CN108531033B - 一种分散体型水性环氧锌烯带锈防锈重防腐底漆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分散体型水性环氧锌烯带锈防锈重防腐底漆，该重防腐底漆为三组份水性重防腐底漆，其中A组分包括水性环氧分散体、分散剂、消泡剂、氧化锌、转锈剂、水分散型石墨烯、石墨烯专用分散剂、防闪锈助剂、水性流变助剂和水组成；B组分为锌粉；C组分为水性环氧固化剂和水组成。本发明没有任何有机溶剂挥发，以水为分散介质，能将钢铁表面的铁锈转化并生成稳定的物质，同时能发挥石墨烯、氧化锌和环氧树脂防腐能力，且能为基材表面提供持续阴极保护能力。

Description

一种分散体型水性环氧锌烯带锈防锈重防腐底漆

技术领域

本发明涉及水性环氧防腐涂料领域，具体涉及一种分散体型水性环氧锌烯（三组分）带锈防锈重防腐底漆及其制备方法和用途。

背景技术

1、传统的防腐涂料再施工之前需要采用喷砂、手工或电动工具等除锈方法对钢铁表面进行表面处理，但是一些大型钢铁设备很难除锈完全甚至无法除锈，影响了漆膜的保护功能。

2、富锌重防腐底漆是船舶、海洋设施、桥梁、大型设备以及各类大型建筑的钢铁构方面最重要的、使用最普遍的重防腐蚀涂料品种之一，其防腐机理基于金属锌粉对钢铁的阴极保护作用，锌粉含量与其防腐效果密切相关，但高含量的锌粉（60% ~ 85%）也为富锌底漆带来了诸多弊端：1）大量锌粉的使用，在焊接和切割等热加工时产生的氧化锌烟尘和锌蒸气，会对人体健康带来影响，易导致“锌热病”；2）锌粉含量高，导致漆膜致密性差、强度低，与面漆的配套性差；3）环氧富锌底漆密度在3.0 g/cm3 左右，是普通环氧防锈底漆的2倍，不符合新型船舶涂料的减重降耗理念。

3、水性无机富锌类产品虽然环保，防腐蚀效果较好，但脆性高，资源消耗大，施工条件较为苛刻，且粘结强度不高，只适合于金属材料的表面。而环氧树脂具有良好的物理、化学性能，对于金属和非金属材料的表面都有非常优异的粘结强度。

4、传统的环氧富锌底漆虽然防腐蚀效果较好，但里面含有大量的有机溶剂，不够环保。同时也存在锌含量较高带来的诸多弊端。

5、目前，中国专利号为CN 103897556 A公开了一种锌烯重防腐涂料及其制备方法，该涂料属于溶剂型重防腐涂料，虽然解决了锌粉含量较高的弊端，但里面含有大量的挥发性溶剂，不利于环保。

6、目前，中国专利号为CN106085133a公开了一种新型水性环氧石墨烯防腐涂料，该水性防腐涂料为双组份防腐涂料，A组分为不含有任何助溶剂的水性环氧乳液和消泡剂组成，B组分为具有自乳化功能的水性环氧固化剂、石墨烯、磷酸锌、钛白粉、流平剂、水组成。此发明在防腐蚀性能上比不上溶剂型锌烯重防腐涂料的防腐蚀性能。

7、基于此，本发明将石墨烯、转锈剂加入一种无污染、零VOC的分散型水性环氧锌烯（三种分）重防腐涂料中，通过合理的配方设计，从而研制出了石墨烯改性的分散型水性环氧锌烯（三组份）防腐涂料即分散体型水性环氧锌烯（三组分）带锈防锈重防腐底漆，此涂料既拥有了水性无机富锌类产品零污染的特性，同时锌含量只需要30%即可达到TB/T1527-2011要求的水性无机富锌底漆锌含量85%的防腐蚀效果，成本更低，同时解决了施工条件苛刻的问题。既可媲美溶剂型环氧锌烯重防腐涂料的防腐蚀性能，同时比其更为环保。同时通过一种转锈剂，可以将钢铁表面的铁锈转化并生成稳定的物质，可以用于铁锈稍厚的钢铁表面的防护。

