專利名稱：水性丙烯酸基防腐導靜電涂料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于金屬儀器設備表面防腐的涂料，以及該涂料制備方法。
背景技術：
石油石化、醫(yī)療儀器、精密機械、光學儀器、半導體工業(yè)、電訊工業(yè)等不同工業(yè)部門，其金屬儀器設備表面如產(chǎn)生靜電，輕則造成生產(chǎn)運行障礙，重則導致電擊、火災和爆炸事故。另一方面，若這些金屬儀器設備的表面產(chǎn)生腐蝕也會危及其使用安全。因此，需要用涂料對這些金屬儀器設備進行防腐導靜電處理。
現(xiàn)已商業(yè)化的防腐導靜電涂料基本上都是以有機溶劑作稀釋劑的溶劑型涂料。在涂覆及固化過程中，涂料揮發(fā)出的有機溶劑不僅嚴重污染了環(huán)境，危害施工人員的身心健康，而且，溶劑型防腐導靜電涂料閃點低，在密閉的油品儲罐等體系中涂裝時，容易引發(fā)火災產(chǎn)生“閃爆”，從而造成生命和財產(chǎn)的巨大傷害與損失。而少數(shù)商業(yè)化的無溶劑防腐導靜電涂料，雖然大大降低了揮發(fā)性有機物對環(huán)境的污染，但氣味較大。同時，由于固含量高達95%以上，粘度很高，傳統(tǒng)的有氣和無氣噴涂方法無法施工，必須采用壓力比很高的新型噴漆泵。此外，無溶劑防腐導靜電涂料的固化不是靠溶劑的揮發(fā)，而是完全依賴本身的固化反應，過程很快，受溫度影響大，雙組分混合后使用期很短。隨著世界各國對環(huán)境的要求越來越高，尤其是一些發(fā)達國家，對涂料中的揮發(fā)性有機物的含量均給予了限制，對揮發(fā)性有機物的排放也給予了限制。作為一個國際環(huán)境及資源保護公約和條約的積極參加和締結者，為了與世界接軌，避免少走先污染后治理的彎路，我國政府制定并頒布了 “環(huán)保、安全、節(jié)能、減排”的工業(yè)經(jīng)濟建設可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。因此嚴格限制涂料中的有機揮發(fā)物含量，以至最大程度的減少對環(huán)境的破壞，達到零排放將是今后的方向。而現(xiàn)有溶劑型防腐導靜電涂料顯然不符合這一發(fā)展方向，有待于開發(fā)環(huán)保型防腐導靜電涂料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種水性丙烯酸基防腐導靜電涂料及其制備方法，要解決現(xiàn)有防腐導靜電涂料污染環(huán)境、閃電低、不易施工、使用壽命短的技術問題。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是
這種水性丙烯酸基防腐導靜電涂料，它的原料組成按重量百分比配比如下
乳液30 50% ；
水5 50% ；
石墨6 12% ;
鈦白粉O 10%;
滑石粉10 40% ；
碳酸鈣O 3% ；
鐵鈦粉I 5% ；偶聯(lián)劑I 4% ；
分散劑O. I 1% ；
潤濕劑O. I O. 5% ；
消泡劑O. 2 I. 2% ；
防閃銹劑O. 2 O. 7%;
防沉降劑O. 5 I. 7% ；
成膜助劑O. 2 I. 6% ；
增稠流平劑 O. I O. 8%。
所述乳液為單組分水性苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液，其固含量為57 59%，粘度為2 6. 5 Pa. s，pH值為8 9，玻璃化溫度Tg為-40° C，最低成膜溫度小于0° C。所述石墨為800目導電石墨,其密度為I. 9 2. 3g/cm3。所述鈦白粉為用氯化法制得的金紅石型鈦白粉，其二氧化鈦含量不小于91%，吸油值17 g/100 g，于水懸浮液中的pH值7. 5 9. 5 ;所述鐵鈦粉為600目白色粉末，其P205含量不小于12%,吸油量不大于22%,密度為2. 