CN114181588A - 一种水性环氧富锌底漆及其制备方法 - Google Patents

一种水性环氧富锌底漆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水性环氧富锌底漆及其制备方法，包括主剂和硬化剂，所述主剂由占重量份的以下成分组成：丙二醇甲醚5‑10份，丙二醇甲醚醋酸酯5‑10份，分散剂0.1‑0.5份，非离子胺类聚合物5‑10份，有机膨润土2‑3份，沸石粉1‑5份，锌粉70‑80份，气相白炭黑0.5‑1份，亚硝酸钠0.01‑0.1，防沉抗流挂助剂1‑2；所述硬化剂由占重量份的以下成分组成：水性环氧乳液90‑95份，防闪锈助剂5‑10，去离子水0‑1。本发明提供的水性环氧富锌底漆增强了水性环氧富锌底漆的防腐性能，在不影响水性环氧富锌底漆防腐性能的情况下，提供了优异的防沉抗流挂效果。

Description

一种水性环氧富锌底漆及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种水性环氧富锌底漆及其制备方法。
背景技术
水性环氧富锌底漆的成膜过程分为物理干燥过程与化学干燥过程，成膜初期为物理干燥过程，随着水分与助溶剂的蒸发，分散体或乳液粒子凝聚，聚合物链相互扩散和反应。化学干燥过程主要包括环氧乳液中环氧基与多元胺中活泼氢之间的交联。
主剂为多元胺加锌粉组分，水性环氧富锌底漆主剂中因为含有大量的锌粉，最主要的防腐蚀是通过电化学反应，锌粉比钢铁活泼，优先于空气中腐蚀介质反应，从而保护被涂物，为防止金属锌遇水氧化导致电化学保护作用减弱，加入少量的分子筛沸石粉吸水。硬化剂为水性环氧乳液，为防止固化过程中与钢铁基材接触产生闪锈，主要是水中氢键与金属基材离子反应，发生快速腐蚀，加入少量的防闪锈助剂，同时可以提高涂料对基材的附着力和耐盐雾性能。
水性环氧富锌底漆的防腐蚀原理主要通过四个方面来实现，第一是电化学保护作用，水性环氧富锌底漆主剂中因为含有大量的锌粉，最主要的防腐蚀是通过电化学反应，锌粉比钢铁活泼，优先于空气或海洋中腐蚀介质反应，从而保护被涂物，起到电化学保护作用。第二是屏蔽作用，水性环氧富锌底漆的屏蔽作用主要靠难溶盐和腐蚀产物的生成，同时这些腐蚀产物可以使涂膜紧密地结合起来，增大电阻，减缓电化学腐蚀的速率，锌粉的消耗速率就会大大降低，其耐久性就会提高。第三是自修补作用，当涂膜上有部位损伤后，露出基体金属，在较小面积内腐蚀电流能流向钢铁露出部分，则锌的产物就沉积在此处形成一层保护膜，延缓腐蚀继续发生。第四是钝化作用，金属锌经过电化学反应，表面形成致密的氧化膜，紧密覆盖在金属表面，改变了金属的表面状态，使金属的电极电位大大向正方向跃变，而成为耐蚀的钝态。
随着各国环保法规的健全和人们环保意识的增强，应用于集装箱钢结构等重防腐涂料中富锌底漆的挥发性有机化合物(VOC)的排放量受到愈来愈严格的限制。开发低污染、高性能的环保型水性涂料成为重防腐涂料技术发展的主要方向。同时环保的水性环氧富锌底漆，以水为稀释剂，减少对环境的污染，以及对健康的危害，属于环保型高性能涂料。
目前水性环氧富锌底漆在室外无气喷涂的条件下施工性方面存在缺陷，由于锌粉比重7.14g/cm3极大，极易出现沉降的问题，无气喷涂施工湿膜厚度太厚时容易出现的流挂等问题，水性环氧富锌底漆储存性和施工性方面的提升是亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，旨在解决由于水性环氧富锌底漆在存储性与施工性方面存在的缺陷，而提供一种优异防沉效果的水性环氧富锌底漆，其具有更稳定的存储性、更优异的施工性，以方便用量巨大的集装箱钢结构等重防腐水性环氧富锌底漆正常稳定的施工。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种水性环氧富锌底漆，其包括主剂和硬化剂，
所述主剂由以下重量份的组分组成：
Figure BDA0003438070470000021
Figure BDA0003438070470000031
所述硬化剂由以下重量份的组分组成：
水性环氧乳液 90-95份；
防闪锈助剂 5-10份；
去离子水 0-1份。
优选地，所述主剂由如下重量份的各组组分组成：
Figure BDA0003438070470000032
所述硬化剂由以下重量份的组分组成：
