CN119978954A - 一种快干型水性防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涂料领域，具体涉及一种快干型水性防腐涂料及其制备方法，水性防腐涂料按照重量份数计算，包括以下组分：100份水性环氧树脂乳液、18‑32份填料、1.2‑2.4份分散剂、0.6‑1.8份流平剂、0.5‑1.5份消泡剂、0.2‑1份防闪锈剂、25‑45份固化剂和20‑30份水。本发明制备的固化剂不仅解决了市面上水性环氧涂料在室温下干燥速度缓慢的问题，而且得到的涂料在硬度、耐冲击性和防腐性等方面有更好的表现。

Description

一种快干型水性防腐涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料领域，具体涉及一种快干型水性防腐涂料及其制备方法。

背景技术

石油钢管主要包括石油钻管、石油套管、抽油管等，新生产的钢管及工厂翻新的钢管上面都需要涂一层硬膜防锈油，也就是一层防腐涂料，目前常用的石油钢管防腐漆多用溶剂型的防腐涂料，但是由于环保的要求，逐渐被水性的防腐涂料替代。近年来，水性环氧涂料由于其具有低挥发性有机化合物，在钢铁基材上附着力好，防腐蚀好的特点，因此在石油钢管涂覆领域应用越来越广泛。

水性环氧涂料的性能受制于干燥过程中温度、湿度、涂层厚度、固化反应程度等因素的影响。水性环氧与固化剂混合后涂布在金属表面，在常规的干燥条件下，一般能够在30min内达到表干，即有80％-90％的水分能够从涂层中挥发，但是剩余的10％-20％水分则挥发的相当缓慢，完全干燥的时间需要达到24h；此外，如果施工时湿度比较大或者涂层过厚而形成水阻滞问题，涂层的表面能够快速干燥，但是内部的水分挥发受到表面干燥涂层的限制，不仅导致干燥的时间大幅度的延长，而且内部的固化不足导致难以紧密堆积形成致密的涂层，从而影响了涂层的质量和长期防腐蚀效果。因此，需要一种应用于石油钢管上，能够整体快速干燥的水性防腐涂料显得极为重要。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种快干型水性防腐涂料及其制备方法。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

第一方面，本发明提供一种快干型水性防腐涂料，按照重量份数计算，包括以下组分：

100份水性环氧树脂乳液、18-32份填料、1.2-2.4份分散剂、0.6-1.8份流平剂、0.5-1.5份消泡剂、0.2-1份防闪锈剂、25-45份固化剂和20-30份水。

优选地，所述水性环氧树脂乳液的制备方法包括：

称取乳化剂和环氧树脂混合在反应容器内，升温至60-80℃，充分分散均匀后，倒入高速剪切机内高速剪切分散，期间不断地滴加蒸馏水，滴加至环氧树脂的固含量为45％-55％，然后继续剪切20-30min后，得到水性环氧树脂乳液。

更优选地，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂，包括E-51、E-41、E-20中的至少一种。

更优选地，所述乳化剂为辛烷基酚聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸钠按照质量比1:0.6-1.2混合，乳化剂的加入量是环氧树脂质量的5％-15％。

更优选地，所述高速剪切的速度为6000-10000r/min，所述蒸馏水的滴加速度为5-15g/min。

优选地，所述填料为钛白粉、滑石粉、云母粉、磷酸锌中的至少一种，粒径为10±2μm。更优选地，所述填料为钛白粉和云母粉按照质量比为1-5:1。

优选地，所述流平剂为BYK-345、BYK-346、BYK-349中的至少一种。

优选地，所述分散剂为BYK-190、BYK-192、BYK-194中的至少一种。

优选地，所述消泡剂为AFE-7610、AFE-1247、AFE-1410中的至少一种。

优选地，所述防闪锈剂为钼酸铵、钼酸钠、苯甲酸铵、苯甲酸钠、苯并三氮唑中的至少一种。更优选为苯甲酸铵。

优选地，所述固化剂的制备方法包括：

S1、向反应瓶内加入无水乙醇，然后再加入5-氨基-2-巯基苯并咪唑和N-乙烯基咪唑，室温下搅拌均匀，之后投入光引发剂，通入氮气替换出空气，再次充分搅拌，得到混合反应液；

