一种水性环氧防腐涂料及其制备方法与流程

本发明涉及一种水性环氧防腐涂料及其制备方法，属于涂料技术领域。

背景技术：

随着我国工业的快速发展，钢材、铝材等金属材料的需求不断增长。然而，据不完全统计，全球每年因金属腐蚀所导致的钢铁损失量占据年钢铁生产总量的10％～20％，造成巨大的资源浪费和环境负担，因此亟需解决金属材料的腐蚀问题。

防腐涂料是一种可以有效抑制金属腐蚀过程的涂料，可以减少金属材料因为腐蚀而造成的损失。目前，市售防腐涂料(尤其是重防腐领域)大多都是溶剂型涂料，虽然抑制腐蚀的效果不错，但含有挥发性成分和重金属，会对生态环境造成污染。随着人们环保意识日益增强，水性防腐涂料成为了发展方向，需求越来越迫切。

环氧树脂具有易于加工成型、固化物性能优异等优点，是目前应用范围最广的重防腐涂料用树脂。然而，现有的水性环氧防腐涂料不仅干燥时间长、施工环境苛刻，而且形成的涂层存在内应力大、质地硬脆、耐开裂性差等问题，无法完全满足实际需求，应用受到了很大限制。

因此，迫切需要开发一种综合性能更加优异的水性环氧防腐涂料。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种水性环氧防腐涂料及其制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种水性环氧防腐涂料，由a组分和b组分组成：

所述a组分由以下质量百分含量的原料组成：

水性环氧树脂乳液：40％～55％；

硅氧烷改性纳米sio2分散液：0.2％～2％；

成膜助剂：0.8％～1.8％；

颜料：12％～22％；

填料：10％～20％；

分散剂：0.4％～0.7％；

消泡剂：0.15％～0.3％；

底材润湿剂：0.1％～0.3％；

防闪锈剂：0.15％～0.3％；

附着力促进剂：0.2％～0.4％；

水：余量；

所述b组分由以下质量百分含量的原料组成：

固化剂：90％～100％；

水：余量；

所述a组分、b组分的质量比为(8.5～10)：1。

优选的，所述水性环氧树脂乳液由环氧当量400～700eq/100g的水性环氧树脂乳液和环氧当量1300～2300eq/100g的水性环氧树脂乳液按照质量比(6～9)：(2～3)复配而成。

进一步优选的，所述水性环氧树脂乳液由美国瀚森epikote6520-wh-53和美国瀚森epikote3540-wy-55按照质量比(6～9)：(2～3)复配而成。

美国瀚森epikote6520-wh-53：固含量为53％，粘度为1000～6000cp，环氧当量为500～600eq/100g。

美国瀚森epikote3540-wy-55：固含量为55％，粘度为7000～17000cp，环氧当量为1600～2000eq/100g。

优选的，所述a组分的ph值为6.9～7.2。

优选的，所述硅氧烷改性纳米sio2分散液的制备方法为：1)将纳米sio2粉末加无水乙醇混合均匀，再超声分散，再加入有机硅氧烷，充分混匀，离心，干燥，得到有机硅修饰的纳米sio2；2)将表面活性剂加水混合均匀，再加入有机硅修饰的纳米sio2，充分混匀，得到硅氧烷改性纳米sio2分散液。

