CN110616013A - 一种水性耐腐蚀涂料组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水性耐腐蚀涂料组合物及其制备方法。该水性耐腐蚀涂料组合物按质量百分比由以下组分制备而成：水性树脂或乳液35～50％，胍类缓蚀剂1～10％，缓蚀剂载体5～10％，助剂1～5％，水25～45％。其制备方法包括以下步骤：按照偶联剂:胍＝2:1的摩尔比，将胍和羟基硅烷偶联剂或异氰酸基偶联剂混合，50～70℃水浴反应后得到缓蚀剂；将缓蚀剂与乙醇混合，加入缓蚀剂载体，浸泡后取出并晾干，去掉乙醇，得到负载了缓蚀剂的载体；将负载了缓蚀剂的载体与其他原料一起混合后研磨，即可。本发明的水性耐腐蚀涂料组合物制备工艺简单，环保，具有优异的耐腐蚀性能，特别适用于金属材料表面的防腐保护。

Description

一种水性耐腐蚀涂料组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于涂料领域，具体说是涉及一种水性耐腐蚀涂料组合物及其制备方法和应用。
背景技术
水性涂料作为防腐涂料使用，最大技术障碍就是耐腐蚀性能大幅降低。一般油性防腐涂料在盐雾实验中，极容易达到2000小时以上，而一般水性涂料只能达到20-300小时，相差一个数量级甚至还多，当前，水性其组合物组成的水性防腐提供的水性耐腐蚀性水平与能力，难以满足现实防腐要求。
金属常温腐蚀是一种电化学过程，基低金属材料的腐蚀速度受电化学过程控制，它包括阳极过程控制、阴极过程控制以及物质传递过程控制，改变任何一个过程，都会改变电极过程，从而改变金属的腐蚀速度。
在涂料中可以采用阳极过程控制，例如在金属涂料中，加入氧化性的无机物，红丹、铬酸盐，在金属表面形成钝化层，从而提高涂层的耐腐蚀性；也采用阴极控制使阴极电流减小而使涂层的寿命延长，如加入一些缓蚀剂。同时，也从电化学保护中得到启发，通过保护电流而提高涂层的寿命，如加入锌粉、外加电流措施。金属缓蚀剂也是一种控制金属腐蚀重要的措施。缓蚀剂是解决金属腐蚀的重要措施之一，缓蚀剂种类很多，例如金属磺酸盐、含有羧酸的重金属盐的颜料组合物、苯甲酸盐、亚硝酸盐和硝酸盐。而这样常规的缓蚀剂极性过大，极容易在涂层内形成半透膜，导致渗水而使涂层耐腐蚀性降低。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种水性耐腐蚀涂料组合物。具体技术方案如下：
一种水性耐腐蚀涂料组合物，按质量百分比由以下组分制备而成：水性树脂或乳液 35～50％，缓蚀剂1～10％，缓蚀剂载体5～10％，助剂1～5％，水25～45％；所述缓蚀剂的结构式如下：
其中，L为羟基硅烷偶联剂或异氰酸基偶联剂。
优选地，所述缓蚀剂的结构式如下式(1)或式(2)所示：
其中，R为碳原子数为1-3的烷基；
其中，R是含有硅烷的基团。
优选地，所述水性树脂或乳液为乙酸乙酯或丙烯酸酯。
优选地，所述缓蚀剂载体为粘土、蒙脱土、沸石或蛭石。
优选地，所述助剂包括成膜助剂、消泡剂、润湿剂、分散剂、增稠剂。
