CN115353795A - 一种高耐性水性环氧富锌底漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于水性防腐涂料技术领域，具体公开了一种高耐性水性环氧富锌底漆及其制备方法。该底漆由A组分和B组分组成，其中A组分包括：4.0～5.0％的改性脂环胺水性固化剂、3.2～4.0％的改性聚酰胺水性固化剂、3.0～7.0％的成膜助剂、25.0～35.0％的500目球状锌粉、40.0～50.0％的800目片状锌粉、3.0～7.0％的填料、0.1～0.5％的分散剂、0.1～0.5％的消泡剂、2.4～3.6％的防沉剂、1.6～5.0％的其它组分；其中A组分的重量百分比之和为百分之百；B组分包括93.0～97.0％的环氧乳液、1.0～3.0％的防闪锈剂、0.3～0.7％的增稠剂、1.5～3.5％的水；其中B组分的重量百分比之和为百分之百。该水性环氧富锌底漆产品初期耐水性好，耐闪锈性能突出，耐盐雾性能优异，可广泛应用于工业防腐领域中金属底材表面的底漆涂装。

Description

一种高耐性水性环氧富锌底漆及其制备方法

技术领域

本发明属于水性防腐涂料技术领域，具体涉及一种高耐性水性环氧富锌底漆及其制备方法。

背景技术

富锌底漆按其成膜物质可分为无机、有机、有机/无机掺合三种类型。无机富锌底漆按成膜物质又可分为水玻璃、硅酸乙酯及磷酸盐等，其中在国内外应用最广的是正硅酸乙酯。有机富锌底漆常用环氧、氯化橡胶、乙烯基树脂和聚氨酯树脂为成膜基料，最为常用的是环氧富锌底漆。

环氧富锌底漆因其“物理屏蔽”和“阳极牺牲”的双重防腐机理而广泛应用于钢铁的防腐领域，尤其是重防腐领域，但是目前应用较多的仍然为溶剂型环氧富锌底漆。溶剂型涂料由于其高VOCs含量对环境和施工人员造成了极大的危害，不满足可持续发展的需要。水性环氧富锌底漆作为环保型涂料得到了广泛的应用和研究，但是目前对水性环氧富锌底漆性能行业内仍然存在较大的争议，认为水性环氧富锌底漆性能不如溶剂型，甚至很多人认为其难以在重防腐领域应用，尤其是腐蚀环境在C5及以上时很难满足要求。水性涂料的耐性是衡量其能否在重防腐领域应用的一类重要指标，由于其特殊的成膜过程和溶剂体系，相对于溶剂型涂料而言，一些特殊耐性尤其是初期耐水性、耐闪锈性、耐盐雾性显得格外重要。

在提高水性涂料的防腐性能研究方面，目前很多研究集中在用碳纳米材料，如石墨烯、碳纳米管等，改性环氧富锌底漆以提高其防腐性能。利用碳纳米材料的纳米结构、高导电性提高环氧富锌底漆的屏蔽性和加强阴极保护作用提高其防腐性能，但是较少关注其实际应用过程中要求的一些性能，如初期耐水性、耐闪锈性能，而这些性能往往是决定水性环氧富锌底漆能否成功应用于重防腐领域的关键性能。

申请号为201711177381.0的中国专利文献，公开了一种长效型水性环氧富锌防腐底漆及其涂装方法。该产品施工工艺简便、防腐耐久性好，但专利申请中未提及产品在初期耐水性及耐闪锈性能方面的表现与技术方案；申请号为201810214574.7的中国专利文献，公开了一种水性环氧富锌底漆及其制备方法，该产品抗流挂性能优异，且防沉性良好，提高了涂料的储存性能，但专利申请中未提及产品在初期耐水性及耐闪锈性能方面的表现与技术方案，又且在耐盐雾时间上也仅为1000h，显示不出其防腐性能方面的卓越性与长效性。

本发明就是基于这种情况做出的。

发明内容

本发明的目的针对现有水性环氧富锌底漆技术中的存在的初期耐水性、耐闪锈性和耐盐雾性等方面的不足，提供一种高耐性水性环氧富锌底漆，该水性环氧富锌底漆产品初期耐水性好，耐闪锈性能突出，耐盐雾性能优异，贮存稳定性好，附着力强，干燥速度快，VOC含量低，健康环保、施工方便，可广泛应用于工业防腐领域中金属底材表面的底漆涂装。本发明的另一个目的，是提供所述高耐性水性环氧富锌底漆的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种高耐性水性环氧富锌底漆，由以下重量百分比的A组分和B组分组成：

