一种无溶剂环氧富锌防腐涂料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种无溶剂环氧富锌防腐涂料及其制备方法 (Solvent-free epoxy zinc-rich anticorrosive paint and preparation method thereof ) 是由 杨志华 周贤辉 王自龙 于 2020-11-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种无溶剂环氧富锌防腐涂料,通过以高固含环氧树脂、环氧活性稀释剂、增塑剂、偶联剂和聚胺类固化剂、促进剂相结合加入大量锌粉和少量玻璃鳞片做防腐填料,制成的一种高效能、高体积固含的无溶剂环氧富锌防腐涂料。该产品可以低温成膜,涂料稳定性好,粘度小、无需加热,机械性能好、附着力好。固化时无溶剂挥发,可消除涂层中的针孔,提高涂层的致密性和隔离屏蔽性能,提供优越的防腐蚀性能,生产和施工时无有害VOC,保护环境,节约资源；还可以显著降低施工成本。(The invention discloses a solvent-free epoxy zinc-rich anticorrosive paint, which is prepared by adding a large amount of zinc powder and a small amount of glass flakes into high-solid-content epoxy resin, an epoxy active diluent, a plasticizer, a coupling agent, a polyamine curing agent and an accelerator as anticorrosive fillers. The product can form a film at low temperature, and has the advantages of good stability, low viscosity, no need of heating, good mechanical property and good adhesive force. No solvent is volatilized during curing, so that pinholes in the coating can be eliminated, the compactness and the isolation shielding performance of the coating are improved, the excellent anti-corrosion performance is provided, no harmful VOC is generated during production and construction, the environment is protected, and resources are saved; and the construction cost can be obviously reduced.)
技术领域
本发明涉及化工涂料的技术领域，尤其涉及一种无溶剂环氧富锌防腐涂料及其制备方法。
背景技术
金属材料在经济生活中扮演着非常重要的角色；金属材料在腐蚀环境中发生物理变化、化学变化和电化学变化而使得性能变化直至最后完全损坏的现象称为金属材料腐蚀。然而，金属材料腐蚀是全世界面临的严重问题，腐蚀不仅消耗了宝贵的则富，而且破坏了正常的生活、生产秩序，腐蚀和环境污染越来越引起人们的关注，采用防腐涂层保护金属是最有效和最经济的方法，其中，金属结构设备防腐涂料是目前最快捷且最有效的方法。涂料主要是通过化学机制和阻隔作用对钢铁材料进行保护。
环氧富锌涂料是一种耐腐蚀性能优异的重防腐涂料，已广泛应用到工业防腐的各个领域。富锌涂料的防腐蚀机理主要是锌起到阴极保护的作用，即在腐蚀环境中牺牲锌粉(阳极)而保护钢铁(阴极)。为了使富锌涂层充分有效的发挥阴极保护作用，涂料中添加大量的锌粉。锌粉的片径越大，抵抗水蒸气和腐蚀介质渗透的能力就越强，越能延缓介质对涂层的浸蚀速度，即耐腐蚀能力增强。
