一种水性防静电防腐隔热涂料及制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种以羟基丙烯酸分散体、改性聚酯分散体为成膜物、以钛白粉为颜料、以导电钛酸钾晶须、石墨烯为导电填料的水性防静电防腐隔热涂料，在功能助剂的配合下，通过a.3％石墨烯水性浆的制备、b.A组分的制备c.B组分的制备,得到水性防静电防腐隔热涂料，并按照以质量分数将A组分:B组分＝100:15?16混配后在施工时使用。本发明底、面漆合一，具有优异的导静电性、防腐蚀性、热辐射隔热性、耐候性及突出的物化性，适宜大力推广使用。
【专利说明】
一种水性防静电防腐隔热涂料及制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及工业涂料技术领域，尤其是涉及一种水性防静电防腐隔热涂料及制备 方法。 技术背景
[0002] 随着国民经济的发展和科技的进步，改善民生、保护环境、节约资源、节能减排、发 展循环经济已成为我国的基本国策。目前，国内应用于航天器、石油管道、储油罐、钻井平 台、工业设备等的防静电防腐涂料，主要是以环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚氨酯等为 成膜物的底、中、面配套溶剂型涂料，底漆一般为环氧富锌漆，中涂为云铁中间漆，面涂为聚 氨酯隔热漆。在生产和施工过程中，由于溶剂挥发，即浪费能源又污染环境，还存在着不安 全隐患，且施工工序繁琐。当前，水性聚氨酯防静电防腐隔热涂料是本领域研制开发的热 点，水性聚氨酯防静电防腐隔热涂料是一种性能与环保兼具的高品质涂料，它不仅具有溶 剂型双组分聚氨酯涂料的硬度高、耐介质性好、成膜温度低和附着力强等优点，而且挥发性 有机物(VOC)含量极低，是一种高性能、低碳环保涂料。其涂层表面不但具有良好的导静电 性，还具有良好的隔热降温性和防腐性，且施工简便。研发一种双组分水性聚氨酯防静电防 腐隔热涂料，以解决现有溶剂型防静电防腐涂料技术中存在的底、中、面漆功能单一、需要 配套施工;生产、施工过程污染环境、浪费能源;容易产生安全隐患等问题，是本技术领域当 前需要完成的任务。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种硬度高、耐介质性好、成膜温度低和附着力强、低碳环保 的水性防静电防腐隔热涂料，同时也提供其制备方法。
[0004] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案:一种水性防静电防腐隔热涂料，以 羟基丙烯酸分散体、改性聚酯分散体为成膜物、以钛白粉为颜料、以导电钛酸钾晶须、石墨 烯为导电填料，在功能助剂的配合下，制备成兼具防静电、防腐、隔热多功能底、面漆合一涂 料，其配方中各组份成分构成如下；
[0005] 其中:A组分包括以下质量分数％的组分：
[0006] 羟基丙烯酸分散体20-40，
[0007] 改性聚酯分散体10-20，
[0008] 金红石型钛白粉5-10，
[0009] 磷酸铝锌10-15，
[0010] 导电钛酸钾纤维5-10，
[0011] 石墨烯粉 0.2-0.6，
[0012] 成膜助剂卜2，
[0013] 分散剂 0.5-1、
[0014] 润湿剂 0.2-0.3,
[0015] 消泡剂 0.3-0.5，
[0016] 流平剂 0.3-0.5，
[0017] 防霉剂 〇.2，
[0018] pH值调节剂 0.1-0.15，
[0019] 增稠剂 〇.5-1，
[0020] 去离子水5-15;
[0021] B组分为氨基磺酸盐改性HDI异氰酸酯15-16;
[0022]以上各组分含量均为质量分数。
[0023]上述所述水性防静电防腐隔热涂料的制备工艺步骤如下：
[0024] a.制备3%石墨烯水性浆：
[0025]按质量分数％计，将分散剂0.3-0.5、润湿剂0.2-0.4、消泡剂0.2-0.4、多功能胺助 剂0.1-0.2加入去离子水96中，搅拌分散均匀，缓慢加入石墨烯粉3，分散均匀后超声波振荡 0.5h，然后再经纳米研磨机研磨制备成3 %石墨烯浆料；