更优选地，所述成膜助剂是乙二醇丁醚、乙醇、丁醇按照质量比1:9:4的混合物，占助剂总质量的20％；消泡剂和润湿剂为乙炔二醇，占助剂总质量的50％；分散剂为磷酸酯，占助剂总质量的20％；增稠剂为乙氧基化醇，占助剂总质量的10％。
本发明的目的之二是提供所述水性耐腐蚀涂料组合物的制备方法。具体技术方案如下：
所述水性耐腐蚀涂料组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照偶联剂:胍＝2:1的摩尔比，将胍和羟基硅烷偶联剂混合，边搅拌边在50～70℃水浴反应0.5～3小时，得到缓蚀剂1；
按照缓蚀剂与乙醇的质量比为1:10，将缓蚀剂1与乙醇混合，搅拌均匀后加入粒度≤15μm 的缓蚀剂载体，所述缓蚀剂载体加入量以被乙醇浸没为准，浸泡18-36小时后取出，晾干，去掉乙醇，得到负载了缓蚀剂1的缓蚀剂载体；
(2)按照偶联剂:胍＝2:1的摩尔比，将胍和异氰酸基偶联剂混合，边搅拌边在50～70℃水浴反应0.5～3小时，得到缓蚀剂2；
按照缓蚀剂与乙醇的质量比为1:10，将缓蚀剂1与乙醇混合，搅拌均匀后加入粒度≤15μm 的缓蚀剂载体，所述缓蚀剂载体加入量以被乙醇浸没为准，浸泡18-36小时后取出，晾干，去掉乙醇，得到负载了缓蚀剂2的缓蚀剂载体；
(3)按照质量比配方，将所述负载了缓蚀剂1的缓蚀剂载体、负载了缓蚀剂2的缓蚀剂载体、水性树脂或乳液、助剂和水搅拌混合均匀后研磨至粒度为0.5～10μm，即可得到所述水性耐腐蚀涂料组合物。
本发明的目的之三是提供所述水性耐腐蚀涂料组合物应用。具体技术方案如下：
所述水性耐腐蚀涂料组合物应用于金属材料表面。
优选地，应用于钢铁材料表面，采用涂覆或喷涂，干膜厚度≥30μm。
缓蚀剂组分的结构：
我们研究中发现，连接在偶联剂上的缓蚀剂，会抗腐蚀效果增强，我们发明的缓蚀剂是胍类化合物，其分子式如式(1)所示：
其中，L为偶联剂，它包括羟基硅烷偶联剂、含有异氰酸基的偶联剂，这两类偶联剂都适合改性胍类化合物，并对胍类缓蚀剂有明显的增效作用。其相应的改性产物见下式(2)与式(3)：
其中，R为碳原子数为1-3的烷基；
其中，R是含有硅烷的基团。
有益效果：
本发明合成了胍类缓蚀剂并将其应用于水性涂料组合物，得到了耐腐蚀性能优异的水性涂料组合物(耐盐雾时间最高可达1900小时)。该水性涂料组合物制备工艺简单，环保，特别适用于金属材料表面的防腐保护。
具体实施方式
通过以下实施例进一步阐述本发明。尽管提供实施例以阐述本发明，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法，步骤或条件所做的修改和替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
助剂
实施例中使用的助剂为成膜助剂、消泡剂、润湿剂、分散剂、增稠剂，以添加剂包的形式添加。添加剂包的成分为：成膜助剂是乙二醇丁醚、乙醇、丁醇按照质量比1:9:4的混合物，占添加剂包总质量的20％；消泡剂和润湿剂为乙炔二醇，占添加剂包总质量的50％；分散剂为磷酸酯，占添加剂包总质量的20％；增稠剂为乙氧基化醇，占添加剂包总质量的10％。
实施例1一种水性耐腐蚀涂料组合物的制备方法
