一种水性环氧防腐涂料及其制备方法与流程

2021-02-02 17:02:44|

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本发明属于涂料制备技术领域，具体涉及一种水性环氧防腐涂料及其制备方法。

背景技术：

对于防腐涂料来说，传统防护涂层受限于自身材料性质及工艺，对金属基体的腐蚀防护作用往往不理想，个别性能突出的成本又很高，降低了涂层的性价比，而且相当一部分涂层因含铅锌或铬酸盐等重金属或有毒物质，存在一定的环境污染风险，也消耗了大量的不可再生资源，不利于社会经济的可持续发展。因此，开发各类新型长效环保的防腐蚀涂料成为新热点。

现有水性环氧树脂防腐涂料的耐腐蚀性一般，在长时间受到腐蚀液体浸泡时，腐蚀液体会穿过漆膜，对保护物造成伤害，进而影响防腐效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种水性环氧防腐涂料及其制备方法。

本发明要解决的技术问题：

现有水性环氧树脂防腐涂料的耐腐蚀性一般，在长时间受到腐蚀液体浸泡时，腐蚀液体会穿过漆膜，对保护物造成伤害，进而影响防腐效果。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种水性环氧防腐涂料，由组分a和组分b组成，组分a由如下重量份原料制成：水性环氧树脂乳液100-120份、防腐填料20-30份、分散剂1-3份、消泡剂1-3份、流平剂1-3份、去离子水50-60份；组分b为ab-hga水性环氧树脂固化剂；

该水性环氧防腐涂料由如下步骤制成：

步骤s1:将水性环氧树脂乳液加入搅拌釜，在转速为800-1000r/min的条件下，进行搅拌并加入防腐填料、分散剂、消泡剂、去离子水，在转速为1500-2000r/min的条件下，进行搅拌30-50min后，进行研磨过200-300目筛网，制得混合料；

步骤s2：将ab-hga水性环氧树脂固化剂和混合料以质量比1:3的比例混合，在转速为500-800r/min的条件下，进行搅拌30-40min，制得防腐涂料。

进一步，所述的水性环氧树脂乳液为双酚a型环氧树脂乳液，分散剂为硬脂酸单甘油酯和三硬脂酸甘油酯中的一种或两种任意比例混合，消泡剂为聚二甲基硅氧烷和乙二醇硅氧烷中的一种或两种任意比例混合。

进一步，所述的防腐填料由如下步骤制成：

步骤a1：将硝酸钠、石墨、浓硫酸加入反应釜中，在转速为300-500r/min，温度为25-30℃的条件下，进行搅拌15-20min后，加入高锰酸钾，在温度为30-40℃的条件下，进行搅拌2-3h后，加入去离子水，在温度为95-98℃的条件下，继续搅拌5-10min后，加入双氧水，在温度为40-45℃的条件下，继续搅拌1-1.5h后，静置5-8h后，过滤去除滤液，将滤饼依次用盐酸溶液和去离子水进行洗涤2-3次后，在转速为5000-6000r/min的条件下，进行离心去除上清液，将底物进行烘干制得氧化石墨烯；

步骤a2：将正硅酸乙酯、乙醇、去离子水加入反应釜中，在转速为300-500r/min的条件下，进行搅拌均匀，调节体系ph值为3-3.5，温度为50-60℃的条件下，进行反应20-30min后，调节体系ph值为8-10，继续搅拌10-15min后，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在温度为60-70℃的条件下，继续搅拌1-2h后，过滤去除滤液，将滤饼和步骤a1制得的氧化石墨烯加入反应釜中，在转速为120-150r/min，温度为25-30℃的条件下，加入4-二甲氨基吡啶，进行反应2-3h后，过滤去除滤液，将滤饼进行烘干，制得载体基料；

步骤a3：将辛基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、二甲苯加入反应釜中，在转速为150-200r/min，温度为60-70℃的条件下，进行搅拌10-15min后，滴加盐酸水溶液，滴加时间为0.5-1h，滴加完毕后，升温至温度为75-80℃的条件下，继续搅拌3-5h后，加入碳酸氢钠，继续搅拌至ph值为7，在温度为140-150℃的条件下，进行蒸馏去除蒸馏物，制得中间体1；

反应过程如下：

步骤a4：将氯铂酸和异丙醇进行混合，制得第一混合液，将三乙胺和异丙醇进行混合，制得第二混合液，将第一混合液和第二混合液进行混合制得催化液，将烯丙基二甲氧基硅烷、3-氨基丙烯、催化液加入反应釜中，通入氮气进行保护，在转速为120-150r/min，温度为130-140℃的条件下，进行反应5-6h后，冷却至室温制得中间体2；

