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
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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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112646451A (zh) * | 2020-12-08 | 2021-04-13 | 沈阳化工大学 | 一种多级孔纳米沸石改性环氧陶瓷涂料 |
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2019
- 2019-10-17 CN CN201910986743.3A patent/CN110616013A/zh active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN112646451A (zh) * | 2020-12-08 | 2021-04-13 | 沈阳化工大学 | 一种多级孔纳米沸石改性环氧陶瓷涂料 |
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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