一种水性环氧富锌涂料及其制备方法与流程

本发明涉及防腐涂料，特别是涉及一种水性环氧富锌涂料及其制备方法。

背景技术：

1、水性环氧富锌涂料是一种新型的环保型防腐底漆，具有优异的防腐性能和良好的施工性能。其技术背景可以追溯到传统的有机硅富锌涂料，在传统的有机硅富锌涂料中，锌粉的加入是为了通过牺牲阳极保护机制来防止金属基体的腐蚀。然而，这些传统涂料在某些方面仍存在局限，如涂层的屏障性能、耐化学品性能和机械强度等。

2、氧化石墨烯作为一种二维纳米材料，氧化石墨烯具有极高的比表面积和强大的机械强度，这使得它在微量添加时就能显著提高涂层的阻隔性和抗裂性能。氧化石墨烯在涂层中形成的紧密堆叠结构大大增加了腐蚀介质穿透涂层到达金属表面的难度，从而提高了整体的防腐效果。此外，氧化石墨烯还能提升涂层的耐磨损性和耐化学品性能，这对于处于恶劣环境中的金属结构尤其重要。鳞片状锌粉的使用则是为了优化锌粉在涂料中的性能。与传统的球形锌粉相比，鳞片状锌粉由于其更大的比表面积和更优的层状排列，能在涂层中形成更加紧密的保护层。这种结构不仅能增强涂层的屏隔效果，还能提供更均匀和有效的阴极保护。此外，鳞片状锌粉的形状和排列还有助于提高涂层的整体机械性能，包括耐磨性和抗冲击性。因此，氧化石墨烯和鳞片状锌粉的结合使用，可以显著提高涂层的防腐性能。

3、在涂料固化过程中，氧化石墨烯和鳞片状锌粉的加入会影响涂料的固化过程，氧化石墨烯可能会作为固化反应的催化剂或抑制剂，改变涂层的固化动力学和最终的交联密度。此外，氧化石墨烯的高比表面积易导致其在水性环境中聚集，从而影响涂层的性能和均匀性。因此，选择适合的分散剂和分散技术是实现氧化石墨烯在水性环氧富锌涂料中应用的关键。同时，鳞片状锌粉的加入也需要精确的控制，以保证其在涂料中的均匀分布和最佳的防腐效果。锌粉的过量可能会导致涂层的脆性增加，影响涂层的机械强度和附着力。因此，在配方设计时，需要严格考虑固化剂、分散剂以及锌粉等材料的类型和用量，以确保涂层的最终性能符合要求。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种水性环氧富锌涂料。

2、本发明的另一目的在于提供一种上述水性环氧富锌涂料的制备方法。本发明的水性环氧富锌涂料，制备工艺简单成本低，具有较高稳定性，适用于大规模生产；通过精确控制参数，能够为海工腐蚀环境提供具有显著经济效益的金属保护方案。

3、本发明是这样实现的，一种水性环氧富锌涂料，包括：水性环氧树脂、鳞片状锌粉、氧化石墨烯、硅酸乙酯、水性固化剂、分散剂、湿润剂、流平剂、消泡剂、增稠剂和去离子水；

4、所述水性环氧树脂、鳞片状锌粉、氧化石墨烯、硅酸乙酯、水性固化剂、分散剂、湿润剂、流平剂、消泡剂、增稠剂和去离子水的质量百分比之和为100％；

5、按质量百分比计，水性环氧树脂30-40％、鳞片状锌粉25-35％、氧化石墨烯0.5-2％、硅酸乙酯5-10％、水性固化剂15-25％、分散剂1-3％、湿润剂0.1-0.5％、流平剂0.1-1％、消泡剂0.1-0.5％、增稠剂0.5-2％。

6、优选的，所述水性环氧树脂的环氧值为180-200，固含量为58-62％；鳞片状锌粉的平均粒径为5-15μm，纯度要求在99％以上；氧化石墨烯的平均直径为10-20nm，纯度不低于99.5％；水性固化剂为水性环氧胺固化剂；分散剂为聚丙烯酸钠；湿润剂为聚醚改性硅油；流平剂为聚丙烯酰胺；消泡剂为硅油型消泡剂；增稠剂为羟乙基纤维素(hec)或羧甲基纤维素(cmc)。