反应过程如下：

步骤a5：将二甲基二甲氧基硅烷、步骤a4制得的中间体2、二甲苯加入反应釜中，在转速为150-200r/min，温度为60-70℃的条件下，进行搅拌10-15min后，滴加盐酸水溶液，滴加时间为0.5-1h，滴加完毕后，升温至温度为75-80℃的条件下，继续搅拌3-5h后，加入碳酸氢钠，继续搅拌至ph值为7，在温度为140-150℃的条件下，进行蒸馏去除蒸馏物，制得中间体3，将载体基料、步骤a3制得的中间体1、中间体3加入反应釜中，在转速为120-150r/min，温度为25-30℃的条件下，加入4-二甲氨基吡啶，进行反应2-3h后，过滤去除滤液，将滤饼进行烘干，制得预载体；

反应过程如下：

步骤a6：将二甲苯、丁醇、步骤a5制得的预载体加入反应釜中，在转速为120-150r/min，温度为80-85℃的条件下，加入丙烯酸和过氧化二苯甲酰溶液，进行反应3-5h后，过滤去除滤液，将滤饼进行烘干制得防腐填料。

进一步，步骤a1所述的硝酸钠、石墨、浓硫酸、高锰酸钾、去离子无水、双氧水的用量比0.5g:1g:25ml:3ml:50ml:5ml，浓硫酸质量分数70-75％，双氧水质量分数为25-30％，盐酸溶液的质量分数为15-20％。

进一步，步骤a2所述的正硅酸乙酯、乙醇、去离子水的用量体积比为3:2:10，γ-氨丙基三乙氧基硅烷的用量为正硅酸乙酯质量的3-5％，氧化石墨烯的用量与正硅酸乙酯质量相同，4-二甲氨基吡啶的用量为正硅酸乙酯质量30-40％。

进一步，步骤a3所述的辛基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷的用量质量比为1:1:1，盐酸水溶液的用量为辛基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷质量和的1-2倍，盐酸水溶液的质量分数为10-15％。

进一步，步骤a4所述的第一混合液为用量比为1g:20ml的氯铂酸和异丙醇混合，第二混合液为用量比为0.2g:20ml的三乙胺和异丙醇混合，第一混合液和第二混合液的用量体积比为1:1，烯丙基二甲氧基硅烷和3-氨基丙烯的用量摩尔比为1.1-1.2:1，催化液的用量为烯丙基二甲氧基硅烷质量的1-3％。

进一步，步骤a5所述的二甲基二甲氧基硅烷和中间体2的质量比为1:1，盐酸水溶液的用量为二甲基二甲氧基硅烷和中间体2质量和的1-2倍，盐酸水溶液的质量分数为10-15％，中间体3、将载体基料、中间体1的用量质量比为2:1:2，4-二甲氨基吡啶的用量为中间体3、将载体基料、中间体1质量和的30-40％。

进一步，步骤a6所述的预载体和丙烯酸的用量质量比为1:3，过氧化二苯甲酰溶液的用量与丙烯酸质量相同。

一种水性环氧防腐涂料的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤s2：将ab-hga水性环氧树脂固化剂和混合料以质量比1:3的比例混合，在转速为500-800r/min的条件下，进行搅拌30-40min，制得防腐涂料。

本发明的有益效果：本发明在制备一种水性环氧防腐涂料的过程中制备了一种防腐填料，该防腐填料以石墨为原料，先对石墨进行氧化在使得石墨表面附着有大量羧基，在以正硅酸乙酯为原料制得纳米二氧化硅，在γ-氨丙基三乙氧基硅烷的作用下，使得纳米二氧化硅的表面附着有大量氨基，进而在4-二甲氨基吡啶的作用下氨基和羧基进行反应，使得石墨和纳米二氧化硅相固定，制得载体基料，将辛基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷进行反应制得中间体1，并将烯丙基二甲氧基硅烷与3-氨基丙烯进行反应制得中间体2，中间体2分子侧链上还有氨基，进而中间体2和二甲基二甲氧基硅烷反应制得中间体3，在将中间体1和中间体3在4-二甲氨基吡啶的作用下，与载体基料上剩余的羧基，进行反应使得中间体1和中间体3分子固定在载体基料上，在于丙烯酸进行聚合，使得预载体表面分子上的双键与丙烯酸上的双键反应，制得防腐填料，该防腐涂料以石墨烯和纳米二氧化硅为载体，石墨烯为层片状结构，能够增加腐蚀物质在涂层中的渗透路径，进而使得涂层具有更好的物理屏蔽性，且二氧化硅耐腐强，配合使用增加了漆膜的耐腐蚀性，且含有大量有机硅分子，进一步提升耐腐蚀性，且表面含有长链烷基，使得漆膜具有较好的防水效果。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种水性环氧防腐涂料，由组分a和组分b组成，组分a由如下重量份原料制成：水性环氧树脂乳液100份、防腐填料20份、硬脂酸单甘油酯1份、聚二甲基硅氧烷1份、去离子水50份；组分b为ab-hga水性环氧树脂固化剂；

