一种高性能、高固体份低表面处理容忍性环氧底漆及其制备方法与流程

1.本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种高性能、高固体份低表面处理容忍性环氧底漆及其制备方法。


背景技术：

2.目前，环氧底漆是涂料发展的重要组成部分。环氧底漆通常是由环氧树脂、颜填料及溶剂组成，附着力优，漆膜硬度高并且耐腐蚀、耐碱、耐热性能较好。环氧底漆广泛应用于钢结构、玻璃钢、船舶、桥梁以及机械设备等设施。但目前应用于低表面处理底材的高固体份环氧底漆的研究较少。
3.化工、桥梁、船舶钢结构防腐设施属于重防腐范围，且属于及其严酷的腐蚀环境，在使用过程中应彻底除锈，但是一些大型的设备，如化工储罐，管廊，船舶等只能采用手工除锈，难以彻底达到防锈要求，因此需研发一种高效的防腐蚀底漆用于这种低表面处理的底材。
4.专利cn101555379b公开了一种环氧低表面处理纳米复合防腐涂料及其制备方法。该涂料由甲乙组分混合后制备而成，甲组分由环氧树脂、纳米复合母液、锈蚀稳定剂、钛白粉、防锈颜料、硅酸铝、流平剂与混合溶剂组成，乙组分由长链取代酚醛胺、聚酰胺与混合溶剂组成。但是该防腐涂料中含有锌铬黄，不符合环保要求，且专利中只介绍了该底漆复合环氧鳞片中间漆复合聚氨酯面漆体系的性能情况，防腐性能并不突出且未给出单底漆的性能数据。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对钢结构、玻璃钢、船舶、桥梁以及机械设备等低表面处理的钢基材表面不能进行彻底喷砂除锈的问题提供的一种高性能、高固体份低表面处理容忍性环氧底漆及其制备方法。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
7.一种高性能、高固体份低表面处理容忍性环氧底漆，底漆为甲组分和乙组分两者按11～19:1的质量比混合；其中，甲组分包含环氧树脂、混合有机溶剂、防锈颜料、填料以及助剂，乙组分为改性曼尼希碱固化剂。
8.所述甲组分按照质量百分比计：含环氧树脂的复合树脂20～30％，有机溶剂10～13％，分散剂1％～2％，消泡剂0.5％～1％，铁红15％～20％，云母4％～10％，防锈颜料10％～15％，滑石15％～20％，沉钡3％～20％，防沉剂1.5％～2％；
9.所述乙组分为100％改性曼尼希碱固化剂。
10.所述甲组分按照质量百分比计：含环氧树脂的复合树脂20～25％，有机溶剂11～13％，分散剂1％～1.5％，消泡剂0.5％～0.7％，铁红15％～18％，云母4％～8％，防锈颜料10％～15％，滑石15％～18％，沉钡3％～10％，防沉剂1.5％～2％；
11.所述乙组分为100％改性曼尼希碱固化剂。
12.所述含环氧树脂的复合树脂为e20环氧树脂、e44环氧树脂、e51环氧树脂中任意两种或三种；所述有机溶剂为二甲苯与正丁醇按重量比2～6：1混合而成的溶剂；防锈颜料为磷酸锌、氧化锌、三聚磷酸铝中的一种或几种。
13.所述填料为沉钡、滑石、片状云母中的一种或几种；所述防沉剂为有机膨润土、蓖麻油衍生物、气相二氧化硅、聚烯烃蜡、改性氢化蓖麻油、改性聚脲的n-甲基吡咯烷酮溶液、聚酰胺蜡系列中的一种或几种；所述分散剂为无机分散剂或有机分散剂中的一种或几种；所述消泡剂为低级醇、酯类、有机的极性化合物、矿物油类、有机硅类的一种或几种；所述固化剂为改性曼尼希碱，活泼氢当量为117，固含量为100％，胺值为280-320。
14.所述含环氧树脂的复合树脂为环氧树脂为e20环氧树脂与e51环氧树脂按质量比为3～5：1复配体系；所述防锈颜料为按质量比为磷酸锌：氧化锌：三聚磷酸铝＝1～4:1～4:1。
15.上述氧化铁红为工业级600目以上的一种或几种；
