一种水性单组分环氧树脂涂料及其制备方法与应用与流程

本发明属于涂料，具体涉及一种水性单组分环氧树脂涂料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、目前汽车制动系统零部件的常见材质为耐磨的ht200-300灰铸铁，由于铸铁材质较脆，一旦遇到老化的情况，可能发生脆裂，造成危险事故。为延长其使用寿命，必须对这些零部件进行防护涂装。相比于传统的溶剂性涂料，绿色、环保的水性涂料是现有制动系统零部件涂装厂家的主流选择。但相对于溶剂性涂料，水性涂料本身是导体，而灰铸铁的含碳量较高，在复杂的使用环境下易发生电化学腐蚀而损耗，同时，在汽车的紧急制动过程中，制动系统中的部分零部件瞬时温度可能迅速升至200℃以上，因此，对涂层的性能要求较高，必须同时具备较好的硬度，耐腐蚀性和耐热性。

2、目前，汽车制动系统零部件涂装一般采用水性单组分涂料和水性双组分环氧涂料两大类。水性单组分涂料体系具有涂装方便、价格便宜等优点，但在实际应用中，单组分涂料涂装在灰铸铁件上与其在标准测试板的盐雾测试结果相差甚远，防护性能远达不到要求，同时，温度升至200℃以上时，漆膜容易发脆、脱落。厂家为保证涂装的防护性能，只有选择性能更加优异的水性双组分环氧涂料。水性双组分环氧涂料需和固化剂发生化学反应才可形成致密的涂层，现场实际施工存在操作繁琐和适用期限制等问题，难以保证涂层性能的稳定性，也不便于施工。同时，环氧涂层也存在耐热性差的缺陷，在温度升至200℃以上时，涂层易黄变、发脆，涂层的附着力和机械性能以及耐腐蚀性急剧下降，难以对制动系统零部件的使用提供长期有效的防护。因此一种易于施工和耐热性、耐湿热性、耐腐蚀性优异的单组分涂料对汽车制动系统零部件的防护涂装具有极为重要的意义。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种水性单组分环氧树脂涂料。该制动系统零部件用水性单组分涂料现场施工方便，能耗低，具有较低的voc含量和不含磷和重金属元素，耐高温、耐湿热和耐腐蚀性能优异。本发明的目的之二在于提供上述水性单组分环氧树脂涂料的制备方法。本发明的目的之三在于上述水性单组分环氧树脂涂料的应用。

2、为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

3、本发明的第一方面提供了一种水性单组分环氧树脂涂料，所述水性单组分环氧树脂涂料是由包括如下重量百分比的原料制得：水性改性环氧树脂35％～45％、有机硅树脂5％～15％、防锈颜料5％～10％、颜填料20％～25％、水性助剂3％～7％、助溶剂4％～7％、水5％～15％；所述水性改性环氧树脂包括无机亲水基团改性环氧树脂。

4、环氧树脂与无机亲水基团通过杂化聚合工艺生成的水性成膜物质，结构中的环氧树脂部分使其拥有优异的耐化学品性和高附着力，支链接入的无机物质使其具备高渗透性、耐候性和耐热性。

5、优选地，所述原料还包括炭黑1％～2.5％。

6、优选地，所述原料还包括膨润土0.1％-0.5％。

7、优选地，所述水性单组分环氧树脂涂料是由包括如下重量百分比的原料制得：水性改性环氧树脂37％～43％、有机硅树脂7％～13％、防锈颜料6％～8％、颜填料20％～23％、水性助剂3％～7％、助溶剂4％～7％、水7％～12％；所述水性改性环氧树脂是由采用无机亲水基团改性环氧树脂制得。

8、更优选地，所述水性单组分环氧树脂涂料是由如下重量百分比的原料制得：水性改性环氧树脂37％～43％、有机硅树脂7％～13％、防锈颜料6％～8％、颜填料20％～23％、水性助剂3％～7％、助溶剂4％～7％、水7％～12％、炭黑1％～2.5％、膨润土0.1％-0.5％；所述水性改性环氧树脂是由采用无机亲水基团改性环氧树脂制得。