A组分

其中A组分中各组分的重量百分比之和为百分之百；

B组分

其中B组分中各组分的重量百分比之和为百分之百。

本发明中，所述A组分中改性脂环胺水性固化剂、改性聚酰胺水性固化剂为水性胺环氧固化剂。所述的改性脂环胺水性固化剂、改性聚酰胺水性固化剂的重量比例为(1.2～1.3):1。

脂环族固化剂的适用期适当、粘结性能佳、光泽高、色泽低、耐化学品性好、硬度高，但柔韧性差，不利改善涂层的抗冲击性。酰胺类固化剂漆附着力佳、柔韧性好、适用期较长、无刺激气味，但其反应速度略低、硬度欠佳。本发明的高耐性水性环氧富锌底漆选用改性脂环胺水性固化剂、改性聚酰胺水性固化剂按一定重量比搭配使用，漆膜具有较好的耐化学品性、较高的硬度与抗冲击性，干燥速度快，防腐性能好。

本发明中，所述A组分中的成膜助剂由丙二醇丁醚与丙二醇甲醚醋酸醋按重量比(1.5～2.5):1混合而成。

本发明中，所述A组分中的锌粉采用500目球状锌粉和800目片状锌粉。所述500目球状锌粉与800目片状锌粉的重量比例为(0.4～0.8):1。

片状锌粉具有屏蔽作用强、抗沉降性好、锌粉用量少等优点，但片状锌粉不容易分散；球状锌粉屏蔽作用较弱、抗沉降性稍差，但比片状锌粉更容易分散。在漆膜厚度相同和总锌粉用量一定的情况下，随着球状锌粉与片状锌粉重量比的增高，水、氧、离子在涂层中更容易扩散，屏蔽效果比较差，涂层的防腐性能相对差一些。反之，随着球状锌粉与片状锌粉重量比的下降，片状锌粉的含量相对增多，在相同漆膜厚度情况下，球状锌粉只有几层，而片状锌粉可以达到上百层，在涂层中形成平行搭接、交叠排列的体系，从而减少了涂层的孔隙度，提高了涂层的屏蔽性能，显著减少水、氧、离子在涂层中的扩散，涂层耐腐蚀性能大大改善。然而，当球状锌粉与片状锌粉的比例降低至一定重量比之下，颜料基本是以片状锌粉为主，片状结构减少了水、氧、离子在涂层中的扩散，表现出耐水性逐渐变好，但是片状锌粉比球状锌粉失效速度快，因此耐盐水和耐盐雾性能反而变差。综合考虑上述原因，为进一步提高水性富锌底漆的高耐性，确定球状锌粉与片状锌粉的比例为(0.4～0.8):1。

本发明中，所述A组分中的500目球状锌粉与800目片状锌粉，其在配方中的总重量百分比为65％～85％。

锌粉是一种具有很好的防锈性及耐大气侵蚀性的活性颜料，能对钢结构进行保护，其原因是锌的电极电位是-0.7628V，铁的电极电位是-0.409V，当水分侵入涂膜后，锌粉与钢铁组成微电池，由于锌的电极电位比铁低，这时腐蚀电流就从锌流向铁，钢铁就受到了阴极保护。同时锌粉被腐蚀而产生的锌盐可填充涂膜的孔隙，封闭涂层的损伤部位，保护下层的锌粒，延缓其腐蚀，进而保护钢铁表面。随着锌含量的增加，漆膜的耐盐水性和耐盐雾性都有明显改善，但是漆膜的附着力却有所下降。这是因为随着锌粉用量的增加，富锌底漆中的树脂含量降低，成膜物质相对减少，当达到某一临界点时，富锌底漆中的树脂不足以包覆所有的锌粉，从而不能形成连续致密的涂膜，导致漆膜的各项性能发生变化。漆膜的附着力和屏蔽作用减弱，则腐蚀介质会直接渗透到锌粉表面，使锌粉发生腐蚀，锌粉颗粒体积增大，从而使涂层起泡的可能性变大。腐蚀介质侵入涂层内部造成底材表面腐蚀，导致漆膜脱落。本发明实验研究结果发现，当配方中的锌粉总含量超过85％时，漆膜的各项性能都有所下降。综合考虑，本发明配方中球状锌粉与片状锌粉的总重量百分比为65％～85％。

