金属材料用单涂层水性陶瓷隔热防腐涂料及其制备方法与流程

1.本发明涉及陶瓷隔热涂料领域，具体的说是金属材料用单涂层水性陶瓷隔热防腐涂料及其制备方法。


背景技术：

2.据统计，全世界因腐蚀造成的损失高达7000亿美元，占gdp总值2％-4％，在我国每年因金属腐蚀造成的经济损失占国民生产总值约6％。行业中大多数的管线装备、石化设备、仓储屋顶等都是以金属材料为主，普遍采用涂料涂层防护手段来解决腐蚀问题，效果显著。金属设施/设备在储藏、输送等使用中，会由于对流、辐射、热传导等造成大量的能源浪费，无论是在高温还低温是环境下，都会带来一定不安全隐患，因此需要做隔热保温处理，以减少能源损耗，保障设施设备正常运行以及施工人员人身安全。
3.防腐蚀涂料由传统的溶剂型向环保型转变，是国家新形势下可持续发展的要求，其中水性化的开发是当下热点之一。随着施工工艺简单化的转变，防腐蚀涂层体系由传统的底、中、面复合涂层向底、面合一的单涂层方向转变是市场发展的需求。
4.目前陶瓷隔热涂料的隔热保温技术在建筑领域方面较为成熟，在工业金属设施设备领域研究及应用方面都尚不成熟，并且在水性化、防腐蚀性能、耐候性、耐久性、机械性能等方面都存在不足，尤其是具有优异防腐性能并可单道涂层的陶瓷隔热涂料的研究尤为欠缺。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种金属材料用单涂层水性陶瓷隔热防腐涂料及其制备方法，该涂料用于金属设施/设备上具有优异的防腐隔热性能并可单道涂层。
6.为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：金属材料用单涂层水性陶瓷隔热防腐涂料，所述涂料包含的组分及各组分的质量份数分别为：水性丙烯酸树脂乳液35～45份；颜料15～20份；填料20～22份；纳米多孔陶瓷微粒3～5份；纳米隔热粉1～3份；去离子水12～13份；水性分散剂1～2份；纳米分散剂0.1～0.2份；水性消泡剂0.3～0.5份；中和剂0.4～0.6份；
水性触变助剂0.3～0.5份；抗闪锈剂0.5～0.6份。
7.进一步地，所述的水性丙烯酸树脂乳液为水性有机硅改性丙烯酸乳液、水性有机氟改性丙烯酸乳液中的至少一种。
8.进一步地，所述的纳米多孔陶瓷微粒的平均粒径为20
±
5nm，所述的纳米多孔陶瓷微粒为介孔结构，其介孔孔径大小为5nm，所述的纳米多孔陶瓷微粒为纳米多孔sio2、纳米多孔al2o3、纳米多孔tio2中的任意一种或两种。
9.进一步地，所述的纳米隔热粉为直径为15
±
5nm的纤维状结构，所述的纳米隔热粉为纳米cuo、纳米co2o3中的至少一种。
10.进一步地，所述的颜料为氧化铁红、酞青蓝、钛白粉、氧化铁黄、炭黑中的至少一种；或；所述的填料为沉淀硫酸钡、滑石粉、煅烧高岭土中的任意一种或几种。
11.进一步地，所述的水性分散剂为含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液byk190；或；所述的纳米分散剂为离子型纳米分散剂tdl-nd2。
12.进一步地，所述的水性消泡剂为矿物油基分子级消泡化合物a10与含憎水固体、乳化剂和破泡聚硅氧烷的byk-023中的任意一种；或；所述的水性触变助剂为非离子型聚氨酯聚合物wt-105a与改性聚脲化合物溶液eco-6520中的任意一种。
13.进一步地，所述的中和剂为具有低分子量和高碱性的多功能助剂amp-95。
14.所述的抗闪锈剂为ck-39溶剂或hl-32混合物中的任意一种。