9、优选地，所述无机亲水基团改性环氧树脂包括无机硅改性环氧树脂。

10、优选地，所述防锈颜料为钙离子二氧化硅交换型防锈颜料。

11、优选地，所述颜填料选自硫酸钡、高岭土、云母粉中的一种或多种。

12、更优选地，所述颜填料为硫酸钡、云母粉的混合物，其质量比为(13～18):(5～8)。

13、更优选地，所述硫酸钡为沉淀硫酸钡；所述云母粉为绢云母粉。

14、优选地，所述水性助剂包括分散剂、消泡剂、润湿剂、增稠剂、中和剂和闪锈抑制剂。

15、更优选地，所述分散剂是含有多个颜料锚定基团的高分子聚合物；所述消泡剂为有机硅消泡剂；所述润湿剂是硅氧烷双生表面活性剂；所述闪锈抑制剂为不含亚硝酸盐的有机聚合物；所述中和剂为氨基醇类中和剂；所述增稠剂为聚氨酯类增稠剂和/或疏水改性碱溶胀类增稠剂。

16、所述分散剂的结构中一部分为锚固集团，另一部分为溶剂化链段，锚固基团通过偶极力在颗粒表面形成多点锚固的形式吸附在颗粒表面，溶剂化链段则与分散介质具有良好的相容性，在固体颗粒表面形成足够厚度的保护层，使其对颜填料的润湿效果好，分散性和稳定性优异，在水性体系里表现出极佳的耐水性和耐盐雾性；所述消泡剂为有机硅消泡剂，具有强的消泡和破泡性，体系相容性好，不易出现缩孔等漆膜弊病；所述润湿剂是一种硅氧烷双生表面活性剂，能有效降低体系表面张力，对难润湿的多孔铸铁类基材有良好的渗透性，和消泡剂搭配使用，使形成的漆膜连续致密，有利于提高漆膜附着力和耐盐雾性；所述闪锈抑制剂由改性有机螯合物组成，其特殊高分子的螯合作用在金属表面形成致密的钝化物，在防闪锈的同时，也可提高漆膜的耐盐雾性能；所述中和剂为氨基醇类中和剂，可有效降低涂料气味和调节体系ph值，使碱溶胀增稠剂效果发挥的同时提高涂料性能。

17、进一步优选地，所述中和剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。

18、进一步优选地，所述聚氨酯类增稠剂与疏水改性碱溶胀类增稠剂的质量比为0.2～0.4:1，可有效解决单组分环氧体系增稠难的问题，使涂料具有优异的储存稳定性。

19、优选地，所述助溶剂选自乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、二丙二醇丁醚中的一种或多种。

20、更优选地，所述助溶剂为乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、二丙二醇丁醚的混合物，其质量比为(2～1):(2～1):1。

21、本发明的第二方面提供了第一方面所述水性单组分环氧树脂涂料的制备方法，包括如下步骤：

22、s1、将部分水性改性环氧树脂、部分水性助剂、防锈颜料和颜填料在水中分散得到预分散浆料，经研磨制得色浆；

23、s2、所述色浆与剩余水性改性环氧树脂、有机硅树脂、剩余水性助剂、助溶剂混合，制得水性单组分环氧树脂涂料。

24、优选地，所述色浆的粒径为20μm以下。

25、优选地，步骤s1中，所述分散的工艺为：在500-1000r/min下高速分散10-15min。

26、优选地，步骤s1中，所述研磨在2500-4000r/min条件下进行。

27、优选地，步骤s1中，将部分水性单组分环氧树脂、中和剂、水、分散剂、消泡剂混合均匀得到预分散浆料。

28、优选地，步骤s1中，所述水性改性环氧树脂的用量为水性改性环氧树脂总用量的40％～60％。

29、优选地，步骤s2中，具体步骤为：先将剩余水性改性环氧树脂、有机硅树脂、剩余水性助剂中的中和剂混合为混合物，再与剩余水性助剂、助溶剂和色浆进行混合分散，得到水性单组分环氧树脂涂料。

