CN109762455B - 一种水性耐候防腐涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种涉及涉及水性防腐涂料领域的水性耐候防腐涂料及其制备方法，所述的涂料由树脂组分和异氰酸基固化剂组分均匀混合搅拌后构成，其中：树脂组分中含有氟碳树脂，且氰碳树脂的羟基mol数与异氰酸基固化剂组分的异氰酸基mol数比为1：1.02－1.05；树脂组分中还含有占涂料总重量0.1－5.0%的石墨烯粉；所述的涂料能够有效提高整体的耐水性、耐酸性、耐碱性、耐温热性、耐盐雾性和耐候性，从而能够有效满足市场上对涂料的安全、绿色、环保、无污染的使用要求。
Description
技术领域
本发明涉及水性防腐涂料领域，尤其是涉及一种含有石墨烯组份的水性耐候防腐涂料及其制备方法。
背景技术
公知的，由于世界各国对环境保护认识的提高，各国治理环境污染的力度也逐渐加大，因此对占据涂料市场主导地位的、环境污染较重的传统油性涂料就引起了重视和排斥，这直接导致了涂料生产方开始纷纷研发对环境友好的水性涂料；水性涂料是以水做为分散载体，其无污染或相对污染极低，且对环境友好，附着力强，能够广泛应用于钢铁、陶瓷、墙壁等表面做防腐涂层；然而，目前市场上仅有的少数水性涂料在防腐性能上，包括耐候性上却均相对欠佳，即现有水性涂料的性能还远低于油性涂料的耐候、耐水、耐碱、耐盐雾的要求指标，从而不能有效满足市场需求，进而也让水性涂料在实际应用中受到了一定的限制，这其中，涂料的耐候性，即涂料的抗老化性是决定涂层寿命的一个至关重要的因素，而现有的水性涂料涂层在实际应用中，常会因自然气候因素的影响而明显降低使用寿命，严重时甚至只能保持3－5的使用寿命，这远远低于涂料正常的寿命指标，因此，如何提高水性防腐涂料的耐候性，设计出一款能够有效提高耐候性的水性防腐涂料就成为了涂料行业中急需攻克的课题之一。
发明内容
为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种水性耐候防腐涂料及其制备方法，所述的涂料能够有效提高整体的耐水性、耐酸性、耐碱性、耐温热性、耐盐雾性和耐候性，从而能够有效满足市场上对涂料的安全、绿色、环保、无污染的使用要求。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种水性耐候防腐涂料，所述的涂料由树脂组分和异氰酸基固化剂组分构成，其中：树脂组分中含有氟碳树脂，且氰碳树脂的羟基mol数与异氰酸基固化剂组分的异氰酸基mol数比为1：1.02－1.05；树脂组分中还含有占涂料总重量0.1－5.0%的石墨烯粉。
进一步，所述涂料的制备方法步骤如下：
一、将30－80份的去离子水、消泡剂0.1-1.2份、分散剂0.1-1.5份、润湿剂1-3份依次加入分散反应釜中，在常温中低速分散10－30分钟；
二、按上步骤中原料总重量的1.5－2.5倍重量份，向分散反应釜中加入下列粉质填料：石墨烯、沉淀硫酸钡、钛白粉、磷酸锌、蜡粉，其中：沉淀硫酸钡、钛白粉、磷酸锌和蜡粉任选两种或多种组合均可，上述粉质填料加入后，高速分散20－30分钟得到悬浊液；
三、使用卧式砂磨机对上步骤得到的悬浊液进行研磨30－50分钟，或流通研磨4－6遍，然后打入混合搅拌釜中；
