一种轨道交通用水性环氧底漆及其制备方法与流程

1.本发明属于涂料技术领域，尤其涉及一种轨道交通用水性环氧底漆及其制备方法。


背景技术：

2.目前轨道交通用的涂料绝大部分仍然是传统溶剂型涂料，每年用量1-2万吨。但是其voc含量高，对从业人员身体和生态环境都会造成严重伤害，已经成为一个重大污染源。
3.近年来，在国家环保政策的大力推行下，“油转水”成为一种不可逆转的趋势。轨道交通行业对水性涂料的需求量也在不断增加。自2010年出口地铁有水性涂料涂装报道以来，陆陆续续有地铁、动车、货车和城轨等采用水性涂料。目前该行业水性化程度在10-20％，未来还有广阔的增长空间。轨道交通用水性环氧底漆作为是整个配套涂层的根基，对涂层的防腐蚀性能有至关重要的作用。耐盐雾性能是涂层防腐蚀性能好坏的核心指标，因此提供一种具有优异耐盐雾性能的轨道交通用水性环氧底漆有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种具有优异的耐盐雾性能、耐酸性能、耐碱性能以及具有良好的附着力的轨道交通用水性环氧底漆及其制备方法。
5.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种轨道交通用水性环氧底漆，所述轨道交通用水性环氧底漆包括a组分和b组分，所述a组分和b组分的质量比为(4-6)：1；所述a组分包括以下质量份的组分：水性环氧乳液30-55份、助溶剂1-5份、防锈颜料3-15份、流平剂0.1-1份、增稠剂0.1-1份、颜填料8-25份、消泡剂0.1-0.5份、润湿剂0.1-0.5份、分散剂0.5-1.5份、去离子水8-20份；所述b组分包括以下质量份的组分：水性环氧固化剂50-70份、抗闪锈剂5-20份、去离子水10-30份；所述防锈颜料包括钙离子交换硅胶、有机硅氧烷改性硅胶和改性磷酸盐类防锈颜料；所述钙离子交换硅胶、有机硅氧烷改性硅胶和改性磷酸盐类防锈颜料的质量比为钙离子交换硅胶：有机硅氧烷改性硅胶：改性磷酸盐类防锈颜料＝(3-4)：(1-3)：(3-4)。
6.本发明提供的一种轨道交通用水性环氧底漆通过选择合适质量份的原料组成a组分和b组分，使得制备得到的水性环氧底漆具有优异的耐盐雾性能、耐酸性能、耐碱性能以及具有良好的附着力；具体地，本发明中添加的防锈颜料中，钙离子交换硅胶是利用钙离子对硅胶表面进行改性得到的产物，其一方面可以把腐蚀离子吸附在表面并释放出钙离子，从而减少腐蚀离子对基材的攻击，另一方面其微溶解的硅酸根离子可以与钙离子和基材表面铁离子相结合，生成致密的硅酸盐钝化膜，从而达到防护效果；有机硅氧烷改性硅胶是采用有机硅氧烷对硅胶表面进行改性得到的产物，其表面含有环氧基团，能够提高与树脂体系的相容性，从而进一步增强了涂层的致密性，达到优异的防腐蚀效果；改性磷酸盐类防锈颜料在一定条件下会水解释放具有强络合能力的多聚磷酸根，释放出的多聚磷酸根与铁离
子反应生成难溶的保护膜，从而达到防腐蚀的效果；即本发明中添加的防锈颜料中的三种成分能够相互协同，在提供的涂料体系下达到优异的耐盐雾性能、耐酸性能、耐碱性能以及具有良好的附着力。
7.作为本发明所述轨道交通用水性环氧底漆的优选实施方式，所述a组分包括以下质量份的组分：水性环氧乳液40-45份、助溶剂3-5份、防锈颜料9-12份、流平剂0.1-1份、增稠剂0.1-1份、颜填料9-12份、消泡剂0.1-0.5份、润湿剂0.1-0.5份、分散剂0.5-1.5份、去离子水8-20份；所述b组分包括以下质量份的组分：水性环氧固化剂60-65份、抗闪锈剂14-16份、去离子水15-25份。
8.发明人研究发现，当a组分和b组分的成分在上述范围内时，制备得到的水性环氧底漆的综合性能更为优异。
9.作为本发明所述轨道交通用水性环氧底漆的优选实施方式，所述钙离子交换硅胶、有机硅氧烷改性硅胶和改性磷酸盐类防锈颜料的质量比为钙离子交换硅胶：有机硅氧烷改性硅胶：改性磷酸盐类防锈颜料＝1：1：1。
10.发明人研究发现，防锈颜料中三种成分的质量比会对防腐蚀效果带来较大影响，当进一步优选三者的质量比为1：1：1时，得到的水性环氧底漆的耐中性盐雾效果最优。
