一種含水性環(huán)氧樹脂的陶瓷防腐耐磨涂料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于涂料領(lǐng)域，具體涉及一種水性環(huán)氧陶瓷防腐耐磨雙組分涂料，特別涉 及一種應(yīng)用于石油管線、船舶甲板，需要防腐、耐磨領(lǐng)域的涂料。
【背景技術(shù)】
[0002] 涂料是重要的金屬防護(hù)措施。一般的涂料由樹脂，填料，助劑，溶劑組成。由于溶劑 的存在，在施工和生產(chǎn)的過程中，容易造成溶劑揮發(fā)而污染環(huán)境。因此開發(fā)無揮發(fā)性溶劑， 以水為溶劑的環(huán)保型涂料成為當(dāng)前和今后的重點(diǎn)。
[0003] 在諸種水性涂料中，環(huán)氧水性涂料以耐腐蝕性好而引起人們的關(guān)注。目前使用的 水性環(huán)氧涂料一般是以環(huán)氧酯或環(huán)氧樹脂為骨架，將環(huán)氧樹脂改性為可以自乳化，并進(jìn)一 步乳化其它結(jié)構(gòu)的環(huán)氧樹脂顯得尤為重要。
[0004] 在向環(huán)氧樹脂引入乳化劑的方法中，一種是通過環(huán)氧基反應(yīng)引入，這種方法以損 失和犧牲大量的環(huán)氧基為代價，環(huán)氧樹脂也喪失了良好的防腐性能；另外一種就是利用環(huán) 氧樹脂骨架上的羥基，通過形成環(huán)氧酯再進(jìn)一步引入極性基團(tuán)而水化，這種方式由于引入 了可溶于水的基團(tuán)，使環(huán)氧樹脂耐水性降低，因此耐腐蝕性和對金屬的保護(hù)性能大幅降低。
[0005] 在一些場合，除了要求涂層具有環(huán)保、防腐功能外，還有一些特殊的要求，例如涂 層耐磨，但是水性環(huán)氧樹脂本身的耐磨性能有限，難以達(dá)到人們希望的性能。
[0006] 在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的陶瓷材料中，由于硬度高，具有良好的耐磨性能，例如氮化硅，氮化 鋁，三氧化二鋁，以及一些無機(jī)硅酸鹽礦物，例如含鋁硅酸鹽，如高嶺土（Al4[Si401(]] [0H]S)， 白云母（KAl2[AlSi3OJ[0H]2)等，而在防腐性能方面一些磷酸鹽則表現(xiàn)得很突出，例如磷酸 鋁，磷酸鋅等。
[0007] 硅烷偶聯(lián)劑是重要的界面改性材料，但是一般的偶聯(lián)劑在水性環(huán)境中容易水解而 凝膠，加入后使水性涂料喪失了保存性能，不能作為涂料的助劑使用。而改性偶聯(lián)劑是應(yīng)該 考慮的問題，偶聯(lián)劑和水反應(yīng)的速度與原子硅上的空間位阻有關(guān)，引入適當(dāng)?shù)奈蛔?，將降?偶聯(lián)劑的水解速度，有利于偶聯(lián)劑在水中的使用。
[0008] 水性涂料因?yàn)楹谂c金屬接觸尚未成膜的過程中，將加速金屬的腐蝕，使金屬 的表面產(chǎn)生閃銹。因此，水性涂料要控制在干燥成膜過程中的閃銹問題。
[0009] 耐磨性能除了與樹脂，填料有關(guān)外，也與固化劑有密切的關(guān)系。
[0010] 與溶劑型的環(huán)氧樹脂不同，使用水性環(huán)氧固化劑，除了要有柔韌性外，還要具有在 水中的乳化性能。同時，還應(yīng)該與水性化的環(huán)氧樹脂有良好的相容性，而采用可溶于水的有 機(jī)含氮化合物，雖然可以與水性環(huán)氧樹脂固化，例如二乙烯三胺，但是因?yàn)橄嗳菪圆睿瑢?出現(xiàn)分層而影響涂層的物理與化學(xué)性能。因此，需要控制水性環(huán)氧樹脂固化劑與環(huán)氧樹脂 之間的融合性能，一個重要的思路就是改造環(huán)氧樹脂固化劑的HLB值，使環(huán)氧固化劑能夠 進(jìn)入環(huán)氧樹脂的乳化微粒中。