本发明中，所述A组分中的填料为1250目的滑石粉。

本发明中，所述A组分中的分散剂为高分子聚合物型分散剂，本发明优选美国湛新的高分子量分散剂AdditoL VXW 6208/60。

本专利研究了高分子聚合物型、聚羧酸盐型和有机磷酸酯型分散剂对涂膜耐性的影响。采用高分子聚合物型分散剂时，涂膜的综合耐性最好，其初期耐水性不低于480h，约聚羧酸盐型分散剂的10倍、有机磷酸酯型分散剂的2.9倍；涂膜耐盐雾性3000h不起泡、不生锈，约为聚羧酸盐型分散剂的7.5倍、有机磷酸酯型分散剂的5倍。这是由于高分子聚合物型分散剂本身的耐水性较好，且其与环氧树脂及胺固化剂的相容性更好，在兼具了分散性能的同时具有优异的耐水性。

本发明中，所述A组分中的消泡剂为TEGO FOAMEX 810。

本发明中，所述A组分中的防沉剂由防沉剂1、防沉剂2、防防沉剂3按(1.0～1.5):(1.2～1.8):1的重量百分比进行复配而成。

进一步地，所述防沉剂1为中山市永丰化工有限公司提供的凹凸棒土，所述防防沉剂2选用ELEMENTIS提供的BENTONE EW NA膨润土，所述防防沉剂3为卡博特提供的气相二氧化硅M-5。

单一防沉剂(凹凸棒土、膨润土、气相二氧化硅)虽然能在一定程度上提高双组分水性环氧富锌涂料的防沉性与抗流挂性，但效果均不明显。然而，在凹凸棒土、膨润土及气相二氧化硅3种触变剂按重量百分比(1.0～1.5):(1.2～1.8):1复配时，可以有效解决水性环氧富锌底漆中的防沉问题与抗流挂问题。其主要原因是：凹凸棒土的层链状结构与膨润土的层状结构、气硅的网状结构(三维)之间，能起到很好的协同作用，从而对涂料体系起到一个很好的防沉与抗流挂作用。

本发明中，所述B组分中的环氧乳液为美国湛新提供的环氧树脂BECKOPOX^TMEP384w。

本发明中，所述B组分中的防闪锈剂为海明斯(德谦)提供的防闪锈剂FA-179。

本发明中，所述B组分中的增稠剂为广州冠志化工有限公司提供的聚氨酯增稠剂SN612。

本发明还提供了所述高耐性水性环氧富锌底漆的制备方法，具体步骤如下：

(1)制备A组分：在分散缸中按按配方量依次加入改性脂环胺水性固化剂、改性聚酰胺水性固化剂、成膜助剂、500目球状锌粉、800目片状锌粉、填料、分散剂、消泡剂、防沉剂及其它组份，1200～1500r/min转速分散至成品细度≤50um，粘度为100～150s即可；

(2)制备B组份：在分散缸中按配方量加入环氧乳液、防闪锈剂、增稠剂与水，以800～1000r/min的转速分散20～30min，过滤包装；

(3)将A组分与B组分按照3:1的重量配比混合均匀，静置一段时间即可。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明产品挥发性有机化合物(VOC)的含量均有效控制在50g/L以内”，远低于中华人民共和国化工行业标准“HG/T 5176-2017《钢结构用水性防腐涂料》”中水性富锌底漆的VOC含量限值200g/L，是真正健康环保的水性涂料产品。

2)产品干燥速度快；表干时间≤0.6h，实干时间≤9.2h，远少于中华人民共和国化工行业标准“HG/T 5176-2017《钢结构用水性防腐涂料》”中水性富锌底漆的表干时间(4h)与实干时间(24h)，实现了产品快干的特性。

3)抗冻融稳定性与贮存稳定性好，抗流挂性能优异，具有良好的防沉效果与易施工性，操作方便；产品漆膜对底材的附着力强，耐冲击性好；。

4)产品具有极高的耐性，具体表现在初期耐水性、耐闪锈性与耐盐雾性能；该产品的初期耐水性卓越，初期耐水时间远超于行业标准与行业同类产品的初期耐水时间(24h)，达到了480h以上；产品的耐闪锈性突出，按照GB/T 9278—2008规定的条件下养护24h后测试，涂膜表面有无穿透性锈蚀，底材上也无锈点；产品的耐盐雾性优异，耐盐雾时间远超于行业标准与行业同类产品的耐盐雾时间(600h)，达到了2400h以上，不起泡、不生锈。

