一种水性带锈转锈底漆涂料及其制备方法

摘要

本发明提供的一种水性带锈转锈底漆涂料及其制备方法，其由A组份和B组份混合均匀而成，A组份的原料成分组成按重量份计为：2‑10份转锈剂、2‑5份转锈助剂、5‑8份稳定剂、0.5‑3份缓蚀剂、2‑4份成膜助剂、0.1‑0.3份增稠剂、0.3‑0.6份润湿分散剂、0.2‑0.5份消泡剂、0.05‑0.2份杀菌剂、30‑50份水性环氧防锈乳液以及15‑25份去离子水，B组分为环氧固化剂。从而使得底漆涂料具有环保、附着力好、耐酸性、耐碱性、耐盐雾腐蚀以及使用寿命长的特点，可带锈涂装，便于施工。

说明书

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，具体地说，是一种水性带锈转锈底漆涂料及其制备方法。

背景技术

带锈转锈涂料是一种可直接涂刷在存在一定残余锈蚀钢铁表面的重防腐涂料，它能使残锈稳定钝化或转化，从而将活泼的锈蚀产物转化为稳定无害的物质，并成为漆膜的一部分。带锈转锈涂料简化了传统涂料涂装前的表面处理程序，大大降低了涂装成本和对环境及施工人员的危害，其防锈性能也优于常规的防腐蚀涂料，目前低表面处理带锈转锈涂料及其配套中涂漆已成为重防腐涂料研究的热点和重点。

在申请号CN201310538722.8的发明专利中介绍了一种新型带锈转锈涂料，其将络合单体、高效阻隔单体及粘结单体经自由基共聚制备合成树脂乳液，再由合成树脂乳液制成涂料，其具有保护金属表面，附着力强，并生成新的稳定性的保护层，且节约成本和施工时间，环境污染也较小，耐气候老化、耐光老化以及耐化学腐蚀能力强等优点，然而对于存在活性有害杂质和厚度较大的锈层包覆起来具有一定的困难，容易发生返锈。在申请号CN201410151441.1的发明专利中介绍了一种耐候带锈转锈涂料，其具有环境污染小，耐气候老化、耐光老化和耐化学腐蚀能力强等特点，然而其转锈剂主要由磷酸组成，磷酸是强酸，它在溶解钢铁表面的铁锈后可能会进一步腐蚀锈层下面的铁；另外，含磷酸的产品的排放问题也值得关注，因为磷酸若排放至水中会引起富营养化，造成严重的环境污染。在申请号CN201410125837.9的发明专利中介绍了一种可带锈涂装的无溶剂环氧防锈涂料，其甲组分由环氧树脂、活性稀释剂、防锈颜填料、填料以及助剂组成，具有可提高涂层与带锈钢基材的附着能力、方法工艺简单，适宜工业化生产，可推广应用于其它重防腐部位等特点，但因其主要靠活性颜料水解产生的杂多酸根离子螯合锈层因此需要较长的时间才能达到锈层的稳定，同时涂膜的快速干燥对活性颜料作用的发挥有一定的限制。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种水性带锈转锈底漆涂料及其制备方法，其克服现有技术的不足，使得底漆涂料具有环保、附着力好、稳定性好、耐酸性、耐碱性、耐盐雾腐蚀以及使用寿命长的特点。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为一种水性带锈转锈底漆涂料，由A组份和B组份混合均匀而成，A组份的原料成分组成按重量份计为：2-10份转锈剂、2-5份转锈助剂、5-8份稳定剂、0.5-3份缓蚀剂、2-4份成膜助剂、0.1-0.3份增稠剂、0.3-0.6份润湿分散剂、0.2-0.5份消泡剂、0.05-0.2份杀菌剂、30-50份水性环氧防锈乳液以及15-25份去离子水，B组分为环氧固化剂。