四、向混合搅拌釜中加入上步骤总料重量1－2倍重量份的氟碳树脂，然后低速均匀搅拌20－25分钟，生成树脂组分；
五、向上步骤得到的树脂组分中加入异氰酸基固化剂，并经搅拌均匀后即得到所述的涂料。
进一步，所述树脂组分中氰碳树脂的羟基mol数与异氰酸基固化剂组分的异氰酸基mol数比为1：1.03。
进一步，所述的树脂组分中含有占涂料总重量0.1%、0.8%、1.5%、2.5%、3.5%或4.5%的石墨烯粉。
进一步，所述的去离子水加入量为40、50、60、70、75或80份。
进一步，所述的消泡剂为155消泡剂，加入量为0.2、0.4、0.5、0.8、1.1或1.2份。
进一步，所述的分散剂为NOPCO，加入量为0.3、0.5、0.7、1.1、1.3或1.5份。
进一步，所述的润湿剂为Cognis，加入量为1、1.3、1.8、2.3、2.8或3份。
进一步，所述的氟碳树脂为含羟基的水乳液。
进一步，所述的氟碳树脂为羟基氟碳乳液或阿尔克乳液。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明所述的水性耐候防腐涂料由无毒或微毒的原辅材料合成，其不但安全、绿色、环保、无污染，而且其耐水性、耐酸性、耐碱性、耐温热性、耐盐雾性和耐候性均明显优于目前市面上的水性涂料；此外，所述的涂料和市面上的油性涂料相比，由于其选择了无毒或微毒的原料，且以水为分散介质，从而能够有效避免油性涂料中有毒溶剂对环境造成的污染，同时也不会对施工人员的健康造成伤害，即所述涂料的防腐性能、耐候性能够相对接近，甚至是超过常规的油性防腐涂料，因此所述涂料属于相对安全的绿色涂装涂料；此外，所述涂料的制备工艺简单易操作，其利用现有涂料生产设备就能够生产制备，且产品收率能够高达98%以上；
由于所述涂料含有石墨烯的配伍，而石墨烯是二维纳米片层状纳米材料，其具有的二维晶体结构中的晶格是由六个碳原子围成的六边形，厚度仅为一个原子层，即仅相当于一根头发的二十万分之一，同时，石墨烯的理论比表面积高达2630m2/g，其能够在所述涂料涂层中交替随机排列，从而达到有效延长腐蚀介质扩散路径，起到有效增强涂层物理屏蔽性能的目的；此外，石墨烯的断裂强度高达125GPa，是钢铁的200倍，且石墨烯还具有十分稳定的化学性质，其对水、氧气和腐蚀性药剂均具有很好的耐性，是优异的防腐材料，综上所述，所述涂料有效的利用了石墨烯几近阻隔水、氧气及离子的独有特性，利用石墨烯片状结构的“迷宫”阻隔效应，有效提高了涂层的抗渗性、防腐性和抗老化性；经多数次实验证明，所述涂料的耐酸性能能够达到5%H2SO4浸泡1000h以上无异常，耐候性1000h以上不起泡、不剥落、不生锈和不开裂，其实验结果证实了所述涂料能够在提高耐酸性和耐候性的同时，还能够有效的提高耐水、耐碱、耐温热性、耐盐雾等性能，并同时相应的使所述涂料涂层的物化、力学性能，诸如附着力、耐磨性等指标也均得到了相应提高，从而有效的改变了传统水性涂料物化性能、防腐效果欠佳的现状；
