本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种石油钢管用室温快干型黑色水性防锈漆的制备方法。
背景技术：
石油钢管在存储和运输方面都存在防腐问题，特别是对外贸易出口的钢管，因运输周期较长，所以易受到大气，工业气体，海水盐雾，淋雨等环境的影响产生腐蚀，其次，石油钢管大都在高温及严酷的腐蚀介质环境中使用，条件恶劣，若不将钢管表面做防腐涂层处理，钢管表面将出现大面积锈蚀，严重影响钢管的表面质量。因此，为防止钢管在运输和储存过程中发生锈蚀，在生产中就需要喷涂防锈漆，保护钢管并延长钢管使用寿命。
防锈漆应具备安全环保，良好的施工性能，快干，漆膜光亮，良好的耐候性，耐冲击性等性能。但是传统防锈漆耐候，耐盐雾，抗腐蚀，但干燥速度慢，生产效率低，含大量有机溶剂，危害环境和人类健康。
公开号为CN201210279365.3，名称为“一种石油钢管用黑色防锈UV漆”的发明，该发明公开了一种石油钢管用黑色防锈UV漆，采用紫外光固化形式制备的漆膜干燥速度快，涂装效率高，适合喷涂，淋涂等多种方式，且附着力高，耐磨性好，耐盐雾佳。此发明漆虽然干燥速度快，但是由于预聚物黏度大，需加入的大量活性稀释剂影响环境和施工者健康，且工厂必须安装紫外固化设备，增加了生产成本。
公开号为CN201310436493.9，名称为“一种钢结构用水性防锈漆及其生产工艺”的发明，该公开了一种可用于钢结构的水性丙烯酸乳液为基底的防锈漆，漆膜干燥速度快，表干5-10min，实干6h，提升了涂装生产率，耐盐雾可达500h以上，防腐性能强。此发明的水性防锈漆虽然干燥速度快，但是使用的水性丙烯酸乳液交联度不高，容易“热粘冷脆”。因此需要寻找一种交联度高且干燥速度快的水性树脂。
公开号为CN201410282157.8，名称为“一种水性防锈漆及其制备方法"的发明，该公开了一种可以室温固化的水性防锈漆及其制备方法，此水性双组份聚氨酯防锈漆，添加了聚丙烯酸乳液，改善了漆膜的脆性，增加了涂层于底层的粘合性，加入的四盐基铬酸锌，醇溶性酚醛树脂和云母氧化铁也能增加漆膜的强度和使用寿命，不仅具有成膜温度低，光泽高，附着力强等优点，而且节能，环保，安全可靠，可应用于汽车，钢结构等领域的涂装。此份中公开的水性漆虽然绿色环保，改善了丙烯酸漆膜脆性，但对于水性漆，干燥速度是关键，而此对干燥速度没有特别说明，且是双组份，不易施工。
技术实现要素：
为了克服以上问题，本发明提供一种石油钢管用室温快干型黑色水性防锈漆及其制备方法，该方法生产工艺简单，漆膜室温下干燥速度快，附着力佳，黑色涂于钢管表面美观，覆盖力好，适于石油钢管在恶劣环境下的长期存放和运输。
为实现上述目标，本发明采用以下技术方案来实现：
一种石油钢管用室温快干型黑色水性防锈漆的制备方法，包括以下步骤：
1)按质量份计，称量低聚物二元醇10-25份，异氰酸酯化合物15-25份，扩链剂5-10份，成盐剂1-5份，去离子水40-60份，乙烯基单体10-20份，引发剂0.1-0.2份，蜡乳液8-15份，炭黑5-10份，防锈颜料5-10份，填料5-8份，防闪锈剂0.5-1.0份，润湿分散剂0.2-0.5份，消泡剂0.2-0.5份，流平剂0.2-0.5份以及增稠剂1.0-2.0份；
2)向反应器中加入低聚物二元醇脱水后，加入异氰酸酯化合物、扩链剂以及溶剂，在60-90℃反应1-4h后，加入成盐剂搅拌下成盐反应后加入去离子水，静置后真空脱除溶剂，得水性树脂a；
3)将水性树脂a加入反应器中，45℃下滴加乙烯基单体和引发剂，滴加完毕后在50℃下反应1-3h后抽真空，得水性树脂b；
