一种具有长期贮存稳定性的环保水性富铝涂料

摘要

一种具有长期贮存稳定性的环保水性富铝涂料，涉及一种防腐涂料，该涂料包括以下组分和含量：改性片状铝粉2～15份，改性球状铝粉10～65份，水性树脂3‑20份，乳化剂0.01～1份，分散剂5～10份，助溶剂5～20份，流平剂0.1～3份，润湿剂0.1～3份，防沉剂0.1～2份，消泡剂0.01～1份，增稠剂0.01~1份，去离子水10～50份。本发明有效降低了毒性有机溶剂的使用量，避免资源浪费和环境污染。同时以硅烷为前驱体，采用溶胶‑凝胶法制备改性铝粉。解决了铝粉分散性差和析氢涨桶的问题，一方面增加了水性富铝涂料中铝粉的添加量，增强了其防腐性能；另一方面极大地增强了水性富铝防腐涂料的贮存稳定性，延长了贮存时间。

说明书

技术领域

本发明涉及环保功能型涂料领域，具体为一种具有长期贮存稳定性的环保水性富铝涂料。

背景技术

铝涂层因其优异的防腐性能被广泛应用于电力、交通、建筑、石油化工等行业。传统的铝涂料常以有机物（苯类、醇醚类、酯类等）为溶剂、有机树脂为主要成膜物进行制备，不仅对环境有着严重的污染，更是对人体有着致命的危害。随着对环保要求的不断提高、对涂料影响认知的不断增强，各国已将对VOC的控制纳入到了法律法规。因此，减少涂料中VOC的排放，正逐步成为各大涂料产业、应用企业主要攻克的方向。近年来，水性涂料凭借“绿色”、“低碳 ”、“高性能”、“广泛适用”等优点受到了消费者的青睐，正在逐渐取代传统溶剂型涂料的主导地位。水性涂料利用水或者其他介质作为溶剂，因具有较高的金属附着性、粘结性能，且化学性能稳定，在使用过程中无挥发性有机溶剂，成为各国关注的重点。

但是针对于铝涂料，水性化主要由两个难点：（1）铝粉活性高，在水环境下容易与水反应而产生的氢气，导致涂料因析氢而导致失效；（2）铝粉密度小，想达到体系中铝粉的高含量存在一定难题，但只有合适的铝粉添加量才能够保证铝涂层的牺牲阳极保护作用。针对以上两个难点，国内外专家学者做了大量的工作，任然没有有效的解决上述问题。

针对目前该领域所存在的问题，弥补现有技术的不足，解决水性富铝防腐涂料所存在的防腐性能差，分散性不好，长期储存难等问题，为此，本发明针对上述两个难题展开工作。

发明内容

本发明提供一种具有长期贮存稳定性的环保水性富铝涂料，本发明以硅烷为前驱体，采用溶胶-凝胶法制备改性铝粉，进行涂料的合理配置，有效的解决了上述技术中存在的问题。既能保证涂料具有环保、绿色、无污染的特点，有效地降低了毒性有机溶剂的使用量，同时以硅烷为前驱体，采用溶胶-凝胶法制备改性铝粉。解决了铝粉分散性差和析氢涨桶的问题，极大地增加了水性富铝防腐涂料中铝粉的添加量，使涂料具有了优异的防腐性能和稳定性。

本发明的技术方案是：

一种环保水性富铝涂料，其特征在于，按重量份数计，该环保水性富铝涂料包括以下组分和含量：改性片状铝粉2～15份，改性球状铝粉10～65份，水性树脂3-20份，乳化剂0.01～1份，分散剂5～10份，助溶剂5～20份，流平剂0.1～3份，润湿剂0.1～3份，防沉剂0.1～2份，消泡剂0.01～1份，增稠剂0.01~1份，去离子水10～50份。