[0026] b. A组分的制备：
[0027] 按质量分数％计，将去离子水5-15加入分散罐中，中速搅拌下加入分散剂0.5-1、 润湿剂0.2-0.3、消泡剂0.3-0.5，流平剂0.3-0.5，防霉剂0.2，PH值调节剂0.15，金红石型钛 白粉5-10,磷酸铝锌10-15,导电钛酸钾纤维5-10,高速分散30min，经研磨细度达到30um的 颜料浆;将上述颜料浆加入调漆罐中，中速搅拌下加入石墨烯浆料7-20、羟基丙烯酸分散体 20-40、改性聚酯分散体10-20，加入成膜助剂1-2，消泡剂0.1-0.2、增稠剂0.5-1，搅拌 20min，过滤、包装。
[0028] c. B组分的制备;将氨基磺酸盐改性HDI异氰酸酯单独包装待用；
[0029] 施工时，以质量分数将A组分:B组分=100:15-16混配。
[0030] 本发明构成中各组分的机理是：
[0031 ] (1)水性双组分聚氨酯涂料的成膜机理:本发明的成膜物质由羟基丙烯酸分散体 和改性聚酯分散体混配、氨基磺酸盐改性HDI异氰酸酯为固化剂组成的双组分固化物。在湿 涂层中，首先当大部分水分蒸发后，乳液粒子相互接触，形成紧密堆积结构，残余水分和固 化剂分子则处在乳液粒子的间隙处，随着水分的进一步蒸发，乳液粒子开始凝结，形成更为 紧密的六边形排列结构，与此同时，固化剂分子扩散到乳液粒子的界面及其内部发生交联 固化反应。固化后的涂膜硬度高、柔韧性好、光泽高、丰满度高、具有良好的耐候性、耐光性、 和优异的耐化学品性，重防腐性。
[0032] (2)导电填料在涂料中的导电机理：导电钛酸钾晶须纤维与石墨烯混配作水性防 静电防腐隔热涂料的填料。导电钛酸钾晶须纤维，其外观呈浅灰色纤维粉状，平均直径0.4-0.7um，平均长度在10-20um，电阻率CLO t3 Ω .cm。石墨稀是一种从石墨材料中剥离出的单层 碳原子面材料，是一种新型的由碳原子以SP2杂化轨道组成的六角形呈蜂窝晶格的平面薄 膜，高硬度同时又可以伸展。常温下其电子迀移率超过15 000cm2/(V· s)，电阻率约10-6 Ω · cm。将上述导电材料以适当质量比均匀分散在有机树脂中，当导电填料含量超过一定 值时，涂膜的电阻率迅速下降，表现出较强的导电性能。
[0033] (3)水性防静电防腐隔热涂料的防腐机理:水性双组分聚氨酯固化物本身具有良 好的耐候性、耐光性、和优异的耐化学品性，重防腐性。颜填料由金红石型钛白粉、磷酸铝 锌、导电钛酸钾晶须纤维、石墨烯组成。金红石型钛白粉是折光指数(2 · 8)最高的白色颜 料，光反射率达到80%;具有遮盖力强、折光指数高、太阳光反射系数大、耐候保色性好、耐 化学品腐蚀等优点。基于水性浅色防静电隔热防腐涂料配方中，在保证涂层体积电阻率较 低、太阳反射比尽可能尚的如提下，添加适量金红石型钦白粉，可以提尚涂料的综合性能。 磷酸铝锌为磷酸锌改性后的第二代防锈颜料，兼有磷酸锌和磷酸铝双重特性，磷酸铝锌遇 水容易离解和水解，产生第二代磷酸盐离子，磷酸根与铁锈离子反应，产生难容且紧密的磷 酸附着层，引起阳极极化;而锌、铝离子与阴极区的OiT 1反应，生成难容物而引起阴极极化， 具有缓蚀、钝化作用，并且也有良好的光学性能，对太阳光热有较高的反射率和远红外发射 率。
[0034]水性聚氨酯导电防腐隔热涂料的防腐性、物理机械性能与涂层的致密度相关。当 颜填粒经小，在有机连续性网状涂膜中分散均匀、结合紧密、空隙率低时，涂层致密。将导电 钛酸钾晶须和石墨烯纳米材料分散于涂料中，纳米粒子与聚氨酯树脂和水发生界面反应， 形成活性吸附中心，使涂层中树脂和颜填料及基材之间形成键合力，构成三维网状结构，大 大提高了涂层的致密度、韧性、硬度、耐冲击性、附着力及耐腐蚀等性能，可有效地阻止腐蚀 介质对基材的浸蚀。
[0035] (4)水性防静电防腐隔热涂料的隔热机理:石墨烯的导热系数高达5300W/m. K，对 红外线反射率达98%、紫外线反射率达85%。石墨烯具有高比表面积、高导热性、高红外发 射率、优异的化学稳定性、突出的力学性能。石墨烯的高比表面积使其均匀分散在涂层中， 增大了涂层散热面积，显著提高红外发射率、降低物体表面和内部温度，提高涂层的辐射隔 热性。导电钛酸钾晶须具有优异的红外反射性能和物理化学性质，以其为填料制备的涂料， 其涂膜同样具有优异的红外反射隔热性。两种材料合理搭配，不但能增大涂层的散热面积， 提高红外发射率，增强隔热效果，而且也能提高涂层的综合物化性能。