(1)按照偶联剂:胍＝2:1的摩尔比，称取胍和羟基硅烷偶联剂，放入烧瓶，以300r/min 的速度搅拌，65℃水浴加热，反应1小时，得到缓蚀剂1；
按照缓蚀剂与乙醇的质量比为1:10，缓蚀剂1与乙醇混合，搅拌均匀后加入粒度≤15μm 的缓蚀剂载体(粘土)，所述缓蚀剂载体加入量以被乙醇浸没为准，浸泡24小时后取出，晾干，去掉乙醇，得到负载了缓蚀剂1的缓蚀剂载体；
(2)按照偶联剂:胍＝2:1的摩尔比，称取胍和异氰酸基偶联剂，放入烧瓶，以300r/min 的速度搅拌，65℃水浴加热，反应1小时，得到缓蚀剂2；
按照缓蚀剂与乙醇的质量比为1:10，将缓蚀剂1与乙醇混合，搅拌均匀后加入粒度≤15μm 的缓蚀剂载体(粘土)，所述缓蚀剂载体加入量以被乙醇浸没为准，浸泡24小时后取出，晾干，去掉乙醇，得到负载了缓蚀剂2的缓蚀剂载体；
(3)按照表1的配方，将所述负载了缓蚀剂1的缓蚀剂载体、负载了缓蚀剂2的缓蚀剂载体、水性树脂或乳液、助剂(全部助剂形成一个添加剂包)和水混合，加入到搅拌釜中进行搅拌，搅拌的速度为450r/min，搅拌均匀后，转入到砂磨机中进行研磨，研磨4小时后，至粒度达到0.5-10μm，即可得到所述水性耐腐蚀涂料组合物。
表1实施例1配方(单位：克)
实施例2一种水性耐腐蚀涂料组合物的制备方法
(1)按照偶联剂:胍＝2:1的摩尔比，称取胍和羟基硅烷偶联剂，放入烧瓶，以300r/min 的速度搅拌，65℃水浴加热，反应1小时，得到缓蚀剂1；
按照缓蚀剂与乙醇的质量比为1:10，缓蚀剂1与乙醇混合，搅拌均匀后加入粒度≤15μm 的缓蚀剂载体(蒙脱土)，所述缓蚀剂载体加入量以被乙醇浸没为准，浸泡24小时后取出，晾干，去掉乙醇，得到负载了缓蚀剂1的缓蚀剂载体；
(2)按照偶联剂:胍＝2:1的摩尔比，称取胍和异氰酸基偶联剂，放入烧瓶，以300r/min 的速度搅拌，65℃水浴加热，反应1小时，得到缓蚀剂2；
按照缓蚀剂与乙醇的质量比为1:10，将缓蚀剂1与乙醇混合，搅拌均匀后加入粒度≤15μm 的缓蚀剂载体(蒙脱土)，所述缓蚀剂载体加入量以被乙醇浸没为准，浸泡24小时后取出，晾干，去掉乙醇，得到负载了缓蚀剂2的缓蚀剂载体；
(3)按照表2的配方，将所述负载了缓蚀剂1的缓蚀剂载体、负载了缓蚀剂2的缓蚀剂载体、水性树脂或乳液、助剂(全部助剂形成一个添加剂包)和水混合，加入到搅拌釜中进行搅拌，搅拌的速度为450r/min，搅拌均匀后，转入到砂磨机中进行研磨，研磨4小时后，至粒度达到0.5-10μm，即可得到所述水性耐腐蚀涂料组合物。
表2实施例2配方(单位：克)
实施例2-1 实施例2-2 实施例2-3 实施例2-4 实施例2-5 实施例2-6
蒙脱土 10 10 5 5 10 10
缓蚀剂1 5 5 5 5 5 5
缓蚀剂2 1 2 3 1 4 2
添加剂包 1 5 5 5 5 5
乙酸乙酯 50 35 50 50 50 50
水 33 43 32 34 26 28
实施例3一种水性耐腐蚀涂料组合物的制备方法
(1)按照偶联剂:胍＝2:1的摩尔比，称取胍和羟基硅烷偶联剂，放入烧瓶，以300r/min 的速度搅拌，65℃水浴加热，反应1小时，得到缓蚀剂1；