15.一种制备金属材料用单涂层水性陶瓷隔热防腐涂料的方法，包括以下步骤：(1)、将中和剂和占总量50％的水性丙烯酸树脂乳液加入分散釜中，在600r/min的搅拌速度下搅拌均匀；(2)、在400r/min的搅拌速度下向分散釜中依次加入10～12份的去离子水、水性分散剂、颜料和填料，在800r/min的搅拌速度下进行分散处理10min，得到预分散物料，将预分散物料转置于砂磨机中进行研磨直至细度达到40um以下，得到研磨物料；(3)、将研磨物料重新加入分散釜中，然后依次加入消泡剂、剩余50％的水性丙烯酸树脂乳液、纳米分散剂、纳米多孔陶瓷微粒、纳米隔热粉、抗闪锈剂和水性触变助剂，在1000r/min的搅拌速度下将物料搅拌至细度达到40um以下，得到陶瓷隔热防腐涂料；(4)、将陶瓷隔热防腐涂料过滤包装，即得到单涂层水性陶瓷隔热防腐涂料；其中，步骤(3)中，将物料搅拌至细度达到40um以下后，向分散釜中添加1～3份去离子水，以调整物料的粘度。
16.有益效果：
17.1)、本发明的涂料中加入的纳米粒子具有量子尺寸效应：(1)纳米多孔陶瓷微粒具有介孔结构，孔径大小约10nm，远小于空气分子的平均自由程，使孔内的气体分子接近于无
流动状态，限制了气体的热传导和热对流，使得该涂料导热系数低、隔热效率高；(2)加入的纤维状纳米隔热粉，具有高热发射率，可有效反射太阳光90％以上，可减少热辐射传递的热量，达到良好隔热降温效果。纳米粒子的加入，进一步改善了涂料的防腐性能，同时可显著提高涂层的耐候性、耐水性、耐腐蚀性能、机械性能、耐久性等.
18.2)本发明采用的乳液是使用具有特殊结构的硅、氟类物质改性的水性丙烯酸树脂乳液，具有高键能的si-c键、c-f键以及柔软的分子链结构，使乳液具有良好的耐高低温性能，耐温范围广，耐候性佳，同时具有低表面张力，疏水性能好，机械性能、耐化学品性能优异。
19.3)、本发明中的涂料还具有良好的施工性能，具有较高固含量，良好的流平性、抗流挂等性能，漆膜干燥速度快，单道涂装100um，即可实现涂层良好的漆膜表观和优异的防腐性能，有效提升涂装效率，减少施工人员劳动强度，节省人力成本。
20.4)、本发明提供的单涂层水性陶瓷隔热防腐涂料voc含量低，绿色环保，可广泛应用于石化、装备、桥梁钢构等工业领域。
具体实施方式
21.下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
22.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：金属材料用单涂层水性陶瓷隔热防腐涂料，其为单组分涂料，按照重量份数包括以下组分：水性丙烯酸树脂乳液35～45份、颜料15～20份、填料20～22份、纳米多孔陶瓷微粒3～5份、纳米隔热粉1～3份、去离子水12～13份、水性分散剂1～2份、纳米分散剂0.1～0.2份、水性消泡剂0.3～0.5份、中和剂0.4～0.6份、水性触变助剂0.3～0.5份、抗闪锈剂0.5～0.6份。
23.优选的，所述的水性丙烯酸树脂乳液为水性有机硅改性丙烯酸乳液、水性有机氟改性丙烯酸乳液中的至少一种。
24.优选的，所述的颜料为氧化铁红、酞青蓝、钛白粉、氧化铁黄、炭黑中的至少一种。优选的，所述的填料为沉淀硫酸钡、滑石粉、煅烧高岭土中的任意一种或几种。
25.优选的，所述的纳米多孔陶瓷微粒的平均粒径为20
±
5nm，所述的纳米多孔陶瓷微粒为介孔结构，其介孔孔径大小为5nm，所述的纳米多孔陶瓷微粒为纳米多孔sio2、纳米多孔al2o3、纳米多孔tio2中的任意一种或两种。
26.优选的，所述的纳米隔热粉为直径为15
±
5nm的纤维状结构，所述的纳米隔热粉为纳米cuo、纳米co2o3中的至少一种。
27.优选的，所述的水性分散剂为含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液byk190，所述的纳米分散剂为离子型纳米分散剂tdl-nd2。