所述的环保水性富铝涂料，片状改性铝粉片径为5～25µm，厚度为0.1～0.5µm，以硅烷为前驱体，采用溶胶-凝胶法制备的改性片状铝粉。

所述的环保水性富铝涂料，球状改性铝粉球径为6～30um，以硅烷前驱体，采用溶胶-凝胶法制备的改性球状铝粉。

所述的环保水性富铝涂料，硅烷为TEOS、KH540、KH550、KH560、KH561、KH570、KH571、KH580、KH590、中的一种或两种以上。

所述的环保水性富铝涂料，乳化剂为OP-10、NP-9中的一种或两种以上，分散剂为乙醇、甲醇、乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、二丙二醇中的一种或两种以上，助溶剂为乙二醇丁醚、丙二醇乙醚、丙二醇甲醚、乙二醇甲醚醋酸乙酯、丙二醇甲醚醋酸乙烯酯中的一种或两种以上，流平剂为硅油、聚二甲基硅氧烷、聚醚聚酯改性有机硅氧烷、烷基改性有机硅氧烷、端基改性有机硅、丙烯酸酯类中的一种或两种以上，增稠剂为羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素中的一种或两种以上，润湿剂为HY-1608A、HY-352、HY-6170中的一种或两种以上，防沉剂为有机膨润土、蓖麻油衍生物、气相二氧化硅、聚烯烃微粒中的一种或两种以上，消泡剂为二甲基硅油。

所述的环保水性富铝涂料，水性树脂为水性环氧树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂、水性氟碳树脂、水性聚硅氧烷树脂中的一种或两种以上。

所述的环保水性富铝涂料，其水性涂料用铝粉的处理工艺如下：

步骤1、以片状铝粉和球状铝粉为原料，其片状铝粉片径为5～25µm，球状铝粉球径为6～30um。各取200g，分别用质量分数10%的NaOH溶液（500~1000ml）搅拌洗涤10~40min，之后再用无水乙醇洗涤2~3遍，溶解铝粉表面的矿物油、硬脂肪酸等包覆膜，再用去离子水洗涤3遍、无水乙醇洗1遍、之后抽滤和烘干（30℃，1h~10h），获得表面处理后铝粉。

步骤2、将表面处理后的100g铝粉加入到500ml的乙二醇单丁醚中，室温下充分搅拌20~60min，搅拌速度400~2000r/min，随后升温至40℃，加入100~300g硅烷，继续搅拌20~60min，搅拌速度400~2000r/min，然后在搅拌的条件下滴加100~300g去离子水，并用乙酸和三乙醇胺调节PH为7~8之间，之后在40℃条件下反应4-10h，最后将产物进行过滤、无水乙醇洗涤2~3次，30℃下烘干1-10h，获得表面改性后的铝粉。

所述的环保水性富铝涂料，其水性涂料的配置过程包括以下步骤：

首先将水性树脂分散于水、助溶剂和分散剂中，充分分散10-50min。加入片状改性铝粉和球状改性铝粉中的一种或两种，充分搅拌混合30~80min，之后加入乳化剂，流平剂，润湿剂，防沉剂，消泡剂，增稠剂，充分搅拌混合1~6h，制得最终的环保水性富铝涂料。

所述的环保水性富铝涂料的应用，将制备好的环保水性富铝涂料进行贮存稳定性试验，在5～30℃的环境下可储存6～12月，无胀桶现象发生；将涂料喷涂到碳钢样片上，常温固化12～36h后，获得厚度为50～80μm的水性富铝涂层，涂层中性盐雾性能可大于1500h。

本发明技术特点是：

本发明环保水性富铝涂料以水作为溶剂，有效地降低了毒性有机溶剂的使用量，避免资源浪费和环境污染。在生产和涂刷工程中以及涂刷后没有有害溶剂的挥发，具有绿色、环保、无污染的特点。同时以硅烷为前驱体，采用溶胶-凝胶法制备改性铝粉。解决了铝粉分散性差和析氢涨桶的问题，一方面增加了水性富铝涂料中铝粉的添加量，增强了其防腐性能；另一方面极大地增强了水性富铝防腐涂料的贮存稳定性，大大延长了贮存时间。使涂料具有了优异的防腐性能和稳定性。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明提供的涂料绿色环保，无污染环境，无公害，对生产人员和施工人员的身体健康无危害。

2、本发明涂料中铝粉的添加量高，进一步强化了水性富铝涂料的防腐性能，涂层盐雾性能大于1500h，具有优异的耐腐蚀性能。

3、本发明涂料的施工期可达4h以上，无团聚和失效现象。在5～30℃的环境下可储存6～12个月，无涨桶现象发生。具有优异的贮存稳定性。

4、本发明提供环保水性富铝涂料的制备方法，制备工艺简单，可用于大规模的工业化生产。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进一步详细描述。