该水性环氧防腐涂料由如下步骤制成：

步骤s1:将水性环氧树脂乳液加入搅拌釜，在转速为800r/min的条件下，进行搅拌并加入防腐填料、硬脂酸单甘油酯、聚二甲基硅氧烷、去离子水，在转速为1500r/min的条件下，进行搅拌30min后，进行研磨过200目筛网，制得混合料；

步骤s2：将ab-hga水性环氧树脂固化剂和混合料以质量比1:3的比例混合，在转速为500r/min的条件下，进行搅拌30min，制得防腐涂料。

所述的防腐填料由如下步骤制成：

步骤a1：将硝酸钠、石墨、浓硫酸加入反应釜中，在转速为300r/min，温度为25℃的条件下，进行搅拌15min后，加入高锰酸钾，在温度为30℃的条件下，进行搅拌2h后，加入去离子水，在温度为95℃的条件下，继续搅拌5min后，加入双氧水，在温度为40℃的条件下，继续搅拌1h后，静置5h后，过滤去除滤液，将滤饼依次用盐酸溶液和去离子水进行洗涤2次后，在转速为5000r/min的条件下，进行离心去除上清液，将底物进行烘干制得氧化石墨烯；

步骤a2：将正硅酸乙酯、乙醇、去离子水加入反应釜中，在转速为300r/min的条件下，进行搅拌均匀，调节体系ph值为3，温度为50℃的条件下，进行反应20min后，调节体系ph值为8，继续搅拌10min后，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在温度为60℃的条件下，继续搅拌1h后，过滤去除滤液，将滤饼和步骤a1制得的氧化石墨烯加入反应釜中，在转速为120r/min，温度为25℃的条件下，加入4-二甲氨基吡啶，进行反应2h后，过滤去除滤液，将滤饼进行烘干，制得载体基料；

步骤a3：将辛基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、二甲苯加入反应釜中，在转速为150r/min，温度为60℃的条件下，进行搅拌10min后，滴加盐酸水溶液，滴加时间为0.5h，滴加完毕后，升温至温度为75℃的条件下，继续搅拌3h后，加入碳酸氢钠，继续搅拌至ph值为7，在温度为140℃的条件下，进行蒸馏去除蒸馏物，制得中间体1；

步骤a4：将氯铂酸和异丙醇进行混合，制得第一混合液，将三乙胺和异丙醇进行混合，制得第二混合液，将第一混合液和第二混合液进行混合制得催化液，将烯丙基二甲氧基硅烷、3-氨基丙烯、催化液加入反应釜中，通入氮气进行保护，在转速为120r/min，温度为130℃的条件下，进行反应5h后，冷却至室温制得中间体2；

步骤a5：将二甲基二甲氧基硅烷、步骤a4制得的中间体2、二甲苯加入反应釜中，在转速为150r/min，温度为60℃的条件下，进行搅拌10min后，滴加盐酸水溶液，滴加时间为0.5h，滴加完毕后，升温至温度为75℃的条件下，继续搅拌3h后，加入碳酸氢钠，继续搅拌至ph值为7，在温度为140℃的条件下，进行蒸馏去除蒸馏物，制得中间体3，将载体基料、步骤a3制得的中间体1、中间体3加入反应釜中，在转速为120r/min，温度为25℃的条件下，加入4-二甲氨基吡啶，进行反应2h后，过滤去除滤液，将滤饼进行烘干，制得预载体；

步骤a6：将二甲苯、丁醇、步骤a5制得的预载体加入反应釜中，在转速为120r/min，温度为80℃的条件下，加入丙烯酸和过氧化二苯甲酰溶液，进行反应3h后，过滤去除滤液，将滤饼进行烘干制得防腐填料。

