一种低VOC水性环氧富锌防腐涂料及其制备方法与流程

本发明涉及涂料，具体为一种低voc水性环氧富锌防腐涂料及其制备方法。

背景技术：

1、环氧富锌防腐涂料通常以锌粉作为主要防锈颜料，通过锌粉与钢铁基材之间形成电化学保护作用，在涂层受到局部破坏时，锌粉能够优先发生氧化，从而延缓钢铁基材的腐蚀。同时，固化后的环氧树脂涂膜还能够对水分、氧气及腐蚀性离子形成物理阻隔，因此环氧富锌涂料广泛应用于集装箱、桥梁、海洋工程装备、风电设备、车辆底盘及工业钢结构等领域。

2、但是，水性环氧富锌涂料仍存在多方面技术问题。首先，锌粉的密度远高于水性树脂和水性介质，在高锌粉加入量条件下，锌粉容易发生团聚和沉降，造成涂料上下层组成不均、储存稳定性下降，并影响施工后的干膜锌含量。若单纯增加增稠剂或触变剂用量，又会使涂料黏度明显升高，导致施工流平性变差，甚至需要额外加入成膜助剂或有机稀释剂，从而不利于进一步降低voc含量。

3、其次，常规富锌涂料通常采用单一粒径或粒径范围较窄的球状锌粉。锌粉颗粒之间容易形成较大的孔隙，难以在较低锌粉添加量下形成连续、致密的导电接触网络。为了保证阴极保护效果，往往需要继续提高锌粉用量，但过高的锌粉含量又容易引起涂层孔隙率增加、附着力下降、脆性增大及涂膜开裂等问题。片状锌粉虽然能够改善锌粉颗粒之间的搭接和屏蔽效果，但单独使用片状锌粉容易导致体系黏度快速升高，影响分散和施工性能。

4、此外，水性环氧体系在钢铁基材表面施工时，水分挥发和固化速度之间不易协调，容易发生早期闪锈、初期耐水性不足、干燥速度较慢以及涂膜局部起泡等现象。对于富锌双组分体系，若在含锌粉的a组分制备及储存阶段直接外加去离子水，锌粉长期与自由水接触还可能引起表面反应、析氢倾向及储存稳定性下降。因此，现有技术难以同时兼顾低voc、高锌粉负载、a组分储存稳定性、适宜施工黏度、快速干燥以及长效耐盐雾性能。

5、因此，有必要提供一种低voc水性环氧富锌防腐涂料及其制备方法，使含锌粉的a组分在制备过程中不额外加入去离子水，并采用少量丙二醇甲醚作为润湿、助溶和流变调节介质，通过控制其加入量使理论voc维持在约40～80g/l；同时通过润湿剂提高树脂对锌粉的润湿分散能力，通过球状锌粉和片状锌粉复配提高锌粉堆积密度和颗粒间导电接触程度，并通过在b组分中构建气相二氧化硅触变防沉体系，改善涂料的储存稳定性和施工性能，从而兼顾低voc、耐闪锈性、附着力和长期防腐性能。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种低voc水性环氧富锌防腐涂料及其制备方法，通过复合锌粉、改性聚氨酯与水性环氧固化体系的协同作用，在降低voc含量的同时，提高锌粉分散稳定性、涂层附着力、耐闪锈性及长效防腐性能。

2、为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种低voc水性环氧富锌防腐涂料，所述涂料包含a组分和b组分，所述a组分按重量份计包括：水性环氧树脂16～24份、复合锌粉60～70份、润湿剂0.8～1.5份、闪锈抑制剂0.2～0.8份、消泡剂0.1～0.5份、改性聚氨酯4～6份以及丙二醇甲醚2.5～3.5份；

3、所述b组分按重量份计包括：

4、水分散型改性聚酰胺固化剂65～80份、气相二氧化硅0.5～1.0份、消泡剂0.1～0.4份。

5、进一步地，所述改性聚氨酯的制备方法为：

6、s1.将香草醛溶于二氯甲烷中，然后在40-45℃下，继续向其加入间苯二甲胺，升温至55-60℃反应4-6h，反应结束后，用二氯甲烷洗涤、过滤和干燥，得到含亚胺键的改性香草醛；