11.作为本发明所述轨道交通用水性环氧底漆的优选实施方式，所述钙离子交换硅胶的制备方法包括以下步骤：将二氧化硅含量为20-25％、模数为3.3的水玻璃和质量浓度为30-50％的硫酸以3:1的流速同时加入到温度为40-45℃的水中，加入时间为40-60分钟，加入完毕后，静置反应3-5h，反应结束后，洗涤、加水调节ph值至10-12；随后加入钙离子交换剂反应12-16h，反应结束后，过滤、洗涤、烘干、粉碎，得钙离子交换硅胶；所述钙离子改性剂为硝酸钙、硫酸钙和磷酸氢钙中的至少一种。
12.优选地，所述调节ph值至10-12采用的是质量浓度为5-10％的氢氧化钠溶液；所述精制反应结束后的洗涤是采用温度为50-80℃的热水洗涤，洗涤至电导率＜5000μm/cm。
13.作为本发明所述轨道交通用水性环氧底漆的优选实施方式，所述有机硅氧烷改性硅胶的制备方法包括以下步骤：将二氧化硅含量为20-25％、模数为3.3的水玻璃和质量浓度为30-50％的硫酸以3:1的流速同时加入到温度为40-45℃的水中，加入时间为40-60分钟，加入完毕后，静置反应3-5h，反应结束后，洗涤、加水调节ph值至5-7；随后加入带环氧基团的有机硅氧烷偶联剂反应6-8h，反应结束后，过滤、洗涤、烘干、粉碎，得有机硅氧烷改性硅胶；所述带环氧基团的有机硅氧烷偶联剂为3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷)乙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
14.优选地，所述调节ph值至5-7采用的是质量浓度为5-10％的硫酸溶液；所述精制反应结束后的洗涤是采用温度为50-80℃的热水洗涤，洗涤至电导率＜5000μm/cm。
15.发明人研究发现，采用本发明提供的方法得到的钙离子交换硅胶和有机硅氧烷改性硅胶与改性磷酸盐类防锈颜料合用时，才能达到优异的综合效果。
16.作为本发明所述轨道交通用水性环氧底漆的优选实施方式，所述改性磷酸盐类防锈颜料为水合硅酸多磷酸铝钙、正磷酸铝锌水合物、磷硅酸锶锌中的任意一种。
17.作为本发明所述轨道交通用水性环氧底漆的优选实施方式，所述助溶剂为醇醚类溶剂；所述流平剂为聚醚改性有机硅；所述增稠剂为聚氨酯增稠剂；所述消泡剂为有机硅消泡剂；所述润湿剂为聚醚改性硅氧烷；所述分散剂为非离子型分散剂；所述颜填料为钛白粉
和滑石粉。
18.优选地，所述助溶剂为丙二醇甲醚、乙二醇单丁醚、二丙二醇单丁醚中的任意一种；所述流平剂为efka-3030、efka-3580、tego-4100中的任意一种；所述增稠剂为pur 40、pur 45、rm-8w、rm-12w中的任意一种；所述消泡剂为byk-024、byk-012、airex 902w、airex 904w中的任意一种；所述润湿剂为byk-346、byk-348、tego wet 270中的任意一种；所述分散剂为byk-190、byk-194n、byk-2080中的任意一种；所述钛白粉为r-215或r-996；所述滑石粉为江缘化工工业滑石1250目或泰象滑石粉1250目。
19.作为本发明所述轨道交通用水性环氧底漆的优选实施方式，所述水性环氧乳液为epikote 6520-wh-53a、epikote 6529-wh-53a、wbe-511、wbe-521中的任意一种。
20.作为本发明所述轨道交通用水性环氧底漆的优选实施方式，所述水性环氧固化剂为水溶性改性胺加成物，为epikure 8290-y-60、wbh-816、wbh-817中的任意一种。
21.作为本发明所述轨道交通用水性环氧底漆的优选实施方式，所述抗闪锈剂为复合型抗闪锈剂，为halox-150、halox-350、fa-179中的任意一种。
22.另外，本发明还提供了一种所述轨道交通用水性环氧底漆的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
23.(1)将防锈颜料、颜填料、消泡剂、润湿剂、分散剂和去离子水混合后研磨，研磨至粒径＜25μm后加入至水性环氧乳液中混合均匀，随后加入助溶剂、流平剂和增稠剂混合均匀、过滤，收集滤液，得a组分；
24.(2)在搅拌的状态下依次加入水性环氧固化剂、抗闪锈剂和去离子水，混合均匀后过滤，收集滤液，得b组分；
25.(3)将a组分和b组分按照质量比为(4-6)：1混合均匀，得轨道交通用水性环氧底漆。