实施例2

一种水性环氧防腐涂料，由组分a和组分b组成，组分a由如下重量份原料制成：水性环氧树脂乳液110份、防腐填料25份、硬脂酸单甘油酯2份、聚二甲基硅氧烷2份、去离子水55份；组分b为ab-hga水性环氧树脂固化剂；

该水性环氧防腐涂料由如下步骤制成：

步骤s1:将水性环氧树脂乳液加入搅拌釜，在转速为900r/min的条件下，进行搅拌并加入防腐填料、硬脂酸单甘油酯、聚二甲基硅氧烷、去离子水，在转速为1800r/min的条件下，进行搅拌40min后，进行研磨过300目筛网，制得混合料；

步骤s2：将ab-hga水性环氧树脂固化剂和混合料以质量比1:3的比例混合，在转速为800r/min的条件下，进行搅拌35min，制得防腐涂料。

所述的防腐填料由如下步骤制成：

步骤a1：将硝酸钠、石墨、浓硫酸加入反应釜中，在转速为400r/min，温度为28℃的条件下，进行搅拌18min后，加入高锰酸钾，在温度为35℃的条件下，进行搅拌3h后，加入去离子水，在温度为98℃的条件下，继续搅拌8min后，加入双氧水，在温度为45℃的条件下，继续搅拌1h后，静置5h后，过滤去除滤液，将滤饼依次用盐酸溶液和去离子水进行洗涤2次后，在转速为6000r/min的条件下，进行离心去除上清液，将底物进行烘干制得氧化石墨烯；

步骤a2：将正硅酸乙酯、乙醇、去离子水加入反应釜中，在转速为400r/min的条件下，进行搅拌均匀，调节体系ph值为3.5，温度为55℃的条件下，进行反应25min后，调节体系ph值为10，继续搅拌15min后，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在温度为65℃的条件下，继续搅拌1.5h后，过滤去除滤液，将滤饼和步骤a1制得的氧化石墨烯加入反应釜中，在转速为150r/min，温度为30℃的条件下，加入4-二甲氨基吡啶，进行反应h后，过滤去除滤液，将滤饼进行烘干，制得载体基料；

步骤a3：将辛基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、二甲苯加入反应釜中，在转速为200r/min，温度为60℃的条件下，进行搅拌15min后，滴加盐酸水溶液，滴加时间为1h，滴加完毕后，升温至温度为75℃的条件下，继续搅拌3h后，加入碳酸氢钠，继续搅拌至ph值为7，在温度为150℃的条件下，进行蒸馏去除蒸馏物，制得中间体1；

步骤a4：将氯铂酸和异丙醇进行混合，制得第一混合液，将三乙胺和异丙醇进行混合，制得第二混合液，将第一混合液和第二混合液进行混合制得催化液，将烯丙基二甲氧基硅烷、3-氨基丙烯、催化液加入反应釜中，通入氮气进行保护，在转速为150r/min，温度为130℃的条件下，进行反应6h后，冷却至室温制得中间体2；

步骤a5：将二甲基二甲氧基硅烷、步骤a4制得的中间体2、二甲苯加入反应釜中，在转速为200r/min，温度为60℃的条件下，进行搅拌15min后，滴加盐酸水溶液，滴加时间为0.5h，滴加完毕后，升温至温度为80℃的条件下，继续搅拌3h后，加入碳酸氢钠，继续搅拌至ph值为7，在温度为150℃的条件下，进行蒸馏去除蒸馏物，制得中间体3，将载体基料、步骤a3制得的中间体1、中间体3加入反应釜中，在转速为120r/min，温度为30℃的条件下，加入4-二甲氨基吡啶，进行反应2h后，过滤去除滤液，将滤饼进行烘干，制得预载体；

步骤a6：将二甲苯、丁醇、步骤a5制得的预载体加入反应釜中，在转速为150r/min，温度为80℃的条件下，加入丙烯酸和过氧化二苯甲酰溶液，进行反应5h后，过滤去除滤液，将滤饼进行烘干制得防腐填料。

实施例3

一种水性环氧防腐涂料，由组分a和组分b组成，组分a由如下重量份原料制成：水性环氧树脂乳液120份、防腐填料30份、硬脂酸单甘油酯3份、聚二甲基硅氧烷3份、去离子水60份；组分b为ab-hga水性环氧树脂固化剂；

