CN109971307A - 饮用水装置用无溶剂型防腐涂料、防腐涂层及饮用水装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种饮用水装置用无溶剂型防腐涂料、防腐涂层及饮用水装置。以重量份计，该防腐涂料包括：36～50份的环氧树脂、10～16份的环氧活性稀释剂、9～15份的固化剂和15～42份的颜填料。环氧树脂每个分子含有不止一个环氧基团，它们位于内部、末端或环状结构上，通过控制固化剂和环氧活性稀释剂的用量，可以降低粘度，改善防腐涂料的施工和物理性能，进而实现喷涂施工。通过控制上述防腐涂料中各组分的含量和组分种类，可以将上述防腐涂料的粘度控制在100～120KU，进而实现喷涂或刷涂。
Description
技术领域
本发明涉及材料技术领域，具体而言，涉及一种饮用水装置用无溶剂型防腐涂料、防腐涂层及饮用水装置。
背景技术
作为可食用的高质量水被称为饮用水。饮用水涂料不应污染或影响饮用水的质量，特别是水的味觉或嗅觉不应受涂层的影响。在没有腐蚀或水质下降的情况下，适合的饮用水涂料应该保持至少25年的最低维护。
饮用水涂料通常是无溶剂或溶剂型双组分纯环氧涂料。在饮用水涂料被接受之前，船级社将要求得到认可的实验室认证，该涂料适用于与饮用水长期接触。在实验室测试中，溶剂型和无溶剂环氧涂料之间通常没有明显差异，但在现场条件下，溶剂滞留起着重要的作用。如果在干燥过程中没有仔细检测通风，溶剂型饮用水涂料中的溶剂会被保留在涂层中，影响水的味觉和嗅觉。因此，无溶剂涂料比含溶剂涂料更适用于饮用水容器。然而，大多数无溶剂涂料采用普通无气喷涂设备难以施工。
因此，涂料行业需要一种无溶剂高性能饮用水涂料，要求施工时无任何VOC排放，从而确保其符合极其严格的卫生要求和环保法规，而且很容易采用单组分无气喷涂施工，不需要任何稀释或加热。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种饮用水装置用无溶剂型防腐涂料、防腐涂层及饮用水装置，以解决现有技术中饮用水装置用无溶剂涂料采用普通无气喷涂设备难以施工的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种饮用水装置用无溶剂型防腐涂料，以重量份计，防腐涂料包括：36～50份的环氧树脂、10～16份的环氧活性稀释剂、9～15份的固化剂和15～42份的颜填料。
进一步地，以重量份计，上述防腐涂料包括：39～47份的环氧树脂、11～15份的环氧活性稀释剂、10～14份的固化剂和19～38份的颜填料，优选环氧树脂的环氧当量为150～200，更优选为160～190；进一步优选固化剂的氢当量与环氧树脂的环氧当量的比率为60:100至100:100。
进一步地，上述环氧树脂选自双酚A环氧树脂和双酚F环氧树脂中的任意一种或多种的组合。
进一步地，上述环氧活性稀释剂选自单缩水甘油醚、二缩水甘油醚和叔碳酸缩水甘油酯中的任意一种或多种的组合。
进一步地，上述固化剂选自脂肪胺、脂环胺、酚醛胺和各自与环氧树脂的加成物中的任意一种或多种的组合。
进一步地，以重量份计，上述防腐涂料还包括0.1～1份的附着力促进剂，优选为0.2～0.8份的附着力促进剂，优选附着力促进剂为硅烷偶联剂。
进一步地，以重量份计，上述防腐涂料还包括0.2～2份的环氧促进剂，优选为0.5～1.5份的环氧促进剂，优选环氧促进剂选自酚类、水杨酸、羧酸、磺酸和各自的盐类中的任意一种或多种的组合。
进一步地，以重量份计，上述防腐涂料还包括1～3份的助剂，优选为1.5～2.5份的助剂。
根据本发明的另一方面，提供了一种饮用水装置用防腐涂层，将防腐涂料刷涂或喷涂后固化形成，该防腐涂料为上述任一种的防腐涂料。
根据本发明的又一方面，提供了一种饮用水装置，包括饮用水装置主体和附着在其上的防腐涂层，该防腐涂层为上述的防腐涂层。
