一种水性导静电涂料及其制备方法和应用与流程

本发明属于涂料，具体涉及一种水性导静电涂料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、导静电涂料可以应用在石油储罐、地坪、电子、化工等领域，多以溶剂型和无溶剂型为主，但其干燥固化慢、施工危险、气味较大、且对人员和环境都有危害，随着对环保的逐渐关注，各行业都开始集中研发环境友好型涂料，其中，以水性涂料最具研发价值。

2、cn115820075a公开了一种储罐用水性导静电涂料及其制备方法，涂料由a组分和b组分以质量比6:1混合得到，a组分是按配方称取去离子水、润湿分散剂、消泡剂、防沉剂、导电云母和颜填料经高速分散、砂磨至细度小于50μm，再取水性环氧乳液和酚醛环氧乳液、镀银玻璃微珠、润湿分散剂、消泡剂、防闪锈助剂、基材润湿剂和增稠剂依次加入，经充分搅拌后制备得到浆料；b组分是按照配方称取改性胺固化剂、去离子水和助溶剂分散剂、经充分搅拌制备得到浆料。虽然，该发明得到的浆料在环保以及能够保障漆膜具有较高导电率的同时，还能有效减缓腐蚀介质的渗透速度，对基材有良好稳定的长期保护效果，但是其耐溶剂性以及防腐性较差。

3、因此，为解决上述技术问题，急需开发一种兼具优异导电性、耐化学药品性和防腐性的水性导静电涂料。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种水性导静电涂料及其制备方法和应用，通过选择环氧类水性树脂和水性碳态笼树脂搭配作为a主要成膜物质，并添加石墨烯浆料、碳纳米管浆料和导电钛白粉三种材料作为导电组分，使得到的水性导静电涂料分散均匀，且成膜后的漆膜兼具优异的导电性、耐化学药品性和防腐性。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种水性导静电涂料，所述水性导静电涂料包括a组分和b组分；

4、所述a组分包括水性树脂、石墨烯浆料、碳纳米管浆料和导电钛白粉，所述水性树脂包括环氧类水性树脂和水性碳态笼树脂；

5、所述b组分包括固化剂。

6、本发明提供的水性导静电涂料包括a组分和b组分，所述a组分包括水性树脂、石墨烯浆料、碳纳米管浆料和导电钛白粉，所述水性树脂包括环氧类水性树脂和水性碳态笼树脂，所述b组分包括固化剂，在使用之前，将a组分和b组分进行混合即可；

7、一方面，本发明选择环氧类水性树脂和水性碳态笼树脂进行搭配，由于所述水性碳态笼树脂具有笼状结构，其内部具有较多的超支化侧链挤压缠绕，使其在室温下即可成膜，且成膜后分子之间相互搭接缠绕形成物理交联，进而可以增加漆膜的强度和韧性，同时所述水性碳钛笼树脂形成的涂层具有微-纳米级乳凸体，可大幅度提升漆膜的防污抗污性能，还有效增加了漆膜的耐水和耐溶剂性能；而环氧类水性树脂具有粘结性高、耐酸碱性好、耐腐蚀性优且收缩率低的优势，在金属基材上具备很好的附着力，二者搭配作为a组分的主要成分，在涂料体系中性可起到很好的协同效果，使有助于提高水性导静电涂料成膜后与基材的附着力，以及漆膜的柔韧性、耐溶剂等性能；

8、另一方面，本发明选择石墨烯浆料、碳纳米管浆料和导电钛白粉进行三者搭配作为导电组分；其中，所述碳纳米管浆料中的碳纳米管具有超高的长径比，导电性能优异，在很少的添加量就可以达到漆膜电阻率的要求，其与超薄尺寸的石墨烯和针状导电钛白粉晶须纤维在涂料体系中可以相互搭接，保持导电性能的同时增加漆膜致密性和防腐性能。

9、优选地，所述a组分按照重量份包括如下组分：

10、

11、其中，所述水性树脂可以为32重量份、34重量份、36重量份、38重量份、40重量份、42重量份、44重量份、46重量份或48重量份等。

12、所述石墨烯浆料可以为12重量份、14重量份、16重量份、18重量份或20重量份等。

13、所述碳纳米管浆料可以为1.5重量份、2重量份、2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份或4.5重量份等。

14、所述导电钛白粉可以为3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份或9重量份等。

15、优选地，所述环氧类水性树脂和水性碳态笼树脂的质量比为(1～2):1，例如1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1或1.9:1等。

16、作为本发明的优选技术方案，限定环氧类水性树脂和水性碳态笼树脂的质量比为(1～2):1，如果环氧类水性树脂的添加量过多，则会导致水性导静电涂料成膜后的漆膜脆性较大，影响漆膜的抗冲击性能，如果环氧类水性树脂的添加量过低，则会水性导静电涂料成膜后的附着力和耐酸碱性能变差。