发明内容：

本发明在对多种水性环氧分散体、水性固化剂、石墨烯、氧化锌、转锈剂、锌粉等原材料筛选情况下，获得了一种没有任何有机溶剂挥发，以水为分散介质，能将钢铁表面的铁锈转化并生成稳定的物质，同时能发挥石墨烯、氧化锌和环氧树脂防腐能力，且能为基材表面提供持续阴极保护能力的分散体型水性环氧锌烯（三组分）带锈防锈重防腐底漆。

本发明提供的技术方案是：一种分散体型水性环氧锌烯带锈防锈重防腐底漆，其特征在于：该重防腐底漆为三组份水性重防腐底漆，其中A组分为水性环氧分散体、分散剂、消泡剂、流平剂、氧化锌、转锈剂、水分散型石墨烯、石墨烯专用分散剂、防闪锈助剂、水性流变助剂和水组成；B组分为锌粉；C组分为水性环氧固化剂和水组成。

所述A组分中各组分占A组分的质量分数为：水性环氧分散体为40-70%、水分散型石墨烯为0.1-5%、石墨烯专用分散剂为0.1-0.5%、氧化锌为5-10%、分散剂为0.1-0.5%、消泡剂为0.1-0.5%、流平剂为0.1-0.5%，水性流变助剂为0.1-1%，转锈剂为3-10%、防闪锈助剂为0.5-2%，水为20-40%；所述C组分中各组分占C组分的质量分数为：水性环氧固化剂为40-60%，水为40-60%。

所述A、B、C组分的用量质量比为3:2:1-4。

所述水性环氧分散体在水中的分散粒径为10-100nm。

所述水分散型石墨烯为物理膨胀法制成的水分散型石墨烯。

所述水分散型石墨烯为P-ML20; 所述转锈剂为转锈剂2611。

所述C组分中的水性环氧固化剂为零VOC的改性脂肪胺型水性固化剂，可选择的有固含量为80%上海新华树脂厂STW-703B水性环氧固化剂；上海富郎化工科技发展有限公司的CU600水性环氧固化剂；上海君江新材料有限公司的WEP-05水性环氧固化剂.

本发明还提供了上述分散体型水性环氧锌烯带锈防锈重防腐底漆的制备方法，将水、分散剂和一半消泡剂在搅拌机转速500转/分钟、15-45℃条件下预混均匀后加入水性环氧分散体继续搅拌至均匀，然后加入水性流变助剂和氧化锌在转速2500转/分钟下混合搅拌均匀后研磨到细度小于35微米，然后再加入石墨烯专用分散剂、水分散型石墨烯、剩余消泡剂在1800转/分钟转速下混合搅拌30分钟，最后加入转锈剂、水性流变助剂继续搅拌均匀即得A组分。

本发明还提供了上述分散体型水性环氧锌烯带锈防锈重防腐底漆作为钢结构的基材的重防腐领域或难于或无法除锈的基材表面重防腐底漆的应用。

本发明使用时，将A、B、C三组分按质量比为3:2:1-4混合搅拌均匀后加自来水调整至所需粘度，然后喷涂在基材上。

本发明与传统的水性环氧防腐涂料不同之处

1、在于选用粒径为10-100nm，可研磨而不破乳，是一种零VOC水性环氧分散体。在整个涂料制备中无添加任何的助溶剂，完全环保。在环保方面完全可媲美水性无机富锌底漆。

2、在于采用了物理膨胀法而非化学腐蚀法制成的具有功能性官能团的水分散型石墨烯、石墨烯专用分散剂，使石墨烯能够充分有效的融合进水性环氧分散体中而不团聚，使石墨烯能够均匀分散并包裹在乳液基体中，解决了石墨烯在水性体系中难分散和相容性差的问题，得到均匀分散含有石墨烯的水性环氧分散体。

3、在于物理膨胀法得到的石墨烯更具有优异的导电性能，加入适量的石墨烯不仅仅在腐蚀发生的初始阶段，能够有效发挥阴极保护作用，在图层中部分锌粉因氧化形成锌盐，导电性下降的同时，也可以通过邻近的片层石墨烯与上层锌粉接触，起到同样的阴极保护作用，还可以在锌含量大幅度减少的情况下与少量的锌粉形成有效的微导电循环通路，以达到牺牲阳极保护基材的效果。保护年限更为持久。