16.磷酸锌为工业级普通级及高纯度磷酸锌的一种或几种；
17.氧化锌为工业级氧化锌的一种或几种；
18.三聚磷酸铝为工业级600目以上的一种或几种；
19.所述沉钡为工业级600目～1500目的一种或几种；
20.所述滑石为工业级325目～2000目滑石的一种或几种；
21.所述片状云母为目数为300目到1500目之间的白云母、金云母、绢云母中的一种或几种；
22.防沉剂为有机膨润土、蓖麻油衍生物、气相二氧化硅、聚烯烃蜡、改性氢化蓖麻油(例如cr super)、改性聚脲的n-甲基吡咯烷酮溶液(例如byk-410、钛酸酯偶联剂)、聚酰胺蜡系列中的一种或几种。
23.分散剂为无机分散剂或有机分散剂中的一种或几种。其中无机分散剂有硅酸盐类(例如水玻璃)和碱金属磷酸盐类(例如三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠等)。有机分散剂包括三乙基己基磷酸、十二烷基磷酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯。
24.消泡剂为低级醇以及酯类(例如异丙醇、丁醇、磷酸三丁酯等)。有机的极性化合物(例如聚醚类表面活性剂、聚乙二醇脂肪酸酯等)。矿物油类(例如矿物油配合物和一些疏水性的粒子，如硬脂酸金属皂、聚脲等)。有机硅类(乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯聚合物、聚氧乙酸聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯)的一种或几种。
25.优选：所述沉钡为工业级800目～1000目的一种或几种；
26.所述滑石为工业级600目～1000目滑石的一种或几种；
27.所述片状云母为目数为600目到1000目之间的白云母中的一种或几种；
28.防沉剂为有机膨润土；
29.分散剂为有机分散剂(三乙基己基磷酸、十二烷基磷酸钠、甲基戊醇、)的一种或几种；
30.消泡剂为低级醇以及酯类(例如异丙醇、丁醇、磷酸三丁酯等)的一种或几种。
31.一种高性能、高固体份低表面处理容忍性环氧底漆的制备方法：
32.1)甲组分制备：
33.(1)按上述配比将含环氧树脂的复合树脂与混合有机溶剂混合搅拌均匀；
34.(2)按上述比例将分散剂加入到步骤(1)混合物料中继续搅拌；
35.(3)按上述比例将铁红、云母、氧化锌、磷酸锌、三聚磷酸铝、滑石、沉淀硫酸钡、防沉剂、加入到步骤(2)混合物料中，搅拌均匀；
36.(4)按上述比例将消泡剂加入到步骤(3)混合物料中，搅拌均匀；
37.(5)将混合物料(4)倒入砂磨机中研磨，即可得到甲组分；
38.2)乙组分为100％改性曼尼希碱固化剂。
39.3)将甲组分与乙组分按质量比混合均匀即可使用。
40.本发明具有的优点和有益效果：
41.1.本发明底漆使用磷酸锌、氧化锌、三聚磷酸铝等活性颜料搭配的方式替代传统含铬防腐颜料，符合现代环保要求。且施工固体份达80％以上，溶剂排放少。
42.2.化工钢结构地区大量施工钢铁，长期使用会导致设备表面及内部出现锈蚀的情况，很多维修情况下不能对金属表面进行彻底的喷砂除锈，只能在简单的手工除锈及轻锈的金属表面进行涂装，本发明环氧底漆能减少或省去除锈的表面处理，显著降低涂装成本，可广泛应用于钢基材，与钢基材的结合力强。本底漆贮存稳定性好、防腐性能好，200μm的环氧底漆可耐盐雾试验可达1500h以上，100μm的环氧底漆耐水浸泡可达1000h以上，性能优异。