4)向球磨机中加入蜡乳液、炭黑、防锈颜料、填料、防闪锈剂、润湿分散剂、消泡剂以及流平剂，然后研磨，得到色浆c；
5)将色浆c加入到水性树脂c中，搅拌后加入增稠剂，得到石油钢管用室温快干型黑色水性防锈漆。
本发明进一步的改进在于，步骤2)中脱水是在110-120℃下真空脱水1-2h；步骤2)中溶剂的质量为低聚物二元醇、异氰酸酯化合物以及扩链剂总质量的50％，溶剂为丙酮、丁酮中的一种；步骤2)中反应是在室温下进行的，搅拌的速度为700-800rmp，反应的时间为0.5-1h。
本发明进一步的改进在于，步骤3)中抽真空的时间为1h；步骤4)中研磨至细度小于等于20微米；步骤5)中搅拌的转速为700-800rmp，搅拌时间为1-2h。
本发明进一步的改进在于，所述低聚物二元醇的分子量为800～2000；异氰酸酯化合物为甲苯二异氰酸、4，4'－二苯基甲烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯中的一种或两种任意配比的混合物；扩链剂为二元醇亲水扩链剂或三元醇扩链剂。
本发明进一步的改进在于，低聚物二元醇为聚四氢呋喃二元醇、聚己二酸己二醇酯二元醇、聚己二酸丁二醇酯二醇中的一种或两种任意配比的混合物；
二元醇亲水扩链剂为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸中的一种或两种任意配比的混合物；
三元醇扩链剂为乙二醇、1，2－丙二醇、1，4－丁二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇中的一种或两种任意配比的混合物。
本发明进一步的改进在于，成盐剂为三乙胺、三丁胺、二乙烯三胺中的一种或两种任意配比的混合物；
乙烯基单体为苯乙烯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸异丙酯、乙酸乙烯酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯中的一种或两种任意配比的混合物。
本发明进一步的改进在于，引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、叔丁基过氧化氢中的一种或两种任意配比的混合物；
所述蜡乳液为UN-600、UN-8、MX-660中的一种或两种任意配比的混合物；
所述炭黑为MA-100、MA-100L、C-311、BR-601中的一种或几种任意配比的混合物。
本发明进一步的改进在于，所述防锈颜料为磷钼酸锌、磷钛粉、氧化铁红粉、复合铁钛粉、磷酸铁锌、氟磷酸钙中的一种或几种任意配比的混合物；
所述填料为有机膨润土、凹凸棒土、蒙脱土、重质碳酸钙、金红石、沉淀硫酸钡、氧化锌、绢云母中的一种或几种任意配比的混合物。
本发明进一步的改进在于，所述防闪锈剂为CH07A、YH002、TR-689、R-760F中的一种或几种任意配比的混合物；
所述润湿分散剂为X-405、Silok-7117W、PE-100、TEGO-760W、XH-9001、BYK-2012中的一种或几种任意配比的混合物。
本发明进一步的改进在于，所述消泡剂为矿物油类消泡剂、有机硅类消泡剂中的一种或几种任意配比的混合物；
所述流平剂为BYK-345、BYK-306、BYK-380N、AMS-2020、Levaslip810中的一种或几种任意配比的混合物；