应用本发明的技术方案，环氧树脂每个分子含有不止一个环氧基团，它们位于内部、末端或环状结构上，通过控制固化剂和环氧活性稀释剂的用量，可以降低粘度，改善防腐涂料的施工和物理性能，进而实现喷涂施工。通过控制上述防腐涂料中各组分的含量和组分种类，可以将上述防腐涂料的粘度控制在100～120KU，进而实现喷涂或刷涂。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
如本申请背景技术所分析的，现有技术的饮用水装置用的无溶剂涂料采用普通无气喷涂设备难以施工，导致其应用受到限制，比如无法喷涂至饮用水管道中，为了解决该问题本申请提供了一种饮用水装置用无溶剂型防腐涂料、防腐涂层及饮用水装置。
在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种饮用水装置用无溶剂型防腐涂料，以重量份计，该防腐涂料包括：36～50份的环氧树脂、10～16份的环氧活性稀释剂、9～15份的固化剂和15～42份的颜填料。
本发明的无溶剂高性能饮用水涂料中，环氧树脂每个分子含有不止一个环氧基团，它们位于内部、末端或环状结构上，通过控制固化剂和环氧活性稀释剂的用量，可以降低粘度，改善防腐涂料的施工和物理性能，进而实现喷涂施工。通过控制上述防腐涂料中各组分的含量和组分种类，可以将上述防腐涂料的粘度控制在100～120KU，进而实现喷涂或刷涂。
在本申请一种优选的实施例中，以重量份计，上述防腐涂料包括：39～47份的环氧树脂、11～15份的环氧活性稀释剂、10～14份的固化剂和19～38份的颜填料。为了提高防腐涂料的整体性能，优选上述环氧树脂的环氧当量为150～200，更优选为160～190。为了进一步控制防腐涂料的粘性，优选固化剂的氢当量与环氧树脂的环氧当量的比率为60:100至100:100。
上述“氢当量”指链接氮的活泼氢原子。固化剂的“氢当量”数，是各固化剂贡献的总和。环氧树脂的“环氧当量”数，是各环氧树脂贡献的总和。
本申请的环氧树脂选自无溶剂防腐涂料常用的环氧树脂，优选上述环氧树脂选自双酚A环氧树脂和双酚F环氧树脂中的任意一种或多种的组合。与双酚A环氧树脂相比，双酚F环氧树脂的官能度稍高，粘度更低。进一步地，本申请的环氧树脂可以采用如下的任意一种或多种的组合：双酚A环氧：Epon Resin 828，Hexion；双酚A环氧：DER 331，Dow；双酚A环氧：Araldite GY 250，Huntsman；双酚F环氧：Epikote Resin 862，Hexion；双酚F环氧：DER354，Dow；双酚F环氧：Araldite GY 282，Huntsman；双酚F环氧：Araldite GY 285，Huntsman。
环氧活性稀释剂粘度低，与环氧树脂的相容性好。在环氧体系中使用环氧活性稀释剂，可显著降低体系粘度，改善其施工性能。另外，采用高官能度的环氧活性稀释剂，可以提高交联密度，明显改善体系的反应活性和物理性能，例如防腐性、耐热性、硬度和韧性。优选环氧活性稀释剂选自单缩水甘油醚、二缩水甘油醚和叔碳酸缩水甘油酯中的任意一种或多种的组合，比如C12～C14单缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚和叔碳酸缩水甘油酯中的任意一种或多种。进一步优选环氧活性稀释剂如下的任意一种或多种的组合：单缩水甘油醚：Araldite DY-E，Huntsman，C12-C14单缩水甘油醚；单缩水甘油醚：Erisys GE 8，CVC，C12-C14单缩水甘油醚；二缩水甘油醚：Araldite DY-D，Huntsman，1,4-丁二醇二缩水甘油醚；二缩水甘油醚：Erisys GE 21，CVC，1,4-丁二醇二缩水甘油醚；二缩水甘油醚：Araldite DY-H，Huntsman，1,6-己二醇二缩水甘油醚；二缩水甘油醚：Erisys GE 25，CVC，1,6-己二醇二缩水甘油醚缩水甘油酯：Erisys GS110，CVC，叔碳酸缩水甘油酯；缩水甘油酯：Cardura E10P，Hexion，叔碳酸缩水甘油酯。