[0036]经检测，本发明的水性防静电防腐隔热涂料的性能如下： 检测项目 检测结果 检测方法 )t、;f.(60。）％ 60 GB/T9754-1988 t:iV色硬投 H GB/T6739-1996 附着力 / 级 I GB/T9286-1998 柔籾性/mm I G B/T17B1-1993 耐冲击性/cm 50 GB/T1732-1993 体积电阻率/ (Ω· m) 3 IXlOs GB/T1410-2006 f ^ 耐水性(IOd) 无起泡、起皱、脱落、变色GB/T1733-.1993 耐汽油（48h) 无起泡、起皱、脱落、变色GB/T1734-1993 耐机油（HQ-10机油24h)无起泡、起皱、脱落、变色GB/T9274-1988 耐酸性（5%H2S04, 24h)无起泡、起皱、脱落、变色GB/T9724-1988 耐碱性（10%NaOH,24h)无起泡、起皱、脱落、变色GB/T9274..1988 耐盐雾性（1500h) 无起泡、起皱、脱落、生锈GB/T1771-2007 耐湿热性（480h) 无起泡、起皱、脱落、变色GB/T1740-2007 温度冲击（-55-7CTC30 循环） 无变化 β:Β/Π 50. SA-2:Q09 耐老化性（1500h) 无开裂、起泡、粉化、 变色矣Q2 级 GB/T1865-2009 太阳吸收比 0.50 GB/T2502.2-2006
[0038] 上述检测数据表明，本发明涂膜兼具优异的导静电性、防腐蚀性、热辐射隔热性、 耐候性及突出的物化性。
【具体实施方式】
[0039] 下面结合实施例详述本发明：一种水性防静电防腐隔热涂料，其配方中各组份成 分构成如下；
[0040] 其中:A组分包括以下质量分数％的组分：
[0041 ] 羟基丙烯酸分散体20-40，
[0042] 改性聚酯分散体10-20，
[0043] 金红石型钛白粉5-10，
[0044] 磷酸铝锌10-15，
[0045] 导电钛酸钾纤维5-10，
[0046] 石墨烯粉 〇·2-0.6，
[0047]成膜助剂1-2，
[0048] 分散剂 0.5-1、
[0049] 润湿剂 0.2-0.3，
[0050] 消泡剂 0.3-0.5，
[0051] 流平剂 0.3-0.5，
[0052] 防霉剂 0.2，
[0053] pH值调节剂 0.1-0.15，
[0054] 增稠剂 0.5-1，
[0055] 去离子水5-15;
[0056] B组分为氨基磺酸盐改性HDI异氰酸酯15-16;
[0057]以上各组分含量均为质量分数。
[0058] 实施例1
[0059] A组分:按质量分数％计，去离子水15，分散剂0.5，润湿剂0.2，消泡剂AiO. 3，流平 剂〇. 3，防霉剂0.2，pH值调节剂0.15，金红石型钛白粉10，磷酸铝锌15，导电钛酸钾纤维10， 石墨烯浆料7，羟基丙烯酸分散体20、改性聚酯分散体20，成膜助剂1，增稠剂0.5。
[0060] B组分:氨基磺酸盐改性HDI异氰酸酯12。
[0061 ] 施工时按A组分:B组分= 100:12(重量分数)混配。
[0062]制备方法，包括以下步骤：
[0063] a.制备3%石墨烯水性浆，以下均为质量份：
[0064]按质量分数％计，将分散剂0.3-0.5、润湿剂0.2-0.4、消泡剂0.2-0.4、多功能胺助 剂0.1-0.2加入去离子水96中，搅拌分散均匀，缓慢加入石墨烯粉3，分散均匀后超声波振荡 0.5h，然后再经纳米研磨机研磨制备成3 %石墨烯浆料；
[0065] b. A组分的制备：
[0066] 按质量分数％计，将去离子水15加入分散罐中，中速搅拌下加入分散剂HyO. 5，润 湿剂0.2，消泡剂0.3，流平剂0.3，防霉剂0.2，PH值调节剂0.15，金红石型钛白粉10，磷酸铝 锌15，导电钛酸钾纤维10，高速分散30min，经研磨细度达到30um的颜料浆。将上述颜料浆加 入调漆罐中，中速搅拌下加入石墨烯浆料7，羟基丙烯酸分散体20，改性聚酯分散体20，加入 成膜助剂1，消泡剂〇. 1，增稠剂〇. 5，搅拌20min，过滤、包装。