实施例1：

本实施例中，环保水性富铝涂料的制备方法如下：

1、以200g球状铝粉为原料，用质量分数10%的NaOH溶液（1000ml）搅拌洗涤30min，之后用无水乙醇洗涤2~3遍，再用去离子水洗涤3遍、无水乙醇洗1遍、之后抽滤和烘干（30℃，10h），获得表面处理后铝粉。

2、将表面处理后的100g铝粉加入到500ml的乙二醇单丁醚中，室温下充分搅拌20min，搅拌速度800r/min，随后升温至40℃，加入100g硅烷，继续搅拌20min，搅拌速度800r/min，然后在搅拌的条件下滴加100g去离子水，并用乙酸和三乙醇胺调节PH为7~8之间，之后在40℃条件下反应8h，最后将产物进行过滤、无水乙醇洗涤2~3次，30℃下烘干10h，获得表面改性后的铝粉。

3、将8g水性树脂分散于13.9g水、11.2g乙二醇丁醚和1g乙醇中，充分分散20min。加入15g球状改性铝粉，充分搅拌混合50min，之后加入0.1gNP-9，0.1g硅油，0.2g羟甲基纤维素，0.2gHY-1608A，0.2g蓖麻油衍生物，0.1g二甲基硅油，充分搅拌混合1h，制得最终的环保水性富铝涂料。

将制备好的环保水性富铝涂料进行贮存稳定性试验，在5～30℃的环境下可储存10月，无胀桶现象发生；将涂料喷涂到碳钢样片上，涂料的施工期可达4h以上，无团聚和失效现象。常温固化24h后，获得厚度为60μm的水性富铝涂层，涂层中性盐雾性1500h无红锈产生。

实施例2：

1、以200g球状铝粉为原料，用质量分数10%的NaOH溶液（1000ml）搅拌洗涤30min，之后用无水乙醇洗涤2~3遍，再用去离子水洗涤3遍、无水乙醇洗1遍、之后抽滤和烘干（30℃，10h），获得表面处理后铝粉。

2、将表面处理后的100g铝粉加入到500ml的乙二醇单丁醚中，室温下充分搅拌20min，搅拌速度800r/min，随后升温至40℃，加入100g硅烷，继续搅拌20min，搅拌速度800r/min，然后在搅拌的条件下滴加100g去离子水，并用乙酸和三乙醇胺调节PH为7~8之间，之后在40℃条件下反应8h，最后将产物进行过滤、无水乙醇洗涤2~3次，30℃下烘干10h，获得表面改性后的铝粉。

3、将8g水性树脂分散于11.2g水、8.9g丙二醇乙醚和1g乙二醇中，充分分散20min。加入20g球状改性铝粉，充分搅拌混合50min，之后加入0.1gOP-10，0.1g聚二甲基硅氧烷，0.2g羟乙基纤维素，0.2gHY-352，0.2g有机膨润土，0.1g二甲基硅油，充分搅拌混合1h，制得最终的环保水性富铝涂料。

将制备好的环保水性富铝涂料进行贮存稳定性试验，在5～30℃的环境下可储存11月，无胀桶现象发生；将涂料喷涂到碳钢样片上，涂料的施工期可达4h以上，无团聚和失效现象。常温固化17h后，获得厚度为60μm的水性富铝涂层，涂层中性盐雾性1500h无红锈产生。

实施例3：

1、以200g球状铝粉为原料，用质量分数10%的NaOH溶液（1000ml）搅拌洗涤30min，之后用无水乙醇洗涤2~3遍，再用去离子水洗涤3遍、无水乙醇洗1遍、之后抽滤和烘干（30℃，10h），获得表面处理后铝粉。

2、将表面处理后的100g铝粉加入到500ml的乙二醇单丁醚中，室温下充分搅拌20min，搅拌速度800r/min，随后升温至40℃，加入100g硅烷，继续搅拌20min，搅拌速度800r/min，然后在搅拌的条件下滴加100g去离子水，并用乙酸和三乙醇胺调节PH为7~8之间，之后在40℃条件下反应8h，最后将产物进行过滤、无水乙醇洗涤2~3次，30℃下烘干10h，获得表面改性后的铝粉。

