一种水性环氧酯涂料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及涂料，尤其是一种水性环氧酯涂料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、汽车零部件行业包括车桥、轮毂、底盘、减震器和板簧等，该行业政府关注度高，对应的涂料油转水推动较大。据统计，每年约2万吨水性涂料用于汽车零部件，并保持着5％-10％的年增长率。单组分水性环氧酯涂料由于施工简单，性能优异，在该领域接受程度较高，正在大规模推广中。现有的单组分水性环氧酯涂料均是通过大量使用重金属防锈颜料来满足耐盐雾性能的要求。然而，政府出台的国标gb/t30981-2020中明确对涂料中重金属做出了限制，规定了用量上限。

2、因此，需要对涂料进行改性，目前的改性主要集中在对涂料的树脂基体的改性，如专利cn112480788a通过树脂基体的交联，提高了漆膜的密度，以此来显著提高漆膜的耐盐雾性能。但是现有水性涂料中的防锈颜料等无机粉料的用量仍然较大，无机粉料的大量添加，会导致漆膜的耐高温性能较差，而现有的汽车零部件等产品通常会在高温环境下使用，漆膜的耐高温差，则会影响汽车等产品的外观以及使用寿命。

3、因此，需要提供一种不含重金属且防腐、耐高温性能优异的水性涂料。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，克服现有的水性涂料得到的漆膜的防腐(尤其是耐盐雾性能)、耐高温性能有待同时提高的问题，提供一种不含重金属且防腐性能、耐高温性能优异的水性环氧酯涂料。

2、本发明的另一目的在于，提供所述水性环氧酯涂料的制备方法。

3、本发明的另一目的在于，提供所述水性环氧酯涂料在制备汽车零部件中的应用。

4、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

5、一种水性环氧酯涂料，按照总重量100份计，包括如下重量份的组分：

6、

7、

8、其中，所述有机改性多孔二氧化硅中的改性剂包括含有至少一种极性基团且含共轭π键的有机化合物。

9、本发明采用两种防锈颜料组合，磷酸盐和有机改性多孔二氧化硅防锈颜料。其中，磷酸盐作为通用性防锈颜料，其水解产生的磷酸根与基材中的铁离子发生络合反应形成钝化膜，在阳极形成保护作用；但是其水解和络合速度慢，且后期消耗快，对于早期防腐和中后期防腐都存在着不足。

10、因此，本发明中添加了有机改性多孔二氧化硅共同作为防锈颜料，有机改性多孔二氧化硅是以多孔二氧化硅为载体，对其表面进行有机改性得来的。一方面，多孔二氧化硅载体本身具有较好的防腐蚀能力，尤其是中后期的防腐蚀效果。另一方面，本发明的发明人创造性地发现，如使用含有极性基团的有机化合物对多孔二氧化硅进行表面改性，可以显著提高漆膜的耐盐雾性能，尤其是高温下的耐盐雾性能。这是因为有机改性化合物同时包含极性基团和非极性基团。

11、1)涂膜在流平过程中，极性基团电负性强通过静电吸附作用，快速地吸附在金属表面，其中部分发生螯合配位反应，生成钝化膜从而达到防腐蚀的效果；2)非极性基团则背离金属表面做取向排列，分布在漆膜中，使得极性基团不易团聚形成较大的团簇，因为较大的团簇会产生局部应力而加速漆膜破损；3)极性基团和非极性基团之间还可以通过电子云之间的阈渗效应，电子云之间产生相互作用，形成一定的静电网络结构，通过电子云之间的静电作用，提升漆膜在干膜的内聚力，使其不易被破坏，进一步提升漆膜在高温下的耐盐雾性能；4)此外，在高温作用下，共轭π键的存在可以促进极性基团与金属表面的物理化学反应速率，使得分散到漆膜与基材界面极性基团快速络合形成新的钝化膜，本发明的含有特定极性基团的有机物作为一种有机缓释剂，可以提高对基材的长效保护。

12、优选地，所述磷酸盐包括磷酸锌、磷酸钙、磷酸镁中的一种或几种的组合。

13、优选地，所述改性剂与二氧化硅的重量比为(2～6)：100。改性剂添加太多，容易导致体系粘度较大，二氧化硅在涂料体系中的移动性能下降，进而导致漆膜的长效保护性能下降。

14、优选地，所述有机化合物包括但不限于苯甲酸铵、二乙酰肼中的一种或几种的组合。

15、优选地，所述有机改性多孔二氧化硅中，改性剂还可包括硅烷偶联剂，硅烷偶联剂可以与二氧化硅表面的羟基发生缩合脱水反应，接枝到载体表面，可以进一步提高为氧化硅与树脂基体的相容性。所述硅烷偶联剂进一步优选为含有环氧基团的硅烷偶联剂，其上的环氧基团，提高了二氧化硅与树脂体系的相容性，从而保证防腐性能的稳定性。含有环氧基团的硅烷偶联剂包括但不限于3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷或3-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或几种的组合。