随着人们对环保意识的加强以及免维护涂装体系的发展，长效、环保、节能的无溶剂防腐涂料越来越多地被工程建设所采用，而溶剂型环氧富锌涂料的不足是：施工的操作性和涂料储存的稳定性较差，漆膜容易起泡，更主要的是，VOC含量高，溶剂型涂料通常不环保。传统环氧富锌防腐涂料一般都含有大量的有机溶剂，溶剂的挥发会对涂层的致密性造成损害，同时易形成针眼和缩孔，使得水和介质离子很容易通过扩散和传递到达基底表面，产生腐蚀物质膨胀后使涂层破裂，最终致使涂层脱落，从而失去防护作用。另外，施工过程中过高含量的锌粉沉淀也容易堵枪而影响涂装质量和施工效率。涂料中的溶剂不仅造成了浪费，还对环境造成了伤害，因此开发无溶剂型富锌防腐涂料是涂料工业的重点发展方向。随着对这些领域中使用的大型管道涂料中有机挥发物的限制，溶剂型涂料将逐渐被环保型涂料所代替，而无溶剂涂料将是环保型涂料的主要类型之一。无溶剂环氧富锌防腐涂料的优点是：因漆膜中无溶剂挥发，可消除涂层中的针孔，提高漆膜抗渗透和耐腐蚀的性能；可消除操作人员中毒和施工现场发生火灾的危险，可减少通风设备的使用，可避免溶剂挥发而造成的资源性浪费并减少对环境的影响。但是，无溶剂涂料也有缺点，较为突出的便是涂料粘度大，施工不太方便，喷涂时需要对涂料进行加热；由于粘度大，难以得到较薄的涂层，往往适用于厚涂。喷涂时涂膜厚度易超过150μm，造成浪费，涂膜厚度低于100μm时，涂层表观易出现凹坑、针孔、橘皮等缺陷。
发明内容
发明目的：针对现有技术中富锌涂料和无溶剂环氧应用中的上述缺陷，本发明的主要目的在于提供一种无溶剂环氧富锌防腐涂料及其制备方法，所得产品具有优良的防腐蚀性能、粘度小，无需加热，固化时无溶剂挥发，形成无孔涂层，提高涂层的致密性和隔离屏蔽性能，机械性能好、附着力强，具有导电性和及薄涂性，一次成膜厚度可≤75um；生产和施工时无有害VOC。
为实现上述目的，本发明提供了一种无溶剂环氧富锌防腐涂料，所述涂料由A和B两种组分组成，其中，A包含如下重量份数的组分：
B包含如下重量分数的组份：
改性酚醛胺固化剂 1～4份；
聚酰胺固化剂 1～4份；
固化促进剂 0.25～0.4份；
其中，A和B的重量比为(0.8～1.2):1。
具体地，所述环氧树脂为南亚128环氧树脂和NPEF-170环氧树脂的混合物。其中，环氧树脂为南亚128环氧树脂，固含量为100％，其属于高性能基础环氧树脂，具有低毒、无色，低黏度，高纯度，无杂质等特性；NPEF-170环氧树脂固含量为100％，其是一种低粘度树脂，具有抗化学品性及耐热性等；优选地，将两种树脂按2:1固含混合，具有优异的机械性能、防腐性能。使用单一的环氧树脂，粘度较大，效果差，不便于施工，需要加热双泵喷涂，通过使用两种环氧树脂的混合物，可以有效地减低粘度，便于施工。
优选地，所述活性稀释剂为空气化工环氧稀释剂748和UltraLITE513的混合物，其中，空气化工748环氧活性稀释剂固含量为100％无色透明液体，是一种常用的低粘度、无色无味的单官能基稀释剂，柔韧性好，挥发性低；卡德莱UltraLITE513是一款低粘度，单功能的环氧活性稀释剂，固含量为100％，无刺激性气味，良好的防水性，韧性和抗热冲击性。优选地，将两种活性稀释剂按1:1固含混合，具有对通用型环氧树脂降粘能力好，对非极性表面有浸润性，有优异的颜填料润湿能力，可以增加防腐性。
优选地，所述增塑剂为苯甲醇，苯甲醇用作环氧树脂增塑剂的主要优点是：材料本身无毒，沸点高，不易挥发，而且固化之后由于苯甲醇具有强的极性，能够与环氧树脂很好的相容，不会出现迁移的现象；能够促进环氧树脂与胺的反应，加快反应速度；具有很好的疏水性能，能够显著提高涂层的光泽，降低白桦现象的出现；能够提高固化物的韧性。
所述偶联剂为迈图A-187硅烷偶联剂，其可以有效的提高树脂和基材附着力和粘合力。
优选地，所述分散剂为BYK-203分散剂或BYK-163分散剂。所述分散剂可以有效的分散配方中的颜填料，改善颜料润湿性和增强体系的稳定性。
优选地，所述触变剂为海名斯THIXATROL ST，海名斯德THIXATROL ST兼有机类流变助剂的作用，其为蓖麻油改性衍生物，增稠效果明显，控制流挂不降低流平，流动性，有效的提高涂料的粘度，增强储存稳定性。
优选地，所述锌粉为325目锌粉或500目锌粉。优选地，可选用优美科富虹锌粉粒径为325目锌粉或500目锌粉作为防锈颜料，起到防腐蚀性、阴极保护作用。
具体地，玻璃鳞片为日本板硝子公司RCF-015或RCF-016玻璃鳞片。玻璃鳞片的加入能提高涂层的寿命，还能大大降低最后涂料中的气泡的含量，而且玻璃鳞片在最终形成的漆膜中与底材平行，能有效延长渗透介质的扩散路径，大大提高漆膜的屏蔽性能。