水性环氧乳液 92-94份；
防闪锈助剂 6-9份；
去离子水 0.5-1份。
本发明提供一种实施方式，所述主剂由以下重量份的组分组成：
Figure BDA0003438070470000033
Figure BDA0003438070470000041
所述硬化剂由以下重量份的组分组成：
水性环氧乳液 92份；
防闪锈助剂 7份；
去离子水 1份。
优选地，所述主剂与硬化剂的重量配比为3.7：1。
优选地，所述沸石粉的粒径大小为1000-1500目；进一步优选为1250-1500目。作为一种实施方式，所述沸石粉选用的是1250目沸石粉。
优选地，所述锌粉粒径大小为500-800目；进一步优选为600-800目。作为一种实施方式，所述锌粉选用的是比重为7.14g/cm3，质量分数＞96％的600目金属锌。
优选地，所述多胺加成物为非离子胺类聚合物，固含量为68％，供货形式活泼氢当量为300g/mol。
优选地，所述防沉抗流挂助剂为毕克流变助剂BYK-D 410与毕克流变助剂BYK-D420相同重量比混合的改性脲。
优选地，所述水性环氧乳液选用的是基于1001环氧树脂改性的双酚A型环氧树脂的非离子型水性分散液，固含量为53％，环氧当量为550g/mol。
优选地，所述分散剂选用美国OMG的Borchi-1252，其为100％非离子型聚丙烯酸酯水溶液，对有机和无机颜料均有良好的分散性。
优选地，所述防闪锈助剂为北京之途化工有限公司的ZT-707，防闪锈剂ZT-707是由多种高效化学剂复配而成，它能解决水性涂料在高碳钢材或铸铁上涂覆，且在潮湿条件下干燥出现的闪锈问题；并且表干后的涂膜遇水也不会出现返锈问题。防闪锈剂ZT-707含有多种缓蚀剂成分，一方面可以使被涂装的金属表面产生钝化膜，可以提高涂层的耐腐蚀性能。另外有机缓蚀剂的缓蚀官能团在金属表面的吸附作用。由于化学吸附的结果，降低了金属活性，吸附膜阻止了侵蚀性物质对金属的腐蚀，弥补了涂层因空隙所造成的缺陷引起的涂层下腐蚀。
本发明还提供了一种水性环氧富锌底漆的制备方法，其包括如下步骤：
步骤一、主剂的制备步骤：
向无水分散容器中依次加入配方量的助溶剂PM、多胺加成物、分散剂、有机膨润土、沸石粉、锌粉、气相二氧化硅、助溶剂PMA、亚硝酸钠和防沉抗流挂助剂；
步骤二、硬化剂的制备步骤：
向另一分散容器中依次加入配方量的水性环氧乳液、防闪锈助剂和去离子水，混合后过滤即得水性环氧富锌底漆的硬化剂部分。
优选地，步骤一中加入各组分是在搅拌状态下进行，其中助溶剂PM、多胺加成物、分散剂加入过程中的搅拌速度为400-600r/min。
优选地，有机膨润土、沸石粉、锌粉、气相二氧化硅加入过程中的搅拌速度为1200-1500r/min。
优选地，助溶剂PMA、亚硝酸钠和防沉抗流挂助剂加入过程中的搅拌速度为800-1000r/min。
优选地，步骤二中各组分加入过程中的搅拌速度为200-300r/min。
以下为配方中各组分作用的详细介绍：
水性环氧乳液：涂料体系中的主要成膜物，漆膜的物理性能主要由成膜物质本身的性质来决定；
多胺加成物：涂料体系中的主要交联剂，提供与水性环氧乳液中的环氧基交联的胺基；
分散剂：稳定颜填料的分散体，改性颜填料表面活性，调整颜填料粒子的分子间运动，加入适量的分散剂，能缩短分散时间，增加着色力和遮盖力，改善颜料的展色性和调色性，防止浮色发花，防止絮凝沉降等作用；
有机膨润土：有机膨润土防沉剂结构呈片状，在片状结构的边缘含有大量氧和氢氧基团的存在，因此分散在水性环氧富锌底漆中的薄片可以借助氧和氢氧基团形成氢键，在环氧富锌底漆中形成立体网状结构，赋予涂料一种结构黏度，其主要作用是提高锌粉的悬浮稳定性；
沸石粉：沸石粉在水性环氧富锌底漆的主剂中主要是作为分子筛充当就地干燥剂的作用，分子筛有助于清除主剂组分中的水分，防止锌粉遇水氧化导致漆膜防腐性能下降；
锌粉：涂层中的最主要的防腐材料，主要是阴极保护作用，即涂层中的锌粉通过电化学反应，牺牲阳极保护钢铁，从而延长了钢铁的使用寿命；
气相二氧化硅：通过气相二氧化硅表面的羟基和树脂，单体以及气硅之间形成氢键，构成三维网状结构，来提供增稠，触变，抗流挂等特性；
助溶剂：助溶剂可降低整个涂料体系的粘度，提供对颜填料的润湿性，改善了分散的效果，同时也是一种极佳的成膜助剂，降低MFFT，使漆膜的成膜性更好；