S2、将反应瓶置于紫外光源下，在辐照的过程中搅拌反应，反应结束后停止搅拌并撤去光源，将反应液进行旋蒸除去溶剂，得到固化剂。

优选地，所述S1中，5-氨基-2-巯基苯并咪唑、N-乙烯基咪唑和无水乙醇的质量体积比为(0.16-0.32)g:(0.1-0.2)g:(10-30)mL。

优选地，所述S1中，光引发剂为安息香二甲醚或安息香二乙醚，加入量是5-氨基-2-巯基苯并咪唑质量的3.5％-7.5％。

优选地，所述S2中，紫外光的功率为80-160W，波长为300-400nm。

优选地，所述S2中，反应的搅拌速度为150-350r/min，反应的时间为10-40min。

第二方面，本发明提供一种快干型水性防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将按量称取的水性环氧树脂乳液、填料、分散剂、流平剂、消泡剂、防闪锈剂混合，充分搅拌均匀后，得到组分A；

步骤2，将固化剂和水混合，充分搅拌均匀后，得到组分B；

步骤3，将组分B逐渐加入至组分A内，并充分地搅拌均匀，即得到快干型水性防腐涂料。

本发明的有益效果为：

1、本发明制备了一种快干型的水性防腐涂料，涂料采用防腐性能优异的环氧体系，以水为替代传统有机溶剂作为分散介质，大幅减少挥发性有机化合物(VOC)的排放，符合绿色环保要求。

2、本发明制备的涂料采用了自制的固化剂，该固化剂采用5-氨基-2-巯基苯并咪唑和N-乙烯基咪唑作为原料，经过巯基-双键的点击化学反应(Click chemistry)制备得到，得到的固化剂中含量大量的氨基、咪唑基团、苯并咪唑基团以及硫醚基团，对于环氧树脂的低温固化有较好的促进作用。

3、本发明制备的固化剂亲水性较强，可直接与水混合成固化剂溶液，再与树脂乳液混合；并且，固化剂的活性较强，可在潮湿或低温环境下固化，无需额外加入促进剂(比如DMP-30)，即可实现水性涂料的快速干燥。

4、本发明制备的固化剂不仅解决了市面上水性环氧涂料在室温下干燥速度缓慢的问题，而且得到的涂料在硬度、耐冲击性和防腐性等方面有更好的表现。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的技术方案。应理解，本发明提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤；还应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

为了更好的理解上述技术方案，下面更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

下面结合以下实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

一种快干型水性防腐涂料，按照重量份数计算，包括以下组分：

100份水性环氧树脂乳液、25份填料、1.8份分散剂、1.2份流平剂、1份消泡剂、0.6份防闪锈剂、35份固化剂和25份水。

其中，水性环氧树脂乳液的制备方法包括：

称取辛烷基酚聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸钠按照质量比1:0.8混合得到乳化剂，将乳化剂和双酚A型环氧树脂E-51混合在反应容器内，乳化剂的加入量是环氧树脂质量的10％，升温至70℃，充分分散均匀后，倒入高速剪切机内，在8000r/min的高速剪切下分散，期间不断地滴加蒸馏水，滴加速度为10g/min，滴加至环氧树脂的固含量为50％，然后继续剪切25min后，得到水性环氧树脂乳液。

其中，填料为钛白粉和云母粉按照质量比为3:1，粒径为10±2μm；流平剂为BYK-346；分散剂为BYK-192；消泡剂为AFE-7610；防闪锈剂为苯甲酸铵。

其中，固化剂的制备方法包括：

S1、向反应容器内加入无水乙醇，然后再加入5-氨基-2-巯基苯并咪唑和N-乙烯基咪唑，5-氨基-2-巯基苯并咪唑、N-乙烯基咪唑和无水乙醇的质量体积比为0.24g:0.15g:20mL，室温下搅拌均匀，之后投入光引发剂安息香二乙醚，加入量是5-氨基-2-巯基苯并咪唑质量的5.5％，通入氮气替换出空气，再次充分搅拌，得到混合反应液；