[0011] 綜上所述水性耐磨涂料，需要解決環(huán)氧樹脂乳化，固化劑相容，閃銹以及填料與樹 脂之間，樹脂與金屬表面之間的偶聯(lián)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種含水性環(huán)氧樹脂的 陶瓷防腐耐磨涂料及制備方法。
[0013] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用加入水性環(huán)氧樹脂及耐水解硅烷偶聯(lián)劑的方法，提 高涂層的物理化學(xué)性能。同時，利用陶瓷粉增強(qiáng)防腐和耐磨性能，并結(jié)合施工性能，充分考 慮涂層與基材作用，陶瓷顆粒與樹脂作用，設(shè)計(jì)研究了一種含水性環(huán)氧樹脂的陶瓷防腐耐 磨涂料的組合物。
[0014] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)目的所采用的技術(shù)方案是：
[0015] -種含水性環(huán)氧樹脂的陶瓷防腐耐磨涂料，由A組分和B組分按質(zhì)量比A:B =(5-10) :1組成，其中A組分按質(zhì)量百分比由水性環(huán)氧樹脂為30-50%，成膜助劑為 10-20%，陶瓷粉混合物為25-58%，閃銹助劑為1-5 %，耐水解硅烷偶聯(lián)劑為1-5 %組成；B 組分為含氮乳化性固化劑。
[0016] 所述的水性環(huán)氧乳樹脂，是指通過丙烯酸單體，在過氧化異丙苯引發(fā)劑的引發(fā)下， 在環(huán)氧樹脂的亞甲基上，引入丙烯酸分子，然后再加入N，N二甲基乙醇中和，其過程與結(jié)構(gòu) 為：
[0017]
[0018] 其第一步反應(yīng)溫度控制在80°C，反應(yīng)時間為3_4h;第二步反應(yīng)在常溫下進(jìn)行，其 方法是將N，N二甲基乙醇加入到第一步獲得的產(chǎn)物中；以第二步獲得產(chǎn)物為乳化劑，加入 到環(huán)氧樹脂中，其質(zhì)量比為環(huán)氧樹脂E44 :環(huán)氧樹脂乳化劑：水=3 :1 :1。
[0019] 所述的陶瓷粉混合物由A1203、磷酸鋅和磷酸鋁組成，其混合質(zhì)量比為A1203:磷酸 鋅：磷酸錯=2 :3 :5。
[0020] 所述的成膜助劑由乙醇、丁醇和乙二醇丁醚組成，其混合質(zhì)量比為乙醇：丁醇：乙 二醇丁醚=10 :4 :1。
[0021] 所述的閃銹助劑由苯并異噻唑啉、鄰苯二酰亞胺、甲級咪唑和辛酸銨混合物，其混 合質(zhì)量比為苯并異噻唑啉：鄰苯二酰亞胺：甲級咪唑：辛酸銨=10 :2 :1 :1。
[0022] 所述的B部分的固化劑是指首先通過Diels-Alder反應(yīng)生成酸，其過程與結(jié)構(gòu)示 意圖為：
[0023]
[0024] 其反應(yīng)溫度為100°C，反應(yīng)時間為3h，然后再加入多元胺，形成水乳化的固化劑， 其反應(yīng)過程為：
[0025]
[0026] 其中η>2,反應(yīng)溫度為800°C，反應(yīng)時間為4h。
[0027] 所述的耐水解硅烷偶聯(lián)劑是指在硅烷偶聯(lián)劑的娃原子上含有烷基基團(tuán)的偶聯(lián)劑，
其分子結(jié)構(gòu)為：
[0028]
[0029] 其中R為烷基，其碳原子數(shù)為1-7。
[0030] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是：
[0031] -種含水性環(huán)氧樹脂的陶瓷防腐耐磨涂料的制備方法，包括如下步驟：
[0032] 1、將A組分中的成膜助劑、陶瓷粉混合物和閃銹助劑按質(zhì)量比分別進(jìn)行配比，混 合均勻，備用；
[0033] 2、在50°C的溫度和1000r/min的轉(zhuǎn)速下，將陶瓷粉混合物放在三輥研磨機(jī)上研磨 至粒徑為0. 1-5μm;
