本发明涉及涂料领域，具体涉及一种水性环氧预涂底漆及其制备方法。
背景技术：
目前，铁路货车一直使用的溶剂型环氧预涂底漆挥发性有机物(voc)含量在500～850g/l，施工时大量的有机溶剂挥发对环境和人体健康都带来严重的危害，也给生产贮存运输施工环节埋下了安全隐患。而且由于其防腐性能均不高，耐盐雾性一般不高于48h，钢材喷涂环氧预涂底漆9个月后出现锈蚀。随着涂料行业的环保要求和铁路货车防腐要求的提高，开发voc含量低、防腐性能好的水性涂料成为了铁路货车防腐涂料的发展趋势。
中国专利cn201610887251.5公开了一种水性自固化环保水性车间底漆。本发明涂料的配方中包括基料和固化剂两个组份，其中基料包括锌粉、磷铁粉、填料，固化剂包括硅酸锂钾、改性乳液。该水性车间底漆改进了漆膜的柔韧性和附着力，降低了voc，同时降低了锌粉含量，减少了焊接时锌烟的危害。
中国专利cn201610270947.3提供了一种具有强化漆膜性能、改善防腐性和焊接性，减少切割焊接产生的锌雾和焊缝气孔。该底漆包括40～90％锌，10～60％云母氧化铁，5～11份水溶性碱金属硅酸盐，0～3份助剂。
中国专利cn201510253623.4提供了一种高耐腐蚀的水性车间底漆，该底漆包括按重量百分计的如下组分：模数不小于5的硅酸钾38％-100％，锌粉20％-30％，磷铁粉40％-60％，云母粉2％-5％，高岭土1％-10％，氧化铁2％-10％，纤维素2％-10％，硅灰石粉20％-30％。该水性车间底漆具有良好的环保型，不产生挥发性有机物，漆膜具有良好的附着力、耐候性和极强的防腐蚀、防锈性能。
但现有技术中，水性环氧预涂底漆均存在干燥时间慢、早期硬度低(23℃×24h漆膜硬度低于hb)的缺点，在底漆喷涂后要间隔3-4小时才能堆码，延缓了施工进度，给涂装施工带来不便。
技术实现要素：
本发明解决的问题在于，提供一种快干、早期硬度高且防腐性能优异的水性环氧预涂底漆，以全面替代溶剂型环氧预涂底漆在铁路货车上使用，同时还提供了其制备方法。
本发明的第一个方面，提供一种室温(大于或等于5℃左右)快干型水性环氧预涂底漆，其以水性环氧酯树脂、水溶性丙烯酸酯树脂为基料，添加多种防锈颜料和助剂，室温固化成膜，具有voc含量低、优异的防腐性能；将水性环氧酯树脂与水溶性丙烯酸酯树脂相结合，既发挥了水性环氧酯树脂的防腐性能优异的优点，又结合水溶性丙烯酸酯树脂干性快的特点，制备出来的水性环氧预涂底漆防腐性能优异，且干性快可满足现场施工工艺，可替代溶剂型环氧预涂底漆使用。
本发明的具体技术方案为：
一种水性环氧预涂底漆，该底漆各组分包括以下重量份的成分：
作为优选，所述水性环氧酯树脂，粘度在25～35s(格式管)，酸值为9～18mgkoh/g，合成单体包含：亚麻油酸、脱水蓖麻油酸、e-20或e-12环氧树脂，通过酯化等工艺合成，优选为wap5812、yg-ep001、aq340中的一种或多种。
作为优选，所述ph调节剂为n，n二甲基乙醇胺、氨水、ma-95中的一种或多种。
作为优选，所述水性水溶性丙烯酸酯树脂为快干性水性树脂，粘度为z2～z6(gardnerat25℃)，合成单体包含：甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、聚乙二醇(600)二丙烯酸酯、(3)乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、甲基丙烯酸异辛酯中的一种或多种(引发剂使用例如偶氮二异丁腈)，通过溶液聚合法合成，优选为ac823g、awr-2512-60中的一种或两种。