S2、将反应容器置于紫外光源下，紫外光的功率为120W，波长为365nm，在辐照的过程中以250r/min的速度搅拌，反应处理30min后，停止搅拌并撤去光源，将反应液进行旋蒸除去溶剂，得到固化剂。

上述快干型水性防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将按量称取的水性环氧树脂乳液、填料、分散剂、流平剂、消泡剂、防闪锈剂混合，充分搅拌均匀后，得到组分A；

步骤2，将固化剂和水混合，充分搅拌均匀后，得到组分B；

步骤3，将组分B逐渐加入至组分A内，并充分地搅拌均匀，即得到快干型水性防腐涂料。

实施例2

一种快干型水性防腐涂料，按照重量份数计算，包括以下组分：

100份水性环氧树脂乳液、18份填料、1.2份分散剂、0.6份流平剂、0.5份消泡剂、0.2份防闪锈剂、25份固化剂和20份水。

其中，水性环氧树脂乳液的制备方法包括：

称取辛烷基酚聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸钠按照质量比1:0.6混合得到乳化剂，将乳化剂和双酚A型环氧树脂E-41混合在反应容器内，乳化剂的加入量是环氧树脂质量的5％，升温至60℃，充分分散均匀后，倒入高速剪切机内，在6000r/min的高速剪切下分散，期间不断地滴加蒸馏水，滴加速度为5g/min，滴加至环氧树脂的固含量为45％，然后继续剪切20min后，得到水性环氧树脂乳液。

其中，填料为钛白粉；流平剂为BYK-345；分散剂为BYK-190；消泡剂为AFE-1247；防闪锈剂为钼酸铵。

其中，固化剂的制备方法包括：

S1、向反应容器内加入无水乙醇，然后再加入5-氨基-2-巯基苯并咪唑和N-乙烯基咪唑，5-氨基-2-巯基苯并咪唑、N-乙烯基咪唑和无水乙醇的质量体积比为0.16g:0.1g:10mL，室温下搅拌均匀，之后投入光引发剂安息香二甲醚，加入量是5-氨基-2-巯基苯并咪唑质量的3.5％，通入氮气替换出空气，再次充分搅拌，得到混合反应液；

S2、将反应容器置于紫外光源下，紫外光的功率为80W，波长为365nm，在辐照的过程中以150r/min的速度搅拌，反应处理10min后，停止搅拌并撤去光源，将反应液进行旋蒸除去溶剂，得到固化剂。

上述快干型水性防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将按量称取的水性环氧树脂乳液、填料、分散剂、流平剂、消泡剂、防闪锈剂混合，充分搅拌均匀后，得到组分A；

步骤2，将固化剂和水混合，充分搅拌均匀后，得到组分B；

步骤3，将组分B逐渐加入至组分A内，并充分地搅拌均匀，即得到快干型水性防腐涂料。

实施例3

一种快干型水性防腐涂料，按照重量份数计算，包括以下组分：

100份水性环氧树脂乳液、32份填料、2.4份分散剂、1.8份流平剂、1.5份消泡剂、1份防闪锈剂、45份固化剂和30份水。

其中，水性环氧树脂乳液的制备方法包括：

称取辛烷基酚聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸钠按照质量比1:1.2混合得到乳化剂，将乳化剂和环氧树脂E-20混合在反应容器内，乳化剂的加入量是环氧树脂质量的15％，升温至80℃，充分分散均匀后，倒入高速剪切机内，在10000r/min的高速剪切下分散，期间不断地滴加蒸馏水，滴加速度为15g/min，滴加至环氧树脂的固含量为55％，然后继续剪切30min后，得到水性环氧树脂乳液。