17、优选地，所述环氧类水性树脂包括水性环氧树脂、水性环氧改性丙烯酸树脂、水性聚酯改性环氧树脂或水性有机硅改性环氧树脂中的任意一种或至少两种的组合。

18、优选地，所述石墨烯浆料的固含量为10～40％，例如15％、20％、25％、30％或35％等。

19、优选地，所述石墨烯浆料的制备原料包括石墨烯、分散剂和水。

20、优选地，所述石墨烯浆料的制备原料按照重量份包括如下组分：

21、石墨烯 10～50重量份；

22、分散剂 2～10重量份；

23、水 60～80重量份。

24、其中，所述石墨烯可以为15重量份、20重量份、25重量份、30重量份、35重量份、40重量份或45重量份等。

25、所述分散剂可以为3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份或9重量份等。

26、所述水可以为62重量份、64重量份、66重量份、68重量份、70重量份、72重量份、74重量份、76重量份或78重量份等。

27、优选地，所述石墨烯浆料的制备方法包括：将分散剂和水进行预混，加入石墨烯进行球磨和研磨，得到所述石墨烯浆料。

28、优选地，所述碳纳米管浆料的固含量为0.2～2％，例如0.4％、0.6％、0.8％、1％、1.2％、1.4％、1.6％或1.8％等。

29、优选地，所述碳纳米管浆料的制备原料包括单壁碳纳米管、分散剂和水。

30、优选地，所述碳纳米管浆料的制备原料按照重量份包括如下组分：

31、单壁碳纳米管 0.1～1重量份；

32、分散剂 0.1～1重量份；

33、水 90～100重量份。

34、其中，所述单壁碳纳米管可以为0.2重量份、0.3重量份、0.4重量份、0.5重量份、0.6重量份、0.7重量份、0.8重量份或0.9重量份等。

35、所述分散剂可以为0.2重量份、0.3重量份、0.4重量份、0.5重量份、0.6重量份、0.7重量份、0.8重量份或0.9重量份等。

36、所述水可以为91重量份、92重量份、93重量份、94重量份、95重量份、96重量份、97重量份、98重量份或99重量份等。

37、优选地，所述碳纳米管浆料的制备方法包括：将分散剂和水进行预混，加入单壁碳纳米管进行混合，经研磨和匀质，得到所述碳纳米管浆料。

38、优选地，所述a组分还包括0.05～3重量份(例如0.1重量份、0.5重量份、1重量份、1.5重量份、2重量份或2.5重量份等)的消泡剂。

39、优选地，所述消泡剂包括有机醇类消泡剂和/或有机硅类消泡剂。

40、优选地，所述a组分还包括0.1～0.5重量份(例如0.15重量份、0.2重量份、0.25重量份、0.3重量份、0.35重量份、0.4重量份或0.45重量份等)的润湿剂。

41、优选地，所述润湿剂包括阴离子型润湿剂和/或非离子型润湿剂。

42、优选地，所述润湿剂包括聚醚有机硅类润湿剂、炔二醇类润湿剂或丙烯酸类润湿剂中的任意一种或至少两种的组合。

43、优选地，所述a组分还包括1～5重量份(例如1.5重量份、2重量份、2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份或4.5重量份等)的分散剂。

44、优选地，所述分散剂包括阴离子型分散剂、阳离子型分散剂、非离子型分散剂、两性型分散剂或高分子型分散剂中的任意一种或至少两种的组合。

45、优选地，所述a组分还包括1～10重量份(例如2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份或9重量份等)的助溶剂。

46、优选地，所述助溶剂包括丙二醇甲醚乙酸酯(pma)、丙二醇甲醚(pm)、二丙二醇甲醚(dpm)或二丙二醇丁醚(dpnb)中的任意一种或至少两种的组合。

47、优选地，所述a组分还包括0.05～5重量份(例如0.1重量份、0.5重量份、1重量份、2重量份、3重量份或4重量份等)的流平剂。

48、优选地，所述流平剂包括改性有机硅类流平剂和/或丙烯酸类流平剂。

49、优选地，所述a组分还包括0.2～0.4重量份(例如0.23重量份、0.26重量份、0.29重量份、0.32重量份、0.35重量份或0.38重量份等)的防腐防霉剂，

50、优选地，所述防腐防霉剂包括异唑噻啉酮类防腐防霉剂和/或三嗪类防腐防霉剂，

51、优选地，所述a组分还包括0.1～0.5重量份(例如0.15重量份、0.2重量份、0.25重量份、0.3重量份、0.35重量份、0.4重量份或0.45重量份等)的ph调节剂。

