以改性蛭石为功能填料的水性环氧防腐涂料及制备方法
【专利摘要】本发明涉及提供一种以改性蛭石为功能填料的水性环氧防腐涂料及制备方法，该防腐涂料是由原料按质量百分比水性环氧树脂乳液，防锈颜料为磷酸锌、三聚磷酸铝、铁钛粉或氧化铁红，改性蛭石，普通填料为滑石粉、硫酸钡或炭黑，分散剂，流平剂，消泡剂，pH调节剂N，N-二甲基乙醇胺，增稠剂和去离子水余量制成，采用制备改性蛭石,制备水性防腐涂料步骤完成，改性蛭石为防腐功能填料，利用其纳米层状结构和热稳定性提高涂料的防腐蚀性能和耐热性能。该涂料综合性能优良，可满足储罐、管道、桥梁等防腐的需要。
【专利说明】以改性蛭石为功能填料的水性环氧防腐涂料及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及涂料【技术领域】，具体涉及一种以改性蛭石为功能填料的水性环氧防腐涂料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]目前市场上所用的大部分重防腐涂料都属于溶剂型涂料，其中含有的可挥发性有机物(VOC)具有很高的毒性和可燃性，易对大气和人体健康造成威胁。据统计，目前我国涂料涂装行业每年排入大气的有机溶剂约为100万吨，不仅严重污染环境，而且浪费大量资源。另外，大量VOC的聚集也会带来安全隐患。目前在施工中已出现数起因溶剂型防腐涂料中可挥发性有机物导致的爆炸和人员伤亡事故，比如2006年独山子一在建10万m3原油储罐在涂装防腐涂料过程中发生爆炸，造成12人死亡12人受伤的悲惨事故，其原因就是涂料中的大量VOC挥发聚集发生闪爆而导致的。水性涂料是以水来代替溶剂型涂料中的有机溶剂，最大的特点是VOC含量大大降低，达到了环保的目的，是目前防腐涂料的主要发展趋势之一。美国、日本、欧洲等国家和地区已经开始大范围推广使用水性防腐涂料，使用水性防腐涂料占总防腐涂料量的50%以上，而作为防腐涂料生产和使用大国的我国仅在10%左右。因此，高性能水性防腐涂料的研制和应用已势在必行。
[0003]功能填料的应用对于提高防腐涂料的性能也有很大影响。目前常用的防腐功能填料有云母、改性膨润土、滑石粉、云母氧化铁、玻璃鳞片、锌粉等，其主要功能主要就是起到物理防腐和化学防腐的作用，比如云母、鳞片等是通过片层在涂膜中的横向分布而起到“迷宫效应”，而锌粉等则是通过阴极保护来实现防腐的目的。蛭石是一种具有纳米层状结构的硅酸盐矿物材料，其纳米片层非常丰富，并且可以通过剥离、插层等技术等对其进行改性。同时蛭石也具有热稳定性好、化学稳定性高等优点，非常有潜力作为功能填料应用到水性防腐涂料中。
[0004]中国专利200610022262.3和中国专利申请号201310483447.4分别公开了一种非膨胀型钢结构防火防腐涂料和水性隔热防腐涂料，其配方体系中均采用了膨胀蛭石，但是其目的是利用膨胀蛭石的低导热性做为防火隔热填料，而非作为防腐功能填料。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于提供一种以改性蛭石为功能填料的水性防腐涂料及其制备方法，该防腐涂料是由原料按质量百分比水性环氧树脂乳液，防锈颜料为磷酸锌、三聚磷酸铝、铁钛粉或氧化铁红，改性蛭石，普通填料为滑石粉、硫酸钡或炭黑，分散剂，流平剂，消泡剂，PH调节剂N，N-二甲基乙醇胺，增稠剂和去离子水余量制成，采用制备改性蛭石，制备水性防腐涂料步骤完成，改性蛭石为防腐功能填料，利用其纳米层状结构和热稳定性提高涂料的防腐蚀性能和耐热性能。该涂料综合性能优良，可满足储罐、管道、桥梁等防腐的需要。