另一方面，由于所述涂料还含有氟碳树脂的配伍，而氟碳树脂是以牢固的C-F键为骨架，其同其他树脂相比，具有更好的耐热性、耐化学品性、耐寒性、低温柔韧性、耐候性和电性能，同时，由于氟碳树脂的结晶性好，其还具有不黏附性和不湿润性，因此，所述涂料的整体性能均明显优于现有的水性涂料；在实际应用时，只需将所述涂料涂覆在于钢构体的底漆或中间漆之上，待涂层干燥后即形成所需的耐候防腐水性面漆保护层；由于所述涂料在涂覆过程中不会产生像有机溶剂般的污染危害，因此其能够有效保障施工安全，同时，所述涂料不含国际上禁止使用的三丁基锡等有害物质，其在应用中不会造成相应的污染和危害，从而极具推广和应用价值。
具体实施方式
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进，本发明并不局限于下面的实施例：
所述的水性耐候防腐涂料由树脂组分和异氰酸基固化剂组分构成，其中：树脂组分中含有去离子水、消泡剂、分散剂、润湿剂、石墨烯粉、沉淀硫酸钡粉、钛白粉、磷酸锌粉、蜡粉和氟碳树脂，其中：石墨烯粉占所述涂料总重量的0.1－5.0%；氰碳树脂的羟基mol数与异氰酸基固化剂组分的异氰酸基mol数比为1：1.02－1.05；消泡剂为155消泡剂；分散剂为NOPCO；润湿剂为Cognis；
所述涂料在制备时，其方法步骤如下：
一、将30－80份的去离子水、消泡剂0.1-1.2份、分散剂0.1-1.5份、润湿剂1-3份依次加入分散反应釜中，在常温中低速分散10－30分钟；其中：低速分散的时间与原料的总重量成正比，即原料总量越大分散时间越长；
二、按上步骤中原料总重量的1.5－2.5倍重量份，向分散反应釜中加入下列粉质填料：石墨烯、沉淀硫酸钡、钛白粉、磷酸锌、蜡粉，上述粉质填料加入后，高速分散20－30分钟得到悬浊液；其中：石墨烯的加入量占所述涂料总重量的0.1－5.0%；沉淀硫酸钡、钛白粉、磷酸锌和蜡粉任选其中两种或多种组合进行加入均可；且高速分散的时间与原料的总重量成正比，即原料总量越大分散时间越长；
三、使用卧式砂磨机对上步骤得到的悬浊液进行研磨30－50分钟，或流通研磨4－6遍，然后打入混合搅拌釜中；
四、向混合搅拌釜中加入上步骤总料重量1－2倍重量份的氟碳树脂，然后低速均匀搅拌20－25分钟，生成树脂组分；其中：低速搅拌的时间与原料的总重量成正比，即原料总量越大搅拌时间越长；根据需要，所述的氟碳树脂能够为含羟基的水乳液、羟基氟碳乳液或阿尔克乳液；
五、向上步骤得到的树脂组分中加入异氰酸基固化剂，并经搅拌均匀后即得到所述的涂料；其中：氰碳树脂的羟基mol数与异氰酸基固化剂组分的异氰酸基mol数比为1：1.02－1.05。
实施例一：
一、将80份的去离子水、消泡剂1.2份、分散剂1.5份、润湿剂3份依次加入分散反应釜中，在常温中低速分散30分钟；
二、按上步骤中原料总重量的2.5倍重量份，向分散反应釜中加入下列粉质填料：石墨烯、沉淀硫酸钡、钛白粉、磷酸锌、蜡粉，上述粉质填料加入后，高速分散20－30分钟得到悬浊液；其中：石墨烯的加入量占所述涂料总重量的4.5%；沉淀硫酸钡、钛白粉、磷酸锌和蜡粉任选其中两种或多种组合进行加入均可；
三、使用卧式砂磨机对上步骤得到的悬浊液进行研磨30－50分钟，然后打入混合搅拌釜中；
四、向混合搅拌釜中加入上步骤总料重量2倍重量份的氟碳树脂，然后低速均匀搅拌20－25分钟，生成树脂组分；根据需要，所述的氟碳树脂为含羟基的水乳液；