为了提高固化速率，上述固化剂中至少含有两个链接氮的活泼氢原子，优选上述固化剂选自脂肪胺、脂环胺、酚醛胺和各自与环氧树脂的加成物中的任意一种或多种的组合。另外，由于本申请的环氧树脂用量相对于固化剂用量较多，因此固化完成后大分子末端不存在自由氨基，因此不会存在氨基脱落影响水质的问题。上述脂肪胺的粘度相对于酚醛胺的粘度较低，所形成的防腐涂料的粘度也较低。
上述脂肪胺可以提供高水平的防腐性性，但形成的漆膜较脆，而且与环氧树脂的相容性较差，容易引起胺致泛白现象。而选用脂肪胺与环氧树脂预反应制成的加成物，可以改善相容性，而对漆膜性能却影响不大。间苯二甲胺是一种不含芳香胺的固化剂，它含有芳环，结合了芳香胺和脂肪胺的一些特性，与环氧树脂加成通常可以获得良好的性能和操作性。脂环胺例如异佛尔酮二胺、环己二胺、4,4'-二氨基二环己基甲烷应用于的无溶剂环氧涂料，所得到的环氧涂料的防腐性接近芳香胺固化的涂料体系，但固化速度和低温固化性能却得以改善。
优选地，上述固化剂选自如下中的任意一种或多种的组合：脂肪胺：二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺；脂肪胺：MXDA，Mitsubishi Gas Chemical；脂肪胺：Gaskamine240，Mitsubishi Gas Chemical；脂肪胺：Jeffamine D-230，Huntsman；脂肪胺：Polyetheramine D 230，BASF；脂肪胺：Jeffamine T-403，Huntsman；脂肪胺：Baxxodur EC310，BASF；脂环胺：Aradur 42，Huntsman；脂环胺：Isophorondiamin，BASF；脂环胺：DytecDCH-99，Invista；脂环胺：DDCM，BASF；脂环胺：Baxxodur EC 331，BASF；脂环胺：Laromin C260，BASF；酚醛胺：Cardolite NC-540，Cardolite。
为了提高上述防腐涂料的防腐性能，优选上述颜填料选自氧化铁红、二氧化钛、沉淀硫酸钡、钾长石、高岭土、滑石粉、霞长石、云母粉和石英粉中的任意一种或多种。
在本申请一种实施例中，为了适应饮用水的水环境长久防腐的需要，以重量份计，上述防腐涂料还包括0.1～1份的附着力促进剂，优选为0.2～0.8份的附着力促进剂，优选附着力促进剂为硅烷偶联剂。
硅烷偶联剂是有机硅化合物，有两个不同的官能团，其中一个与有机物反应，另一个与无机物反应。这种独一无二的特性使它们能将有机物(涂料)粘附到无机物(底材)上。硅烷可以有各种各样的官能团和化学活性。有机官能团可以包括环氧基、氨基、酮亚胺基、乙烯基、甲基丙烯酰氧基、丙烯酰氧基等。硅烷可以提高复合材料的机械强度，改善耐湿性和附着力，所形成的防腐涂层甚至长时间浸水后也完全不会剥离，能有效地防止点状腐蚀、缝隙腐蚀、不同金属接触腐蚀和应力腐蚀。
优选地，上述附着力促进剂选自如下中的任意一种或多种的组合：硅烷：GeniosilGF 91，Wacker；硅烷：Silquest A-1120，Momentive；硅烷：Dynasylan DAMO，Evonik；硅烷：Dow Corning Z-6020，Dow Corning；硅烷：Silquest A-186Silane，Momentive；硅烷：Silquest A-187Silane，Momentive；硅烷：Dow Corning Z-6040，Dow Corning；硅烷：Dynasylan GLYMO，Evonik；硅烷：KBM-403，Shin-Etsu。