具体实施方式

本实施例，一种高耐性水性环氧富锌底漆，由以下重量百分比的A组分和B组分组成：

A组分

其中A组分中各组分的重量百分比之和为百分之百；

B组分

其中B组分中各组分的重量百分比之和为百分之百。

所述A组分中的成膜助剂为丙二醇丁醚与丙二醇甲醚醋酸醋按重量比(2.0～4.0):(1.0～3.0)混合而成；所述分散剂美国湛新的高分子量分散剂AdditoL VXW 6208/60；所述消泡剂为TEGO FOAMEX 810；所述防沉剂为防沉剂1、防沉剂2、防防沉剂3的按(0.8～1.2):(1.0～1.4):(0.6～1.0)的重量百分比进行复配而成，所述防沉剂1为中山市永丰化工有限公司提供的凹凸棒土，所述防防沉剂2选用ELEMENTIS提供的BENTONE EW NA膨润土，所述防防沉剂3为卡博特提供的气相二氧化硅M-5。

所述B组分中的环氧乳液为美国湛新提供的环氧树脂BECKOPOX^TMEP 384w；所述防闪锈剂为海明斯(德谦)提供的防闪锈剂FA-179；所述增稠剂为广州冠志化工有限公司提供的聚氨酯增稠剂SN612。

本实施例所述高耐性水性环氧富锌底漆的制备方法，具体步骤如下：

(1)制备A组分：

在分散缸中按重量百分比依次加入改性脂环胺水性固化剂、改性聚酰胺水性固化剂、成膜助剂、500目球状锌粉、800目片状锌粉、填料(滑石粉)、分散剂、消泡剂、防沉剂及其它组份，高速分散30～50分钟，高速分散的速度为1200～1500r/min。取样检测成品细度与粘度，若成品细度达到≤50um，粘度为100～150s时即得A组分。

(2)制备B组份：

在分散缸中按重量百分比加入环氧乳液、防闪锈剂、增稠剂与水，中速分散20～30分钟,中速分散速度为800～1000r/min。过滤包装即可。

(3)将A组分与B组分按照3:1的重量配比混合均匀，静置15min即可。

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。

本具体实施例中，设置了实施例1～5来制备本发明所述的高耐性水性环氧富锌底漆，其中A、B组分的配方见表1，配方组成以原料质量百分比(％)计：

表1高耐性水性环氧富锌底漆的配方(单位：％)

根据上表实施例1～5中的原料配方，并按照上述高耐性水性环氧富锌底漆的制备方法制备出实施例1～5的高耐性水性环氧富锌底漆的产品，并做性能测试。

性能测试

将本发明实施例1～5制备的高耐性水性环氧富锌底漆的产品与市售同类产品进行喷涂施工与性能检测。

按照“HG/T 5176-2017《钢结构用水性防腐涂料》”与“HJ 2537-2014环境标志产品技术要求水性涂料”标准进行主体性能测试；其它基本性能的测试，按照HG/T3668-2009规定的方法进行。

初期耐水性测试。按照GB/T 9278-2008规定的条件下养护24h后测试；将试板的涂层的一半浸入纯净水中一定时间，然后取出试板进行目视观察，如浸泡区域未出现起泡、生锈、开裂和剥落等涂膜病态现象，且试板在标准条件下恢复2h后，浸泡区域与未浸泡区域相比未观察到明显变色，则认为“正常”。

耐闪锈性能测试。按照GB/T 9278-2008规定的条件下养护24h后测试，目视观察涂膜表面有无穿透性锈蚀；之后立即将试板浸泡在甲乙酮溶剂中，去除涂膜，目视观察底材上有无锈点。目视观察涂膜表面无透锈，底材上也无锈点，则评定为“正常”，否则为“不合格”。