优选地，固化剂为上海经天JT-6180改性酚醛胺固化剂和美国空气化工聚酰胺加成物固化剂的混合物；其中，上海经天JT-6180改性酚醛胺固化剂，固体分为100％；美国空气化工聚酰胺加成物固化剂，固体分为100％，在一种优选的实施方式中，两款产品按(1～4):1固含混合，具有良好的低温固化性能，粘度低，良好的耐水、耐盐雾及耐化学腐蚀性能，固化后漆膜机械性能优良，具有较好的耐油面性和耐渗透性。
空气化工K-54或三木DMP-30环氧固化促进剂为多功能促进剂，适合于加速环氧树脂固化时间，与聚胺类固化剂的兼容性很好。
本发明进一步提出了上述无溶剂环氧富锌防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按照配方量称取原料，将配方量的环氧树脂投入搅拌机；后加入配方量的活性稀释剂，搅拌速度为500～800r/min，搅拌10～15分钟；
(2)调整搅拌速度为800～1000r/min，在搅拌过程中加入触变剂和偶联剂，然后保持1000～2500转速r/min搅拌，持续高速搅拌25～30分钟，温度保持46℃～52℃至细度≤60μm；
(3)调整搅拌速度为800～1000r/min，依次加入分散剂和防锈填料锌粉，用部分增塑剂冲洗锌粉和清洗缸壁；后持续在1000～2000r/min高速搅拌30～40min,温度不超过50℃；完成后慢速搅拌降温到35～40℃；
(4)在搅拌中加入玻璃鳞片，然后保持700～1200r/min转速下继续搅拌10～20min并上下调整搅拌头至分散均匀；然后根据粘度再加入部分增塑剂清洗，搅拌均匀后制得A组分；
(5)将改性酚醛胺固化剂和聚酰胺固化剂投入另一搅拌机，搅拌速度为500～1000r/min，搅拌10～15分钟；后加入的固化促进剂，搅拌速度为500～1000r/min，搅拌10～15分钟，分散均匀，制得B组分；
(6)按重量比将A组份和B组份混合，搅拌均匀熟化7～15min后涂装。
优选地，所述环氧树脂为南亚128环氧树脂和NPEF-170环氧树脂中的混合物。
所述活性稀释剂为空气化工环氧稀释剂748和UltraLITE513中的混合物。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)由于涂料中高含量的锌粉(＞88％)与涂装的金属材料表面能够密切接触，起了电化学的阴极保护作用，充分有效的发挥阴极保护作用，抵抗水蒸气和腐蚀介质渗透的能力，延缓介质对涂层的浸蚀速度，即耐腐蚀能力增强；
(2)玻璃鳞片具有鱼鳞效应，成千上万的鳞片交错排列，形成涂层内复杂曲折的渗透扩散途径，使得腐蚀介质的扩散路线变得相当曲折，很难到达基材，大大延长了腐蚀性介质在涂膜中的扩散路径，从而有效延缓了腐蚀介质对基底材料的腐蚀，使用大量锌粉和少量玻璃鳞片做防腐填料，以高固含环氧树脂、环氧活性稀释剂、增塑剂、偶联剂和聚胺类固化剂相结合制成的一种高效能、高体积固含的无溶剂环氧富锌防腐涂料；
(3)本发明得到的产品具有优良的防腐蚀性能、粘度小，无需加热，固化时无溶剂挥发，形成无孔涂层，提高涂层的致密性和隔离屏蔽性能，机械性能好、附着力强，具有导电性和及薄涂性，一次成膜厚度可≤75μm；生产和施工时无有害VOC，保护环境，节约资源；涂料组分全部转化成膜，此外每单位厚度的原材料成本很低；还可以显著降低施工成本；因此无溶剂环氧富锌防腐涂料的研究可有效提高资源利用效率，减少资源浪费和提高经济效益，从而促进社会的可持续发展，不论对生活还是国民经济有着重要的意义；
(4)本发明的产品具有广泛的工业防腐蚀性，附着力强，常温快干，漆膜中锌粉含量较高，具有阴极保护作用，主要适用于桥梁、集装箱、钢管、储罐等钢铁构件，船舶、海上石油钻井平台，港湾设施及化工设备以及恶劣腐蚀环境的底涂层等。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，但是本发明的保护范围不限于下述的实施例。
其中，下述实施例中，玻璃鳞片为日本板硝子公司RCF-015或RCF-016玻璃鳞片；触变剂为海名斯THIXATROL ST；活性稀释剂为空气化工环氧稀释剂748和UltraLITE513按1:1固含混合的混合物；增塑剂为苯甲醇，联剂为迈图A-187硅烷偶联剂，分散剂为BYK-203分散剂或BYK-163分散剂，环氧树脂为南亚128环氧树脂和NPEF-170环氧树脂按2:1固含混合；改性酚醛胺固化剂为上海经天JT-6180改性酚醛胺固化剂，聚酰胺固化剂为国空气化工聚酰胺加成物固化剂；固化促进剂为空气化工K-54或三木DMP-30环氧固化促进剂。