43.3.本发明底漆高固低黏，可采用喷涂、滚涂或刷涂。采用复配的环氧树脂为基料，改性曼尼希碱为固化剂，形成高耐腐蚀环氧体系。所得单次施工干膜膜厚可达100-150μm，提高施工效率，施工后耐盐雾性高于1500h，耐水性高于1000h；所得环氧底漆经反复进行时在低表面处理的金属表面形成的涂层最终厚度为100～200μm，可与环氧面漆、丙烯酸聚氨酯面漆以及特种功能漆等配套使用，长期耐盐雾腐蚀破坏，解决化工钢结构中低表面处理金属表面的涂装及防腐蚀问题。
44.4.力学性能优：该底漆施工后形成的涂层在低表面处理的钢基材表面附着力良好，可达7mpa以上，该底漆柔韧性为1mm，冲击强度可达50cm以上。
45.5.本发明的高性能、高固体份环氧底漆可以在hg/t 4564-2013规定的低表面处理钢基材表面进行施工，打磨除锈即可，节省基材处理的时间及成本，可广泛应用于钢结构、玻璃钢、船舶、桥梁以及机械设备等低表面处理的钢基材表面。
具体实施方式
46.以下结合实例对本发明的具体实施方式做进一步说明，应当指出的是，此处所描述的具体实施方式只是为了说明和解释本发明，并不局限于本发明。
47.在具体使用中，分散剂为高分子解絮凝分散剂。有机分散剂包括三乙基己基磷酸、十二烷基磷酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯的一种或几种。固体涂料研磨时，加入分散剂，有助于颗粒粉碎并阻止已碎颗粒凝聚而保持分散体稳定。不溶于水的油性液体在高剪切力搅拌下，可分散成很小的液珠，停搅拌后，在界面张力的作用下很快分层，而加入分散剂后搅拌，则能形成稳定的乳浊液。因此加入分散剂的主
要作用是降低液-液和固-液间的界面张力。
48.在具体使用中，消泡剂为低级醇以及酯类(例如异丙醇、丁醇、磷酸三丁酯等)。有机的极性化合物(例如聚醚类表面活性剂、聚乙二醇脂肪酸酯等)。矿物油类(例如矿物油配合物和一些疏水性的粒子，如硬脂酸金属皂、聚脲等)。在涂料生产的过程中会卷入空气形成气泡，表面活性剂、分散剂等使气泡稳定，因此采用不含硅的消泡剂可以降低表面张力，起到抑泡以及消泡的作用。消泡剂是在泡沫薄层形成阶段或之后起作用，渗透进入泡沫弹性膜后在膜中分布，通过表面张力的降低导致薄层破裂或形成单分子膜，使其附着力降低，易于薄层破裂。消泡剂中的含疏水粒子到达薄层的表面，在薄层的顶端吸附表面活性剂，使薄层由于表面活性剂的缺失而破裂。
49.在具体使用中，防沉剂为有机膨润土的一种或几种。加入防沉剂可以使涂料具有触变性，粘度大大提高。防沉剂在涂料的生产、贮存、涂料和涂膜性能中均起到重要作用。
50.在具体使用中，固化剂为改性曼尼希碱，活泼氢当量为117，固含量为100％，胺值为280-320。
51.上述物质均为市售获得。
52.实施例1：
53.1)甲组份：
54.(1)按下表配比将二甲苯、丁醇加入到e20树脂和e51树脂的混合树脂中搅拌均匀；
55.(2)按下表比例将分散剂加入到步骤(1)混合物料中，继续搅拌均匀；
56.(3)按下表比例将氧化铁红、云母、氧化锌、磷酸锌、三聚磷酸铝、滑石、沉淀硫酸钡、防沉剂依次加入到步骤(2)混合物料中，搅拌30min，直到所有物料混合均匀；
57.(4)按下表比例将消泡剂加入到步骤(3)混合物料中，搅拌均匀；
58.(5)将混合物料(4)倒入砂磨机中研磨30min；
59.(6)将混合物料(5)倒入分散器中继续搅拌10min；
60.(7)将物料(6)用80-120目滤网过滤，即可得到甲组份。
61.2)乙组分为100％改性曼尼希碱固化剂。
62.3)将甲组分与乙组分按质量比为16：1混合均匀即可使用。具体重量如下表所示：
63.[0064][0065]
实施例2：
[0066]
1)甲组份：(1)按下表配比将二甲苯、丁醇加入到e20树脂和e51树脂的混合树脂中搅拌均匀；
[0067]
(2)按下表比例将分散剂加入到步骤(1)混合物料中，继续搅拌均匀；
[0068]