以上实施例1～5所制备的产品与市售同类产品，主要性能指标的检验结果如表2所示。

表2检验结果

根据表2测试结果可知，本实施例1～5制备的高耐性水性环氧富锌底漆，挥发性有机化合物(VOC)的含量均有效控制在50g/L以内”，远低于中华人民共和国化工行业标准“HG/T 5176-2017《钢结构用水性防腐涂料》”中水性富锌底漆的VOC含量限值200g/L，是真正健康环保的水性涂料产品。该产品干燥速度快。表干时间≤0.6h，实干时间≤9.2h，远少于中华人民共和国化工行业标准“HG/T 5176-2017《钢结构用水性防腐涂料》”中水性富锌底漆的表干时间(4h)与实干时间(24h)，实现了产品快干的特性。该产品抗冻融稳定性与贮存稳定性好，抗流挂性能优异，具有良好的防沉效果与易施工性，操作方便。该产品漆膜对底材的附着力强，耐冲击性好。尤其值得一提的是，本发明产品具有极高的耐性，具体表现在初期耐水性、耐闪锈性与耐盐雾性能。该产品的初期耐水性卓越，初期耐水时间远超于行业标准与行业同类产品的初期耐水时间(24h)，初期耐水性达到了480h以上。产品的耐闪锈性突出，按照GB/T 9278-2008规定的条件下养护24h后测试，涂膜表面有无穿透性锈蚀，底材上也无锈点。产品的耐盐雾性优异，耐盐雾时间远超于行业标准与行业同类产品的耐盐雾时间(600h)，达到了2400h以上，不起泡、不生锈。

上述优选实施方式应视为本申请方案实施方式的举例说明，凡与本申请方案雷同、近似或以此为基础作出的技术推演、替换、改进等，均应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高耐性水性环氧富锌底漆，其特征在于由以下重量百分比的A组分和B组分组成：

A组分

其中A组分中各组分的重量百分比之和为百分之百；

B组分

其中B组分中各组分的重量百分比之和为百分之百。

2.根据权利要求1所述的高耐性水性环氧富锌底漆，其特征在于：所述A组分中改性脂环胺水性固化剂、改性聚酰胺水性固化剂的重量比为(1.2～1.3):1。

3.根据权利要求1所述的高耐性水性环氧富锌底漆，其特征在于：所述A组分中的成膜助剂由丙二醇丁醚和丙二醇甲醚醋酸醋按重量比(1.5～2.5):1混合而成。

4.根据权利要求1所述的高耐性水性环氧富锌底漆，其特征在于：所述A组分中500目球状锌粉与800目片状锌粉的重量比为(0.4～0.8):1。

5.根据权利要求1所述的高耐性水性环氧富锌底漆，其特征在于：所述A组分中的填料为1250目的滑石粉；所述分散剂为高分子聚合物型分散剂；所述A组分中的消泡剂为TEGOFOAMEX 810。

6.根据权利要求5所述的高耐性水性环氧富锌底漆，其特征在于：所述高分子聚合物型分散剂选自美国湛新的高分子量分散剂AdditoL VXW 6208/60。

7.根据权利要求1所述的高耐性水性环氧富锌底漆，其特征在于：所述A组分中的防沉剂由防沉剂1、防沉剂2、防沉剂3按(1.0～1.5):(1.2～1.8):1的重量比进行复配而成。

8.根据权利要求7所述的高耐性水性环氧富锌底漆，其特征在于：所述防沉剂1为中山市永丰化工有限公司提供的凹凸棒土；所述防防沉剂2选用ELEMENTIS提供的BENTONE EWNA膨润土；所述防防沉剂3为卡博特提供的气相二氧化硅M-5。

9.根据权利要求1所述的高耐性水性环氧富锌底漆，其特征在于：所述B组分中的环氧乳液为美国湛新提供的环氧树脂BECKOPOX^TMEP 384w，防闪锈剂为海明斯(德谦)提供的防闪锈剂FA-179，增稠剂为广州冠志化工有限公司提供的聚氨酯增稠剂SN612。

10.一种权利要求1-9任一项所述的高耐性水性环氧富锌底漆的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)制备A组分：在分散缸中按按配方量依次加入改性脂环胺水性固化剂、改性聚酰胺水性固化剂、成膜助剂、500目球状锌粉、800目片状锌粉、填料、分散剂、消泡剂、防沉剂及其它组份，1200～1500r/min转速分散至成品细度≤50u m，粘度为100～150s即可；

(2)制备B组份：在分散缸中按配方量加入环氧乳液、防闪锈剂、增稠剂与水，以800～1000r/min的转速分散20～30min，过滤包装；

(3)将A组分与B组分按照3:1的重量配比混合均匀，静置一段时间即可。