本发明属于水性涂料工业领域，具体涉及一种水性氟碳树脂乳液及其制备方法、基于该水性氟碳树脂乳液为原料制备得到的水性氟碳防腐涂料及该水性氟碳防腐涂料的制备方法。
背景技术：
户外钢构材料包含大型工程机械、桥梁、公共设施等，上述钢构材料由于金属腐蚀产生巨大的经济损失，涂料体系是一种常用的钢结构防腐蚀方法。传统的户外钢构材料用涂料均为溶剂型产品，VOC(挥发性有机物)含量高，在制造、施工、干燥、固化成膜过程中，向空气中散发出的VOC对环境污染严重。2015年2月1号开始，含量高于420g/L(含)的涂料国家将开始征收4％的消费税，所以涂料行业必须朝着无公害、无污染、节能环保、高效经济的方向发展。
水性涂料就是一种低VOC、节能环保、高效经济且性能优异的涂料品种，其中氟碳涂料具有优异的耐候性能，该耐候性是由于氟碳树脂的C-F键强度极高，键能高达485.6KJ/mol，该化学键的强度提供了氟碳树脂成膜后的稳定性和化学惰性，并兼具抗紫外光降解的性能。传统的溶剂型氟碳涂料VOC偏高，污染环境，同时其漆膜因透气性差而容易起泡脱落，其使用受到限制。另外，现有技术中开发了水性氟碳涂料，这些涂料解决了溶剂型氟碳涂料的弊病，但是在耐候性、抗污染性方面，普遍赶不上溶剂型氟碳涂料，因此有必要开发一种兼具超耐候与环保性能的水性氟碳防腐涂料。
技术实现要素：
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种含氟量较高的水性氟碳树脂乳液的制备方法，同时提供一种将该水性氟碳树脂乳液应用于制备耐候性与溶剂型氟碳涂料相当，VOC含量更低的水性氟碳防腐涂料及其制备方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种水性氟碳树脂乳液的制备方法，包括以下步骤：
S1.在高压反应釜中加入适量去离子水64-77wt％、非离子型乳化剂2.8-14wt％、三氟氯乙烯14-21wt％及碳酸氢钠0.1-0.4wt％，搅拌溶解均匀后，得到混合乳液；
S2.取S1步骤中的10wt％的混合乳液倒入微射流纳米分散仪中，在一个标准大气压力下进行预乳化，得单体预乳化液；
S3.向剩余的混合乳液加入相当于S1中所述混合乳液质量3-6wt％的单体预乳化液，然后加热温度至60±2℃时，再加入相当于S1中所述混合乳液质量15-25wt％的引发剂溶液，因反应放热，温度自行升高，控制温度在70-80℃，当温度平稳时，再次先后加入与之前相同质量的所述单体预乳化液和引发剂溶液，在2-5分钟内加完，待系统压力逐步下降至2个大气压，反应结束，冷却到80℃以下，加入氨水，调节pH，过滤，出料，包装，制得水性氟碳树脂乳液。
作为优选，所述非离子型乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚中一种或两种，所述引发剂为偶氮二异丁氰。
作为优选，所述pH为7-8。
本发明进一步提供了基于上述制备方法制备的水性氟碳树脂乳液，该水性氟碳树脂乳液中含氟量为22-25wt％。水性氟碳树脂乳液作为涂料的成膜物质，其含氟量增加，所制备的涂料耐候性也随着增强。
本发明提供了一种上述水性氟碳树脂乳液的制备方法在制备水性氟碳防腐涂料中的应用，该水性氟碳防腐涂料基于上述水性氟碳树脂乳液配制而成，所述水性氟碳防腐涂料包括以下组分：
水性氟碳树脂乳液20-30wt％，所述水性氟碳树脂乳液根据权利要求1所述的制备方法得到，
凹凸棒土 0.2-0.6wt％，
水性消泡剂 0.5-1wt％，
水性润湿分散剂 1-4wt％，
云母粉 30-40wt％，
纳米二氧化钛 20-30wt％，
硫酸钡 10-20wt％。
需要补充：在该水性氟碳防腐涂料中，凹凸棒土是市场上通用的水性增稠剂品种，本发明所用凹凸棒土为普通市售产品，通用性强，其再增稠的同时还有防沉作用。云母粉和硫酸钡主要用于提高屏蔽作用增加涂料的物理机械性能，纳米二氧化钛作颜料使用。本发明涂料的各成分相容性好。
作为优选，所述水性消泡剂为水性消泡剂BYK-024，所述水性润湿分散剂为核心化学公司提供的水性润湿分散剂S19。该发明给出的是水性消泡剂和水性润湿分散剂最优的型号，可实现同样作用的其他型号产品也可以作为替代品使用。
作为优选，所述纳米二氧化钛的粒径为0.35μm。
本发明还提供了一种上述水性氟碳防腐涂料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照配方量在拉缸中加入水性氟碳树脂乳液、凹凸棒土，开动搅拌机均匀；