3、将8g水性树脂分散于7.3g水、5.8g丙二醇甲醚和1g甲醇中，充分分散20min。加入30g球状改性铝粉，充分搅拌混合50min，之后加入0.1gNP-9，0.1g聚醚聚酯改性有机硅氧烷，0.2g羟丙基纤维素，0.2gHY-6170，0.2g气相二氧化硅，0.1g二甲基硅油，充分搅拌混合1h，制得最终的环保水性富铝涂料。

将制备好的环保水性富铝涂料进行贮存稳定性试验，在5～30℃的环境下可储存12月，无胀桶现象发生；将涂料喷涂到碳钢样片上，涂料的施工期可达4h以上，无团聚和失效现象。常温固化24h后，获得厚度为80μm的水性富铝涂层，涂层中性盐雾性1600h无红锈产生。

实施例4：

1、以200g片状铝粉为原料，用质量分数10%的NaOH溶液（1000ml）搅拌洗涤30min，之后用无水乙醇洗涤2~3遍，再用去离子水洗涤3遍、无水乙醇洗1遍、之后抽滤和烘干（30℃，10h），获得表面处理后铝粉。

2、将表面处理后的100g铝粉加入到500ml的乙二醇单丁醚中，室温下充分搅拌20min，搅拌速度800r/min，随后升温至40℃，加入100g硅烷，继续搅拌20min，搅拌速度800r/min，然后在搅拌的条件下滴加100g去离子水，并用乙酸和三乙醇胺调节PH为7~8之间，之后在40℃条件下反应8h，最后将产物进行过滤、无水乙醇洗涤2~3次，30℃下烘干10h，获得表面改性后的铝粉。

3、将8g水性树脂分散于18.1g水、14.5g丙二醇乙醚和1g乙醇中，充分分散20min。加入7.5g片状改性铝粉，充分搅拌混合50min，之后加入0.1gOP-10，0.1g聚二甲基硅氧烷，0.2g羟丙基纤维素，0.2gHY-352，0.2g蓖麻油衍生物，0.1g二甲基硅油，充分搅拌混合1h，制得最终的环保水性富铝涂料。

将制备好的环保水性富铝涂料进行贮存稳定性试验，在5～30℃的环境下可储存11月，无胀桶现象发生；将涂料喷涂到碳钢样片上，涂料的施工期可达4h以上，无团聚和失效现象。常温固化18h后，获得厚度为70μm的水性富铝涂层，涂层中性盐雾性1600h无红锈产生。。

实施例5：

1、以200g球状铝粉和200g片状铝粉为原料，分别用质量分数10%的NaOH溶液（1000ml）搅拌洗涤30min，之后用无水乙醇洗涤2~3遍，再用去离子水洗涤3遍、无水乙醇洗1遍、之后抽滤和烘干（30℃，10h），获得表面处理后铝粉。

2、分别将表面处理后的100g铝粉加入到500ml的乙二醇单丁醚中，室温下充分搅拌20min，搅拌速度800r/min，随后升温至40℃，加入100g硅烷，继续搅拌20min，搅拌速度800r/min，然后在搅拌的条件下滴加100g去离子水，并用乙酸和三乙醇胺调节PH为7~8之间，之后在40℃条件下反应8h，最后将产物进行过滤、无水乙醇洗涤2~3次，30℃下烘干10h，获得表面改性后的铝粉。

3、将8g水性树脂分散于5.6g水、4.5g乙二醇丁醚和1g乙二醇中，充分分散20min。加入5g片状改性铝粉和25g球状改性铝粉，充分搅拌混合50min，之后加入0.1gNP-9，0.1g硅油，0.2g羟丙基纤维素，0.2gHY-352，0.2g蓖麻油衍生物，0.1g二甲基硅油，充分搅拌混合1h，制得最终的环保水性富铝涂料。

将制备好的环保水性富铝涂料进行贮存稳定性试验，在5～30℃的环境下可储存12月，无胀桶现象发生；将涂料喷涂到碳钢样片上，涂料的施工期可达4h以上，无团聚和失效现象。常温固化20h后，获得厚度为75μm的水性富铝涂层，涂层中性盐雾性1800h无红锈产生。