[0067] c.B组分为氨基磺酸盐改性HDI异氰酸酯12kg单独包装。
[0068] 施工时按A组分:B组分= 100:12(重量分数)混配。
[0069] 实施例2
[0070] A组分:按质量分数％计，去离子水12，分散剂0.7，润湿剂0.25、消泡剂AO. 4，流平 剂0.4，防霉剂0.2，pH值调节剂0.15，金红石型钛白粉7，磷酸铝锌12，导电钛酸钾纤维7，石 墨烯浆料14，羟基丙烯酸分散体30，改性聚酯分散体15，成膜助剂1.5，增稠剂0.7;
[0071] B组分:氨基磺酸盐改性HDI异氰酸酯15。
[0072] 施工时按A组分:B组分=100:15(重量分数)混配。
[0073]制备方法及与实施例1相同。
[0074] 实施例3
[0075] A组分:按质量分数％计，去离子水5，分散剂0.5，润湿剂0.25、消泡剂AO. 4，流平剂 〇. 5，防霉剂0.2，pH值调节剂0.15，金红石型钛白粉5，磷酸铝锌10，导电钛酸钾纤维5，石墨 烯浆料20、羟基丙烯酸分散体40、改性聚酯分散体10，成膜助剂2，增稠剂0.8。
[0076] B组分:氨基磺酸盐改性HDI异氰酸酯16。
[0077] 施工时按A组分:B组分=100:16(重量分数)混配。
[0078]制备方法与实施例1相同。
[0079]以上所述是本发明的几个优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术 人员，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种水性防静电防腐隔热涂料，以羟基丙烯酸分散体、改性聚酯分散体为成膜物、以 钛白粉为颜料、以导电钛酸钾晶须、石墨烯为导电填料，在功能助剂的配合下，制备成兼具 防静电、防腐、隔热多功能底、面漆合一涂料，其配方中各组份成分构成如下;其中： A组分包括以下质量分数％的组分： 羟基丙烯酸分散体20-40， 改性聚酯分散体10-20， 金红石型钛白粉5-10， 磷酸铝锌10-15， 导电钛酸钾纤维5-10， 石墨烯粉0.2-0.6， 成膜助剂1-2， 分散剂0.5-1、 润湿剂0.2-0.3， 消泡剂0.3-0.5， 流平剂0.3-0.5， 防霉剂0.2， pH值调节剂0.1-0.15， 增稠剂0.5-1， 去呙子水5-15; B组分为氨基磺酸盐改性HDI异氰酸酯15-16; 以上各组分含量均为质量分数。2. 制备如权利要求1所述水性防静电防腐隔热涂料的制备方法，其工艺步骤如下： a. 制备3 %石墨烯水性浆： 按质量分数％计，将分散剂〇 . 3-0.5、润湿剂0.2-0.4、消泡剂0.2-0.4、多功能胺助剂 0.1-0.2加入去离子水96中，搅拌分散均匀，缓慢加入石墨烯粉3,分散均匀后超声波振荡 0.5h，然后再经纳米研磨机研磨制备成3 %石墨烯浆料； b. A组分的制备： 按质量分数％计，将去离子水5-15加入分散罐中，中速搅拌下加入分散剂0.5-1、润湿 剂0.2-0.3、消泡剂0.3-0.5，流平剂0.3-0.5，防霉剂0.2，PH值调节剂0.15，金红石型钛白粉 5-10，磷酸铝锌10-15，导电钛酸钾纤维5-10，高速分散30min，经研磨细度达到30um的颜料 浆;将上述颜料浆加入调漆罐中，中速搅拌下加入石墨烯浆料7-20、羟基丙烯酸分散体20-40、改性聚酯分散体10-20，加入成膜助剂1-2，消泡剂0.1-0.2、增稠剂0.5-1，搅拌20min，过 滤、包装。 c. B组分的制备;将氨基磺酸盐改性HDI异氰酸酯单独包装待用； 施工时，以质量分数将A组分:B组分=100:15-16混配。
【文档编号】C08G18/62GK105860815SQ201610256618
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】刘成楼, 刘昊天, 隗功祥
【申请人】北京虹霞正升涂料有限责任公司