4、本发明中的水性环氧分散体具有良好的物理、化学性能，对于金属和非金属材料的表面都有非常优异的粘结强度。

5、传统的溶剂型富锌底漆和水性富锌底漆由于锌含量较大，颜料体积率大，涂层会产生大量的孔隙，漆膜不致密，施工时需要增加一道封闭底漆，耗费人工，而本发明由于颜料体积率较小，可提高树脂含量，同时由于石墨烯的多层片状结构使得漆膜更加致密。在本产品的涂层上无需增加封闭底漆,可直接涂装配套面漆

6、再配合氧化锌、转锈剂将钢铁表面的铁锈转化并生成稳定的物质，起到钢铁表面的保护作用。再与锌粉配合防腐并取代部分锌粉，保证了漆膜的防腐蚀性能，同时节约了能源，保护了环境。

7、本发明所研制的分散体型水性环氧锌烯（三组分）带锈防锈重防腐底漆。

既拥有了无机富锌类产品零污染的特性，锌含量只需要30%即可达到TB/T 1527-2011要求的水性无机富锌底漆锌含量85%的防腐蚀效果，成本更低，同时解决了施工条件苛刻的问题。既可媲美溶剂型环氧锌烯重防腐涂料的防腐蚀性能，同时比其更为环保。本发明相比公开号为CN106085133A（一种新型水性防腐涂料）和CN105086760A（水性环氧石墨烯防腐底漆的制备方法）施工更为方便，可采用多种方式施工。防腐蚀性能更强，更具备应用价值和市场潜力。

8、本发明的关键性能指标和传统富锌漆性能指标结果如下：

	本发明重防腐底漆	溶剂型环氧富锌底漆	水性无机富锌底漆	水性环氧石墨烯防腐涂料	溶剂型环氧锌烯防腐涂料（市场上）
						锌含量	30%	≥80%	≥80%	\	46%
颜基比	2.0	＞6	＞6	\	2.2
						附着力（拉开法），MPa	9	9	4	9	9
冲击强度，cm	＞50	＞50	＜50	＞50	＞50
						可否带锈施工	可	否	否	否	否
VOC含量	无	含有VOC	无	无	含有VOC
						耐盐雾性	3000h	1200h	1500h	600h	2000h

本发明产品性能可达到TB/T 1527-2011要求的水性无机富锌底漆锌含量85%的防腐蚀效果，成本更低，同时解决了施工条件苛刻的问题，还可免表面处理将钢铁表面的铁锈转化并生成稳定的物质，可以用于铁锈稍厚的钢铁表面的防护。既可媲美溶剂型环氧锌烯重防腐涂料的防腐蚀性能，同时比其更为环保。

本发明通过加入一种转锈剂，可以将钢铁表面的铁锈转化并生成稳定的物质，可以用于铁锈稍厚的钢铁表面的防护。同时石墨烯的多层片状结构使得漆膜更加致密，进一步提高了涂层隔绝水和空气渗入的能力，同时石墨烯本身具有优异的耐腐蚀特性，进一步提高了涂层耐腐蚀的能力。加入适量的石墨烯，可以在锌粉含量大幅度减少的情况下与少量锌粉形成有效的微导电循环通路，确保部分孤立锌粉颗粒失电子渠道的畅通，以达到牺牲阳极保护基材的效果，保护年限更为持久。

具体实施方式：

一种分散体型水性环氧锌烯（三组分）带锈防锈重防腐底漆，其包括A/B/C三个组分，分别包含下列成分：

A组分：水性环氧分散体（零VOC，STW-703A）： 40-70%

石墨烯（P-ML20）： 0.1-5%

氧化锌（国标）： 5-10%

转锈剂（2611）： 3-10%

分散剂 （W-18德谦）： 0.1-0.5%

石墨烯专用分散剂（美琪林新材料MQ-512） ： 0.1-0.5%

消泡剂 （W-074德谦）： 0.1-0.5%

防闪锈助剂（340A隆海化工） ： 0.5-2%

水性流变助剂（WT-201德谦） ： 0.1-1%

水： 20-40%

B组分：锌粉： 100%

C组分：水性环氧固化剂（703B固含量为80%）： 40-60%

自来水： 40-60%

使用时A、B、C组分按照质量比为3:2:1-4配制，搅拌均匀后根据施工粘度适量加水稀释即可使用。本发明的分散体型水性环氧锌烯（三组分）带锈防锈重防腐底漆经过实验可采用喷涂、刷涂、滚涂等多种方式施工。本发明相比其他公开的水性防腐涂料专利，如相比公开号为CN106085133A（一种新型水性防腐涂料）施工更为方便，可采用多种方式施工。防腐蚀性能更强。