优选地，所述转锈剂为离子液体1-(乙基-1-羟基)-3-甲基咪唑没食子酸盐。

优选地，所述转锈助剂为离子液体1-(丙基-3-磺酸基)咪唑四氟硼酸盐。

优选地，所述稳定剂选自磷酸盐、铁酸盐和铬酸盐中的一种或两种以上，稳定剂水解后能与铁锈反应生成难溶的杂多酸盐络合物，对铁锈起着稳定的作用。

优选地，所述缓蚀剂选自硫脲、磷酸二氢锌或重铬酸钾中的一种或两种以上，缓蚀剂得以防止金属发生过腐蚀与“氢脆”。

优选地，所述润湿分散剂选自聚丙烯酸钠、磷酸三钠、硅酸盐、烷基酚聚氧乙烯醚和烷基芳基磺酸酯中的一种或两种以上。

优选地，所述消泡剂为聚硅氧烷和有机醇类化合物中的一种或两种，所述成膜助剂选自聚酯醇、聚乙烯醇、海藻酸钠和黄原胶中的一种或两种以上，成膜助剂对转锈剂在镀锌钢表面成膜具有重要促进作用。

一种水性带锈转锈底漆涂料的制备方法，其包括步骤：

S100将相应重量份的缓蚀剂、稳定剂、增稠剂、润湿分散剂、消泡剂、杀菌剂以及去离子水在800-1000r/min条件下搅拌分散5-30min得到混合液；

S200将相应重量份的转锈剂、转锈助剂、成膜助剂以及水性环氧防锈乳液在500-1500r/min条件下搅拌分散5-20min，向其中加入步骤S100中的混合液，在500-1500r/min条件下继续搅拌5-20min得到A组分；

S300将A组份和B组份按照2～3:1的比例混合均匀，熟化10-30min后得到水性带锈转锈底漆涂料，备用。

根据本发明的一实施例，所述步骤S200的所述转锈剂为离子液体1-(乙基-1-羟基)-3-甲基咪唑没食子酸盐，其制备包括步骤：

S211将2-氯乙醇与乙醇混合配制成质量分数为30-50％的溶液后，加入与2-氯乙醇等摩尔的N-甲基咪唑，在450-750r/min条件下搅拌加热升温至50-80℃后反应6-24h，离心洗涤得到中间体；

S212将步骤S211中的中间体与水混合配制成质量分数为40-60％的水溶液后，加入与2-氯乙醇等摩尔的没食子酸，在500-1000r/min条件下搅拌加热升温至60-80℃后反应6-48h，离心洗涤得到转锈剂，备用。

根据本发明的一实施例，所述转锈助剂为离子液体1-(丙基-3-磺酸基)咪唑四氟硼酸盐，其制备包括步骤：

S221将1,3-丙烷磺酸内酯与乙酸乙酯混合配制成质量分数为30-50％的溶液后，加入与1,3-丙烷磺酸内酯等摩尔的咪唑，在450-750r/min条件下搅拌加热升温至50-80℃后反应6-18h，离心洗涤得到中间体；

S222将步骤S221中的中间体与水混合配制成质量分数为40-60％的水溶液后，加入等摩尔的38％的四氟硼酸，在300-500r/min条件下搅拌加热升温至60-90℃后反应2-12h，离心洗涤得到转锈助剂，备用。

本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

(1)本发明的水性带锈转锈底漆涂料具有环保、附着力好、稳定性好、耐盐水性、耐碱性、耐盐雾腐蚀以及使用寿命长的特点，同时其制备工艺简单、易操作，适合于工业化生产；

(2)转锈剂的阳离子咪唑上含有羟基可与阴离子没食子酸上的酚羟基共同形成螯合基团，在转锈助剂的作用下易与锈层中的金属离子如铁离子、锌离子、铝离子等作用生成螯合物,它具有的众多极性基团使它与钢铁、镀锌钢铁基体有良好的附着力,能在基体上形成网状的附着力良好的不溶性的保护膜，具有钝化缓蚀作用；

(3)转锈助剂可溶解锈层并在基体表面成钝化膜，转锈剂通过螯合作用在基体表面产生螯合物膜层与钝化膜一起对基体具有防锈作用；

(4)稳定剂在成膜后通过水解产生的配位阴离子与活泼的金属氧化物生成难溶的杂多酸络合物，从而协同转锈剂起到带锈涂装的作用；

(5)转锈剂和转锈助剂可作为渗透剂，利用漆料对疏松铁锈的物理浸透和包封，使铁锈同外界腐蚀介质隔绝，失去活性不再继续产生新的锈蚀；

(6)水性带锈转锈底漆涂料在钢铁基材除锈和对管道、储罐、钢梁、桥架、钢铁基材的设施设备进行维护等工作方面有自己的独特优势，它无需对钢铁基材使用酸洗、磷化、喷砂、抛丸等除锈手段，可以带锈涂装，只需把基材表面处理平整后，将水性带锈转锈底漆涂料涂覆在基材表面即可，其应用前景非常广阔，施工性能好同时与外部涂层的附着力好。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