按照缓蚀剂与乙醇的质量比为1:10，缓蚀剂1与乙醇混合，搅拌均匀后加入粒度≤15μm 的缓蚀剂载体(沸石)，所述缓蚀剂载体加入量以被乙醇浸没为准，浸泡24小时后取出，晾干，去掉乙醇，得到负载了缓蚀剂1的缓蚀剂载体；
(2)按照偶联剂:胍＝2:1的摩尔比，称取胍和异氰酸基偶联剂，放入烧瓶，以300r/min 的速度搅拌，65℃水浴加热，反应1小时，得到缓蚀剂2；
按照缓蚀剂与乙醇的质量比为1:10，将缓蚀剂1与乙醇混合，搅拌均匀后加入粒度≤15μm 的缓蚀剂载体(沸石)，所述缓蚀剂载体加入量以被乙醇浸没为准，浸泡24小时后取出，晾干，去掉乙醇，得到负载了缓蚀剂2的缓蚀剂载体；
(3)按照表3的配方，将所述负载了缓蚀剂1的缓蚀剂载体、负载了缓蚀剂2的缓蚀剂载体、水性树脂或乳液、助剂(全部助剂形成一个添加剂包)和水混合，加入到搅拌釜中进行搅拌，搅拌的速度为450r/min，搅拌均匀后，转入到砂磨机中进行研磨，研磨4小时后，至粒度达到0.5-10μm，即可得到所述水性耐腐蚀涂料组合物。
表3实施例3配方(单位：克)
实施例3-1 实施例3-2 实施例3-3 实施例3-4 实施例3-5 实施例3-6
沸石 10 10 5 5 10 5
缓蚀剂1 4 4 4 4 4 4
缓蚀剂2 1 1 1 1 1 2
添加剂包 1 5 5 1 5 5
丙烯酸酯 50 35 50 50 50 50
水 34 45 35 39 30 34
实施例4一种水性耐腐蚀涂料组合物的制备方法
(1)按照偶联剂:胍＝2:1的摩尔比，称取胍和羟基硅烷偶联剂，放入烧瓶，以300r/min 的速度搅拌，65℃水浴加热，反应1小时，得到缓蚀剂1；
按照缓蚀剂与乙醇的质量比为1:10，缓蚀剂1与乙醇混合，搅拌均匀后加入粒度≤15μm 的缓蚀剂载体(蛭石)，所述缓蚀剂载体加入量以被乙醇浸没为准，浸泡24小时后取出，晾干，去掉乙醇，得到负载了缓蚀剂1的缓蚀剂载体；
(2)按照偶联剂:胍＝2:1的摩尔比，称取胍和异氰酸基偶联剂，放入烧瓶，以300r/min 的速度搅拌，65℃水浴加热，反应1小时，得到缓蚀剂2；
按照缓蚀剂与乙醇的质量比为1:10，将缓蚀剂1与乙醇混合，搅拌均匀后加入粒度≤15μm 的缓蚀剂载体(蛭石)，所述缓蚀剂载体加入量以被乙醇浸没为准，浸泡24小时后取出，晾干，去掉乙醇，得到负载了缓蚀剂2的缓蚀剂载体；
(3)按照表4的配方，将所述负载了缓蚀剂1的缓蚀剂载体、负载了缓蚀剂2的缓蚀剂载体、水性树脂或乳液、助剂(全部助剂形成一个添加剂包)和水混合，加入到搅拌釜中进行搅拌，搅拌的速度为450r/min，搅拌均匀后，转入到砂磨机中进行研磨，研磨4小时后，至粒度达到0.5-10μm，即可得到所述水性耐腐蚀涂料组合物。
表4实施例4配方(单位：克)
实施例4-1 实施例4-2 实施例4-3 实施例4-4 实施例4-5 实施例4-6
蛭石 10 10 5 5 10 5
缓蚀剂1 5 5 5 5 5 5
缓蚀剂2 5 5 5 5 5 5
添加剂包 1 5 5 5 5 5
丙烯酸酯 50 35 50 50 50 50
水 29 40 30 30 25 30
实施例5耐盐雾性能测试