[0006]本发明所述的一种以改性蛭石为功能填料的水性环氧防腐涂料，该防腐涂料是由原料按质量百分比水性环氧树脂乳液25-50%，防锈颜料为磷酸锌、三聚磷酸铝、铁钛粉或氧化铁红中的一种或两种10-30%，改性蛭石5-15%，普通填料为滑石粉、硫酸钡或炭黑5-15%，分散剂0.5-1%，流平剂0.1-0.5%，消泡剂0.5-1.5%，pH调节剂N，N-二甲基乙醇胺0.5-3%,增稠剂0.5-2%，去离子水余量制成。
[0007]所述的以改性蛭石为功能填料的水性环氧防腐涂料的制备方法，按下列步骤进行:
制备改性蛭石:
a、挑选片层结构好的原矿蛭石，用球磨机粉碎至200-300目，得到蛭石粉，再将蛭石粉加入到装有2-lOmol/L的盐酸、硝酸或硫酸的酸性溶液的烧瓶中，快速搅拌下升温至80°C处理2小时，得到酸改性蛭石粉，将酸改性蛭石粉经过滤，烘干后加入到装有硅烷偶联剂KH550、KH560或KH570的烧瓶中，快速搅拌下升温至50_100°C处理I小时，即可得到改性蛭石粉；
制备水性防腐涂料:
b、将原料按质量百分比水性环氧树脂乳液25-50%、分散剂0.5-1%、pH调节剂N，N- 二甲基乙醇胺0.5-3%和部分去离子水加入分散机搅拌罐中，低速搅拌20分钟，然后依次加入防锈颜料为磷酸锌、三聚磷酸铝、铁钛粉或氧化铁红中的一种或两种10-30%，步骤a得到的改性蛭石5-15%，普通填料为滑石粉、硫酸钡或炭黑5-15%，低速搅拌15分钟后将浆料在高剪切砂磨分散至30 μ m，然后在浆料中加入消泡剂0.5-1.5%，流平剂0.1-0.5%，增稠剂
0.5-2%，充分搅拌后用剩余去离子水调节粘度，即可得到水性环氧防腐涂料样品。
[0008]步骤a中所述水性环氧树脂乳液为单组份的水性环氧树脂乳液AE605或双组分的水性环氧树脂乳液AB-EP-20。
[0009]步骤a中硅烷偶联剂KH550、KH560或KH570的用量占蛭石粉质量的0.5%_5%。
[0010]本发明所述的以改性蛭石为功能填料的水性环氧防腐涂料的制备方法，其中各原料都为市售产品，其中分散剂为RITER公司，代号为W-6320 ;流平剂为RITER公司，代号为W-5175 ;消泡剂为RITER公司，代号为W-7100 ;增稠剂为RITER公司，代号为W-7100 ；水性环氧树脂乳液为单组份的水性环氧树脂乳液AE605或双组分的水性环氧树脂乳液AB-EP-20,当采用双组份环氧树脂乳液时，需与固化剂配合使用；采用单组份水性环氧树脂乳液，得到的涂料样品加水稀释即可使用。
[0011]本发明与现有技术相比，其特点为:
1、改性蛭石纳米片层结构好、热稳定性高，在水性环氧树脂中容易分散，涂料防腐性能提高显著，同时涂料的耐热性能也得到加强；
2、改性蛭石制备方法简单，价格低廉；
3、涂料颜填料体系环保无毒，复合涂料行业环保化的发展趋势。
【具体实施方式】
[0012]下面通过具体实施例对本发明做进一步的阐述。应理解，以下实施例仅用于说明本发明的技术方案和技术效果，而非对本发明的保护范围进行限制。