五、向上步骤得到的树脂组分中加入异氰酸基固化剂，并经搅拌均匀后即得到所述的涂料；其中：氰碳树脂的羟基mol数与异氰酸基固化剂组分的异氰酸基mol数比为1：1.05。
实施例二：
一、将75份的去离子水、消泡剂1.1份、分散剂1.3份、润湿剂2.8份依次加入分散反应釜中，在常温中低速分散10－30分钟；
二、按上步骤中原料总重量的2.3倍重量份，向分散反应釜中加入下列粉质填料：石墨烯、沉淀硫酸钡、钛白粉、磷酸锌、蜡粉，上述粉质填料加入后，高速分散20－30分钟得到悬浊液；其中：石墨烯的加入量占所述涂料总重量的3.5%；沉淀硫酸钡、钛白粉、磷酸锌和蜡粉任选其中两种或多种组合进行加入均可；
三、使用卧式砂磨机对上步骤得到的悬浊液进行研磨30－50分钟，然后打入混合搅拌釜中；
四、向混合搅拌釜中加入上步骤总料重量1.8倍重量份的羟基氟碳乳液，然后低速均匀搅拌20－25分钟，生成树脂组分；
五、向上步骤得到的树脂组分中加入异氰酸基固化剂，并经搅拌均匀后即得到所述的涂料；其中：羟基氟碳乳液的羟基mol数与异氰酸基固化剂组分的异氰酸基mol数比为1：1.04。
实施例三：
一、将70份的去离子水、消泡剂0.8份、分散剂1.1份、润湿剂2.3份依次加入分散反应釜中，在常温中低速分散10－30分钟；
二、按上步骤中原料总重量的2.1倍重量份，向分散反应釜中加入下列粉质填料：石墨烯、沉淀硫酸钡、钛白粉、磷酸锌、蜡粉，上述粉质填料加入后，高速分散20－30分钟得到悬浊液；其中：石墨烯的加入量占所述涂料总重量的2.5%；沉淀硫酸钡、钛白粉、磷酸锌和蜡粉任选其中两种或多种组合进行加入均可；
三、使用卧式砂磨机对上步骤得到的悬浊液进行流通研磨6遍，既上步骤得到的料液在经6遍流动通过卧式砂磨机的过程中进行研磨，然后将研磨后的料液打入混合搅拌釜中；
四、向混合搅拌釜中加入上步骤总料重量1.6倍重量份的氟碳树脂，然后低速均匀搅拌20－25分钟，生成树脂组分；根据需要，所述的氟碳树脂能够为含羟基的水乳液、羟基氟碳乳液或阿尔克乳液；
五、向上步骤得到的树脂组分中加入异氰酸基固化剂，并经搅拌均匀后即得到所述的涂料；其中：氰碳树脂的羟基mol数与异氰酸基固化剂组分的异氰酸基mol数比为1：1.04。
实施例四：
一、将60份的去离子水、消泡剂0.5份、分散剂0.7份、润湿剂1.8份依次加入分散反应釜中，在常温中低速分散10－30分钟；
二、按上步骤中原料总重量的2倍重量份，向分散反应釜中加入下列粉质填料：石墨烯、沉淀硫酸钡、钛白粉、磷酸锌、蜡粉，上述粉质填料加入后，高速分散20－30分钟得到悬浊液；其中：石墨烯的加入量占所述涂料总重量的1.5%；沉淀硫酸钡、钛白粉、磷酸锌和蜡粉任选其中两种或多种组合进行加入均可；
三、使用卧式砂磨机对上步骤得到的悬浊液进行流通研磨6遍，然后将研磨后的料液打入混合搅拌釜中；
四、向混合搅拌釜中加入上步骤总料重量1.4倍重量份的氟碳树脂，然后低速均匀搅拌20－25分钟，生成树脂组分；根据需要，所述的氟碳树脂能够为含羟基的水乳液、羟基氟碳乳液或阿尔克乳液；
五、向上步骤得到的树脂组分中加入异氰酸基固化剂，并经搅拌均匀后即得到所述的涂料；其中：氰碳树脂的羟基mol数与异氰酸基固化剂组分的异氰酸基mol数比为1：1.03。