30、优选地，步骤s2中，所述水性改性环氧树脂的用量为水性改性环氧树脂总用量的40％～60％。

31、更优选地，步骤s2中，所述混合物的混合工艺为：在800-1000r/min的转速下高速分散5-10min。

32、更优选地，步骤s2中，所述涂料的混合工艺为：在400-800r/min的转速下分散5-10min。

33、本发明的第三方面提供了本发明第一方面所述水性单组分环氧树脂涂料在制备防护涂层中的应用。

34、优选地，所述水性单组分环氧树脂涂料在制备汽车制动系统零部件的防护涂层中的应用。

35、本发明的有益效果是：

36、本发明提供了一种水性单组分环氧树脂涂料，作为汽车制动系统零部件用涂料无需使用固化剂，无适用期限制，现场施工方便，同时可低温自干或烘烤，节约能耗；本发明制备的涂料在汽车制动系统零部件上附着力0-1级，在膜厚为20～30μm时仍具有高耐腐蚀性，在灰铸铁上的耐中性盐雾≧500h，同时硬度≧h，可有效延长汽车制动系统零部件的使用寿命；本发明制备的汽车制动系统零部件用涂料具有优异的耐高温性能，在300℃×1h后漆膜不粉化、开裂、脱落，附着力0-1级，耐中性盐雾≧500h；本发明制备的汽车制动系统零部件用涂料voc含量低且不含重金属，对人体和环境友好。

37、具体来说，本发明与现有技术相比，具有以下的优点：

38、1)本发明所述水性改性环氧树脂作为第一成膜物和有机硅树脂作为第二成膜物均无需固化剂在常温下可成膜，第一成膜物具备环氧优异的附着力和耐腐蚀性，经过无机硅盐改性后具备较好的耐热性，利用第二成膜物中的有机硅对第一成膜物进行改性，极大提升了涂层的硬度和耐热性。本发明选用合适的第一成膜物和第二成膜物协同作用，赋予涂膜更好的性能，为后续制备高性能的单组分涂料奠定了基础。

39、2)本发明中选用合适的分散剂、消泡剂、润湿剂、闪锈抑制剂、非voc胺中和剂和增稠剂能够协同作用复配成粘度和流动性合适的高性能单组分涂料，为后续和防锈颜料、填料体系搭配，制备高耐热性和耐腐蚀性的单组分涂料奠定了基础。

40、另外，本发明采用的防锈颜料为一种钙离子二氧化硅交换型防锈颜料，不含重金属和磷元素，其与金属底材能形成复杂的、粘附性极佳的化合物覆盖膜，使金属表面钝化，牢固吸附在金属表面，从而起到保护作用，同时在发生腐蚀时金属阳离子在基材表面形成阴极保护，阻止金属进一步腐蚀；填料所采用的沉淀硫酸钡，其性能稳定，耐水、耐酸碱性好，耐高温不失光泽；绢云母粉晶体呈二维片状结构，且具有羟基活性基团，容易与乳液和溶剂中的分子相结合、缠绕，在涂膜中平行排列，上下重叠，使涂膜内部形成一种致密的层网状结构，从而提高了涂膜的综合机械性能和抗渗透性，有效提高涂膜的耐盐雾性能。本发明中的防锈颜料和填料体系物理阻隔作用和电化学保护作用相结合，可有效提升漆膜的机械性能和耐水、耐腐蚀性能。

41、3)本发明提供了一种易于施工和耐热性、耐湿热性、耐腐蚀性优异的单组分涂料，可应用汽车制动系统零部件的防护涂装，解决了零部件温度在200℃以上涂层易黄变、发脆，涂层的附着力和机械性能以及耐腐蚀性急剧下降的问题，实现了对制动系统零部件的使用提供长期有效的防护。