52、优选地，所述ph调节剂包括二甲基乙醇胺、二甲氨基乙醇、2-氨基-2甲基-1-丙醇(amp-95)、位阻胺或乙醇胺磷酸盐中的任意一种或至少两种的组合。

53、优选地，所述a组分还包括30～60重量份(例如35重量份、40重量份、45重量份、50重量份或55重量份等)的颜填料。

54、优选地，所述颜填料包括云母、硫酸钡或滑石粉中的任意一种或至少两种的组合；

55、优选地，所述a组分还包括5～15重量份(例如6重量份、7重量份、8重量份、9重量份、10重量份、11重量份、12重量份、13重量份或14重量份等)的水。

56、优选地，所述水为去离子水，符合《gb/t 6682》中规定的三级水标准。

57、优选地，所述b组分中固化剂的含量为1～10重量份，例如2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份或9重量份等。

58、优选地，所述固化剂包括异氰酸酯类固化剂、环氧类固化剂或胺类固化剂中的任意一种或至少两种的组合。

59、优选地，所述胺类固化剂包括聚酰胺、改性芳香胺或脂肪胺中的任意一种或至少两种的组合。

60、优选地，所述b组分还包括0.5～2重量份(例如0.7重量份、0.9重量份、1.1重量份、1.3重量份、1.5重量份、1.7重量份或1.9重量份等)的防闪锈助剂。

61、优选地，所述防闪锈助剂包括磷酸盐、亚硝酸盐、硼酸盐或改性有机螯合物中的任意一种或至少两种的组合。

62、优选地，所述b组分还包括1～10重量份(例如2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份或9重量份等)的助溶剂。

63、优选地，所述助溶剂包括丙二醇甲醚乙酸酯、丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚或二丙二醇丁醚中的任意一种或至少两种的组合。

64、第二方面，本发明提供一种如第一方面所述水性导静电涂料的制备方法，所述制备方法包括a组分的制备和b组分的制备：

65、所述a组分的制备包括如下步骤：

66、(a1)将任选地润湿剂、任选地分散剂、任选地部分消泡剂和任选地部分ph调节剂在水中混合，加入石墨烯浆料、碳纳米管浆料和任选地颜填料进行混合，研磨和匀质，再加入导电钛白粉进行混合，得到无树脂色浆；

67、(a2)将步骤(a1)得到的无树脂色浆、水性树脂、任选地助溶剂、任选地剩余部分消泡剂、任选地剩余部分ph调节剂、任选地防腐防霉剂和任选地流平剂进行混合，得到所述a组分；

68、所述b组分的制备方法包括：将固化剂、任选地助溶剂和任选地防闪锈助剂进行混合，得到所述b组分。

69、优选地，所述步骤(a1)具体包括：将任选地润湿剂、任选地分散剂、任选地部分消泡剂和任选地部分ph调节剂加入水中，在转速为300～500rpm(例如320rpm、340rpm、360rpm、380rpm、400rpm、420rpm、440rpm、460rpm或480rpm等)的搅拌条件下混合30～40min(例如31min、32min、33min、34min、35min、36min、37min、38min或39min等)，加入石墨烯浆料、碳纳米管浆料和任选地颜填料继续混合20～30min(例如21min、22min、23min、24min、25min、26min、27min、28min或29min等)在转速为1500～2000rpm(例如1550rpm、1600rpm、1650rpm、1700rpm、1750rpm、1800rpm、1850rpm、1900rpm或1950rpm等)的条件下研磨1遍，再进行匀质1～5h(例如1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h或4.5h等)，加入导电钛白粉在转速为800～1200rpm(例如850rpm、900rpm、950rpm、1000rpm、1050rpm、1100rpm或1150rpm等)的条件下混合30～40min(例如32min、34min、36min或38min等)，得到细度不高于15μm的无树脂色浆。

70、优选地，所述步骤(a2)具体包括：将步骤(a1)得到的无树脂色浆、水性树脂、任选地助溶剂、任选地剩余部分消泡剂、任选地剩余部分ph调节剂、任选地防腐防霉剂和任选地流平剂在转速为500～800rpm(例如550rpm、600rpm、650rpm、700rpm或750rpm等)的条件下混合30～60min(例如35min、40min、45min、50min或55min等)，得到所述a组分。

71、优选地，所述b组分的制备方法具体包括：将固化剂、任选地助溶剂和任选地防闪锈助剂在转速为500～800rpm(例如530rpm、560rpm、590rpm、620rpm、650rpm、680rpm、720rpm、750rpm或780rpm等)的条件下混合30～60min(例如35min、40min、45min、50min或55min等)，得到所述b组分。

72、第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的水性导静电涂料在石油储罐、地坪或电子设备中的应用。

73、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

74、本发明提供的水性导静电涂料包括a组分和b组分，所述a组分包括水性树脂、石墨烯浆料、碳纳米管浆料和导电钛白粉，所述水性树脂包括环氧类水性树脂和水性碳态笼树脂，所述b组分包括固化剂，通过选择环氧类水性树脂和水性碳态笼树脂搭配作为水性导静电涂料的主要成膜物质，并添加石墨烯浆料、碳纳米管浆料和导电钛白粉三种材料作为导电组分，使最终得到的水性导静电涂料分散十分均匀且成膜后具有优异的导电性、耐化学药品性和防腐性，同时与基材具有优异的粘结性能。