所述增稠剂为OS-6060、TT-935、ASE-60、SC-01、SP-9020中的一种或几种任意配比的混合物。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明以低聚物二元醇、异氰酸酯化合物、扩链剂、成盐剂、去离子水、乙烯基单体、引发剂、蜡乳液、炭黑、防锈颜料、填料、防闪锈剂、润湿分散剂、消泡剂、流平剂、以及增稠剂为原料，经过反应制得石油钢管用室温快干型黑色水性防锈漆，该防锈漆为水性聚氨酯丙烯酸酯壳核纳米乳液，其作为成膜物质，克服了一般水性钢管防锈漆干燥速度慢的缺点，具有室温表干速度快，表干时间为7-12min，透明度好，光泽度高，附着力好的特点适合流水线的生产方式，且可广泛应用于钢管防锈，钢结构等领域的涂装，涂装效率高，适合喷涂、淋涂等多种方式。
(2)本发明以水性聚氨酯丙烯酸酯壳核纳米乳液作为成膜物质，以水作为溶剂，不含有毒的有机溶剂，无大量活性稀释剂，无刺激性气味。
(3)本发明加入了防锈颜料，提高了漆膜的防腐作用，填料提高了漆膜的屏蔽作用，闪锈剂的加入提高了漆膜的闪锈抑制性能。
(4)本发明首先制备的水性树脂a为水性聚氨酯树脂，水性树脂a、乙烯基单体和引发剂反应制得的水性树脂b是壳核纳米乳液，在防锈漆制备过程中通过水性聚氨酯树脂，和乙烯基单体及引发剂聚合得到的树脂是水性聚氨酯丙烯酸酯壳核纳米乳液，能够使得防锈漆兼具了水性聚氨酯和水性丙烯酸树脂两者优点，并且提高了交联度。
附图说明
图1为石油钢管用室温快干型黑色水性防锈漆纳米乳液透射电镜图。
具体实施方式
下面结合附图通过实施例对本发明进行详细描述。
本发明中的消泡剂为矿物油类消泡剂或有机硅类消泡剂，具体的，矿物油类消泡剂为BEK-750、DF-811、SP-817或巴斯夫A10，有机硅类消泡剂为KM-72GS、LS-1550X、ZX-X1011或LT-730。
实施例1
一种石油钢管用室温快干型黑色水性防锈漆的制备方法，包括以下步骤：
1)按质量份计，称量低聚物二元醇10份，异氰酸酯化合物20份，扩链剂10份，成盐剂3份，去离子水45份，乙烯基单体10份，引发剂0.1份，蜡乳液8份，炭黑6份，防锈颜料10份，填料5份，防闪锈剂0.7份，润湿分散剂0.4份，消泡剂0.5份，流平剂0.2份以及增稠剂1.0份；
2)向反应器中加入低聚物二元醇，在110℃下真空脱水2h后，加入异氰酸酯化合物、扩链剂以及溶剂，在60℃反应4h后，加入成盐剂搅拌下成盐反应后加入去离子水，静置后真空脱除溶剂，得水性树脂a；
其中，溶剂的质量为低聚物二元醇、异氰酸酯化合物以及扩链剂总质量的50％，溶剂为丙酮；
低聚物二元醇的分子量为800～2000；
异氰酸酯化合物为甲苯二异氰酸；
扩链剂为二羟甲基丙酸；
成盐剂为三乙胺；
3)将水性树脂a加入反应器中，45℃下滴加乙烯基单体和引发剂，滴加完毕后在50℃下反应1h后抽真空1h，得水性树脂b；
其中，乙烯基单体为苯乙烯。
引发剂为叔丁基过氧化氢；
4)向球磨机中加入蜡乳液、炭黑、防锈颜料、填料、防闪锈剂、润湿分散剂、消泡剂以及流平剂，然后在转速为800-1500rmp下研磨2-3h至细度小于等于20微米，得到色浆c；
其中，所述蜡乳液为UN-600；
所述炭黑为MA-100。
所述防锈颜料为磷钼酸锌；
所述填料为有机膨润土。
所述防闪锈剂为CH07A；
所述润湿分散剂为X-405。
所述消泡剂为矿物油类消泡剂，具体为BEK-750；
所述流平剂为BYK-345；
5)将色浆c加入到水性树脂c中，700rmp下搅拌2h后并加入增稠剂调整黏度至20-25s(涂四杯粘度)，然后用150目滤网过滤，得到石油钢管用室温快干型黑色水性防锈漆。
其中，所述增稠剂为OS-6060。
实施例2
一种石油钢管用室温快干型黑色水性防锈漆的制备方法，包括以下步骤：