该水性环氧防腐涂料由如下步骤制成：

步骤s1:将水性环氧树脂乳液加入搅拌釜，在转速为1000r/min的条件下，进行搅拌并加入防腐填料、硬脂酸单甘油酯、聚二甲基硅氧烷、去离子水，在转速为2000r/min的条件下，进行搅拌50min后，进行研磨过300目筛网，制得混合料；

步骤s2：将ab-hga水性环氧树脂固化剂和混合料以质量比1:3的比例混合，在转速为800r/min的条件下，进行搅拌40min，制得防腐涂料。

所述的防腐填料由如下步骤制成：

步骤a1：将硝酸钠、石墨、浓硫酸加入反应釜中，在转速为500r/min，温度为30℃的条件下，进行搅拌20min后，加入高锰酸钾，在温度为40℃的条件下，进行搅拌3h后，加入去离子水，在温度为98℃的条件下，继续搅拌10min后，加入双氧水，在温度为45℃的条件下，继续搅拌1.5h后，静置8h后，过滤去除滤液，将滤饼依次用盐酸溶液和去离子水进行洗涤3次后，在转速为6000r/min的条件下，进行离心去除上清液，将底物进行烘干制得氧化石墨烯；

步骤a2：将正硅酸乙酯、乙醇、去离子水加入反应釜中，在转速为500r/min的条件下，进行搅拌均匀，调节体系ph值为3.5，温度为60℃的条件下，进行反应30min后，调节体系ph值为10，继续搅拌15min后，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在温度为70℃的条件下，继续搅拌2h后，过滤去除滤液，将滤饼和步骤a1制得的氧化石墨烯加入反应釜中，在转速为150r/min，温度为30℃的条件下，加入4-二甲氨基吡啶，进行反应3h后，过滤去除滤液，将滤饼进行烘干，制得载体基料；

步骤a3：将辛基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、二甲苯加入反应釜中，在转速为200r/min，温度为70℃的条件下，进行搅拌15min后，滴加盐酸水溶液，滴加时间为1h，滴加完毕后，升温至温度为80℃的条件下，继续搅拌5h后，加入碳酸氢钠，继续搅拌至ph值为7，在温度为150℃的条件下，进行蒸馏去除蒸馏物，制得中间体1；

步骤a4：将氯铂酸和异丙醇进行混合，制得第一混合液，将三乙胺和异丙醇进行混合，制得第二混合液，将第一混合液和第二混合液进行混合制得催化液，将烯丙基二甲氧基硅烷、3-氨基丙烯、催化液加入反应釜中，通入氮气进行保护，在转速为150r/min，温度为140℃的条件下，进行反应6h后，冷却至室温制得中间体2；

步骤a5：将二甲基二甲氧基硅烷、步骤a4制得的中间体2、二甲苯加入反应釜中，在转速为200r/min，温度为70℃的条件下，进行搅拌15min后，滴加盐酸水溶液，滴加时间为1h，滴加完毕后，升温至温度为80℃的条件下，继续搅拌5h后，加入碳酸氢钠，继续搅拌至ph值为7，在温度为150℃的条件下，进行蒸馏去除蒸馏物，制得中间体3，将载体基料、步骤a3制得的中间体1、中间体3加入反应釜中，在转速为150r/min，温度为30℃的条件下，加入4-二甲氨基吡啶，进行反应3h后，过滤去除滤液，将滤饼进行烘干，制得预载体；

步骤a6：将二甲苯、丁醇、步骤a5制得的预载体加入反应釜中，在转速为150r/min，温度为85℃的条件下，加入丙烯酸和过氧化二苯甲酰溶液，进行反应5h后，过滤去除滤液，将滤饼进行烘干制得防腐填料。

对比例

本对比例为市场上一种常见的防腐涂料。

对实施例1-3和对比例制得的防腐涂料进行性能测试，测试结果如下表1所示；

表1

由上表1可知实施例1-3制得的防腐涂料在质量分数为5％的硫酸溶液，25℃，浸泡30天，不起泡，在质量分数5％氢氧化钠溶液，25℃，浸泡30天，不起泡，在质量分数4％氯化钠溶液，40℃，浸泡90天，不起泡，而对比例在质量分数为5％的硫酸溶液，25℃，浸泡30天，在质量分数5％氢氧化钠溶液，25℃，浸泡30天，在质量分数4％氯化钠溶液，40℃，浸泡90天，均出现起泡现象，表面本发明具有很好的耐腐蚀性。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

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