26.作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述步骤(1)中，混合后研磨中的混合时间为25-35min，混合过程中的搅拌速度为1400-1600r/min；加入助溶剂、流平剂和增稠剂混合均匀的混合时间为8-12min，混合过程中的搅拌速度为600-1000r/min。
27.作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述步骤(2)中，混合均匀的混合时间为12-18min，混合过程中的搅拌速度为600-1000r/min。
28.本发明的有益效果为：
29.本发明提供的轨道交通用水性环氧底漆通过选择合适质量份的原料组成a组分和b组分，并且在a组分中添加自主合成的两种防锈颜料与市售的另一种防锈颜料配合使用，在本发明提供的水性底漆的体系下，得到的水性环氧底漆具有优异的耐盐雾性能、耐酸性能、耐碱性能以及具有良好的附着力，能够有效的应用于轨道交通涂料领域上，对交通轨道具有有效的防护效果；并且本发明提供的水性底漆的制备方法简单，能够实际应用于实际生产。
具体实施方式
30.为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
31.本发明实施例和对比例使用的原料除特别说明外，都是可以通过常规购买途径得
到的；
32.水性环氧乳液：wbe-511，东莞聚涂科技有限公司；
33.水性环氧固化剂：wbh-816，东莞聚涂科技有限公司；
34.分散剂：byk-190，毕克化学；
35.消泡剂：byk-024，毕克化学；
36.钛白粉：r-215，中核华原钛白股份有限公司；
37.滑石粉：1250目，泰象；
38.改性磷酸类防锈颜料：szp-391，美国halox公司；
39.助溶剂：丙二醇甲醚；
40.流平剂：tego-4100，迪高公司；
41.增稠剂：pur-45，德国明凌公司；
42.润湿剂：byk-348，毕克化学；
43.抗闪锈剂：halox 150，美国halox公司。
44.实施例1～5
45.实施例1～5分别提供了一种轨道交通用水性环氧底漆，其组分含量如表1所示，表1中的数值代表相应组分的质量份；
46.表1
[0047][0048][0049]
其中，实施例1～5的制备方法如下：
[0050]
(1)钙离子交换硅胶的制备：将二氧化硅含量为25％、模数为3.3的水玻璃和质量浓度为45％的硫酸以3:1的流速同时加入到温度为40-45℃的水中，加入时间为60分钟，加入完毕后，静置反应5h，反应结束后，采用温度为80℃的热水洗涤，洗涤至电导率＜5000μm/cm，加水并用质量浓度为8％的氢氧化钠溶液调节ph值至11；随后加入钙离子交换剂硝酸钙反应16h，反应结束后，过滤、洗涤、烘干、粉碎，得钙离子交换硅胶；
[0051]
(2)有机硅氧烷改性硅胶的制备：将二氧化硅含量为25％、模数为3.3的水玻璃和质量浓度为45％的硫酸以3:1的流速同时加入到温度为40-45℃的水中，加入时间为60分钟，加入完毕后，静置反应5h，反应结束后，采用温度为80℃的热水洗涤，洗涤至电导率＜5000μm/cm、加水并用质量浓度为10％的硫酸溶液调节ph值至6；随后加入带环氧基团的有机硅氧烷偶联剂3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷反应8h，反应结束后，过滤、洗涤、烘干、粉碎，得有机硅氧烷改性硅胶；
[0052]
(3)将防锈颜料、颜填料、消泡剂、润湿剂、分散剂和去离子水在1500r/min的搅拌速度下搅拌混合30min，随后研磨至粒径＜25μm后加入至水性环氧乳液中在800r/min的搅拌速度下混合均匀，随后加入助溶剂、流平剂和增稠剂搅拌10min至混合均匀、过滤，收集滤液，得a组分；
[0053]
(4)在800r/min的搅拌速度下依次加入水性环氧固化剂、抗闪锈剂和去离子水，搅拌15min混合均匀后过滤，收集滤液，得b组分；
[0054]
(5)将a组分和b组分按照质量比为5：1混合均匀，得轨道交通用水性环氧底漆。
[0055]
实施例6
[0056]