实施例五：
一、将50份的去离子水、消泡剂0.4份、分散剂0.5份、润湿剂1.3份依次加入分散反应釜中，在常温中低速分散10－30分钟；
二、按上步骤中原料总重量的1.8倍重量份，向分散反应釜中加入下列粉质填料：石墨烯、沉淀硫酸钡、钛白粉、磷酸锌、蜡粉，上述粉质填料加入后，高速分散20－30分钟得到悬浊液；其中：石墨烯的加入量占所述涂料总重量的0.8%；沉淀硫酸钡、钛白粉、磷酸锌和蜡粉任选其中两种或多种组合进行加入均可；
三、使用卧式砂磨机对上步骤得到的悬浊液进行流通研磨5遍，然后将研磨后的料液打入混合搅拌釜中；
四、向混合搅拌釜中加入上步骤总料重量1.2倍重量份的氟碳树脂，然后低速均匀搅拌20－25分钟，生成树脂组分；根据需要，所述的氟碳树脂能够为含羟基的水乳液、羟基氟碳乳液或阿尔克乳液；
五、向上步骤得到的树脂组分中加入异氰酸基固化剂，并经搅拌均匀后即得到所述的涂料；其中：氰碳树脂的羟基mol数与异氰酸基固化剂组分的异氰酸基mol数比为1：1.03。
实施例六：
一、将40份的去离子水、消泡剂0.2份、分散剂0.3份、润湿剂1份依次加入分散反应釜中，在常温中低速分散10－30分钟；
二、按上步骤中原料总重量的1.5倍重量份，向分散反应釜中加入下列粉质填料：石墨烯、沉淀硫酸钡、钛白粉、磷酸锌、蜡粉，上述粉质填料加入后，高速分散20－30分钟得到悬浊液；其中：石墨烯的加入量占所述涂料总重量的0.1%；沉淀硫酸钡、钛白粉、磷酸锌和蜡粉任选其中两种或多种组合进行加入均可；
三、使用卧式砂磨机对上步骤得到的悬浊液进行流通研磨4遍，然后将研磨后的料液打入混合搅拌釜中；
四、向混合搅拌釜中加入上步骤总料重量1倍重量份的氟碳树脂，然后低速均匀搅拌20－25分钟，生成树脂组分；根据需要，所述的氟碳树脂能够为含羟基的水乳液、羟基氟碳乳液或阿尔克乳液；
五、向上步骤得到的树脂组分中加入异氰酸基固化剂，并经搅拌均匀后即得到所述的涂料；其中：氰碳树脂的羟基mol数与异氰酸基固化剂组分的异氰酸基mol数比为1：1.02。
实施本发明所述的水性耐候防腐涂料时，将经上述步骤得到的涂料搅均，通过刷涂、辊涂或喷涂的方法将所得涂料涂覆于钢构体的底漆或中间漆上，待涂层干燥后即形成耐水性、耐酸性、耐碱性、耐温热性、耐盐雾性和耐候性均较高的防腐水性面漆保护层；
所述涂料在与目前市场面为数不多的水性涂料进行多数次实验后，其实验对比数据如下：
1、水性环氧防腐涂料（标准HG/T 4759－2014）：耐水性240h；耐酸性5g/L H2SO4，24h；耐碱性5g/L NaoH，168h；耐温热性168h；耐盐雾性300h；
2、水性聚氨酯防水涂料（标准DB/T 1106-2012）：耐水性168h；耐酸性4.9g/LH2SO4，168h；耐碱性4g/L NaoH，168h；耐温热性500h；耐盐雾性500h；耐老化性800h；
3、本发明所述水性耐候防腐涂料：耐水性＞1000h；耐酸性＞1000h；耐碱性＞500h；耐温热性＞1000h；耐盐雾性＞2500h；耐老化性＞1000h；