优选的，步骤1)所述有机硅氧烷为kh550、kh560、kh570中的至少一种。

优选的，步骤2)所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的至少一种。

优选的，所述硅氧烷改性纳米sio2的目数为9000～11000目，比表面积为30～50m²/g。

优选的，所述成膜助剂为二丙酮醇、二丙二醇丁醚、乙二醇丙醚、乙二醇乙醚、丙二醇甲醚中的至少一种。

进一步优选的，所述成膜助剂为二丙二醇丁醚、乙二醇丙醚中的至少一种。

优选的，所述颜料为三聚磷酸铝、亲水改性硅酸盐、磷酸锌铝水合物中的至少一种。

进一步优选的，所述颜料由三聚磷酸铝、亲水改性硅酸盐(杭州思坦颜料化工有限公司，micrderew)和磷酸锌铝水合物复配而成。

优选的，所述填料为片状绢云母、沉淀硫酸钡的至少一种。

进一步优选的，所述填料由片状绢云母和沉淀硫酸钡复配而成。

优选的，所述分散剂为tego-760w、tego-755w、byk-190、byk-192、disupers18(上海核心新材料科技有限公司)中的至少一种。

进一步优选的，所述分散剂为tego-760w、byk-190中的至少一种。

优选的，所述消泡剂为byk-024、byk-028、tego-902w、tego-825、tego-810中的至少一种。

进一步优选的，所述消泡剂为tego-902w、tego-810中的至少一种。

优选的，所述底材润湿剂为byk-348、byk-349、tego-4100中的至少一种。

进一步优选的，所述底材润湿剂为byk-348、tego-4100中的至少一种。

优选的，所述防闪锈剂为clariant-ac18、raybo-60中的至少一种。

优选的，所述附着力促进剂为具有环氧官能团的硅烷齐聚物。

进一步优选的，所述附着力促进剂为迈图coatosilmp200。

优选的，所述固化剂为胺值200～300mgkoh/g的胺类固化剂。

进一步优选的，所述固化剂为胺值235～265mgkoh/g的胺类固化剂。

再进一步优选的，所述固化剂为美国瀚森epikote6870-w-53。

美国瀚森epikote6870-w-53：固含量为53％，粘度为1000～11000cp，胺值为235～265mgkoh/g。

上述水性环氧防腐涂料的制备方法包括以下步骤：

1)将硅氧烷改性纳米sio2分散液加入水性环氧树脂乳液中，充分反应，得到硅氧烷-纳米sio2改性水性环氧树脂乳液；

2)取一部分硅氧烷-纳米sio2改性水性环氧树脂乳液，加入成膜助剂、颜料、填料、分散剂和一部分消泡剂，充分混匀，得到混合物1；

3)将剩余的硅氧烷-纳米sio2改性水性环氧树脂乳液、剩余的消泡剂、底材润湿剂、防闪锈剂和附着力促进剂充分混匀，得到混合物2；

4)将混合物2加入混合物1中，充分混匀，得到a组分；

5)将固化剂加水稀释，得到b组分。

优选的，步骤1)所述反应的温度为55～70℃，时间为4～7h。

优选的，步骤2)所述硅氧烷-纳米sio2改性水性环氧树脂乳液占硅氧烷-纳米sio2改性水性环氧树脂乳液总质量的50％～70％。

优选的，步骤2)所述消泡剂占消泡剂总质量的60％～80％。

本发明的有益效果是：本发明的水性环氧防腐涂料具有干燥速度快、低voc、储存稳定性好、施工方便、成本低等优点，形成的漆膜耐水性、耐腐蚀性和耐冲击性优异。

1)本发明利用硅氧烷改性纳米sio2对水性环氧树脂乳液进行改性，硅氧烷改性纳米sio2粒子表面具有不饱和残键以及不同键合状态的羟基和氨基，可以与环氧树脂链上的羟基和环氧基发生反应，在环氧树脂中引入硅氧柔性链段和富有弹性的网状硅氧四面体结构，在无机相和有机相范围内形成或强或弱的各种物理和化学键合作用，进而形成致密的聚合物网络，不仅可以提高水性环氧防腐涂料中粉料的流动性，防止结块，而且可以堆积成致密的物理隔绝层，此外，其具有的纳米材料效应还可以填补涂层缺陷，增加树脂与颜料颗粒之间的界面结合力，使漆膜的孔隙率大幅度降低，最终可以提高漆膜的耐水、防腐性能；

2)本发明通过将不同环氧当量的水性环氧乳液复配，可以增加漆膜的硬度和缩短干燥时间；

3)本发明在水性环氧防腐涂料中添加了片状绢云母，其能够和硅氧烷改性纳米sio2产生协同作用，形成上下交错排列的独特屏蔽结构，并在漆膜内形成复杂曲折的渗透扩散路径，可以有效延长介质渗透至基体的时间，提高了漆膜的抗渗透性能和耐腐蚀寿命。

附图说明

图1为实施例2的水性环氧防腐涂料的红外光谱图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。

实施例1：

一种水性环氧防腐涂料，其原料组成如下表所示：

表1一种水性环氧防腐涂料的原料组成表

注：

硅氧烷改性纳米sio2的目数为9000～1100目，比表面积为30～50m²/g；

硅氧烷改性纳米sio2分散液通过以下方法制备得到：1)将纳米sio2粉末加无水乙醇混合均匀，再超声分散，再加入kh560，充分混匀，离心，干燥，得到有机硅修饰的纳米sio2；2)将十二烷基苯磺酸钠加水混合均匀，再加入有机硅修饰的纳米sio2，充分混匀，得到硅氧烷改性纳米sio2分散液。