一种水性带锈转锈底漆涂料的制备方法，其包括步骤：

S100将相应重量份的缓蚀剂、稳定剂、增稠剂、润湿分散剂、消泡剂、杀菌剂以及去离子水在800-1000r/min条件下搅拌分散5-30min得到混合液；

S200将相应重量份的转锈剂、转锈助剂、成膜助剂以及水性环氧防锈乳液在500-1500r/min条件下搅拌分散5-20min，向其中加入步骤S100中的混合液，在500-1500r/min条件下继续搅拌5-20min得到A组分；

S300将A组份和B组份按照2～3:1的比例混合均匀，熟化10-30min后得到水性带锈转锈底漆涂料，备用。

其中，所述步骤S200的所述转锈剂为离子液体1-(乙基-1-羟基)-3-甲基咪唑没食子酸盐，其制备包括步骤：

S211将2-氯乙醇与乙醇混合配制成质量分数为30-50％的溶液后，加入与2-氯乙醇等摩尔的N-甲基咪唑，在450-750r/min条件下搅拌加热升温至50-80℃后反应6-24h，离心洗涤得到中间体；

S212将步骤S211中的中间体与水混合配制成质量分数为40-60％的水溶液后，加入与2-氯乙醇等摩尔的没食子酸，在500-1000r/min条件下搅拌加热升温至60-80℃后反应6-48h，离心洗涤得到转锈剂，备用。

转锈剂对水性带锈转锈底漆涂料的制备起了重要作用，阳离子咪唑上含有羟基可以与阴离子没食子酸的酚羟基共同与金属离子配位产生稳定的配体。

其中，所述转锈助剂为离子液体1-(丙基-3-磺酸基)咪唑四氟硼酸盐，其制备包括步骤：

S221将1,3-丙烷磺酸内酯与乙酸乙酯混合配制成质量分数为30-50％的溶液后，加入与1,3-丙烷磺酸内酯等摩尔的咪唑，在450-750r/min条件下搅拌加热升温至50-80℃后反应6-18h，离心洗涤得到中间体；

S222将步骤S221中的中间体与水混合配制成质量分数为40-60％的水溶液后，加入等摩尔的38％的四氟硼酸，在300-500r/min条件下搅拌加热升温至60-90℃后反应2-12h，离心洗涤得到转锈助剂，备用。

转锈助剂呈酸性，可将锈层溶解，形成金属离子，以实现下一步转锈剂与金属粒子形成配体。

转锈剂和转锈助剂对锈层具有较强的渗透能力，能充分浸润、渗透到整个疏松多孔的锈层，使铁锈粘结成连续封闭的涂层，以封闭锈层及钢铁表面。转锈助剂溶解锈层，形成金属离子，转绣剂分子中阳离子咪唑上含有羟基可以与阴离子没食子酸的酚羟基共同与锈蚀中的金属离子发生反应形成具有M-O-C结构的络合物，该络合物对底层金属起到保护作用。另外，稳定剂可在成膜后通过缓慢的水解而相互反应，进一步形成难溶的杂多酸络合物，协同转绣剂将有害的铁锈转化为有益的保护层，牢牢地附着在金属表面，以获得持久的缓蚀及防锈目的。

本发明实施例采用的化学试剂均为市购：磷酸盐(磷酸锌等)、铁酸盐(铁酸钡、铁酸锌和铁酸镁等)、铬酸盐(铬酸锌、铬酸钙和铬酸钡等)购自于河南万裕化工原料有限公司；缓蚀剂(硫脲、磷酸二氢锌和重铬酸钾)购自于天津市龙胜化工有限公司；成膜助剂购自于武汉欣朗科技有限公司；润湿分散剂、消泡剂、成膜剂和增稠剂购自于济南润昌化工有限公司；杀菌剂购自于广州中万新材料有限公司；水性环氧防锈乳液购自于上海久优化工科技有限公司；环氧固化剂购自于无锡惠隆电子材料有限公司。