1)按质量份计，称量低聚物二元醇15份，异氰酸酯化合物25份，扩链剂5份，成盐剂1份，去离子水40份，乙烯基单体20份，引发剂0.2份，蜡乳液15份，炭黑5份，防锈颜料8份，填料6份，防闪锈剂1份，润湿分散剂0.2份，消泡剂0.4份，流平剂0.3份以及增稠剂2份；
2)向反应器中加入低聚物二元醇，在120℃下真空脱水1h后，加入异氰酸酯化合物、扩链剂以及溶剂，在90℃反应1h后，加入成盐剂搅拌下成盐反应后加入去离子水，静置后真空脱除溶剂，得水性树脂a；
其中，溶剂的质量为低聚物二元醇、异氰酸酯化合物以及扩链剂总质量的50％，溶剂为丁酮；
低聚物二元醇的分子量为800～2000；
异氰酸酯化合物为4，4'－二苯基甲烷二异氰酸酯；
扩链剂为二羟甲基丙酸与二羟甲基丁酸任意比例的混合物；
成盐剂为三丁胺；
3)将水性树脂a加入反应器中，45℃下滴加乙烯基单体和引发剂，滴加完毕后在50℃下反应2h后抽真空1h，得水性树脂b；
其中，乙烯基单体为丙烯酸甲酯与乙酸乙烯酯任意配比的混合物。
引发剂为过硫酸钾与过硫酸铵任意配比的混合物；
4)向球磨机中加入蜡乳液、炭黑、防锈颜料、填料、防闪锈剂、润湿分散剂、消泡剂以及流平剂，然后在转速为800-1500rmp下研磨2-3h至细度小于等于20微米，得到色浆c；
其中，所述蜡乳液为UN-8；
所述炭黑为C-311。
所述防锈颜料为磷钛粉与氧化铁红粉；
所述填料为凹凸棒土与蒙脱土任意配比的混合物。
所述防闪锈剂为YH002；
所述润湿分散剂为Silok-7117W。
所述消泡剂为矿物油类消泡剂，具体为DF-811；
所述流平剂为AMS-2020；
5)将色浆c加入到水性树脂c中，800rmp下搅拌1h后并加入增稠剂调整黏度至20-25s(涂四杯粘度)，然后用150目滤网过滤，得到石油钢管用室温快干型黑色水性防锈漆。
其中，所述增稠剂为TT-935。
实施例3
1)按质量份计，称量低聚物二元醇20份，异氰酸酯化合物15份，扩链剂7份，成盐剂2份，去离子水60份，乙烯基单体15份，引发剂0.15份，蜡乳液10份，炭黑10份，防锈颜料5份，填料7份，防闪锈剂0.5份，润湿分散剂0.5份，消泡剂0.2份，流平剂0.4份以及增稠剂1.5份；
2)向反应器中加入低聚物二元醇，在115℃下真空脱水1h后，加入异氰酸酯化合物、扩链剂以及溶剂，在70℃反应3h后，加入成盐剂搅拌下成盐反应后加入去离子水，静置后真空脱除溶剂，得水性树脂a；
其中，溶剂的质量为低聚物二元醇、异氰酸酯化合物以及扩链剂总质量的50％，溶剂为丙酮；
低聚物二元醇的分子量为800～2000；
异氰酸酯化合物为甲苯二异氰酸与4，4'－二苯基甲烷二异氰酸酯任意比例的混合物；
扩链剂为乙二醇。
成盐剂为二乙烯三胺；
3)将水性树脂a加入反应器中，45℃下滴加乙烯基单体和引发剂，滴加完毕后在50℃下反应3h后抽真空1h，得水性树脂b；
其中，乙烯基单体为甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸月桂酯任意配比的混合物。
引发剂为偶氮二异丁腈与叔丁基过氧化氢任意配比的混合物；
4)向球磨机中加入蜡乳液、炭黑、防锈颜料、填料、防闪锈剂、润湿分散剂、消泡剂以及流平剂，然后在转速为800-1500rmp下研磨2-3h至细度小于等于20微米，得到色浆c；
其中，所述蜡乳液为MX-660；
所述炭黑为MA-100L与C-311任意配比的混合物。
所述防锈颜料为复合铁钛粉与磷酸铁锌；
所述填料为重质碳酸钙与金红石任意配比的混合物。
所述防闪锈剂为YH002与TR-689任意配比的混合物；