上述水性环氧防腐涂料的制备方法包括以下步骤：

1)将硅氧烷改性纳米sio2分散液加入水性环氧树脂乳液中，60℃恒温反应6h，得到硅氧烷-纳米sio2改性水性环氧树脂乳液；

2)取1/2的硅氧烷-纳米sio2改性水性环氧树脂乳液，加入成膜助剂、颜料、填料、分散剂和2/3的消泡剂，充分混匀，得到混合物1；

3)将剩余的硅氧烷-纳米sio2改性水性环氧树脂乳液、剩余的消泡剂、底材润湿剂、防闪锈剂和附着力促进剂充分混匀，得到混合物2；

4)将混合物2加入混合物1中，充分混匀，得到a组分；

5)将固化剂加水稀释，得到b组分。

6)将a组分和b组分按照质量比8.5:1混合均匀，得到水性环氧防腐涂料。

实施例2：

一种水性环氧防腐涂料，其原料组成如下表所示：

表2一种水性环氧防腐涂料的原料组成表

注：

硅氧烷改性纳米sio2的目数为9000～1100目；

硅氧烷改性纳米sio2分散液通过以下方法制备得到：1)将纳米sio2粉末加无水乙醇混合均匀，再超声分散，再加入kh560，充分混匀，离心，干燥，得到有机硅修饰的纳米sio2；2)将十二烷基苯磺酸钠加水混合均匀，再加入有机硅修饰的纳米sio2，充分混匀，得到硅氧烷改性纳米sio2分散液。

上述水性环氧防腐涂料的制备方法包括以下步骤：

1)将硅氧烷改性纳米sio2分散液加入水性环氧树脂乳液中，55℃恒温反应5h，得到硅氧烷-纳米sio2改性水性环氧树脂乳液；

2)取1/2的硅氧烷-纳米sio2改性水性环氧树脂乳液，加入成膜助剂、颜料、填料、分散剂和3/4的消泡剂，充分混匀，得到混合物1；

3)将剩余的硅氧烷-纳米sio2改性水性环氧树脂乳液、剩余的消泡剂、底材润湿剂、防闪锈剂和附着力促进剂充分混匀，得到混合物2；

4)将混合物2加入混合物1中，充分混匀，得到a组分；

5)将固化剂加水稀释，得到b组分。

6)将a组分和b组分按照质量比9:1混合均匀，得到水性环氧防腐涂料。

水性环氧防腐涂料的红外光谱如图1所示。

由图1可知：

1509cm^-1和1607cm^-1处为水性环氧树脂中苯环的特征吸收峰；

1246cm^-1处为水性环氧树脂骨架上的c-o的伸缩振动峰；

914cm^-1处为水性环氧树脂中的环氧基团的特征吸收峰；

828cm^-1处为水性环氧树脂中的苯环发生对位取代所形成的弯曲振动吸收峰；

1110cm^-1附近呈现双峰，其中，1086cm^-1处为si-o-si的弯曲振动峰，1116cm^-1处为c-o-c的伸缩振动峰；

由此可见，硅氧烷改性纳米sio2成功接枝到了水性环氧树脂上。

实施例3：

一种水性环氧防腐涂料，其原料组成如下表所示：

表3一种水性环氧防腐涂料的原料组成表

注：

硅氧烷改性纳米sio2的目数为9000～1100目，比表面积为30～50m²/g；

硅氧烷改性纳米sio2分散液通过以下方法制备得到：1)将纳米sio2粉末加无水乙醇混合均匀，再超声分散，再加入kh560，充分混匀，离心，干燥，得到有机硅修饰的纳米sio2；2)将十二烷基苯磺酸钠加水混合均匀，再加入有机硅修饰的纳米sio2，充分混匀，得到硅氧烷改性纳米sio2分散液。