实施例1

水性带锈转锈底漆涂料的制备方法如下：

(1)将稳定剂5重量份、0.5重量份缓蚀剂、0.1增稠剂、0.3重量份润湿分散剂、0.2重量份消泡剂、0.05重量份杀菌剂以及15重量份去离子水在800r/min条件下搅拌分散30min得到混合液；

(2)将2重量份转锈剂、2重量份转锈助剂、2重量份成膜助剂以及30重量份水性环氧防锈乳液在500r/min条件下搅拌分散20min，向其中加入步骤(1)中的混合液，在500r/min条件下继续搅拌20min得到A组分；

(3)将A组份和B组份按照2:1的比例混合均匀，熟化30min后得到水性带锈转锈底漆涂料，备用；

所述转锈剂的具体制备方法如下：

(1)将2-氯乙醇与乙醇混合配制成质量分数为30％的溶液后，加入与2-氯乙醇等摩尔的N-甲基咪唑，在450r/min条件下搅拌加热升温至50℃后反应24h，离心洗涤得到中间体；

(2)将步骤(1)中的中间体与水混合配制成质量分数为40％的水溶液后，加入与2-氯乙醇等摩尔的没食子酸，在500r/min条件下搅拌加热升温至600℃后反应48h，离心洗涤得到转锈剂，备用。

转锈助剂的具体制备方法如下：

(1)将1,3-丙烷磺酸内酯与乙酸乙酯混合配制成质量分数为30％的溶液后，加入与1,3-丙烷磺酸内酯等摩尔的N-甲基咪唑，在450r/min条件下搅拌加热升温至50℃后反应18h，离心洗涤得到中间体；

(2)将步骤(1)中的中间体与水混合配制成质量分数为40％的水溶液后，加入等摩尔的38％的四氟硼酸，在300r/min条件下搅拌加热升温至60℃后反应12h，离心洗涤得到转锈助剂，备用。

实施例2

水性带锈转锈底漆涂料的制备方法如下：

(1)将稳定剂6重量份、3重量份缓蚀剂、0.3增稠剂、0.6重量份润湿分散剂、0.5重量份消泡剂、0.2重量份杀菌剂以及25重量份去离子水在1000r/min条件下搅拌分散10min得到混合液；

(2)将5重量份转锈剂、3重量份转锈助剂、4重量份成膜助剂以及50重量份水性环氧防锈乳液在1500r/min条件下搅拌分散10min，向其中加入步骤(1)中的混合液，在1500r/min条件下继续搅拌10min得到A组分；

(3)将A组份和B组份按照2:1的比例混合均匀，熟化30min后得到水性带锈转锈底漆涂料，备用；

所述转锈剂的具体制备方法如下：

(1)将2-氯乙醇与乙醇混合配制成质量分数为50％的溶液后，加入与2-氯乙醇等摩尔的N-甲基咪唑，在700r/min条件下搅拌加热升温至80℃后反应12h，离心洗涤得到中间体；

(2)将步骤(1)中的中间体与水混合配制成质量分数为50％的水溶液后，加入与2-氯乙醇等摩尔的没食子酸，在1000r/min条件下搅拌加热升温至80℃后反应24h，离心洗涤得到转锈剂，备用。

转锈助剂的具体制备方法如下：

(1)将1,3-丙烷磺酸内酯与乙酸乙酯混合配制成质量分数为50％的溶液后，加入与1,3-丙烷磺酸内酯等摩尔的N-甲基咪唑，在600r/min条件下搅拌加热升温至80℃后反应12h，离心洗涤得到中间体；

(2)将步骤(1)中的中间体与水混合配制成质量分数为50％的水溶液后，加入等摩尔的38％的四氟硼酸，在500r/min条件下搅拌加热升温至80℃后反应12h，离心洗涤得到转锈助剂，备用。