为了缩短固化时间，优选以重量份计，上述防腐涂料还包括0.2～2份的环氧促进剂，优选为0.5～1.5份的环氧促进剂，优选环氧促进剂选自酚类、水杨酸、羧酸、磺酸和各自的盐类中的任意一种或多种的组合。利用上述环氧促进剂加快环氧树脂的固化，缩短干燥时间。上述酚类环氧促进剂可以选自2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚、对叔丁基苯酚、壬基苯酚中的任意一种。具体地，上述环氧促进剂选自如下中的任意一种：Ancamine K 54(AirProducts)、Accelerator 960-1(Huntsman)、水杨酸。
以重量份计，防腐涂料还包括1～3份的助剂，优选为1.5～2.5份的助剂。上述助剂可以为本领域常用的湿润分散剂、流变剂和消泡剂。其中的流变剂可以选自如下中的任意一种或多种：Bentone 38(Rheox)、Cab-O-Sil TS-720(Cabot)、Disparlon 6650(Kusumoto)、Caryvallac MT(Cray Valley)。上述湿润分散剂可以为Yelkin TS(ArcherDaniels)和/或Disperbyk-164(BYK)。上述消泡剂可以为BYK-066(BYK)。
在本申请另一种典型的实施方式中，提供了一种饮用水装置用防腐涂层，将防腐涂料刷涂或喷涂后固化形成，该防腐涂料为上述任一种防腐涂料。
由于本发明的无溶剂高性能饮用水涂料中，环氧树脂每个分子含有不止一个环氧基团，它们位于内部、末端或环状结构上，通过控制固化剂和环氧活性稀释剂的用量，可以降低粘度，改善防腐涂料的施工和物理性能，进而实现喷涂施工得到厚度均匀的防腐涂层，实现理想的防腐效果。
在本申请又一种典型的实施方式中，提供了一种饮用水装置，包括饮用水装置主体和附着在其上的防腐涂层，该防腐涂层为上述防腐涂层。由于本申请的防腐涂层效果较为理想，因此具有其的饮用水装置能够提供满足标准要求的饮用水，且使用寿命较长。
上述防腐涂料制备采用涂料行业通用技术来实施，比如首先用高速分散机等设备来混合分散各种成分；然后用过滤袋、振动筛或其它过滤器过滤。
本发明的无溶剂高性能饮用水涂料的施工特性也十分突出。形成涂层可以采用传统无气喷涂、刷涂或辊涂方式施工，固化温度可低至10℃。
本发明饮用水装置用防腐涂料的配套体系，适用于饮用水储罐、管道等内表面涂装，比如涂装成厚度为300微米的涂层。
以下将结合实施例和对比例，进一步说明本申请的有益效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
以下各实施例和对比例所使用的材料见表1。
表1
实施例1至10
实施例1至10中的饮用水装置用防腐涂料通过以下生产工艺实现：
A组分：采用高速分散机将环氧树脂与活性稀释剂混合均匀，分散过程中加入流变剂、金红石钛白粉、霞石粉，高速分散至细度最大50微米，温度达到60～65℃。
B组分：加入固化剂、环氧促进剂和附着力促进剂，利用高速分散机混合均匀。
使用前，按照表2所示的重量比将A组分和B组分混合，制备各实施例的饮用水装置用防腐涂料。如果表2中没有相应组分，则生产工艺过程中不添加该组分。
实施例7至10的重量组成与实施例1相同。
对比例1至5
本发明中对比例1至5中的防腐涂料通过以下生产工艺实现：
A组分：采用高速分散机将环氧树脂与活性稀释剂混合均匀，分散过程中加入流变剂、金红石钛白粉、和霞石粉，高速分散至细度最大50微米，温度达到60-65℃。
B组分：加入固化剂、环氧促进剂和附着力促进剂，混合均匀。
使用前，按照表3所示的重量比将A组分和B组分混合，制备无溶剂高性能饮用水涂料。如果表3中没有相应组分，则生产工艺过程中不添加该组分。
表2
表3
对涂料的实干时间、所形成的涂层的附着力，抗冲击性能、耐磨性以及耐浸泡性进行检测，测试结果见表4和表5，检测方法如下：
粘度：测试方法GB/T 9269(ASTM D562)。
实干时间：测试方法GB 1728。
附着力：测试方法GB/T 5210。
抗冲击：测试方法ASTM D2794。
耐磨性：ASTM D4060。