亚硝酸钠：在涂层中起到金属缓蚀剂的作用，在金属表面形成钝化膜，使阳极的表面积减少，有效的阻止金属表面阳极部分的金属离子进入溶液，使得金属腐蚀强度减小，从而增加防腐性能；
防沉抗流挂助剂：所用的防沉抗流挂助剂为BYK-D 410/BYK-D 420，是一种改性聚脲，使体系可形成三维网状结构，产生触变性，从而可防止颜填料的沉降，改善涂膜抗流挂性；
本发明的核心在于在水性环氧富锌底漆中使用了有机膨润土，气相二氧化硅，改性聚脲这三种防沉抗流挂的材料，有机膨润土通过在涂层中形成立体网状结构，提高锌粉的悬浮性，气硅和改性聚脲通过形成三维网状结构，来提供增稠，触变，抗流挂性，再通过三者之间的协同作用达到优异的防沉抗流挂效果。
与现有的技术相比，本发明的有益效果在于：
通过在体系中添加沸石粉分子筛除水，防止锌粉遇水氧化降低防腐性能，在主剂中使用亚硝酸钠，在金属表面形成钝化膜，使得对金属基材的腐蚀强度降低，增强了水性环氧富锌底漆的防腐性能，在不影响水性环氧富锌底漆防腐性能的情况下，提供了优异的防沉抗流挂效果。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同意义。
值得说明的是，如无特别说明，本发明中使用的原料均为普通市售产品。其中，以下实施例中的水性环氧乳液选用的是基于1001环氧树脂改性的双酚A型环氧树脂的非离子型水性分散液，固含量为53％，环氧当量为550g/mol，产品型号为：HEXION美国瀚森Epikote6520-WH-53水性环氧乳液分散体，购于瀚森化工企业管理(上海)有限公司；多胺加成物选用的是非离子胺类聚合物，固含量为68％，供货形式活泼氢当量为300g/mol，产品信息为
HEXION美国瀚森EPIKURE8538-Y-68低粘度改性多元胺水性环氧固化剂，购于瀚森化工企业管理(上海)有限公司；分散剂选用美国OMG的Borchi-1252，有机膨润土选用的是海明斯的BP-186D，锌粉选用的是艾维富虹的600目金属锌，气硅选用的是和氏璧的HL-200，防沉抗流挂助剂选用的是德国毕克的BYK-D 410/BYK-D 420，防闪锈助剂选用的是北京之途化工有限公司的ZT-707。
实施例1
一种水性环氧富锌底漆，包含主剂和硬化剂，主剂由占重量份的以下成分组成：
Figure BDA0003438070470000081
所述硬化剂由以下重量份的组分组成：
水性环氧乳液 92份；
防闪锈助剂 7份；
去离子水 1份。
实施例2
一种水性环氧富锌底漆，包含主剂和硬化剂，主剂由占重量份的以下成分组成：
Figure BDA0003438070470000082
Figure BDA0003438070470000091
所述硬化剂由以下重量份的组分组成：
水性环氧乳液 92份；
防闪锈助剂 7份；
去离子水 1份。
实施例3
一种水性环氧富锌底漆，包含主剂和硬化剂，主剂由占重量份的以下成分组成：
Figure BDA0003438070470000092
所述硬化剂由以下重量份的组分组成：
水性环氧乳液 92份；
防闪锈助剂 7份；
去离子水 1份。
上述三个实施例的水性环氧富锌底漆通过以下制备方法制得：
主剂制备方法包括以下步骤：
a，将分散容器，分散盘清理干净，不能含有任何水分，在分散容器中加入配方量的助溶剂PM；
b，在搅拌下，缓慢加入配方量的多胺加成物；
c，在搅拌下，缓慢加入配方量的分散剂；
d，在搅拌下，缓慢加入配方量的有机膨润土；
e，在搅拌下，缓慢加入配方量的1250目沸石粉；
f，在搅拌下，缓慢加入配方量的600目锌粉；
g，在搅拌下，缓慢加入配方量的气相二氧化硅；
h，在搅拌下，缓慢加入配方量的助溶剂PMA；
i，在搅拌下，缓慢加入配方量的亚硝酸钠；
j，在搅拌下，缓慢加入配方量的防沉抗流挂助剂；
所述硬化剂组分的制备包括以下步骤：
a，在分散容器中加入配方量的水性环氧乳液；
b，在搅拌下，加入配方量的防闪锈助剂，
c，在搅拌在，加入配方量的去离子水，清洗分散盘上的残余部分，用200目滤网过滤，即得一种优异防沉效果的水性环氧富锌底漆的硬化剂部分。
将表1：实施例1-3产品各项测试结果
Figure BDA0003438070470000101
Figure BDA0003438070470000111
Figure BDA0003438070470000121