作为优选，所述防锈颜料为氧化铁红、磷酸锌、三聚磷酸铝、水性纳米磷酸盐、水性磷钼酸锌、有机改性铝钼正磷酸锌、铬酸锶中的一种或多种，优选为水性纳米磷酸盐、水性磷钼酸锌、磷酸锌、铬酸锶中的一种或者几种，进一步优选为所述防锈颜料包括重量比4:0.5～1的磷酸锌和水性磷钼酸锌。
作为优选，所述消泡剂为有机硅消泡剂或氟改性硅氧烷消泡剂，优选df40消泡剂、941pl消泡剂、tego902w消泡剂、中的一种或多种。
作为优选，所述闪蚀剂为raybo60、raybo75、raybo80、fa179中的一种或多种，优选为fa179。
作为优选，所述基材润湿剂为聚醚硅氧烷共聚物，优选润湿剂tego510、tego4100、wet270中的一种或多种。
作为优选，所述防沉触变剂为膨润土lt、byk-420、pur-62、气相二氧化硅、rm-8w中的一种或多种。
作为优选，所述分散剂为聚丙烯酸盐类和/或聚羧酸盐类分散剂，优选为聚丙烯酸钠盐、聚羧酸钠盐、聚羧酸铵盐、聚丙烯酸铵盐中的一种或多种。
本发明第二个方面，提供以上所述水性环氧预涂底漆的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将配方量的水性环氧酯树脂、水溶性丙烯酸酯树脂、去离子水、ph调节剂、分散剂和防锈颜料依次投入分散罐中，分散均匀，再研磨至细度≤60μm，优选≤50μm，进一步优选≤40μm；
(2)将配方量的消泡剂、闪蚀剂、基材湿润剂、防沉触变剂加入到步骤a)的混合物中，搅拌均匀过滤，调节混合物粘度≥2.0pa·s，优选粘度＝4～10pa·s，再过滤除杂，检验包装。
本发明的有益效果：
(1)本发明采用快干型水性环氧酯树脂、水溶性丙烯酸酯树脂，加入各种防锈颜料和水性助剂，制得水性干性快、防腐性能优良。
(2)本发明涂料涂膜固化速度快，室温5min即表干，不需烘烤。
(3)本发明涂料涂膜早期硬度高，12小时后硬度可达hb；且耐热稳定性好，voc含量低。
(4)本发明涂料可替代溶剂型环氧预涂底漆用于铁路货车及钢结构早期防腐。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选方案进行描述，以下对本发明的各个方面进行详述，如无具体说明，本发明的各种原料均可以通过市售得到；或根据本领域的常规方法制备得到。除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
除非另有说明，否则，本申请中的涂料性能的测试方法使用涂料领域中常用的测试方法。
本发明提供了一种水性环氧预涂底漆，该底漆各组分包括以下重量份的成份：
水性环氧酯树脂20份～40份，水性丙烯酸树脂3-12份，ph调节剂0.1份～5份，基材润湿剂0.1份～4份，分散剂1份～8份，防锈颜料5份～100份，消泡剂0.1份～3份，防闪蚀剂0.2份～5份，防沉触变剂0.5份～5份，去离子水50份～140份。
其中，本发明涂料基料选用水性环氧酯树脂、水溶性丙烯酸酯树脂。
所述水性环氧酯树脂平均相对分子量大，干性快，涂膜对金属附着力强，具有优异的耐水性、耐碱性、耐化学腐蚀性，涂抹坚韧、耐冲击性强。优选wap5812、yg-ep001、aq340中的一种或两种或多种。
所述水溶性丙烯酸酯树脂，干性快，水稀释性佳，涂膜对金属附着力强，对颜填料润湿性及分散性佳，具有优异的耐水性、耐醇、耐化学腐蚀性。优选ac823g、awr-2512-60中的一种或两种。