实施例3

水性带锈转锈底漆涂料的制备方法如下：

(1)将稳定剂8重量份、3重量份缓蚀剂、0.3增稠剂、0.6重量份润湿分散剂、0.5重量份消泡剂、0.2重量份杀菌剂以及25重量份去离子水在1000r/min条件下搅拌分散5min得到混合液；

(2)将10重量份转锈剂、5重量份转锈助剂、4重量份成膜助剂以及50重量份水性环氧防锈乳液在1500r/min条件下搅拌分散5min，向其中加入步骤(1)中的混合液，在1500r/min条件下继续搅拌5min得到A组分；

(3)将A组份和B组份按照3:1的比例混合均匀，熟化10min后得到水性带锈转锈底漆涂料，备用；

所述转锈剂的具体制备方法如下：

(1)将2-氯乙醇与乙醇混合配制成质量分数为50％的溶液后，加入与2-氯乙醇等摩尔的N-甲基咪唑，在750r/min条件下搅拌加热升温至80℃后反应6h，离心洗涤得到中间体；

(2)将步骤(1)中的中间体与水混合配制成质量分数为60％的水溶液后，加入与2-氯乙醇等摩尔的没食子酸，在1000r/min条件下搅拌加热升温至80℃后反应6h，离心洗涤得到转锈剂，备用。

转锈助剂的具体制备方法如下：

(1)将1,3-丙烷磺酸内酯与乙酸乙酯混合配制成质量分数为50％的溶液后，加入与1,3-丙烷磺酸内酯等摩尔的N-甲基咪唑，在750r/min条件下搅拌加热升温至80℃后反应6h，离心洗涤得到中间体；

(2)将步骤(1)中的中间体与水混合配制成质量分数为60％的水溶液后，加入等摩尔的38％的四氟硼酸，在500r/min条件下搅拌加热升温至90℃后反应2h，离心洗涤得到转锈助剂，备用。

实施例4

水性带锈转锈底漆涂料的制备方法同实施例2，只是不添加转锈剂、转锈助剂以及稳定剂。

实施例5

水性带锈转锈底漆涂料的制备方法同实施例2，只是不添加转锈剂以及转锈助剂。

实施例6

水性带锈转锈底漆涂料以及转锈剂的制备方法同实施例2，只是不添加转锈助剂。

实施例7

水性带锈转锈底漆涂料以及转锈助剂的制备方法同实施例2，只是不添加转锈剂。

实施例8

水性带锈转锈底漆涂料、转锈剂以及转锈助剂的制备方法同实施例2，只是不添加稳定剂。

对比例1

常规底漆涂料的制备方法同实施例2，A组分组成按重量份计为：磷酸8份、单宁酸2份、稳定剂5-8份、缓蚀剂0.5-3份、成膜助剂2-4份、增稠剂0.1-0.3份、润湿分散剂0.3-0.6份、消泡剂0.2-0.5份、杀菌剂0.05-0.2份、水性环氧防锈乳液30-50份以及去离子水15-25份，B组分为环氧固化剂。

性能测试

实施1～8和对比例制备的底漆涂料的性能测试结果如表1所示。

水性带锈转锈底漆涂料的划格法附着力性能测试参照国家标准GB/T9286-1998；水性带锈转锈底漆涂料的耐水性能测试参照国家标准GB/T1733-1993；水性带锈转锈底漆涂料的耐碱以及耐盐水性能测试参照国家标准GB/T1763-1989；水性带锈转锈底漆涂料的耐打磨性能参照国家标准GB/T1770-1979；水性带锈转锈底漆涂料的耐烟雾性能参照国家标准GB/T1771-2007；水性带锈转锈底漆涂料的拉开法附着力性能测试参照国家标准GB/T5210-2006。

表1实施例1-8所制的水性带锈转锈底漆涂料主要性能指标

具体施工方式：

A.底材打磨，除去浮锈使基材平整；

B.喷涂水性带锈转锈底漆涂料一道，干膜厚度15～20μm，自然干燥30min后喷涂外层面漆，外层面漆为丙烯酸面漆，其中，实施例2、5、6、7、8以及对比例1的涂料对外层涂料的附着力的性能测试结果如表2所述。

表2实施例和对比例1对外层涂料的附着力性能测试

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。