其中，填料为磷酸锌，粒径为10±2μm；流平剂为BYK-349；分散剂为BYK-194；消泡剂为AFE-1410；防闪锈剂为苯并三氮唑。

其中，固化剂的制备方法包括：

S1、向反应容器内加入无水乙醇，然后再加入5-氨基-2-巯基苯并咪唑和N-乙烯基咪唑，5-氨基-2-巯基苯并咪唑、N-乙烯基咪唑和无水乙醇的质量体积比为0.32g:0.2g:30mL，室温下搅拌均匀，之后投入光引发剂安息香二甲醚，加入量是5-氨基-2-巯基苯并咪唑质量的7.5％，通入氮气替换出空气，再次充分搅拌，得到混合反应液；

S2、将反应容器置于紫外光源下，紫外光的功率为160W，波长为400nm，在辐照的过程中以350r/min的速度搅拌，反应处理40min后，停止搅拌并撤去光源，将反应液进行旋蒸除去溶剂，得到固化剂。

上述快干型水性防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将按量称取的水性环氧树脂乳液、填料、分散剂、流平剂、消泡剂、防闪锈剂混合，充分搅拌均匀后，得到组分A；

步骤2，将固化剂和水混合，充分搅拌均匀后，得到组分B；

步骤3，将组分B逐渐加入至组分A内，并充分地搅拌均匀，即得到快干型水性防腐涂料。

实施例4

一种快干型水性防腐涂料，与实施例1的区别仅在于，各成分的重量份数比例不同。

按照重量份数计算，包括以下组分：

100份水性环氧树脂乳液、21份填料、1.6份分散剂、0.9份流平剂、0.8份消泡剂、0.4份防闪锈剂、30份固化剂和25份水。

实施例5

一种快干型水性防腐涂料，与实施例1的区别仅在于，各成分的重量份数比例不同。

按照重量份数计算，包括以下组分：

100份水性环氧树脂乳液、28份填料、2.1份分散剂、1.2份流平剂、1.1份消泡剂、0.7份防闪锈剂、32份固化剂和25份水。

对比例1

一种快干型水性防腐涂料，与实施例1的区别仅在于，固化剂的成分不同。在该对比例中，固化剂替换为5-氨基-2-巯基苯并咪唑。

对比例2

一种快干型水性防腐涂料，与实施例1的区别仅在于，固化剂的成分不同。在该对比例中，固化剂替换为N-乙烯基咪唑。

对比例3

一种快干型水性防腐涂料，与实施例1的区别仅在于，固化剂的成分不同。在该对比例中，固化剂替换为5-氨基-2-巯基苯并咪唑和N-乙烯基咪唑的混合物，5-氨基-2-巯基苯并咪唑和N-乙烯基咪唑的质量比为0.24:0.15。

实验检测

将实施例1、对比例1-3制备的水性防腐涂料分别喷涂在不同的SUS201不锈钢板上，喷涂厚度为80±2μm，喷涂完成后在室温(25℃，65RH％)的条件下进行固化，测试固化的时间，之后进行性能上的检测以及比较。

检测方法：表干时间和实干时间的检测参考标准GB/T 1728-2020；附着力的检测参考标准GB/T 9286-2021；耐冲击性的检测参考标准GB/T 1732-2020；耐盐雾的检测参考标准GB/T1771-2007；耐碱性的检测参考GB/T 9274-1988，是将实干后的涂料浸泡至0.1mol/L NaOH溶液中72h，干燥后观察是否出现起泡、脱落、裂痕、粉化等现象；耐酸性的检测也同样参考GB/T 9274-1988，只不过是将实干后的涂料浸泡至0.05mol/L H₂SO₄溶液中72h，干燥后观察是否出现起泡、脱落、裂痕、粉化等现象。