16、优选地，所述硅烷偶联剂与二氧化硅的重量比为(1～3)：100。

17、多孔二氧化硅，其多孔结构可以吸附腐蚀离子，水解释放的活性硅酸可以与铁离子络合，形成钝化膜，达到防腐蚀效果；其多孔结构中还可负载一定的改性剂，后期使用过程中，改性剂在极性基团的迁移下从多孔结构中缓慢释放出来，在中后期的防腐中表现优异。

18、优选地，所述多孔二氧化硅的孔径在2～4nm范围内，可以很好地吸附、缓释改性剂，达到更优异的长效耐腐蚀性能。

19、优选地，所述多孔二氧化硅的比表面积为250～400m2/g，比表面积在该合适的范围内，二氧化硅在涂料体系中不会发生团聚沉淀，同时还具有很好的吸附、缓释性能，制备得到的漆膜具有更好的高温耐盐雾性能。

20、优选地，所述有机改性多孔二氧化硅通过包括如下步骤的方法制备得到：

21、a)当所述有机改性多孔二氧化硅的改性剂中包括含有环氧基团的硅烷偶联剂时，制备方法包括如下步骤：

22、s1.制备硅烷偶联剂改性的二氧化硅

23、在35～40℃、ph＝1.7～2.0条件下，将含有环氧基团的硅烷偶联剂、多孔二氧化硅混合后，升温至85～90℃下反应30～40min，然后在ph＝8.0～8.5下老化30～40min，最后调节ph值3～4.0，即可得到硅烷偶联剂改性的多孔二氧化硅；

24、s2.制备有机改性多孔二氧化硅

25、在50～60℃下，将步骤s1得到的硅烷偶联剂改性的二氧化硅、有机化合物的水溶液混合均匀、干燥后即可得到所述有机改性多孔二氧化硅；

26、或，b)当所述有机改性多孔二氧化硅的改性剂中不包括含有环氧基团的硅烷偶联剂时，制备方法包括如下步骤：在50～60℃下，将二氧化硅、有机化合物的水溶液混合均匀、干燥后即可得到所述有机改性多孔二氧化硅。

27、本领域常规的水性环氧酯树脂及改性的水性环氧酯树脂均可用于本发明中，所述水性环氧酯树脂包括但不限于水性环氧酯树脂、丙烯酸改性环氧酯树脂和聚氨酯改性水性环氧酯树脂中的一种或几种的组合。更具体地，可选自同德化工的31a41y、天和树脂th-8386b等。

28、所述水性环氧酯树脂在25℃下的动力粘度为25000～40000cps；固含为65～75％。其中，水性环氧树脂的动力粘度参照标准《gb/t 7193-2008》中的测试方法，使用旋转粘度计测试得到。

29、优选地，所述颜填料为补强填料、颜料中的至少一种。所述补强填料包括但不限于碳酸钙、硫酸钡、滑石粉中的一种或几种的组合。所述颜料包括但不限于炭黑。

30、优选地，所述ph中和剂包括但不限于2,6-二乙基-4-甲基苯胺(dema)、氨水中的一种或几种的组合。

31、优选地，所述催干剂包括但不限于铁络合物(具体如无钴催干剂oxy-coat 1101)、同德化工的wd016。

32、优选地，所述消泡剂包括醚类消泡剂、有机硅消泡剂、硅醚类消泡剂中的至少一种。

33、优选地，所述分散剂包括但不限于丙烯酸酯类共聚体的铵盐或者非离子型高分子分散剂的一种或几种组合，具体如byk-190、byk-2080。

34、优选地，所述流平剂包括但不限于聚醚改性有机硅流平剂。具体可以是迪高公司的tego 4100、efka公司的efka-3030。

35、优选地，所述闪锈剂包括但不限于亚硝酸酸、复合铵盐中的一种或几种的组合，具体可以是halox公司的halox 150，瑞宝公司的raybo 60。

36、优选地，所述增稠剂包括但不限于聚氨酯增稠剂。具体可以是罗门哈斯公司的acrysolrm-8w、上海长风化工厂的pur 2025。

37、优选地，所述溶剂包括但不限于醚类溶剂、醇类溶剂中的至少一种，具体可以是乙二醇单丁醚、丙二醇单丁醚中的一种或几种的组合。

38、本发明还保护所述水性环氧酯涂料的制备方法，包括以下步骤：

39、按照所述比例，将水性环氧酯树脂、ph中和剂、催干剂、消泡剂、分散剂、颜填料、磷酸盐、有机改性多孔二氧化硅、溶剂和水混合、研磨粒度至40μm以下，加入流平剂、闪锈剂和增稠剂调节粘度至80～100ku，即可得到所述水性环氧酯涂料。

40、上述水性环氧酯涂料在制备汽车零部件中的应用也在本发明的保护范围内。

41、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

42、本发明通过采用两种防锈颜料组合，磷酸盐和有机改性多孔二氧化硅防锈颜料来提升漆膜的防腐性能。磷酸盐可以保证漆膜的早期防腐性能，而经过特定改性剂改性的有机改性多孔二氧化硅可以赋予漆膜在长期使用以及高温下仍然具有优异的防腐性能。

43、本发明的水性环氧酯涂料制备得到的漆膜在经过7天110℃的处理后，耐中性盐雾性能仍然能够保持270h以上，可高达330h。