28.优选的，所述的水性消泡剂为巴斯夫矿物油基分子级消泡化合物a10与毕克含憎水固体、乳化剂和破泡聚硅氧烷的byk-023中的任一种。
29.优选的，所述的中和剂为陶氏具有低分子量和高碱性的多功能助剂amp-95。
30.优选的，所述的水性触变助剂为海明斯得谦非离子型聚氨酯聚合物wt-105a与爱
科创改性聚脲化合物溶液eco-6520中任一种。
31.优选的，所述的抗闪锈剂为恩泽化工由金属有机螯合物和多种有机化合物组成的溶剂ck-39与亿升化工磷酸盐和有机化合物的混合物hl-32中任一种。
32.一种金属材料用单涂层水性陶瓷隔热防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：(1)、将中和剂和占总量50％的水性丙烯酸树脂乳液加入分散釜中，在600r/min的搅拌速度下搅拌均匀；(2)、在400r/min的搅拌速度下向分散釜中依次加入10～12份的去离子水、水性分散剂、颜料和填料，在800r/min的搅拌速度下进行分散处理10min，得到预分散物料，将预分散物料转置于砂磨机中进行研磨直至细度达到40um以下，得到研磨物料；(3)、将研磨物料重新加入分散釜中，然后依次加入消泡剂、剩余50％的水性丙烯酸树脂乳液、纳米分散剂、纳米多孔陶瓷微粒、纳米隔热粉、抗闪锈剂和水性触变助剂，在1000r/min的搅拌速度下将物料搅拌均匀并分散至细度达到40um以下，得到陶瓷隔热防腐涂料；(4)、将陶瓷隔热防腐涂料过滤包装，即得到单涂层水性陶瓷隔热防腐涂料；其中，步骤(3)中，将物料搅拌至细度达到40um以下后，向分散釜中添加1～3份去离子水，以调整物料的粘度。
33.实施例1金属材料用单涂层水性陶瓷隔热防腐涂料，所述涂料包含的组分及各组分的质量份数分别为：水性丙烯酸树脂乳液35份、氧化铁红18份、沉淀硫酸钡20.8份、纳米多孔陶瓷微粒sio22份、纳米多孔陶瓷微粒al2o32份、纳米隔热粉co2o32份、去离子水12份、byk1901份、tdl-nd20.1份、a100.3份、amp-950.4份、wt-105a0.3份、ck-390.5份。
34.金属材料用单涂层水性陶瓷隔热防腐涂料的制备方法，主要包括如下步骤：(1)、称取17.5份水性丙烯酸树脂乳液和0.4份amp-95加入分散釜中，在600r/min的搅拌速度下搅拌均匀；(2)、在400r/min的搅拌速度下向分散釜中依次加入10份去离子水、1份byk190、18份氧化铁红、20.8份沉淀硫酸钡，在800r/min的搅拌速度下进行分散处理10min，得到预分散物料，将预分散物料转置于砂磨机中进行研磨，得到细度40um以下的研磨物料；(3)、将研磨物料重新加入分散釜中，然后依次加入0.3份a10、17.5份水性丙烯酸树脂乳液、0.1份tdl-nd2、2份纳米多孔陶瓷微粒sio2、2份纳米多孔陶瓷微粒al2o3、2份纳米隔热粉co2o3、0.5份ck-39和0.3份wt-105a，在1000r/min的搅拌下将物料分散至细度40um以下，向分散釜中添加2份去离子水调整粘度，制得陶瓷隔热防腐涂料；(4)、将陶瓷隔热防腐涂料过滤包装，即得到单涂层水性陶瓷隔热防腐涂料。
35.实施例2金属材料用单涂层水性陶瓷隔热防腐涂料，所述涂料包含的组分及各组分的质量份数分别为：水性丙烯酸树脂乳液40份、钛白粉20份、滑石粉7份、沉淀硫酸钡11份、煅烧高岭土4份、纳米多孔陶瓷微粒sio22份、纳米多孔陶瓷微粒tio22份、纳米隔热粉co2o31.5份、纳米隔热粉cuo 1份、去离子水12份、byk1901份、tdl-nd20.15份、byk-0230.4份、amp-950.5份、eco-65200.4份、hl-320.5份。