检测结果如表1所示：

表1不同水性防腐涂料的性能检测结果

	实施例1	对比例1	对比例2	对比例3
					表干时间(h)	0.5-0.6	0.7-0.8	0.8-0.9	0.7-0.8
实干时间(h)	11-12	16-17	23-24	19-20
					附着力(级)	1	1	1	1
耐冲击性(cm)	50	45	45	45
					硬度(铅笔)	4H	3H	3H	3H
耐盐雾性(h)	＞800	500-600	600-700	550-650
					耐碱性	基本完好	少量起泡	少量起泡	少量起泡
耐酸性	基本完好	基本完好	基本完好	基本完好

从表1能够看出，本发明实施例1制备的水性防腐涂料相比较于对比例1-3，不仅表干时间和实干时间都得到明显缩短，而且在硬度、耐冲击性和防腐性等方面也有更加优异的表现。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种快干型水性防腐涂料，其特征在于，按照重量份数计算，包括以下组分：

100份水性环氧树脂乳液、18-32份填料、1.2-2.4份分散剂、0.6-1.8份流平剂、0.5-1.5份消泡剂、0.2-1份防闪锈剂、25-45份固化剂和20-30份水。

2.根据权利要求1所述的一种快干型水性防腐涂料，其特征在于，所述水性环氧树脂乳液的制备方法包括：

称取乳化剂和环氧树脂混合在反应容器内，升温至60-80℃，充分分散均匀后，倒入高速剪切机内高速剪切分散，期间不断地滴加蒸馏水，滴加至环氧树脂的固含量为45％-55％，然后继续剪切20-30min后，得到水性环氧树脂乳液。

3.根据权利要求2所述的一种快干型水性防腐涂料，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂，包括E-51、E-41、E-20中的至少一种；所述乳化剂为辛烷基酚聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸钠按照质量比1:0.6-1.2混合，乳化剂的加入量是环氧树脂质量的5％-15％。

4.根据权利要求1所述的一种快干型水性防腐涂料，其特征在于，所述填料为钛白粉、滑石粉、云母粉、磷酸锌中的至少一种，粒径为10±2μm。

5.根据权利要求1所述的一种快干型水性防腐涂料，其特征在于，所述流平剂为BYK-345、BYK-346、BYK-349中的至少一种；所述分散剂为BYK-190、BYK-192、BYK-194中的至少一种；所述消泡剂为AFE-7610、AFE-1247、AFE-1410中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种快干型水性防腐涂料，其特征在于，所述防闪锈剂为钼酸铵、钼酸钠、苯甲酸铵、苯甲酸钠、苯并三氮唑中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的一种快干型水性防腐涂料，其特征在于，所述固化剂的制备方法包括：

S1、向反应瓶内加入无水乙醇，然后再加入5-氨基-2-巯基苯并咪唑和N-乙烯基咪唑，室温下搅拌均匀，之后投入光引发剂，通入氮气替换出空气，再次充分搅拌，得到混合反应液；

S2、将反应瓶置于紫外光源下，在辐照的过程中搅拌反应，反应结束后停止搅拌并撤去光源，将反应液进行旋蒸除去溶剂，得到固化剂。

8.根据权利要求7所述的一种快干型水性防腐涂料，其特征在于，所述S1中，5-氨基-2-巯基苯并咪唑、N-乙烯基咪唑和无水乙醇的质量体积比为(0.16-0.32)g:(0.1-0.2)g:(10-30)mL；光引发剂为安息香二甲醚或安息香二乙醚，加入量是5-氨基-2-巯基苯并咪唑质量的3.5％-7.5％。

9.根据权利要求7所述的一种快干型水性防腐涂料，其特征在于，所述S2中，紫外光的功率为80-160W，波长为300-400nm；反应的搅拌速度为150-350r/min，反应的时间为10-40min。

10.一种权利要求1所述的快干型水性防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将按量称取的水性环氧树脂乳液、填料、分散剂、流平剂、消泡剂、防闪锈剂混合，充分搅拌均匀后，得到组分A；

步骤2，将固化剂和水混合，充分搅拌均匀后，得到组分B；

步骤3，将组分B逐渐加入至组分A内，并充分地搅拌均匀，即得到快干型水性防腐涂料。