耐浸泡性：测试方法GB/T 9274甲法(ISO 2812第2部分)。
注：附着力、抗冲击性、耐磨性、耐浸泡性测试时的涂层厚度为400微米。
表4
表5
根据上述实施例和对比例的数据可以看出，环氧活性稀释剂和固化剂用量对涂料粘度和漆膜性能有较大影响，因此，将环氧活性稀释剂和固化剂用量控制在本发明权利要求范围，有利于改善涂料的施工性和漆膜性能。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：环氧树脂、环氧活性稀释剂与固化剂配合，结合附着力促进剂和环氧促进剂，有利于改善无溶剂高性能饮用水涂料的防腐性、耐水性、机械性和施工性。
将环氧树脂、活性稀释剂和固化剂结合使用，可以明显降低涂料粘度，改善防腐涂料的防腐性、耐水性、机械性和施工性。加入硅烷类附着力促进剂，可以提高漆膜的机械强度，改善耐湿性和附着力。加入环氧促进剂，可以改善漆膜的干燥性能。以上几方面的因素，使得本发明所提供的防腐涂料具有优异的防腐性、耐水性、机械性和施工性，VOC含量为零，可以明显改善施工效率，减少施工时间，实现VOC零排放，从而确保其符合极其严格的卫生要求和环保法规。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本发明的无溶剂高性能饮用水涂料中，环氧树脂每个分子含有不止一个环氧基团，它们位于内部、末端或环状结构上，通过控制固化剂和环氧活性稀释剂的用量，可以降低粘度，改善防腐涂料的施工和物理性能，进而实现喷涂施工。通过控制上述防腐涂料中各组分的含量和组分种类，可以将上述防腐涂料的粘度控制在100～120KU，进而实现喷涂或刷涂。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种饮用水装置用无溶剂型防腐涂料，其特征在于，以重量份计，所述防腐涂料包括：
36～50份的环氧树脂、10～16份的环氧活性稀释剂、9～15份的固化剂和15～42份的颜填料。
2.根据权利要求1所述的防腐涂料，其特征在于，以重量份计，所述防腐涂料包括：39～47份的所述环氧树脂、11～15份的所述环氧活性稀释剂、10～14份的所述固化剂和19～38份的所述颜填料，优选所述环氧树脂的环氧当量为150～200，更优选为160～190；进一步优选所述固化剂的氢当量与所述环氧树脂的环氧当量的比率为60:100至100:100。
3.根据权利要求1或2所述的防腐涂料，其特征在于，所述环氧树脂选自双酚A环氧树脂和双酚F环氧树脂中的任意一种或多种的组合。
4.根据权利要求1或2所述的防腐涂料，其特征在于，所述环氧活性稀释剂选自单缩水甘油醚、二缩水甘油醚和叔碳酸缩水甘油酯中的任意一种或多种的组合。
5.根据权利要求1或2所述的防腐涂料，其特征在于，所述固化剂选自脂肪胺、脂环胺、酚醛胺和各自与环氧树脂的加成物中的任意一种或多种的组合。
6.根据权利要求1或2所述的防腐涂料，其特征在于，以重量份计，所述防腐涂料还包括0.1～1份的附着力促进剂，优选为0.2～0.8份的所述附着力促进剂，优选所述附着力促进剂为硅烷偶联剂。
7.根据权利要求1或2所述的防腐涂料，其特征在于，以重量份计，所述防腐涂料还包括0.2～2份的环氧促进剂，优选为0.5～1.5份的所述环氧促进剂，优选所述环氧促进剂选自酚类、水杨酸、羧酸、磺酸和各自的盐类中的任意一种或多种的组合。
8.根据权利要求1或2所述的防腐涂料，其特征在于，以重量份计，所述防腐涂料还包括1～3份的助剂，优选为1.5～2.5份的所述助剂。
9.一种饮用水装置用防腐涂层，将防腐涂料刷涂或喷涂后固化形成，其特征在于，所述防腐涂料为权利要求1至8中任一项所述的防腐涂料。
10.一种饮用水装置，包括饮用水装置主体和附着在其上的防腐涂层，其特征在于，所述防腐涂层为权利要求9所述的防腐涂层。
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