(2)缓慢加入配方量的水性消泡剂、水性润湿分散剂、云母粉、纳米二氧化钛、硫酸钡，继续用搅拌机搅拌均匀，滤网过滤包装，即可制得所述水性氟碳防腐涂料。
作为优选，所述步骤(1)和/或步骤(2)中搅拌机的搅拌速度为2000rpm/min，搅拌时间为20min。
作为优选，所述步骤(2)中滤网的目数为200目。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明公开的水性氟碳树脂乳液中的氟含量高，大于22％；
(2)本发明基于水性氟碳树脂乳液合成的水性氟碳防腐涂料的耐候性相对于溶剂型氟碳涂料相当，VOC低于10g/L，充分体现了环保、安全的特性；
(3)本发明提供的水性氟碳防腐涂料的制备方法简单可控，能耗低。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步解释说明。
实施例1水性氟碳树脂乳液的制备方法一
在高压反应釜中加入适量去离子水75g、壬基酚聚氧乙烯醚4.8g、三氟氯乙烯20g及碳酸氢钠0.2g，搅拌溶解均匀后，得到混合乳液100g；
取10g混合乳液倒入微射流纳米分散仪中，在一个标准大气压力下进行预乳化得单体预乳化液；
取剩余混合乳液，加入6.0g的单体预乳化液(相当于所制备100g混合乳液的6wt％)，然后加热温度至60±2℃时，再加25g的引发剂溶液(相当于所制备100g混合乳液的25％)，因反应放热，温度自行升高，控制温度在70-80℃，当温度平稳时，再次先后加入与之前相同质量的6.0g单体预乳化液和25g引发剂溶液，在2-5分钟内加完，待系统压力逐步下降至2个大气压，反应结束，冷却到80℃以下，加入氨水，调节pH，过滤，出料，包装，制得水性氟碳树脂乳液。所合成的水性氟碳树脂乳液中氟的含量为24.9％。
实施例2水性氟碳树脂乳液的制备方法二
在高压反应釜中加入适量去离子水64g、烷基酚聚氧乙烯醚2.8g、三氟氯乙烯14g及碳酸氢钠0.1g，搅拌溶解均匀后，得到混合乳液80.9g；
取8g混合乳液倒入微射流纳米分散仪中，在一个标准大气压力下进行预乳化得单体预乳化液；
取混合乳液60g，加入2.4g的单体预乳化液，然后加热温度至60±2℃时，再加15g的引发剂溶液，因反应放热，温度自行升高，控制温度在70-80℃，当温度平稳时，再次先后加入与之前相同质量的2.4g单体预乳化液和15g引发剂溶液，在2-5分钟内加完，待系统压力逐步下降至2个大气压，反应结束，冷却到80℃以下，加入氨水，调节pH，过滤，出料，包装，制得水性氟碳树脂乳液。所合成的水性氟碳树脂乳液中氟的含量为22.3％。
实施例3水性氟碳树脂乳液的制备方法三
基本实验条件同实施例1，所不同之处在于三氟氯乙烯(CTFE)的用量由10％调节为15％，去离子水的用量降低为70％。所合成的水性氟碳树脂乳液中氟的含量为23.5％。
实施例4水性氟碳防腐涂料的制备方法
在拉缸中加入20kg水性氟碳树脂乳液(按实施例1方法合成)，0.5kg凹凸棒土GN-2-20作为增稠剂，开动搅拌机2000r/min搅拌20min，缓慢加入0.5kg水性消泡剂BYK-024、4kg水性润湿分散剂S19、35kg云母粉、30kg纳米二氧化钛，10kg硫酸钡，搅拌机2000r/min搅拌20min，200目滤网过滤包装即可制得水性氟碳涂料。
实施例5水性氟碳防腐涂料的制备方法
在拉缸中加入25kg水性氟碳树脂乳液(按实施例1方法合成)，0.2kg凹凸棒土GN-2-20作为增稠剂，开动搅拌机2000r/min搅拌20min，缓慢加入0.8kg水性消泡剂BYK-024、2kg水性润湿分散剂S19、32kg云母粉、25kg纳米二氧化钛，15kg硫酸钡，搅拌机2000r/min搅拌20min，200目滤网过滤包装即可制得水性氟碳涂料。
实施例6水性氟碳防腐涂料的制备方法
在拉缸中加入30kg水性氟碳树脂乳液(按实施例1方法合成)，0.6kg凹凸棒土GN-2-20作为增稠剂，开动搅拌机2000r/min搅拌20min，缓慢加入1kg水性消泡剂BYK-024、1.4kg水性润湿分散剂S19、30kg云母粉、20kg纳米二氧化钛，17kg硫酸钡，搅拌机2000r/min搅拌20min，200目滤网过滤包装即可制得水性氟碳涂料。
实施例4-6制备涂料的主要性能检测结果见表1。
表1实施例3-5所制备涂料的主要性能
以上实施例只是对本发明的技术构思起到说明示例作用，并不能以此限制本发明的保护范围，本领域技术人员在不脱离本发明技术方案的精神和范围内，进行修改和等同替换，均应落在本发明的保护范围之内。