所述润湿分散剂为PE-100与TEGO-760W任意配比的混合物。
所述消泡剂为有机硅类消泡剂，具体为KM-72GS；
所述流平剂为BYK-306与Levaslip810任意配比的混合物；
5)将色浆c加入到水性树脂c中，700rmp下搅拌1.5h后并加入增稠剂调整黏度至20-25s(涂四杯粘度)，然后用150目滤网过滤，得到石油钢管用室温快干型黑色水性防锈漆。
其中，所述增稠剂为TT-935、ASE-60、SC-01与SP-9020中的一种或几种任意配比的混合物。
实施例4
1)按质量份计，称量低聚物二元醇25份，异氰酸酯化合物22份，扩链剂8份，成盐剂5份，去离子水50份，乙烯基单体13份，引发剂0.1份，蜡乳液13份，炭黑7份，防锈颜料6份，填料8份，防闪锈剂0.8份，润湿分散剂0.3份，消泡剂0.3份，流平剂0.5份以及增稠剂1.0份；
2)向反应器中加入低聚物二元醇，在115℃下真空脱水1.5h后，加入异氰酸酯化合物、扩链剂以及溶剂，在80℃反应2h后，加入成盐剂搅拌下成盐反应后加入去离子水，静置后真空脱除溶剂，得水性树脂a；
其中，溶剂的质量为低聚物二元醇、异氰酸酯化合物以及扩链剂总质量的50％，溶剂为丁酮；
低聚物二元醇的分子量为800～2000；
异氰酸酯化合物为4，4'－二苯基甲烷二异氰酸酯与苯二亚甲基二异氰酸酯任意配比的混合物；
扩链剂为1，2－丙二醇与三羟甲基丙烷。
成盐剂为三乙胺与二乙烯三胺任意配比的混合物；
3)将水性树脂a加入反应器中，45℃下滴加乙烯基单体和引发剂，滴加完毕后在50℃下反应3h后抽真空1h，得水性树脂b；
其中，乙烯基单体为乙酸乙烯酯与甲基丙烯酸月桂酯任意配比的混合物。
引发剂为过硫酸钠与偶氮二异丁腈任意配比的混合物；
4)向球磨机中加入蜡乳液、炭黑、防锈颜料、填料、防闪锈剂、润湿分散剂、消泡剂以及流平剂，然后在转速为800-1500rmp下研磨2-3h至细度小于等于20微米，得到色浆c；
其中，所述蜡乳液为UN-600与MX-660配比的混合物；
所述炭黑为MA-100与BR-601任意配比的混合物。
所述防锈颜料为磷钼酸锌与氟磷酸钙任意配比的混合物；
所述填料为硫酸钡与氧化锌任意配比的混合物。
所述防闪锈剂为YH002、TR-689与R-760F任意配比的混合物；
所述润湿分散剂为PE-100、TEGO-760W、XH-9001与BYK-2012任意配比的混合物。
所述消泡剂为矿物油类消泡剂与有机硅类消泡剂，具体为巴斯夫A10与LS-1550X任意比例的混合物；
所述流平剂为BYK-380N、AMS-2020与Levaslip810任意配比的混合物；
5)将色浆c加入到水性树脂c中，800rmp下搅拌1h后并加入增稠剂调整黏度至20-25s(涂四杯粘度)，然后用150目滤网过滤，得到石油钢管用室温快干型黑色水性防锈漆。
其中，所述增稠剂为ASE-60与SC-01任意配比的混合物。
本发明中扩链剂还可以为1，4－丁二醇与季戊四醇任意配比的混合物；填料还可以为填料为绢云母。
从图1透射电镜可以看出，制备出了粒度均一的水性聚氨酯丙烯酸酯壳核纳米乳液，粒径大约在50-60nm。图中相对暗的外层区域属于水性聚氨酯外壳，亲水性，相对浅色区域属于丙烯酸酯核层，疏水。
本发明对实施例1-4制得的石油钢管用室温快干型黑色水性防锈漆进行了性能测试，测试数据详见表1。
表1实施例1-4制备的石油钢管用室温快干型黑色水性防锈漆
本发明制备的石油钢管用室温快干型黑色水性防锈漆，表干7-12min，提高了涂装生产率，附着力高，光泽度好，无毒无味，环保安全，可广泛应用于钢管防锈，钢结构等领域的涂装。