综上所述，由于本发明所述涂料为新研发产品，其尚无标准可参照，但经与前两种涂料在相同环境下多次实验对比证实，上述各实施例生成的涂料在实验后均能满足上述的数据指标，且其耐水性、耐酸性和耐碱性均无异常，同时其耐温热性、耐盐雾性和耐老化性也均不起泡、不剥落、不生锈和不开裂，即上述实验结果能够证实所述涂料的各项指数均明显高于目前市场上的水性涂料，因此，本发明所述涂料极具有推广和使用价值。
本发明未详述部分为现有技术，故本发明未对其进行详述。
Claims (8)
1.一种水性耐候防腐涂料，其特征是：所述的涂料由树脂组分和异氰酸基固化剂组分构成；树脂组分由以下重量份的组分制成：30-80份去离子水，0.1-1.2份消泡剂，0.1-1.5份分散剂，1-3份润湿剂，为去离子水、消泡剂、分散剂、润湿剂总重量的1.5-2.5倍重量份的粉质填料，粉质填料中含有占所述的涂料总重量0.1%-5.0%的石墨烯粉，粉质填料中的余量为沉淀硫酸钡、钛白粉、磷酸锌、蜡粉中的两种或多种的组合，另外，树脂组分还含有为去离子水、消泡剂、分散剂、润湿剂、粉质填料总重量的1-2倍重量份阿尔克乳液；
阿尔克乳液中的羟基与异氰酸基固化剂中的异氰酸基的摩尔比为1:(1.02-1.05)。
2.根据权利要求1所述的水性耐候防腐涂料，其特征是：所述涂料的制备方法步骤如下：
一、将30－80份的去离子水、消泡剂0.1-1.2份、分散剂0.1-1.5份、润湿剂1-3份依次加入分散反应釜中，在常温中低速分散10－30分钟；
二、按上步骤中原料总重量的1.5－2.5倍重量份，向分散反应釜中加入下列粉质填料：石墨烯、沉淀硫酸钡、钛白粉、磷酸锌、蜡粉；石墨烯的加入量占所述涂料总重量的0.1－5.0%；沉淀硫酸钡、钛白粉、磷酸锌和蜡粉为任选两种或多种组合；上述粉质填料加入后，高速分散20－30分钟得到悬浊液；
三、使用卧式砂磨机对上步骤得到的悬浊液进行研磨30－50分钟，或流通研磨4－6遍，然后打入混合搅拌釜中；
四、向混合搅拌釜中加入上步骤总料重量1－2倍重量份阿尔克乳液，然后低速均匀搅拌20－25分钟，生成树脂组分；
五、向上步骤得到的树脂组分中加入异氰酸基固化剂，并经搅拌均匀后即得到所述的涂料；其中：氟碳树脂的羟基mol数与异氰酸基固化剂组分的异氰酸基mol数比为1：1.02－1.05。
3.根据权利要求1或2所述的水性耐候防腐涂料，其特征是：所述树脂组分中羟碳树脂的羟基mol数与异氰酸基固化剂组分的异氰酸基mol数比为1：1.03。
4.根据权利要求1或2所述的水性耐候防腐涂料，其特征是：所述的树脂组分中含有占涂料总重量0.1%、0.8%、1.5%、2.5%、3.5%或4.5%的石墨烯粉。
5.根据权利要求2所述的水性耐候防腐涂料，其特征是：所述的去离子水加入量为40、50、60、70、75或80份。
6.根据权利要求2所述的水性耐候防腐涂料，其特征是：所述的消泡剂为155消泡剂，加入量为0.2、0.4、0.5、0.8、1.1或1.2份。
7.根据权利要求2所述的水性耐候防腐涂料，其特征是：所述的分散剂为NOPCO，加入量为0.3、0.5、0.7、1.1、1.3或1.5份。
8.根据权利要求2所述的水性耐候防腐涂料，其特征是：所述的润湿剂为Cognis，加入量为1、1.3、1.8、2.3、2.8或3份。
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