(3)按下表比例将氧化铁红、云母、氧化锌、磷酸锌、三聚磷酸铝、滑石、沉淀硫酸钡、防沉剂依次加入到步骤(2)混合物料中，搅拌20min，直到所有物料混合均匀；
[0069]
(4)按下表比例将消泡剂加入到步骤(3)混合物料中，搅拌均匀；
[0070]
(5)将混合物料(4)倒入砂磨机中研磨40min；
[0071]
(6)将混合物料(5)倒入分散器中继续搅拌10min；
[0072]
(7)将物料(6)用80-120目滤网过滤，即可得到甲组份。
[0073]
2)乙组分为100％改性曼尼希碱固化剂。
[0074]
3)将甲组分与乙组分按质量比为13：1混合均匀即可使用。具体重量如下表所示：
[0075][0076]
实施例3：
[0077]
1)甲组份：(1)按下表配比将二甲苯、丁醇加入到e20树脂和e51树脂的混合树脂中搅拌均匀；
[0078]
(2)按下表比例将分散剂加入到步骤(1)混合物料中，继续搅拌均匀；
[0079]
(3)按下表比例将氧化铁红、云母、氧化锌、磷酸锌、三聚磷酸铝、滑石、沉淀硫酸钡、防沉剂依次加入到步骤(2)混合物料中，搅拌40min，直到所有物料混合均匀；
[0080]
(4)按下表比例将消泡剂加入到步骤(3)混合物料中，搅拌均匀；
[0081]
(5)将混合物料(4)倒入砂磨机中研磨60min；
[0082]
(6)将混合物料(5)倒入分散器中继续搅拌20min；
[0083]
(7)将物料(6)用80-120目滤网过滤，即可得到甲组份，。
[0084]
2)乙组分为100％改性曼尼希碱固化剂。
[0085]
3)将甲组分与乙组分按质量比为19：1混合均匀即可使用。具体重量如下表所示：
[0086][0087]
实施例4：
[0088]
1)甲组份：(1)按下表配比将二甲苯、丁醇加入到e20树脂和e51树脂的混合树脂中搅拌均匀；
[0089]
(2)按下表比例将分散剂加入到步骤(1)混合物料中，继续搅拌均匀；
[0090]
(3)按下表比例将氧化铁红、云母、氧化锌、磷酸锌、三聚磷酸铝、滑石、沉淀硫酸钡、防沉剂依次加入到步骤(2)混合物料中，搅拌50min，直到所有物料混合均匀；
[0091]
(4)按下表比例将消泡剂加入到步骤(3)混合物料中，搅拌均匀；
[0092]
(5)将混合物料(4)倒入砂磨机中研磨70min；
[0093]
(6)将混合物料(5)倒入分散器中继续搅拌30min；
[0094]
(7)将物料(6)用80-120目滤网过滤，即可得到甲组份。
[0095]
2)乙组分为100％改性曼尼希碱固化剂。
[0096]
3)将甲组分与乙组分按质量比为16：1混合均匀即可使用。具体重量如下表所示：
[0097][0098]
实施例5：
[0099]
1)甲组份：(1)按下表配比将二甲苯、丁醇加入到e20树脂和e51树脂的混合树脂中搅拌均匀；
[0100]
(2)按下表比例将分散剂加入到步骤(1)混合物料中，继续搅拌均匀；
[0101]
(3)按下表比例将氧化铁红、云母、氧化锌、磷酸锌、三聚磷酸铝、滑石、沉淀硫酸钡、防沉剂依次加入到步骤(3)混合物料中，搅拌40min，直到所有物料混合均匀；
[0102]
(4)按下表比例将消泡剂加入到步骤(2)混合物料中，搅拌均匀；
[0103]
(5)将混合物料(4)倒入砂磨机中研磨40min；
[0104]
(6)将混合物料(5)倒入分散器中继续搅拌10min；
[0105]
(7)将物料(6)用80-120目滤网过滤，即可得到甲组份。
[0106]
2)乙组分为100％改性曼尼希碱固化剂。
[0107]
3)将甲组分与乙组分按质量比为16：1混合均匀即可使用。具体重量如下表所示：
[0108][0109]
实施例6：
[0110]