8 3.5 g/cm3,于水懸浮液中的pH值7 10。所述滑石粉和碳酸鈣均為800目白色粉末。所述偶聯(lián)劑為硅氧烷偶聯(lián)劑，其密度為I. 03 g/cm3 ;所述分散劑為聚丙烯酸鈉鹽水溶液，其固含量為45% ;所述潤濕劑為烷基酚聚氧乙烯醚，其固含量為100% ;所述消泡劑為礦物油系列混合物，固含量為100%。所述防閃銹劑為無色液體,其pH值為8 9,密度為I. 5 g/cm3 ;所述防沉降劑為白色粉末，其PH值為9 11，粘度以濃度為15%的溶膠計為100 Pa. S。所述成膜助劑為2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇單異丁酸酯；所述增稠流平劑為非離子型疏水改性聚氨酯流平劑，其固含量為30%。這種水性丙烯酸基防腐導靜電涂料的制備方法，制備步驟如下
步驟一，先在制漿罐中加入按配方量稱取的乳液、分散劑、潤濕劑、防閃銹劑、偶聯(lián)劑、消泡劑，以及配方量50 80%的水，高速分散；
步驟二，加入鐵鈦粉、鈦白粉、滑石粉、碳酸鈣、防沉降劑、石墨后繼續(xù)高速分散，然后真空泵入砂磨罐中；
步驟三，將砂磨后的懸浮液通過真空泵入調(diào)漆罐中，加入增稠流平劑和成膜助劑，用余量水調(diào)節(jié)粘度后過篩分裝。所述步驟三所制備的涂料粘度調(diào)節(jié)為300 400 Pa. S。本發(fā)明的有益效果如下
考慮到石油儲罐等金屬設備復雜特殊的幾何形狀，涂層應當具有很好的韌性，因此本發(fā)明采用苯乙烯/丙烯酸共聚高彈性乳液作成膜基料，所得涂層感溫性小，具有優(yōu)異的附著力、低溫延伸率和噴涂性能，即使顏料體積濃度較高時涂膜的延伸率降低也很少，使用少量乳液也能得到延伸率很好的涂膜。此外，該成膜基料為單組份常溫自固化，方便施工。本發(fā)明選取白色鐵鈦粉作為防腐功能填料。鐵鈦粉是一種新型的化學防銹顏料，它以形態(tài)不同的幾種憐酸鹽為載體，然后引入娃基、欽基、鐵基氧化物等納米粉體復合制備而成。載體中的磷酸根可與鋼鐵表面的鐵分子反應生成磷酸鐵絡鹽，牢固地附著在其表面，同時在鋼鐵表面氧化生成一層鈍化膜，阻止電化學腐蝕的產(chǎn)生。鐵鈦粉在性價比和耐候性上要優(yōu)于紅丹粉，該防銹顏料易分散，不易起泡，抗沉淀和儲存穩(wěn)定性好，而且不含鉛、鉻等有害重金屬，可替代鋅鉻黃、磷酸鋅、三聚磷酸鋁等傳統(tǒng)防銹顏料，顯著降低成本而不影響涂料質(zhì)量且對環(huán)境友好。本發(fā)明選取石墨為導電功能填料。石墨中的六個C原子通過sp2雜化與周圍的三個C原子相連接，形成了六圓環(huán)的石墨片層。碳原子最外層有四個電子，所以在pz軌道上面都剩余一個單電子，這個電子就形成了包含整個石墨片層的離域大η鍵。因此，石墨具有很好的導電性。另一方面，石墨具有良好的化學穩(wěn)定性，經(jīng)過特殊加工的石墨還具有耐腐蝕好，滲透率低等特點。本發(fā)明選取金色紅石型鈦白粉作為深灰色防腐導靜電涂料的調(diào)色顏料。金紅石型二氧化鈦結構致密，折光指數(shù)最高，是遮蓋最高的白色顏料。同時，鈦白粉具有半導體的性能，其電導率隨溫度的上升而迅速增加，而且對缺氧也非常敏 感。有鑒于此，本發(fā)明中，
滑石粉的加入不僅可以降低涂料成本，還可以增加涂料粘度，防止涂料沉降，同時，滑石粉還可起到骨架作用，提高涂料的漆膜硬度。而碳酸鈣的填入可以增強漆膜對基層表面的沉積性和滲透性，同時具有一定的防銹作用。硅氧烷偶聯(lián)劑可以作為連接兩種不同性質(zhì)材料的“分子橋”，已經(jīng)廣泛應用于涂料、膠粘劑等行業(yè)。在配方研究過程中，我們發(fā)現(xiàn)，硅氧烷偶聯(lián)劑的加入，不僅可以顯著提高丙烯酸基體與鋼鐵基材之間的結合強度，提高涂層附著力，而且可以大大提高涂層的耐腐蝕性，尤其是涂層的耐堿性。水性涂料在應用過程中，當其中的水分與碳鋼基材接觸時會產(chǎn)生閃銹現(xiàn)象。為此，在防腐導靜電涂料的配制過程中加入了抑制閃銹發(fā)生的防閃銹劑。又由于鐵鈦粉密度很高，一旦防銹底漆出現(xiàn)沉淀現(xiàn)象后，很難攪拌。因此，在防腐導靜電涂料的配制過程中還加入了防沉降劑。 本發(fā)明的防腐導靜電涂料與溶劑型防腐導靜電涂料相比，具有以下幾方面的優(yōu)點