防锈颜料优选为包括重量比4:0.5～4，优选4:0.5-1的磷酸锌和水性磷钼酸锌，另外可包括氧化铁红等。磷酸锌通过与锌、钼复合改性后，提高了颜料的电化学防锈性能，颜料与涂膜的相容性、涂膜的屏蔽作用和涂膜与基材的附着力均得到改进。有机改性铝钼正磷酸锌形成有效保护膜的时间短，有利于防止涂膜生锈和起泡，其中锌含量38％～40.5％，铝含量4.0％左右，少量的钼，可以与其他颜料复配使用，有效地增强化学吸附能力，防止金属表面腐蚀及提供疏水层防止水汽侵蚀，从而提高涂膜的耐水性及耐腐蚀性能。
优选的是在涂料中含有基于总重量的5～15％的防锈颜料。
防闪锈剂或防闪蚀剂是一种极性物质，会吸附到金属底材表面，并在涂料与金属间排列成一单分子膜，有效地增强钢材表面的化学吸附能力，防止漆膜自干过程中金属表面出现闪锈，能提高早期耐水性及耐盐雾性能。如raybo60、raybo75、raybo80、fa179的一种或两种或多种。
优选的是，在涂料中含有基于总重量的0.5～1％的腐蚀抑制剂。
防止水性环氧预涂底漆在生产和使施工过程中产生气泡，生产过程中需加入消泡剂。消泡剂应具有以下特性：1、消泡剂的表面张力要小于需消泡液体自身的表面张力；2、在漆料中的溶解度要尽量小；3、良好的分散性；4、要有较强的扩散力；5、不能影响成品水性漆的性能；6、安全、环保。本发明中消泡剂优选为有机硅消泡剂或氟改性硅氧烷消泡剂，优选df40消泡剂、941pl消泡剂、tego902w消泡剂中的一种或两种或多种。
优选的是，在涂料中含有基于总重量的0.5～1％的消泡剂。
基材润湿剂能帮助涂料湿润各种不同的基材表面，降低水性漆的表面张力，防止缩孔或缩边等表面缺陷，从而提高漆膜附着力和防腐性能。本发明中基材润湿剂为聚醚硅氧烷共聚物，优选润湿剂tego510、tego4100、wet270中的一种或两种或多种。
优选的是，在涂料中含有总重量的0.3～0.5％的基材润湿剂。
分散剂为聚丙烯酸盐类和/或聚羧酸盐类分散剂，优选为聚丙烯酸钠盐、聚羧酸钠盐、聚羧酸铵盐、聚丙烯酸铵盐中的一种或两种或多种；他们的特点是，在颜料和填料表面产生强吸附或锚固作用，具有较长的分子链以形成空间位阻，链端具有水溶性，有的还辅有静电斥力，达到稳定的结果。其具有良好的分散效果，能够降低涂料粘度，改善涂料的储存稳定性、增加光泽和流平性，如德固赛的tego760w、tego752w、byk190中的一种或两种或多种。
优选的是，在涂料中含有基于总重量的0.5～1.5％的分散剂。
本发明还包括防沉触变剂。水性环氧预涂底漆中加入防沉触变剂后，涂料受剪切力作用时(如搅拌或涂刷)，粘度暂时下降，不受剪切力作用时，又逐渐恢复到原来的粘度。这种特性能使涂料在贮存时防止颜料沉淀，改善施工性能。本发明使用的防沉触变剂优选为膨润土lt、byk-420、pur-62、气相二氧化硅、rm-8w中的一种或两种或多种。
优选的是，在涂料中含有基于总重量0.2％～0.5％的防沉触变剂。
本发明还提供上述水性环氧预涂底漆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将配方量的水性环氧酯树脂、水溶性丙烯酸酯树脂、去离子水、ph调节剂、分散剂和防锈颜料依次投入分散罐中，分散均匀，再研磨至细度≤60μm，优选≤50μm，进一步优选≤40μm；
(2)将配方量的消泡剂、闪蚀剂、基材湿润剂、防沉触变剂加入到步骤a)的混合物中，搅拌均匀过滤，调节混合物粘度≥2.0pa·s，优选粘度＝4～10pa·s，再过滤除杂，检验包装。