采用无气喷涂，将实施例1-4所得水性涂料组合物喷涂在冷轧钢板表面(钢板大小为 15×5×2mm)，喷涂厚度控制在100μm，干燥后漆膜厚度控制在75-80μm，干燥一周后进行盐雾测试(根据改良ASTM B117-09以35℃和5％盐水溶液的试验条件进行盐雾试验)，测试结果见表5。
表5实施例实验结果汇总
一般的水性涂料耐盐雾只能达到20-300个小时，而从表5中可见，本发明所得水性涂料组合物的耐盐雾时间达到976～1900小时，可见本发明所得水性涂料组合物的耐腐蚀性能优异。

Claims (9)

1.一种水性耐腐蚀涂料组合物，其特征在于，按质量百分比由以下组分制备而成：水性树脂或乳液35～50％，缓蚀剂1～10％，缓蚀剂载体5～10％，助剂1～5％，水25～45％；所述缓蚀剂的结构式如下：
其中，L为羟基硅烷偶联剂或异氰酸基偶联剂。
2.根据权利要求1所述的水性耐腐蚀涂料组合物，其特征在于，所述缓蚀剂的结构式如下图1或下图2所示：
其中，R为碳原子数为1-3的烷基；
其中，R是含有硅烷的基团。
3.根据权利要求1所述的水性耐腐蚀涂料组合物，其特征在于，所述水性树脂或乳液为乙酸乙酯或丙烯酸酯。
4.根据权利要求1所述的水性耐腐蚀涂料组合物，其特征在于，所述缓蚀剂载体为粘土、蒙脱土、沸石或蛭石。
5.根据权利要求1所述的水性耐腐蚀涂料组合物，其特征在于，所述助剂包括成膜助剂、消泡剂、润湿剂、分散剂、增稠剂。
6.根据权利要求5所述的水性耐腐蚀涂料组合物，其特征在于，所述成膜助剂是乙二醇丁醚、乙醇、丁醇按照质量比1:9:4的混合物，占助剂总质量的20％；消泡剂和润湿剂为乙炔二醇，占助剂总质量的50％；分散剂为磷酸酯，占助剂总质量的20％；增稠剂为乙氧基化醇，占助剂总质量的10％。
7.如权利要求1-6任一项所述水性耐腐蚀涂料组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照偶联剂:胍＝2:1的摩尔比，将胍和羟基硅烷偶联剂混合，边搅拌边在50～70℃水浴反应0.5～3小时，得到缓蚀剂1；
按照缓蚀剂与乙醇的质量比为1:10，将缓蚀剂1与乙醇混合，搅拌均匀后加入粒度≤15μm的缓蚀剂载体，所述缓蚀剂载体加入量以被乙醇浸没为准，浸泡18-36小时后取出，晾干，去掉乙醇，得到负载了缓蚀剂1的缓蚀剂载体；
(2)按照偶联剂:胍＝2:1的摩尔比，将胍和异氰酸基偶联剂混合，边搅拌边在50～70℃水浴反应0.5～3小时，得到缓蚀剂2；
按照缓蚀剂与乙醇的质量比为1:10，将缓蚀剂1与乙醇混合，搅拌均匀后加入粒度≤15μm的缓蚀剂载体，所述缓蚀剂载体加入量以被乙醇浸没为准，浸泡18-36小时后取出，晾干，去掉乙醇，得到负载了缓蚀剂2的缓蚀剂载体；
(3)按照质量比配方，将所述负载了缓蚀剂1的缓蚀剂载体、负载了缓蚀剂2的缓蚀剂载体、水性树脂或乳液、助剂和水搅拌混合均匀后研磨至粒度为0.5～10μm，即可得到所述水性耐腐蚀涂料组合物。
8.如权利要求1-6任一项所述水性耐腐蚀涂料组合物应用于金属材料表面。
9.根据权利要求8所述应用的方法，其特征在于，应用于钢铁材料表面，采用涂覆或喷涂，干膜厚度≥30μm。
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