I、涂料所用乳液、顏料、功能填料及助劑均為無毒環(huán)保產(chǎn)品。2、具有優(yōu)異的耐酸性、耐堿性、耐鹽性、耐水性和耐油性。3、所得涂層的表面電阻可根據(jù)需要，在IO5 ^lO11 Ω進行調(diào)節(jié)。4、用作石油儲罐內(nèi)壁防腐導靜電時，其表面電阻可穩(wěn)定在IO8 Ω，既可以滿足住建部頒布的國家標準GB50939-2008《鋼質(zhì)石油儲罐防腐蝕工程技術規(guī)范》，又能夠滿足《軍用鋼質(zhì)燃料儲油罐內(nèi)壁涂料通用規(guī)范》以及中石油、中石化行業(yè)內(nèi)部約定。前者所界定的防腐導靜電涂層表面電阻率IO8 IO11 Ω，而后三者所限定的防腐導靜電涂層表面電阻率則為IO5 IO9 Ω 。
具體實施例方式 實施例1，這種水性丙烯酸基防腐導靜電涂料，它的原料組成按重量百分比配比如下 乳液40% ；
水12% ；
石墨8% ；
滑石粉30% ；
鐵鈦粉3% ；偶聯(lián)劑2% ；
分散劑O. 5% ；
潤濕劑O. 2% ；
消泡劑O. 8% ；
防閃銹劑0.5%;
防沉降劑I. 2% ；
成膜助劑I. 3% ；
增稠流平劑 O. 5%。
上述實施例I的水性丙烯酸基防腐導靜電涂料的制備方法如下
步驟一，將液體進料槽中按配方量稱取的乳液、分散劑、潤濕劑、防閃銹劑、偶聯(lián)劑和消泡劑通過真空泵入制漿罐(高速分散釜)中，用配方量中50 80%的水分次清洗液體進料槽后，真空泵入制漿罐中，開動制漿罐分散盤馬達，將轉(zhuǎn)速調(diào)至300轉(zhuǎn)/分鐘，于攪拌過程中，將固體粉料進料槽中稱量好的鐵鈦粉、滑石粉、防沉降劑通過真空依次泵入制漿罐中；為防止交叉污染，將配方量的石墨通過制漿罐上方的進料口加入制漿罐中；調(diào)節(jié)制漿罐變頻器，將分散盤轉(zhuǎn)速調(diào)至1000轉(zhuǎn)/分鐘，高速攪拌分散20分鐘。步驟二，將制得的懸浮液通過真空泵入砂磨罐中，調(diào)節(jié)制漿罐變頻器，將其分散盤轉(zhuǎn)速調(diào)至1000轉(zhuǎn)/分鐘，高速砂膜分散30分鐘。步驟三，將砂磨后的懸浮液通過真空泵入調(diào)漆罐中。開動調(diào)漆罐攪拌分散葉片的馬達，于固定轉(zhuǎn)速20轉(zhuǎn)/分鐘下，加入成膜助劑和增稠流平劑，攪拌5分鐘；用余量的水，調(diào)節(jié)涂料粘度在30(T400 Pa. s ;過800目篩網(wǎng)后分裝，產(chǎn)品為黑色。
將制備好的黑色水性丙烯酸基防腐導靜電涂料按相關標準制樣后進行防腐導靜電性能測試，其結果見表I。表I清楚地表明，本發(fā)明實施例的黑色水性丙烯酸基防腐導靜電涂料的力學性能、電性能和理化性能均滿足相關標注要求。尤其是涂料的耐酸性、耐堿性、耐鹽性及高溫下耐油性遠遠超過國家標準《鋼質(zhì)石油儲罐防腐蝕工程技術規(guī)范》所界定的30天(720 h)之最低標準。
權利要求
1.一種水性丙烯酸基防腐導靜電涂料，其特征在于它的原料組成按重量百分比配比如下 乳液30 50% ； 水5 50% ； 石墨6 12% ; 鈦白粉O 10%; 滑石粉10 40% ； 碳酸鈣O 3% ； 鐵鈦粉I 5% ； 偶聯(lián)劑I 4% ； 分散劑O. I 1% ； 潤濕劑O. I O. 5% ； 消泡劑O. 2 I. 2% ； 防閃銹劑O. 2 O. 7%; 防沉降劑O. 5 I. 7% ； 成膜助劑O. 2 I. 6% ； 增稠流平劑 O. I O. 8%。