7、s2.将含亚胺键的改性香草醛和dopo加入乙醇溶剂中，在氮气氛围下，升温至75-80℃反应10-12h，结束后过滤，滤液旋蒸，粗产物用水：乙醇(1:1)重结晶，55-60℃真空干燥10-12h，得到含磷改性香草醛；

8、s3.向反应器中加入聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇，在115-120℃下真空干燥2-3h，然后降温至75-80℃，在干燥的氮气氛围下，继续滴加异佛尔酮二异氰酸酯和含磷改性香草醛，搅拌混合，加入二月桂酸二丁基锡催化剂，反应1-2h，调节温度至40-45℃，然后向其加入l-苯丙氨酸，继续反应1-2h，结束后得到改性聚氨酯。

9、进一步地，所述s1中，香草醛、间苯二甲胺的摩尔比为3-6mmol：1.5-3mmol。

10、进一步地，所述s2中，含亚胺键的改性香草醛、dopo的摩尔比为1-2mmol：2-4mmol。

11、进一步地，所述s3中，聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇、异佛尔酮二异氰酸酯、含磷改性香草醛、l-苯丙氨酸的摩尔比为1∶1.5～1.8∶0.35～0.45∶0.31～0.52；所述二月桂酸二丁基锡催化剂的加入量为反应物总质量的0.05～0.15％。

12、进一步地，所述复合锌粉由球状锌粉和片状锌粉组成，所述球状锌粉与片状锌粉的质量比为70～90∶10～30。

13、进一步地，包括以下步骤：

14、a1.按照重量份称取a组分原料，将丙二醇甲醚、润湿剂、闪锈抑制剂和消泡剂在400～600r/min下搅拌5～10min，再加入水性环氧树脂和改性聚氨酯，在800～1000r/min下分散10～20min；随后分批加入复合锌粉，在1000～1500r/min下分散20～30min，得到a组分；

15、a2.按照重量份称取b组分原料，将水分散型改性聚酰胺固化剂在400～600r/min下搅拌5～10min，再加入气相二氧化硅和消泡剂，在800～1200r/min下分散15～25min，得到b组分；

16、a3.将所述a组分与b组分按照质量比为100：15～25混合，在300～500r/min下搅拌3～8min，并在20～30℃下熟化，得到低voc水性环氧富锌防腐涂料。

17、进一步地，所述步骤a3熟化时间为5～15min。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：

19、本发明采用a、b双组分分装方式，其中含锌粉的a组分在制备和储存过程中不额外加入去离子水，而以2.5～3.5重量份丙二醇甲醚作为低量润湿、助溶及流变调节介质，从源头减少锌粉在储存阶段与外加自由水直接接触所引起的表面反应及析氢风险；b组分仍采用水分散型改性聚酰胺固化剂构建水性固化体系。丙二醇甲醚用量受到严格限制，使a、b组分按规定比例混合后的理论voc约控制在40～80g/l，在保证a组分储存稳定性的同时兼顾低voc要求。

20、本发明采用球状锌粉与片状锌粉复配形成复合锌粉，球状锌粉能够填充涂层内部空间，片状锌粉能够在涂层中相互搭接并延长水分、氧气和腐蚀性离子的渗透路径。二者协同提高锌粉的堆积致密性和颗粒间导电接触程度，使涂层在保持较高锌粉含量的同时兼具阴极保护作用和物理屏蔽作用。

21、本发明引入含磷结构和氨基酸结构的改性聚氨酯，其中聚氨酯柔性链段能够改善环氧涂膜的韧性，降低高锌粉涂层的脆裂倾向；磷氧基团、氨基及羧基等极性基团能够增强涂料与锌粉及钢铁基材之间的界面作用，提高锌粉的润湿分散性以及涂层的附着力、致密性和耐水性能。

22、本发明在a组分中加入润湿剂、闪锈抑制剂、消泡剂及限量丙二醇甲醚，在b组分中加入气相二氧化硅，通过润湿分散、流变调节、闪锈抑制、消泡和触变防沉作用的协同，减少高密度锌粉的团聚和沉降，改善涂料的储存稳定性、施工流平性及涂膜均匀性；同时，a组分不额外加入去离子水，有利于降低锌粉在分装储存阶段发生不利水反应的可能性。