本实施例提供一种轨道交通用水性环氧底漆，其与实施例1的唯一差别在于制备钙离子交换硅胶时使用的钙离子改性剂为硫酸钙；制备有机硅氧烷改性硅胶时使用的改性剂为2-(3,4-环氧环己烷)乙基三甲氧基硅烷。
[0057]
对比例1～9
[0058]
对比例1～9分别提供了一种轨道交通用水性环氧底漆，其组分含量如表2所示，表2中的数值代表相应组分的质量份；
[0059]
表2
[0060][0061][0062]
对比例10
[0063]
本对比例提供一种轨道交通用水性环氧底漆，其与实施例1的唯一差别在于钙离子交换硅胶的制备上，本对比例中钙离子交换硅胶的制备方法为：将二氧化硅含量为10％、模数为3.3的水玻璃和质量浓度为60％的硫酸以1:1的流速同时加入到温度为40-45℃的水中，加入时间为50分钟，加入完毕后，静置反应4h，反应结束后，采用温度为65℃的热水洗涤，洗涤至电导率＜5000μm/cm，加水并用质量浓度为8％的氢氧化钠溶液调节ph值至8；随后加入钙离子交换剂氯化钙反应14h，反应结束后，过滤、洗涤、烘干、粉碎，得钙离子交换硅胶。
[0064]
对比例11
[0065]
本对比例提供一种轨道交通用水性环氧底漆，其与实施例1的唯一差别在于有机硅氧烷改性硅胶的制备上，本对比例中有机硅氧烷改性硅胶的制备方法为：将二氧化硅含量为20％、模数为4.8的水玻璃和质量浓度为40％的硫酸以3:1的流速同时加入到温度为55-60℃的水中，加入时间为50分钟，加入完毕后，静置反应4h，反应结束后，采用温度为65℃的热水洗涤，洗涤至电导率＜5000μm/cm、加水并用质量浓度为8％的硫酸溶液调节ph值至2；随后加入带环氧基团的有机硅氧烷偶联剂3-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷反应7h，反应结束后，过滤、洗涤、烘干、粉碎，得有机硅氧烷改性硅胶。
[0066]
所述对比例1～11的制备方法和实施例1的制备方法一致；若对比例中没有相关组分就相应的不加入即可。
[0067]
效果例
[0068]
本效果例验证实施例1～6和对比例1～11制备得到的轨道交通用水性环氧底漆的性能，性能测试的标准如表3所示，测试得到的结果如表4所示；
[0069]
表3
[0070]
测试项目测试标准测试项目测试标准测试项目测试标准弯曲性能gb/t6742附着力(划格法)gb/t9286耐碱48h(5％)gb/t9274杯突试验gb/t9753附着力(拉开法)gb/t5210耐水240h(40
±
2℃)gb/t9274抗流挂gb/t9246耐酸48h(5％)gb/t9274耐中性盐雾(铝板)gb/t1771
[0071]
表4
[0072]
[0073][0074]
从表4中可以看出，当采用本发明的技术方案时，得到的轨道交通用水性环氧底漆的力学性能、抗流挂性优异，附着力(划格法)都为1级，附着力(拉开法)的值在7.97mpa以上，并且耐酸、耐碱和耐水都无异常，且耐中性盐雾的时间在960小时以上；
[0075]
从实施例1和对比例1-6中可以看出，无论是减少防锈颜料中的任意一种或任意两种，都会使得轨道交通用水性环氧底漆的性能下降，比如只添加本发明自制的两种防锈颜料中的一种时(对比例1、2)，得到的产品的耐碱都无法通过，且耐中性盐雾的时间相较于实施例1也呈现出下降的趋势，仅有800h，下降幅度达33.33％；当只添加改性磷酸盐防锈颜料时(对比例3)，得到的产品的耐酸无法通过，且耐中性盐雾的时间呈现出显著的下降，仅为300h，下降幅度达75％；
[0076]
从实施例1和对比例7-8中可以看出，当改变防锈颜料中三种组分的质量比时，在一定程度上会降低产品的耐中性盐雾性能或者是降低其耐酸碱性能；
[0077]
从实施例1和对比例9中可以看出，当添加的防锈颜料的质量比保持1:1:1不变时，但是增加其添加份数，得到的产品的性能也呈现出下降的趋势；
[0078]
从实施例1和对比例10-11中可以看出，当防锈颜料中的钙离子交换硅胶和有机硅氧烷改性硅胶的制备方法不在本发明给出的范围内时，相当于改变了防锈颜料的类型，得到的产品的耐中性盐雾以及耐酸碱性能都呈现出下降趋势。
[0079]
最后应当说明的是，以上实施例以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。