2.根據(jù)權利要求I所述的水性丙烯酸基防腐導靜電涂料，其特征在于所述乳液為單組分水性苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液，其固含量為57 59%，粘度為2 6. 5 Pa. s, pH值為8 9，玻璃化溫度Tg為-40° C，最低成膜溫度小于0° C。
3.根據(jù)權利要求I所述的水性丙烯酸基防腐導靜電涂料，其特征在于所述石墨為800目導電石墨，其密度為I. 9 2. 3g/cm3。
4.根據(jù)權利要求I所述的水性丙烯酸基防腐導靜電涂料，其特征在于所述鈦白粉為用氯化法制得的金紅石型鈦白粉，其二氧化鈦含量不小于91%，吸油值17 g/100 g，于水懸浮液中的pH值7. 5 9. 5 ;所述鐵鈦粉為600目白色粉末，其P205含量不小于12%，吸油量不大于22%，密度為2. 8 3. 5 g/cm3,于水懸浮液中的pH值7 10。
5.根據(jù)權利要求I所述的水性丙烯酸基防腐導靜電涂料，其特征在于所述滑石粉和碳酸鈣均為800目白色粉末。
6.根據(jù)權利要求I所述的水性丙烯酸基防腐導靜電涂料，其特征在于所述偶聯(lián)劑為硅氧烷偶聯(lián)劑，其密度為I. 03 g/cm3 ;所述分散劑為聚丙烯酸鈉鹽水溶液，其固含量為45% ；所述潤濕劑為烷基酚聚氧乙烯醚，其固含量為100% ;所述消泡劑為礦物油系列混合物，固含量為100%。
7.根據(jù)權利要求I所述的水性丙烯酸基防腐導靜電涂料，其特征在于所述防閃銹劑為無色液體，其pH值為8 9,密度為I. 5 g/cm3 ;所述防沉降劑為白色粉末,其pH值為9 11，粘度以濃度為15%的溶膠計為100 Pa. S。
8.根據(jù)權利要求I所述的水性丙烯酸基防腐導靜電涂料，其特征在于所述成膜助劑為2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇單異丁酸酯；所述增稠流平劑為非離子型疏水改性聚氨酯流平劑，其固含量為30%。
9.一種如權利要求I 8任意一項所述水性丙烯酸基防腐導靜電涂料的制備方法，其特征在于制備步驟如下 步驟一，先在制漿罐中加入按配方量稱取的乳液、分散劑、潤濕劑、防閃銹劑、偶聯(lián)劑、消泡劑，以及配方量50 80%的水，高速分散； 步驟二，加入鐵鈦粉、鈦白粉、滑石粉、碳酸鈣、防沉降劑、石墨后繼續(xù)高速分散，然后真空泵入砂磨罐中； 步驟三，將砂磨后的懸浮液通過真空泵入調(diào)漆罐中，加入增稠流平劑和成膜助劑，用余量水調(diào)節(jié)粘度后過篩分裝。
10.根據(jù)權利要求I所述的水性丙烯酸基防腐導靜電涂料的制備方法，其特征在于所述步驟三所制備的涂料粘度調(diào)節(jié)為300 400 Pa. S。
全文摘要
一種水性丙烯酸基防腐導靜電涂料及其制備方法，先在制漿罐中加入按配方量稱取的乳液、分散劑、潤濕劑、防閃銹劑、偶聯(lián)劑、消泡劑，以及配方量50～80%的水，高速分散；加入鐵鈦粉、鈦白粉、滑石粉、碳酸鈣、防沉降劑、石墨后繼續(xù)高速分散，然后真空泵入砂磨罐中；將砂磨后的懸浮液通過真空泵入調(diào)漆罐中，加入增稠流平劑和成膜助劑，用余量水調(diào)節(jié)粘度后過篩分裝。本發(fā)明的防腐導靜電涂料與溶劑型防腐導靜電涂料相比，涂料所用乳液、顏料、功能填料及助劑均為無毒環(huán)保產(chǎn)品，具有優(yōu)異的耐酸性、耐堿性、耐鹽性、耐水性和耐油性，所得涂層的表面電阻可根據(jù)需要在105~1011Ω進行調(diào)節(jié)。
文檔編號C09D5/08GK102964936SQ20121053060
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權日2012年12月11日
發(fā)明者宋中南, 石云興, 張衛(wèi)東, 宋建榮, 屈建, 李艷穩(wěn), 張紅強, 張榮普 申請人:中國建筑股份有限公司, 北京中建柏利工程技術發(fā)展有限公司