实施例6与实施例1中底漆配方相同，但实施例6采用的是普通喷砂钢板，粗糙度为sa2.5。
[0111]
1)甲组份：
[0112]
(1)按下表配比将二甲苯、丁醇加入到e20树脂和e51树脂的混合树脂中搅拌均匀；
[0113]
(2)按下表比例将分散剂加入到步骤(1)混合物料中，继续搅拌均匀；
[0114]
(3)按下表比例将氧化铁红、云母、氧化锌、磷酸锌、三聚磷酸铝、滑石、沉淀硫酸钡、防沉剂依次加入到步骤(2)混合物料中，搅拌30min，直到所有物料混合均匀；
[0115]
(4)按下表比例将消泡剂加入到步骤(3)混合物料中，搅拌均匀；
[0116]
(5)将混合物料(4)倒入砂磨机中研磨30min；
[0117]
(6)将混合物料(5)倒入分散器中继续搅拌10min；
[0118]
(7)将物料(6)用80-120目滤网过滤，即可得到甲组份。
[0119]
2)乙组分为100％改性曼尼希碱固化剂。
[0120]
3)将甲组分与乙组分按质量比为16：1混合均匀即可使用。具体重量如下表所示：
[0121][0122]
实施例7(对比例)：
[0123]
1)甲组份：(1)按下表配比将二甲苯、丁醇加入到e20树脂和e51树脂的混合树脂中搅拌均匀；
[0124]
(2)按下表比例将分散剂加入到步骤(1)混合物料中，继续搅拌均匀；
[0125]
(3)按下表比例将氧化铁红、云母、氧化锌、磷酸锌、三聚磷酸铝、滑石、沉淀硫酸钡、防沉剂依次加入到步骤(2)混合物料中，搅拌40min，直到所有物料混合均匀；
[0126]
(4)按下表比例将消泡剂加入到步骤(3)混合物料中，搅拌均匀；
[0127]
(5)将混合物料(4)倒入砂磨机中研磨40min；
[0128]
(6)将混合物料(5)倒入分散器中继续搅拌10min；
[0129]
(7)将物料(6)用80-120目滤网过滤，即可得到甲组份。
[0130]
2)乙组分为100％改性曼尼希碱固化剂。
[0131]
3)将甲组分与乙组分按质量比为16：1混合均匀即可使用。具体重量如下表所示：
[0132][0133]
对比上述各实施例获得：
[0134]
各实施例中甲乙组分按照质量比为11～19:1均匀混合，同时以单独e20树脂的实施例进行对比，具体配方见实施例7。在低表面处理的钢基材上喷涂,养护7天后进行性能测试，其中干燥时间、弯曲、耐冲击性膜厚为23
±
3μm；附着力、耐中性盐雾膜厚为200
±
20μm；耐水性膜厚为100
±
10μm；耐油性、耐旧漆膜相容性(测试按标准《hg/t 4564-2013低表面处理容忍性环氧涂料》进行)，详见下表。
[0135][0136]
由上述表中记载可见，实施例7中仅使用了一种e20环氧树脂和固化剂成膜作为基料，成膜效果欠佳，因此附着力及≥4mpa，且耐水性仅≥600h，耐盐雾性仅≥500h，未达到良好的防腐性能，实施例7中漆液的固体份含量仅65％左右，溶剂挥发量较大，不满足现代涂料的环保需求。实施例1-5中给出了五种适用于低表面处理基材的高固体份环氧底漆，基材处理方式参照《hg/t 4564-2013低表面处理容忍性环氧涂料》中的4.3.1。五种底漆均达到了良好的防腐蚀水平，其中不挥发物含量均达到了80％以上，表干时间为1.5h，实干时间为12h，弯曲试验≤2mm，耐冲击性≥50cm，附着力均≥7mpa，耐水性≥1000h，耐盐雾性≥1500h。实施例6中给出了粗糙度为sa2.5的普通喷砂钢板条件下的环氧底漆，该底漆表现出较好的防腐水平，由实施例1-6可见本发明的高性能高固体份低表面处理容忍性环氧底漆在普通喷砂钢板上及低表面处理钢板上均表现出良好的防腐性能，因此在实际应用中低表面处理的情况下，本发明的环氧底漆仍能达到良好的防腐蚀效果，进而节约底材处理的时间和成本，提高施工效率。