上述水性环氧防腐涂料的制备方法包括以下步骤：

1)将硅氧烷改性纳米sio2分散液加入水性环氧树脂乳液中，60℃恒温反应5h，得到硅氧烷-纳米sio2改性水性环氧树脂乳液；

2)取2/3的硅氧烷-纳米sio2改性水性环氧树脂乳液，加入成膜助剂、颜料、填料、分散剂和2/3的消泡剂，充分混匀，得到混合物1；

3)将剩余的硅氧烷-纳米sio2改性水性环氧树脂乳液、剩余的消泡剂、底材润湿剂、防闪锈剂和附着力促进剂充分混匀，得到混合物2；

4)将混合物2加入混合物1中，充分混匀，得到a组分；

5)将固化剂加水稀释，得到b组分。

6)将a组分和b组分按照质量比9.2:1混合均匀，得到水性环氧防腐涂料。

实施例4：

一种水性环氧防腐涂料，其原料组成如下表所示：

表4一种水性环氧防腐涂料的原料组成表

注：

硅氧烷改性纳米sio2的目数为9000～1100目，比表面积为30～50m²/g；

硅氧烷改性纳米sio2分散液通过以下方法制备得到：1)将纳米sio2粉末加无水乙醇混合均匀，再超声分散，再加入kh560，充分混匀，离心，干燥，得到有机硅修饰的纳米sio2；2)将十二烷基苯磺酸钠加水混合均匀，再加入有机硅修饰的纳米sio2，充分混匀，得到硅氧烷改性纳米sio2分散液。

上述水性环氧防腐涂料的制备方法包括以下步骤：

1)将硅氧烷改性纳米sio2分散液加入水性环氧树脂乳液中，65℃恒温反应5h，得到硅氧烷-纳米sio2改性水性环氧树脂乳液；

2)取2/3的硅氧烷-纳米sio2改性水性环氧树脂乳液，加入成膜助剂、颜料、填料、分散剂和2/3的消泡剂，充分混匀，得到混合物1；

3)将剩余的硅氧烷-纳米sio2改性水性环氧树脂乳液、剩余的消泡剂、底材润湿剂、防闪锈剂和附着力促进剂充分混匀，得到混合物2；

4)将混合物2加入混合物1中，充分混匀，得到a组分；

5)将固化剂加水稀释，得到b组分。

6)将a组分和b组分按照质量比9.5:1混合均匀，得到水性环氧防腐涂料。

实施例5：

一种水性环氧防腐涂料，其原料组成如下表所示：

表5一种水性环氧防腐涂料的原料组成表

注：

硅氧烷改性纳米sio2的目数为9000～1100目，比表面积为30～50m²/g；

硅氧烷改性纳米sio2分散液通过以下方法制备得到：1)将纳米sio2粉末加无水乙醇混合均匀，再超声分散，再加入kh560，充分混匀，离心，干燥，得到有机硅修饰的纳米sio2；2)将十二烷基苯磺酸钠加水混合均匀，再加入有机硅修饰的纳米sio2，充分混匀，得到硅氧烷改性纳米sio2分散液。