制备工艺如下：

先将水、W-18、部分W-074预混（搅拌机转速500转/分钟）（温度不超过45℃）均匀后加入STW-703A再低速搅拌至均匀，再加入一半量的水性流变助剂、氧化锌混合搅拌均匀后研磨到细度小于35微米（搅拌机转速2500转/分钟）（开启循环水，温度不超过45℃），最后再加入石墨烯专用分散剂（MQ-512）、石墨烯P-ML20、剩余W-074混合搅拌（加入石墨烯后搅拌转速1800转/分钟，时间30分钟（开启循环水，温度不超过45℃）均匀后加入转锈剂、剩余WT-201继续搅拌均匀即得A组分。

工艺参数如下：

工艺名称	工艺参数及过程
		预混合	搅拌机转速500转/分钟（温度不超过45℃）
研磨	搅拌机转速2500转/分钟（开启循环水，温度不超过45℃）
		搅拌	加入石墨烯后搅拌转速1800转/分钟，时间30分钟（开启循环水，温度不超过45℃）
混合	加入转锈剂、WT-201继续搅拌均匀，转速600转/分钟，时间10分钟（开启循环水，温度不超过45℃）

说明：本发明的制备方法优势在于可以直接在水性环氧分散体中分散石墨烯，由于石墨烯极易团聚，因此在选材上选择可研磨而不破乳的水性环氧分散体、含有功能基团的氧化石墨烯（在任何涂料体系中分散型均较好），再配以石墨烯专用分散剂，利用石墨烯的多层片状结构，使石墨烯能够充分有效的融合进水性环氧乳液中而不团聚。

为了更好的阐述本发明，下面结合实施例进一步阐述本发明的内容:，但本发明并不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：

分散体型水性环氧锌烯（三组分）带锈防锈重防腐底漆：

A组分：水性环氧分散体STW-703A：60份（分散体VOC为0，固含量为50%）；水分散型石墨烯P-ML20:0.5份；石墨烯专用分散剂（美琪林新材料MQ-512）：0.5份；氧化锌（国标）：10份；水性分散剂W-18（德谦）：0.3份；水性W-074（德谦）：0.3份；水性流变助剂201T（德谦）：0.9份；防闪锈助剂（340A隆海化工）：0.5份；转锈剂（2611）；7份；自来水：20份

制备工艺：

先将水、W-18、部分（一半）W-074预混（搅拌机转速500转/分钟）（温度不超过45℃）均匀后加入STW-703A再低速搅拌至均匀，再加入部分（一半）水性流变助剂、氧化锌混合搅拌均匀后研磨到细度小于35微米（搅拌机转速2500转/分钟）（开启循环水，温度不超过45℃），最后再加入石墨烯专用分散剂（MQ-512）、石墨烯P-ML20、剩余W-074混合搅拌（加入石墨烯后搅拌转速1800转/分钟，时间30分钟（开启循环水，温度不超过45℃）均匀后加入转锈剂防闪锈助剂和剩余水性流变助剂继续搅拌均匀即得A组分。

B组分：锌粉

C组分：水性环氧固化剂703B（固含量为80%）：60份；水：40份。

使用时按A:B:C=3:2:2的比例混合均匀，按施工需要加水调整粘度，该涂料性能按TB/T 1527-2011标准厚度要求喷涂后检测结果与水性无机富锌和环氧富锌底漆对比如下：

	水性环氧锌烯防腐涂料	环氧富锌底漆	水性无机富锌底漆
				不挥发物中金属锌含量（混合配比）	40%	80%	85%
不挥发物含量	≥70%	≥80%	≥75%
				耐水性	≥720h	≥168h	≥720h
耐中性盐雾性	3000h	≥1000h	≥1000h
				柔韧性	1	1
冲击性	50	50
				附着力（拉开法，MPa）	9	9	5
VOC含量	无	有	无
				带锈施工附着力（拉开法，MPa）	8	4	2