本发明还提供所述水性环氧预涂底漆或由上述制备方法所制备的水性漆用作钢结构的早期防腐底漆、尤其用作铁路货车车身的早期防腐底漆用途。本发明的其他方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。除非另外说明，否则所有的百分比为重量百分比，所述的聚合物分子量为数均分子量，所用溶剂均为工业级。
实施例1：
称取阳光汇德aq340水性环氧酯树脂32kg，深圳嘉盛达的awr-2512-60水溶性丙烯酸酯树脂8kg、去离子水110kg，ph调节剂ma-953kg，德固赛公司的tego752w分散剂5kg，byk420(毕克化学)防沉触变剂2.5kg，氧化铁红25kg，磷酸锌30kg，水性磷钼酸锌25kg，1500r/min分散15～20min，然后研磨至细度≤40μm；再加入德固赛tego902w消泡剂1.5kg，美国瑞宝公司的防闪锈剂raybo602.5kg，德固赛公司的wet270基材润湿剂1.2kg，pur-62防沉触变剂2kg，1500r/min分散15～20min，过滤后包装。
实施例2：
称取阳光汇德aq340水性环氧酯树脂28kg，深圳嘉盛达的awr-2512-60水溶性丙烯酸酯树脂10kg、去离子水100kg，ph调节剂ma-952kg，德固赛公司的tego752w分散剂4kg，byk420(毕克化学)防沉触变剂1.5kg，氧化铁红20kg，磷酸锌40kg，水性磷钼酸锌10kg，1500r/min分散15～20min，然后研磨至细度≤40μm；再加入德固赛tego902w消泡剂1kg，美国瑞宝公司的防闪锈剂raybo602.5kg，德固赛公司的wet270基材润湿剂1.5kg，pur-62防沉触变剂2.5kg，1500r/min分散15～20min，过滤后包装。
对比例1(本领域常用涂料)：
将本发明中的基料水性环氧酯树脂和水性溶性丙烯酸酯树脂替换成某国产水性环氧酯树脂(与本发明基料不同)，其余按照本发明中水性环氧预涂底漆各组分组成和含量，具体如下：
称取常用的某国产水性环氧酯树脂(生产厂家：株洲渌珀新材料有限公司)40kg、去离子水110kg，ph调节剂ma-953kg，德固赛公司的tego752w分散剂5kg，byk420(毕克化学)防沉触变剂2.5kg，氧化铁红25kg，磷酸锌30kg，水性磷钼酸锌25kg，1500r/min分散15～20min，然后研磨至细度≤40μm；再加入德固赛tego902w消泡剂1.5kg，美国瑞宝公司的防闪锈剂raybo602.5kg，德固赛公司的wet270基材润湿剂1.2kg，pur-62防沉触变剂2kg，1500r/min分散15～20min，过滤后包装。
对比例2
与实施例1类似地进行，只是不使用水溶性丙烯酸酯树脂，水性环氧酯树脂用量为40kg。
对比例3
与实施例1类似地进行，只是不使用水性环氧酯树脂，水溶性丙烯酸酯树脂用量为40kg。
对比例4
与实施例1类似地进行，只是使用水性环氧酯树脂20kg，水溶性丙烯酸酯树脂用量为20kg。
将实施例1、对比例1-4分别制备的水性预涂底漆喷涂在钢板试样上，然后进行检测，数据如表1所示：
表1水性预涂底漆主要性能测试结果
通过与对比例1某国产水性环氧酯树脂制备的涂料、对比例2-4的涂料相比，可发现本发明的水性预涂底漆干燥速度快，且同样具有良好的防腐性能，良好的耐热稳定性，优良的附着力，voc含量低的优点。
本发明的涂料特别适合于钢结构、尤其铁路货车车身的早期防腐。
以上对本发明所提供的水性预涂底漆及其制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。