[0034] 3、將A組分中的水性環(huán)氧樹脂，成膜助劑，陶瓷粉混合物，閃銹助劑和耐水解硅烷 偶聯(lián)劑按質(zhì)量百分比混合，過濾，得到A組分；
[0035] 4、將A組分和B組分按照質(zhì)量比混合，得到含水性環(huán)氧樹脂的陶瓷防腐耐磨涂料。
[0036] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，所具有的特點(diǎn)和有益效果主要是：
[0037] 1、采用水性環(huán)氧樹脂，用水代替揮發(fā)性溶劑，減少了對環(huán)境的污染。
[0038] 2、采用耐水解硅烷偶聯(lián)劑，有效降低偶聯(lián)劑在水中的水解速度。
[0039] 3、采用混合陶瓷粉，結(jié)合施工性能，充分考慮陶瓷顆粒與樹脂作用，增強(qiáng)防腐和耐 磨性能。
[0040] 4、本發(fā)明的涂層的鹽霧時間可達(dá)到6000h，磨耗可達(dá)到lg/lOOOr。與現(xiàn)有技術(shù)相 比，有所提尚。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明而不用 于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以 對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所依附權(quán)利要求書所限定的范 圍。
[0042] 實(shí)施例1
[0043] 一、組合物的配方
[0044] 1、分別按照混合質(zhì)量比配制成膜助劑、混合陶瓷粉和閃銹助劑；
[0045] 2、按質(zhì)量百分比配制組合物A組分含量：
[0046] 水性環(huán)氧樹脂 50%， 成膜助劑 20%, 陶瓷粉混合物 25%， 閃銹助劑 2%, 耐水解硅烷偶聯(lián)劑
[0047] 3、按質(zhì)量比配制組合物含量：A:B= 10 :1。
[0048] 二、制備方法
[0049] 按配比將A組分中的成膜助劑、陶瓷粉混合物和閃銹助劑分別進(jìn)行混合以備用； 在50°C的溫度和1000r/min的轉(zhuǎn)速下，將陶瓷粉混合物放在三輥研磨機(jī)上研磨至粒徑為 0. 1-5μm;將A組分中的水性環(huán)氧樹脂，成膜助劑，陶瓷粉混合物，閃銹助劑，耐水解硅烷偶 聯(lián)劑按照比例混合后，過濾并包裝以備用；將配備好的A和B組分按照比例混合，得到含水 性環(huán)氧樹脂的陶瓷防腐耐磨涂料。
[0050] 三、有益效果
[0051] 本實(shí)施例所得組合物，通過鹽霧試驗(yàn)檢測其鹽霧時間為4500h，磨耗為5g/1000r。
[0052] 實(shí)施例2
[0053]-、組合物的配方
[0054] 1、分別按照混合質(zhì)量比配制成膜助劑、陶瓷粉混合物和閃銹助劑；
[0055] 2、按質(zhì)量百分比配制組合物A組分含量：
[0056] 水性環(huán)氧樹脂 30%， 成膜助劑 10%， 陶瓷粉混合物 58%， 閃銹助劑 1%， 耐水解娃焼偶聯(lián) 1%;
[0057] 3、按質(zhì)量比配制組合物含量：A:B= 5 :1。
[0058] 二、制備方法同實(shí)施例1
[0059] 三、有益效果
[0060] 本實(shí)施例所得組合物，通過鹽霧試驗(yàn)檢測其鹽霧時間為6000h，磨耗為lg/1000r。
[0061] 實(shí)施例3
[0062] -、組合物的配方
[0063] 1、分別按照混合質(zhì)量比配制成膜助劑、陶瓷粉混合物和閃銹助劑；
[0064] 2、按質(zhì)量百分比配制組合物A組分含量：
[0065] 水性環(huán)氧樹脂 32%， 成膜助劑 13%， 陶瓷粉混合物 5