实施例2：

分散体型水性环氧锌烯（三组分）带锈防锈重防腐底漆：

A组分：水性环氧分散体STW-703A：65份（分散体VOC为0，固含量为50%）；水分散型石墨烯P-ML20: 3份；石墨烯专用分散剂（美琪林新材料MQ-512）：0.5份；氧化锌（国标）：5份；水性分散剂W-18（德谦）：0.3份；水性W-074（德谦）：0.3份；水性流变助剂201T（德谦）：0.9份；防闪锈助剂（340A隆海化工）：0.5份；转锈剂（2611）；7份；自来水：17.5份

制备方法同实施例1

B组分：锌粉

C组分：水性环氧固化剂703B（固含量为80%）：50份；水：50份。

实施例3：

分散体型水性环氧锌烯（三组分）带锈防锈重防腐底漆：

A组分：水性环氧分散体STW-703A：45份（分散体VOC为0，固含量为50%）；水分散型石墨烯P-ML20: 5份；石墨烯专用分散剂（美琪林新材料MQ-512）：0.5份；氧化锌（国标）：10份；水性分散剂W-18（德谦）：0.3份；水性W-074（德谦）：0.3份；水性流变助剂201T（德谦）：0.9份；防闪锈助剂（340A隆海化工）：0.5份；转锈剂（2611）；7份；自来水：30.5份

制备方法同实施例1

B组分：锌粉

C组分：水性环氧固化剂703B（固含量为80%）：50份；水：50份。

指标性能测试：

	实施例1	实施例2	实施例3
				细度	35微米	35微米	35微米
附着力（拉开法，MPa）	9	9	9
				带锈施工附着力（拉开法，MPa）	8	8	8
柔韧性	1级	1级	1级
				耐盐雾性	＞3000h	＞2000h	＞1500h

从指标性能试表可以看出，石墨烯量越多，涂层的耐盐雾性能越差，涂层的其他性能并没有什么影响。可以看出，并不是石墨烯量越大涂层盐雾效果越好。

本产品，在一定程度上可以通过调整环氧分散体和锌粉的比例来调节漆膜的耐盐雾性能。

以上仅为本产品的常用实施案例，并不用以限制本发明。

Claims (6)

1.一种分散体型水性环氧锌烯带锈防锈重防腐底漆，其特征在于：该重防腐底漆为三组份水性重防腐底漆，其中A组分包括水性环氧分散体、分散剂、消泡剂、流平剂、氧化锌、转锈剂、水分散型石墨烯、石墨烯专用分散剂、防闪锈助剂、水性流变助剂和水；B组分为锌粉；C组分为水性环氧固化剂和水组成；

A组分中各组分占A组分的质量分数为：水性环氧分散体为40-70%、水分散型石墨烯为0.1-5%、石墨烯专用分散剂为0.1-0.5%、氧化锌为5-10%、分散剂为0.1-0.5%、消泡剂为0.1-0.5%、流平剂为0-0.5%，水性流变助剂为0.1-1%，转锈剂为3-10%、防闪锈助剂为0.5-2%，水为20-40%；所述C组分中各组分占C组分的质量分数为：水性环氧固化剂为40-60%，水为40-60%；水性环氧分散体在水中的分散粒径为10-100nm；所述水分散型石墨烯为物理膨胀法制成的水分散型石墨烯；石墨烯专用分散剂为美琪林新材料MQ-512；C组分中的水性环氧固化剂为零VOC的改性脂肪胺型水性固化剂；A:B:C的用量质量比为3:2:1-4。

2.如权利要求1所述的重防腐底漆，其特征在于：所述水性环氧分散体选自上海新华树脂厂STW-703A、上海富郎化工科技发展有限公司的MU601和成都杰晟蜀邦新材料科技有限公司的JCW-3553中的一种。

3.如权利要求1所述的重防腐底漆，其特征在于：所述水分散型石墨烯为P-ML20；所述转锈剂为转锈剂2611。

4.如权利要求1或2所述的重防腐底漆，其特征在于：所述水性环氧固化剂选自上海新华树脂厂STW-703B水性环氧固化剂、上海富郎化工科技发展有限公司的CU600水性环氧固化剂和上海君江新材料有限公司的WEP-05水性环氧固化剂中的一种。

5.权利要求1所述分散体型水性环氧锌烯带锈防锈重防腐底漆的使用方法，其特征在于，使用时，将A、B、C三组分按质量比为3:2:1-4混合搅拌均匀后加自来水调整至所需粘度，然后喷涂在基材上。

6.如权利要求5所述的使用方法，其特征在于，所述基材为钢结构的基材或难于或无法除锈的基材。