36.一种金属材料用单涂层水性陶瓷隔热防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)、称取20份水性丙烯酸树脂乳液和0.5份amp-95加入分散釜中，在600r/min的搅拌速度下搅拌均匀；(2)、在400r/min的搅拌速度下向分散釜中依次加入10份去离子水、1份byk190、20份钛白粉、7份滑石粉和11份沉淀硫酸钡、4份煅烧高岭土，在800r/min的搅拌速度下进行分散处理10min，得到预分散物料，将预分散物料转置于砂磨机中进行研磨，得到细度40um以下的研磨物料；(3)、将研磨物料重新加入分散釜中，然后依次加入0.4份byk-023、20份水性丙烯酸树脂乳液、0.15份tdl-nd2、2份纳米多孔陶瓷微粒al2o3、2份纳米多孔陶瓷微粒tio2、1.5份纳米隔热粉co2o3、1份纳米隔热粉cuo、0.5份hl-32和0.4份eco-6520，在1000r/min的搅拌下将物料分散至细度40um以下，向分散釜中添加2份去离子水调整粘度，制得陶瓷隔热防腐涂料；(4)、将陶瓷隔热防腐涂料过滤包装，即得到单涂层水性陶瓷隔热防腐涂料。
37.实施例3金属材料用单涂层水性陶瓷隔热防腐涂料，所述涂料包含的组分及各组分的质量份数分别为：水性丙烯酸树脂乳液45份、酞青蓝15份、沉淀硫酸钡7份、煅烧高岭土15份、纳米多孔陶瓷微粒tio22.5份、纳米多孔陶瓷微粒al2o32.5份、纳米隔热粉co2o31.5份、纳米隔热粉cuo 1.5份、去离子水13份、byk1902份、tdl-nd20.2份、a100.5份、amp-950.6份、eco-65200.4份、ck-390.5份。
38.一种金属材料用单涂层水性陶瓷隔热防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：(1)、称取22.5份水性丙烯酸树脂乳液和0.6份amp-95加入分散釜中，在600r/min的搅拌速度下搅拌均匀；(2)、在400r/min的搅拌速度下向分散釜中依次加入11份去离子水、2份byk190、15份酞青蓝、7份硫酸钡和15份煅烧高岭土，在800r/min的搅拌速度下进行分散处理10min，得到预分散物料，将预分散物料转置于砂磨机中进行研磨，得到细度40um以下的研磨物料；(3)、将研磨物料重新加入分散釜中，然后依次加入0.5份a10、22.5份水性丙烯酸树脂乳液、0.2份tdl-nd2、2.5份纳米多孔陶瓷微粒tio2、2.5份纳米多孔陶瓷微粒al2o3、1.5份纳米隔热粉co2o3、1.5份纳米隔热粉cuo、0.5份ck-39和0.4份eco-6520，在1000r/min的搅拌下将物料分散至细度40um以下，向分散釜中添加2份去离子水调整粘度，制得陶瓷隔热防腐涂料；(4)、将陶瓷隔热防腐涂料过滤包装，即得到单涂层水性陶瓷隔热防腐涂料。
39.分别将实施例1-3配制成的陶瓷隔热防腐涂料涂抹到样板上并固化7天，然后分别检测三个样板表面防腐涂层的性能数据，检测结果如下表1所示。
40.表1实施例1-3制备的涂料涂抹至样板上之后的性能检测结果
41.由表1的性能指标测试结果可以看出，实施例1-3的防腐涂料具有较高的太阳光反射比和极低的导热系数，涂料隔热性能优异，同时具有良好的耐碱、耐酸、耐水、耐温变等性能，防腐性能优异，施工工序简便，单道涂刷100um，即可满足施工要求。
42.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非随本发明作任何形式上的限制。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。