胺、水性脂肪酸酯和水性脂肪酸金属皂类中的至少一种，或者为有机硅、有机氟、脂肪酸酯改性的水性树脂，或者为有机硅、有机氟改性的化合物；
所述的水性增韧树脂为水性聚酯多元醇、水性聚酰胺、水性丁苯乳液、水性聚醚砜树脂和水性聚氨酯中的至少一种；
所述的消泡剂为矿物油类消泡剂、聚醚类消泡剂、有机硅氧烷类消泡剂和聚醚改性有机硅氧烷类消泡剂中的至少一种；
所述的增稠剂为纤维素醚及其衍生物类增稠剂、聚丙烯酸酯类增稠剂、聚氨酯增稠剂、天然高分子及其衍生物中的至少一种。
3.一种根据权利要求1～2任一项所述的具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料的制备方法，其特征在于将所述组分按比例混合均匀。
4.根据权利要求1～2任一项所述的具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料在金属表面处理领域中的应用。
5.根据权利要求4所述的具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料在金属表面处理领域中的应用，其特征在于将所述具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料的各组分按比例混合均匀后，直接涂覆于待处理金属表面。
6.根据权利要求4所述的具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料在金属表面处理领域中的应用，其特征在于将所述具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料分底涂和面涂对待处理金属进行两次涂覆。
7.根据权利要求6所述的具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料在金属表面处理领域中的应用，其特征在于：所述底涂包含水性树脂、水***联剂、催化剂、助溶剂、流平剂、水性增韧树脂、消泡剂、增稠剂；面涂包含水性树脂、助溶剂、流平剂、润滑剂、消泡剂。
8.根据权利要求5所述的具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料在金属表面处理领域中的应用，其特征在于：所述直接涂覆工艺如下：铝箔-脱脂-烘干-辊涂涂料，其中辊涂涂料经200～300℃烘箱烘烤20～60s，获得干膜厚2～5μm的涂层。
9.根据权利要求6所述的具有优异冲制性的水性高耐腐蚀涂料在金属表面处理领域中的应用，其特征在于所述两次涂覆工艺如下：铝箔-脱脂-烘干-辊涂底涂涂料-烘干-辊涂面涂涂料-烘干，其中辊涂底涂涂料经200～300℃烘箱烘烤20～60s，获得干膜厚2～5μm的底涂涂层；辊涂面涂涂料经150～300℃烘箱烘烤15～40s，获得干膜厚0.5～1μm的面涂涂层。
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