上述水性环氧防腐涂料的制备方法包括以下步骤：

1)将硅氧烷改性纳米sio2分散液加入水性环氧树脂乳液中，65℃恒温反应5h，得到硅氧烷-纳米sio2改性水性环氧树脂乳液；

2)取2/3的硅氧烷-纳米sio2改性水性环氧树脂乳液，加入成膜助剂、颜料、填料、分散剂和3/4的消泡剂，充分混匀，得到混合物1；

3)将剩余的硅氧烷-纳米sio2改性水性环氧树脂乳液、剩余的消泡剂、底材润湿剂、防闪锈剂和附着力促进剂充分混匀，得到混合物2；

4)将混合物2加入混合物1中，充分混匀，得到a组分；

5)将固化剂加水稀释，得到b组分。

6)将a组分和b组分按照质量比10:1混合均匀，得到水性环氧防腐涂料。

对比例1：

一种水性环氧防腐涂料，其原料组成如下表所示：

表6一种水性环氧防腐涂料的原料组成表

上述水性环氧防腐涂料的制备方法包括以下步骤：

1)取1/2的水性环氧树脂乳液，加入成膜助剂、颜料、填料、分散剂和2/3的消泡剂，充分混匀，得到混合物1；

2)将剩余的水性环氧树脂乳液、剩余的消泡剂、底材润湿剂、防闪锈剂和附着力促进剂充分混匀，得到混合物2；

3)将混合物2加入混合物1中，充分混匀，得到a组分；

4)将固化剂加水稀释，得到b组分。

5)将a组分和b组分按照质量比9.5:1混合均匀，得到水性环氧防腐涂料。

对比例2：

一种水性环氧防腐涂料，其原料组成如下表所示：

表7一种水性环氧防腐涂料的原料组成表

注：

硅氧烷改性纳米sio2的目数为9000～1100目，比表面积为30～50m²/g；

硅氧烷改性纳米sio2分散液通过以下方法制备得到：1)将纳米sio2粉末加无水乙醇混合均匀，再超声分散，再加入kh560，充分混匀，离心，干燥，得到有机硅修饰的纳米sio2；2)将十二烷基苯磺酸钠加水混合均匀，再加入有机硅修饰的纳米sio2，充分混匀，得到硅氧烷改性纳米sio2分散液。

上述水性环氧防腐涂料的制备方法包括以下步骤：

1)将硅氧烷改性纳米sio2分散液加入水性环氧树脂乳液中，60℃恒温反应5h，得到硅氧烷-纳米sio2改性水性环氧树脂乳液；

2)取1/2的硅氧烷-纳米sio2改性水性环氧树脂乳液，加入成膜助剂、颜料、填料、分散剂和2/3的消泡剂，充分混匀，得到混合物1；

3)将剩余的硅氧烷-纳米sio2改性水性环氧树脂乳液、剩余的消泡剂、底材润湿剂、防闪锈剂和附着力促进剂充分混匀，得到混合物2；

4)将混合物2加入混合物1中，充分混匀，得到a组分；

5)将固化剂加水稀释，得到b组分。

6)将a组分和b组分按照质量比9.5:1混合均匀，得到水性环氧防腐涂料。

对比例3：

一种水性环氧防腐涂料，其原料组成如下表所示：

表8一种水性环氧防腐涂料的原料组成表

注：

硅氧烷改性纳米sio2的目数为9000～1100目，比表面积为30～50m²/g；

硅氧烷改性纳米sio2分散液通过以下方法制备得到：1)将纳米sio2粉末加无水乙醇混合均匀，再超声分散，再加入kh560，充分混匀，离心，干燥，得到有机硅修饰的纳米sio2；2)将十二烷基苯磺酸钠加水混合均匀，再加入有机硅修饰的纳米sio2，充分混匀，得到硅氧烷改性纳米sio2分散液。

上述水性环氧防腐涂料的制备方法包括以下步骤：

1)将硅氧烷改性纳米sio2分散液加入水性环氧树脂乳液中，60℃恒温反应5h，得到硅氧烷-纳米sio2改性水性环氧树脂乳液；

2)取1/2的硅氧烷-纳米sio2改性水性环氧树脂乳液，加入成膜助剂、颜料、填料、分散剂和2/3的消泡剂，充分混匀，得到混合物1；

3)将剩余的硅氧烷-纳米sio2改性水性环氧树脂乳液、剩余的消泡剂、底材润湿剂、防闪锈剂和附着力促进剂充分混匀，得到混合物2；

4)将混合物2加入混合物1中，充分混匀，得到a组分；

5)将固化剂加水稀释，得到b组分。

6)将a组分和b组分按照质量比9.2:1混合均匀，得到水性环氧防腐涂料。

对比例4：

国外某水性环氧防腐涂料。

对比例5：

国内某水性环氧防腐涂料。

测试例：

对实施例1～5和对比例1～5的水性环氧防腐涂料分别进行性能测试，测试结果如下表所示：

表9实施例1～5的水性环氧防腐涂料的性能测试数据

表10对比例1～5的水性环氧防腐涂料的性能测试数据

注：

各性能指标的测试标准如下：重量固含：gb/t1725-2007；表干时间：gb/t1728-1979；实干时间：gb/t1728-1979；弯曲试验：gb/t6742-2007；耐冲击试验：gb/t1732-1993；划格试验：gb/t9286-1998；铅笔硬度：gb/t6739-1996；储存稳定性：hg/t4759-2014；耐水性：gb/t1733-1993；耐盐雾性：gb/t1771-2007；挥发性有机物：gb/t18582-2008；游离甲醛：gb/t23993-2009。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。