由表1可见，实施例1使用了有机膨润土，气硅，改性聚脲，相比较其他两个实施例，在基本不影响原有的性能的前提下，通过三者的协同作用，防沉抗流挂性能得到明显提升，另外对于附着力也有很大的提升。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，将防沉抗流挂助剂改性脲替换为等量的上海深竹化工科技有限公司的SN-T9769A聚酰胺蜡防沉抗流挂助剂。
性能测试结果显示，本对比例1提供的产品的抗流挂性能小于275μm不流挂，明显差于实施例1的350μm不流挂。
对比例2
与实施例1的区别仅在于，将有机膨润土替换为海名斯有机膨润土BENTONE SD-2。
性能测试结果显示，本对比例1提供的产品的抗流挂性能小于325μm不流挂，明显差于实施例1的350μm不流挂。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水性环氧富锌底漆，其特征在于，包括主剂和硬化剂，
所述主剂由以下重量份的组分组成：
Figure FDA0003438070460000011
所述硬化剂由以下重量份的组分组成：
水性环氧乳液 90-95份；
防闪锈助剂 5-10份；
去离子水 0-1份。
2.根据权利要求1所述的水性环氧富锌底漆，其特征在于，所述主剂和硬化剂的重量比为2-10：1。
3.根据权利要求1所述的水性环氧富锌底漆，其特征在于，所述主剂由以下重量份的组分组成：
Figure FDA0003438070460000012
所述硬化剂由以下重量份的组分组成：
水性环氧乳液 92-94份；
防闪锈助剂 6-9份；
去离子水 0.5-1份。
4.根据权利要求1所述的水性环氧富锌底漆，其特征在于，
所述主剂由以下重量份的组分组成：
Figure FDA0003438070460000021
所述硬化剂由以下重量份的组分组成：
水性环氧乳液 92份；
防闪锈助剂 7份；
去离子水 1份。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的水性环氧富锌底漆，其特征在于，所述多胺加成物选用非离子胺类聚合物，固含量为68％，供货形式活泼氢当量为300g/mol。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的水性环氧富锌底漆，其特征在于，述防沉抗流挂助剂选用BYK-D 410与BYK-D 420相同重量比混合的改性脲。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的水性环氧富锌底漆，其特征在于，所述水性环氧乳液选用基于1001环氧树脂改性的双酚A型环氧树脂的非离子型水性分散液，固含量为53％，环氧当量为550g/mol。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的水性环氧富锌底漆，其特征在于，所述锌粉选用的是比重为7.14g/cm3，质量分数＞96％的600目金属锌。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的水性环氧富锌底漆，其特征在于，所述沸石粉选用的是1250目沸石粉。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的水性环氧富锌底漆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
所述主剂的制备步骤：
a，将分散容器，分散盘清理干净，不能含有任何水分，在分散容器中加入配方量的助溶剂PM；
b，在搅拌下，缓慢加入配方量的多胺加成物；
c，在搅拌下，缓慢加入配方量的分散剂；
d，在搅拌下，缓慢加入配方量的有机膨润土；
e，在搅拌下，缓慢加入配方量的沸石粉；
f，在搅拌下，缓慢加入配方量的锌粉；
g，在搅拌下，缓慢加入配方量的气相二氧化硅；
h，在搅拌下，缓慢加入配方量的助溶剂PMA；
i，在搅拌下，缓慢加入配方量的亚硝酸钠；
j，在搅拌下，缓慢加入配方量的防沉抗流挂助剂；
所述硬化剂的制备步骤：
a，在分散容器中加入配方量的水性环氧乳液；
b，在搅拌下，加入配方量的防闪锈助剂，
c，在搅拌在，加入配方量的去离子水，清洗分散盘上的残余部分，过滤，即得水性环氧富锌底漆的硬化剂部分。
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