实施例1
一种无溶剂环氧富锌防腐涂料，包括A组分和B组分，其中A组分按重量份计算，包括：
B组份包括如下重量分数的组分：
改性酚醛胺固化剂 4份；
聚酰胺固化剂 1份；
固化促进剂 0.25份；
A组份与所述B组份的重量比为0.8:1；按重量比，A组份和B组份混合，搅拌均匀熟化7～15min后涂装。
具体制备方法如下：
①按照上述配比称取原料，将环氧树脂；后慢速加入活性稀释剂，搅拌速度为500～800r/min，搅拌10～15分钟；
②调整搅拌速度为800～1000r/min，在搅拌过程中加入触变剂和偶联剂、然后保持1000～2500转速r/min搅拌，持续高速搅拌25～30分钟在温度46℃～52℃至细度≤60μm；
③调整搅拌速度为800～1000r/min，依次加入分散剂和防锈填料锌粉、用增塑剂冲洗锌粉和清洗缸壁；后持续在1000～2000r/min高速搅拌30～40min温度不超过50℃；完成后慢速搅拌降温到35～40℃。
④在搅拌中加入玻璃鳞片，然后保持700～1200r/min转速下继续搅拌10～20min并上下调整搅拌头至分散均匀；然后根据粘度再加入少量增塑剂，搅拌均匀后制得A组分；
⑤将改性酚醛胺固化剂和聚酰胺固化剂投入新的搅拌机，搅拌速度为500～1000r/min，搅拌10～15分钟；后加入固化促进剂，搅拌速度为500～1000r/min，搅拌10～15分钟，分散均匀，制得B组分；
所述A组份与所述B组份的重量比为0.8：1；按重量比，A组份和B组份混合，搅拌均匀熟化7～15min后涂装。
实施例2
一种无溶剂环氧富锌防腐涂料，包括A组分和B组分，其中A组分按重量份计算，包括：
包括按重量份计的下述B组份：
改性酚醛胺固化剂 2.5份；
聚酰胺固化剂 2.5份；
固化促进剂 0.4份；
制备方法：同实施例1。
所述A组份与所述B组份的重量比为1.2：1；按重量比，A组份和B组份混合，搅拌均匀熟化7～15min后涂装。
实施例3
一种无溶剂环氧富锌防腐涂料，包括A组分和B组分，其中A组分按重量份计算，包括：
包括按重量份计的下述B组份：
改性酚醛胺固化剂 2.5份；
聚酰胺固化剂 2.5份；
固化促进剂 0.3份；
制备方法：同实施例1。
所述A组份与所述B组份的重量比为0.95：1；按重量比，A组份和B组份混合，搅拌均匀熟化7～15min后涂装。
实施例4
一种无溶剂环氧富锌防腐涂料，包括A组分和B组分，其中A组分按重量份计算，包括：
包括按重量份计的下述B组份：
改性酚醛胺固化剂 3份；
聚酰胺固化剂 .2份；
固化促进剂 0.3份。
制备方法：同实施例1。
所述A组份与所述B组份的重量比为1：1；按重量比，A组份和B组份混合，搅拌均匀熟化7～15min后涂装。
检测结果
根据检测指标对实施例1～4的无溶剂环氧富锌涂料进行检测，得到结果如表1所示：
表1
由表1可以看出，实施例4中的各组分用量最佳搭配，获得的涂料防腐性能和机械性能优异；实施例1中减少环氧树脂，调整改性酚醛胺固化剂和聚酰胺固化剂的比例，增加防锈填料，获得的涂料耐盐雾性能不达标、附着力差、耐冲击、柔韧性差；实施例2中增加树脂用量和增塑剂用量，减少活性稀释剂用量，合理调整固化剂的比例，获得的涂料耐盐雾性能不达标，附着力不达标；实施例3中合理搭配树脂和固化剂用量，增加防锈填料和玻璃鳞片，耐冷凝性不达标。
本产品与溶剂型环氧富锌涂料产品相比，本技术引入以高固含环氧树脂、环氧活性稀释剂、增塑剂、偶联剂和聚胺类固化剂、促进剂相结合加入大量锌粉和少量玻璃鳞片做防腐填料，制成的一种高效能、高体积固含的无溶剂环氧富锌防腐涂料。该产品可以低温成膜，涂料稳定性好，粘度小、无需加热，机械性能好、附着力好。固化时无溶剂挥发，可消除涂层中的针孔，提高涂层的致密性和隔离屏蔽性能，提供优越的防腐蚀性能，生产和施工时无有害VOC，保护环境，节约资源；还可以显著降低施工成本；属于可持续发展的环保产品，既保证了产品的性能稳定；也提高资源利用效率，减少资源浪费和提高经济效益，因此，对无溶剂富锌防腐涂料的研究不论对生活还是国民经济有着重要的意义，可完全取代溶剂型富锌涂料。
本发明提供了一种无溶剂环氧富锌防腐涂料的制备思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
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