[0013]实施例1 制备改性蛭石:
挑选片层结构好的原矿蛭石，用球磨机粉碎至200目，得到蛭石粉，再将蛭石粉加入到装有5mol/L硫酸溶液的烧瓶中，快速搅拌下升温至80°C处理2小时，得到酸改性蛭石粉，将酸改性蛭石粉经过滤，烘干后加入到装有硅烷偶联剂KH570占蛭石粉质量的0.5%的烧瓶中，快速搅拌下升温至60°C处理I小时，得到改性蛭石粉；
制备水性防腐涂料:
将原料按质量百分比单组份水性环氧树脂乳液AE605 45%、分散剂0.5%、pH调节剂N，N- 二甲基乙醇胺2%和部分去离子水10%加入分散机搅拌罐中，低速搅拌20分钟，然后依次加入防锈颜料为磷酸锌12%和三聚磷酸铝8%，步骤a得到的改性蛭石5%，普通填料为硫酸钡10%，低速搅拌15分钟后将浆料在高剪切砂磨分散至30 μ m,然后在浆料中加入消泡剂1%，流平剂0.3%，增稠剂1.2%，充分搅拌后用剩余去离子水5%调节粘度，即可得到水性环氧防腐涂料样品；
将得到的防腐涂料样品加水稀释后刷涂试板进行耐盐雾性能测试，耐盐雾时间为352h。
[0014]实施例2:
制备改性蛭石:
挑选片层结构好的原矿蛭石，用球磨机粉碎至300目，得到蛭石粉，再将蛭石粉加入到装有2mol/L的盐酸的酸性溶液的烧瓶中，快速搅拌下升温至80°C处理2小时，得到酸改性蛭石粉，将酸改性蛭石粉经过滤，烘干后加入到装有硅烷偶联剂KH550占蛭石粉质量的1%的烧瓶中，快速搅拌下升温至50°C处理I小时，即可得到改性蛭石粉；
制备水性防腐涂料:
将原料按质量百分比单组份水性环氧树脂乳液AE605 25%、分散剂1%、pH调节剂N，N- 二甲基乙醇胺3%和部分去离子水5%加入分散机搅拌罐中，低速搅拌20分钟，然后依次加入防锈颜料为磷酸锌20%和三聚磷酸铝10%，步骤a得到的改性蛭石15%，普通填料为滑石粉15%，低速搅拌15分钟后将浆料在高剪切砂磨分散至30 μ m,然后在浆料中加入消泡剂
1.5%，流平剂0.5%，增稠剂2%，充分搅拌后用剩余去离子水2%调节粘度，即可得到水性环氧防腐涂料样品。
[0015]将得到的防腐涂料样品加水稀释后刷涂试板进行耐盐雾性能测试，耐盐雾时间为381h。
[0016]实施例3:
制备改性蛭石:
挑选片层结构好的原矿蛭石，用球磨机粉碎至200目，得到蛭石粉，再将蛭石粉加入到装有8mol/L的硝酸的酸性溶液的烧瓶中，快速搅拌下升温至80°C处理2小时，得到酸改性蛭石粉，将酸改性蛭石粉经过滤，烘干后加入到装有硅烷偶联剂KH550占蛭石粉质量的3%的烧瓶中，快速搅拌下升温至70°C处理I小时，即可得到改性蛭石粉；
制备水性防腐涂料:
将原料按质量百分比单组份水性环氧树脂乳液AE605 35%、分散剂0.8%、pH调节剂N，N-二甲基乙醇胺2%和部分去离子水7%加入分散机搅拌罐中，低速搅拌20分钟，然后依次加入防锈颜料为磷酸锌15%和铁钛粉10%，步骤a得到的改性蛭石15%，普通填料为炭黑10%，低速搅拌15分钟后将浆料在高剪切砂磨分散至30 μ m，然后在浆料中加入消泡剂1%，流平剂0.5%，增稠剂1.2%，充分搅拌后用剩余去离子水2.5%调节粘度，即可得到水性环氧防腐涂料样品；
将得到的防腐涂料样品加水稀释后刷涂试板进行耐盐雾性能测试，耐盐雾时间为367h。
[0017]实施例4:
制备改性蛭石:
挑选片层结构好的原矿蛭石，用球磨机粉碎至300目，得到蛭石粉，再将蛭石粉加入到装有lOmol/L的硫酸的酸性溶液的烧瓶中，快速搅拌下升温至80°C处理2小时，得到酸改性蛭石粉，将酸改性蛭石粉经过滤，烘干后加入到装有硅烷偶联剂KH560占蛭石粉质量的5%的烧瓶中，快速搅拌下升温至70°C处理I小时，即可得到改性蛭石粉；
制备水性防腐涂料:
将原料按质量百分比双组份水性环氧树脂乳液AB-EP-20 45%、分散剂1%、ρΗ调节剂N，N- 二甲基乙醇胺1.5%和部分去离子水8%加入分散机搅拌罐中，低速搅拌20分钟，然后依次加入防锈颜料为磷酸锌12%和氧化铁红8%，步骤a得到的改性蛭石15%，普通填料为硫酸钡5%，低速搅拌15分钟后将浆料在高剪切砂磨分散至30 μ m,然后在浆料中加入消泡剂
1.3%，流平剂0.4%，增稠剂0.8%，充分搅拌后用剩余去离子水2%调节粘度，即可得到水性环氧防腐涂料样品；
将得到的防腐涂料样品与固化剂(上海汉光，H202B)按照3:1比例混合，再加入去离子水搅拌均匀，刷涂试板，耐盐雾测试结果821h。
[0018] 实施例5:
制备改性蛭石:
挑选片层结构好的原矿蛭石，用球磨机粉碎至300目，得到蛭石粉，再将蛭石粉加入到装有lOmol/L的硫酸的酸性溶液的烧瓶中，快速搅拌下升温至80°C处理2小时，得到酸改性蛭石粉，将酸改性蛭石粉经过滤，烘干后加入到装有硅烷偶联剂KH570占蛭石粉质量的4%的烧瓶中，快速搅拌下升温至80°C处理I小时，即可得到改性蛭石粉；
制备水性防腐涂料:
将原料按质量百分比单组份水性环氧树脂乳液AE605 50%、分散剂1%、pH调节剂N，N- 二甲基乙醇胺3%和部分去离子水18%加入分散机搅拌罐中，低速搅拌20分钟，然后依次加入防锈颜料为磷酸锌8和铁钛粉2%，步骤a得到的改性蛭石5%，普通填料为硫酸钡5%，低速搅拌15分钟后将浆料在高剪切砂磨分散至30 μ m,然后在浆料中加入消泡剂0.5%，流平剂0.1%，增稠剂0.5%，充分搅拌后用剩余去离子水6.9%调节粘度，即可得到水性环氧防腐涂料样品；
将得到的防腐涂料样品加水稀释后刷涂试板进行耐盐雾性能测试，耐盐雾时间为372h。
[0019]实施例6:
制备改性蛭石:
挑选片层结构好的原矿蛭石，用球磨机粉碎至300目，得到蛭石粉，再将蛭石粉加入到装有4mol/L的盐酸的酸性溶液的烧瓶中，快速搅拌下升温至80°C处理2小时，得到酸改性蛭石粉，将酸改性蛭石粉经过滤，烘干后加入到装有硅烷偶联剂KH550占蛭石粉质量的3%的烧瓶中，快速搅拌下升温至100°C处理I小时，即可得到改性蛭石粉；制备水性防腐涂料:
将原料按质量百分比单组份水性环氧树脂乳液AE605 40%、分散剂0.8%、pH调节剂N，N- 二甲基乙醇胺2.5%和部分去离子水6%加入分散机搅拌罐中，低速搅拌20分钟，然后依次加入防锈颜料为磷酸锌25%，步骤a得到的改性蛭石10%，普通填料为滑石粉10%，低速搅拌15分钟后将浆料在高剪切砂磨分散至30 μ m,然后在浆料中加入消泡剂1%，流平剂0.3%，增稠剂1%，充分搅拌后用剩余去离子水3.4%调节粘度，即可得到水性环氧防腐涂料样品；将得到的防腐涂料样品加水稀释后刷涂试板进行耐盐雾性能测试，耐盐雾时间为367h。
[0020]实施例7:
制备改性蛭石:
挑选片层结构好的原矿蛭石，用球磨机粉碎至200目，得到蛭石粉，再将蛭石粉加入到装有4mol/L的硝酸的酸性溶液的烧瓶中，快速搅拌下升温至80°C处理2小时，得到酸改性蛭石粉，将酸改性蛭石粉经过滤，烘干后加入到装有硅烷偶联剂KH570占蛭石粉质量的
3.5%的烧瓶中，快速搅拌下升温至75°C处理I小时，即可得到改性蛭石粉；
制备水性防腐涂料:
将原料按质量百分比单组份水性环氧树脂乳液AE605 35%、分散剂1%、pH调节剂N，N- 二甲基乙醇胺2%和部分去离子水15%加入分散机搅拌罐中，低速搅拌20分钟，然后依次加入防锈颜料为氧化铁红15%，步骤a得到的改性蛭石13%，普通填料为炭黑12%，低速搅拌15分钟后将浆料在高剪切砂磨分散至30 μ m,然后在浆料中加入消泡剂0.8%，流平剂0.2%，增稠剂1%，充分搅拌后用剩余去离子水5%调节粘度，即可得到水性环氧防腐涂料样品；将得到的防腐涂料样品加水稀释后刷涂试板进行耐盐雾性能测试，耐盐雾时间为342h。
[0021]实施例8:
制备改性蛭石:
挑选片层结构好的原矿蛭石，用球磨机粉碎至300目，得到蛭石粉，再将蛭石粉加入到装有4mol/L的盐酸的酸性溶液的烧瓶中，快速搅拌下升温至80°C处理2小时，得到酸改性蛭石粉，将酸改性蛭石粉经过滤，烘干后加入到装有硅烷偶联剂KH550占蛭石粉质量的3%的烧瓶中，快速搅拌下升温至100°C处理I小时，即可得到改性蛭石粉；
制备水性防腐涂料:
将原料按质量百分比单组份水性环氧树脂乳液AE605 40%、分散剂0.8%、pH调节剂N，N- 二甲基乙醇胺2.5%和部分去离子水6%加入分散机搅拌罐中，低速搅拌20分钟，然后依次加入防锈颜料为铁钛粉20%，步骤a得到的改性蛭石15%，普通填料为滑石粉10%，低速搅拌15分钟后将浆料在高剪切砂磨分散至30 μ m,然后在浆料中加入消泡剂1%，流平剂0.3%，增稠剂1%，充分搅拌后用剩余去离子水3.4%调节粘度，即可得到水性环氧防腐涂料样品；将得到的防腐涂料样品加水稀释后刷涂试板进行耐盐雾性能测试，耐盐雾时间为352h。
[0022]实施例9:
制备改性蛭石:
挑选片层结构好的原矿蛭石，用球磨机粉碎至300目，得到蛭石粉，再将蛭石粉加入到装有4mol/L的盐酸的酸性溶液的烧瓶中，快速搅拌下升温至80°C处理2小时，得到酸改性蛭石粉，将酸改性蛭石粉经过滤，烘干后加入到装有硅烷偶联剂KH550占蛭石粉质量的3%的烧瓶中，快速搅拌下升温至100°C处理I小时，即可得到改性蛭石粉；
制备水性防腐涂料:
将原料按质量百分比单组份水性环氧树脂乳液AE605 38%、分散剂1%、pH调节剂N，N- 二甲基乙醇胺2.5%和部分去离子水8%加入分散机搅拌罐中，低速搅拌20分钟，然后依次加入防锈颜料为三聚磷酸铝22%，步骤a得到的改性蛭石12%，普通填料为滑石粉10%，低速搅拌15分钟后将浆料在高剪切砂磨分散至30 μ m,然后在浆料中加入消泡剂1.2%，流平剂0.3%，增稠剂1%，充分搅拌后用剩余去离子水4%调节粘度，即可得到水性环氧防腐涂料样品；
将得到的防腐涂料样品加水稀释后刷涂试板进行耐盐雾性能测试，耐盐雾时间为338h。
[0023]实施例10 (对照)
制备水性防腐涂料:
将原料按质量百分比单组份水性环氧树脂乳液AE605 40%、分散剂0.8%、pH调节剂N，N- 二甲基乙醇胺2.5%和部分去离子水6%加入分散机搅拌罐中，低速搅拌20分钟，然后依次加入防锈颜料为磷酸锌12%，三聚磷酸铝8%，普通填料为硫酸钡15%，滑石粉10%，低速搅拌15分钟后将浆料在高剪切砂磨分散至30 μ m,然后在浆料中加入消泡剂1%，流平剂0.3%，增稠剂1%，充分搅拌后用剩余去离子水3.4%调节粘度，即可得到水性环氧防腐涂料样品；将得到的防腐涂料样品加水稀释后刷涂试板进行耐盐雾性能测试，耐盐雾时间为312h。
[0024] 从实施例10 (对照)可以看出:实施例10 (对照)中的水性防腐涂料不含改性蛭石成分，其防腐性能明显低于实施例1-9中的任意一种含改性蛭石成分的防腐涂料，说明改性蛭石作为防腐功能填料确实起到非常有益的效果。
【权利要求】
1.一种以改性蛭石为功能填料的水性环氧防腐涂料，其特征在于该防腐涂料是由原料按质量百分比水性环氧树脂乳液25-50%，防锈颜料为磷酸锌、三聚磷酸铝、铁钛粉或氧化铁红中的一种或两种10-30%，改性蛭石5-15%，普通填料为滑石粉、硫酸钡或炭黑5-15%，分散剂0.5-1%，流平剂0.1-0.5%，消泡剂0.5-1.5%，pH调节剂N，N-二甲基乙醇胺0.5_3%，增稠剂0.5-2%，去离子水余量制成。
2.根据权利要求1所述的以改性蛭石为功能填料的水性环氧防腐涂料的制备方法，其特征在于按下列步骤进行: 制备改性蛭石: a、挑选片层结构好的原矿蛭石，用球磨机粉碎至200-300目，得到蛭石粉，再将蛭石粉加入到装有2-lOmol/L的盐酸、硝酸或硫酸的酸性溶液的烧瓶中，快速搅拌下升温至80°C处理2小时，得到酸改性蛭石粉，将酸改性蛭石粉经过滤，烘干后加入到装有硅烷偶联剂KH550、KH560或KH570的烧瓶中，快速搅拌下升温至50_100°C处理I小时，即可得到改性蛭石粉； 制备水性防腐涂料: b、将原料按质量百分比水性环氧树脂乳液25-50%、分散剂0.5-1%、pH调节剂N，N- 二甲基乙醇胺0.5-3%和部分去离子水加入分散机搅拌罐中，低速搅拌20分钟，然后依次加入防锈颜料为磷酸锌、三聚磷酸铝、铁钛粉或氧化铁红中的一种或两种10-30%，步骤a得到的改性蛭石5-15%，普通填料为滑石粉、硫酸钡或炭黑5-15%，低速搅拌15分钟后将浆料在高剪切砂磨分散至30 μ m，然后在浆料中加入消泡剂0.5-1.5%，流平剂0.1-0.5%，增稠剂0.5-2%，充分搅拌后用剩 余去离子水调节粘度，即可得到水性环氧防腐涂料样品。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤a中所述水性环氧树脂乳液为单组份的水性环氧树脂乳液AE605或双组分的水性环氧树脂乳液AB-EP-20。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤a中硅烷偶联剂KH550、KH560或KH570的用量占蛭石粉质量的0.5%-5%。
【文档编号】C09D163/00GK104004440SQ201410270845
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月17日 优先权日:2014年6月17日
【发明者】闫世友, 陈朝阳, 谢永新, 王军华, 范艳伟 申请人:中国科学院新疆理化技术研究所