7、一种水性环氧富锌涂料的制备方法，包括以下步骤：

8、s1、制备分散混合液和氧化石墨烯悬浊液

9、将水性环氧树脂和部分分散剂混合，搅拌均匀，得到分散均匀的环氧树脂乳液；

10、再将硅酸乙酯缓慢加入环氧树脂乳液中混合，待硅酸乙酯全部添加完后，继续搅拌一段时间，得到分散混合液；

11、将氧化石墨烯、余下的分散剂和部分去离子水混合，使用超声波设备进行分散，得到分散均匀的氧化石墨烯悬浊液；

12、s2、制备涂料基液

13、不断搅拌分散混合液，将氧化石墨烯悬浊液缓慢加入到分散混合液中混合；

14、继续搅拌，再缓慢加入鳞片状锌粉混合，搅拌均匀，得到涂料基液；

15、s3、制备水性环氧富锌涂料

16、将湿润剂和流平剂缓慢加入到涂料基液中混合，搅拌均匀；

17、继续搅拌，再缓慢加入消泡剂混合；

18、继续搅拌，再逐步加入增稠剂和余量的去离子水混合，搅拌均匀，控制涂料基液的粘度范围介于1000-3000cp之间；

19、继续搅拌，控制水性固化剂温度和涂料基液一致，再逐步加入水性固化剂混合，搅拌均匀；

20、再添加稀盐酸或稀氢氧化钠溶液，调整涂料基液的ph值介于7.0到9.0之间，得到水性环氧富锌涂料。

21、优选的，所述步骤s1中，环氧树脂乳液中分散剂的添加量为涂料总质量的0.5-1.5％；制备环氧树脂乳液过程中，使用水浴锅或加热夹套控制温度介于20-25℃，使用高剪切搅拌器进行混合搅拌，将高剪切搅拌器的搅拌速率设置为100-300rpm，然后逐渐增加到500-3000rpm，并保证搅拌期间不引入过多的气泡，高剪切搅拌器的搅拌时间控制在30min-1h之间；

22、加入硅酸乙酯混合过程中，使用高剪切搅拌器进行搅拌，控制混合过程中的温度介于20-25℃。

23、优选的，所述步骤s1中，氧化石墨烯悬浊液中，去离子水的质量为氧化石墨烯质量的2-3倍；控制超声波设备的功率密度范围为0.5-2w/ml，频率范围为20-40khz；控制分散过程中的温度介于20-25℃。

24、优选的，所述步骤s2中，加入氧化石墨烯悬浊液混合过程中，搅拌速率为500-1000rpm，搅拌时间控制在5-10min之间；控制混合过程中的温度介于20-25℃。

25、优选的，所述步骤s2中，加入鳞片状锌粉混合过程中，搅拌速率为300-800rpm，搅拌时间控制在15-30min之间；控制混合过程中的温度介于20-25℃。

26、优选的，所述步骤s3中，加入湿润剂和流平剂混合过程中，搅拌速度为300-500rpm；搅拌时间控制在5-10min之间；控制混合过程中的温度介于20-25℃；

27、加入消泡剂混合过程中，搅拌速度为300-500rpm，搅拌时间控制在3-5min；控制混合过程中的温度介于20-25℃。

28、优选的，所述步骤s3中，加入增稠剂和余量的去离子水混合过程中，搅拌速度为300-500rpm，搅拌时间依据涂料基液的粘度进行调整，控制混合过程中的温度介于20-25℃；

29、加入水性固化剂混合过程中，水性固化剂的温度介于20-25℃；搅拌速度为100-300rpm，搅拌时间控制在15-20min。

30、优选的，所述步骤s3中，加入的稀盐酸或稀氢氧化钠溶液为分析纯，浓度为0.1m/l。

31、本发明具有的优点和积极效果是：

32、(1)本发明在制备的性环氧富锌涂料，展现了独特的创新性和优势。通过精心挑选的原料和严格控制的制备工艺，本发明不仅提高了料的防腐蚀性能和机械强度，还确保了涂料的环境友好性和应用效率，使其可应用于需要特别防腐蚀保护的环境，如海洋平台、远洋船舶和化工设施等。

33、(2)本发明在水性环氧富锌涂料的原料选择上追求高性能，且过优化配方和生产工艺，实现了有效的成本控制，能够为海工腐蚀环境提供具有经济效益的金属保护方案。

34、(3)本发明通过优化的涂料粘度和流变性能，以及良好的施工性能，使得涂层能够快速、均匀地铺展和固化，缩短了施工周期，提高了施工效率。

35、(4)本发明制备的水性环氧富锌涂料，使用鳞片状锌粉作为传统的防腐剂，通过牺牲阳极保护作用提供长期的金属防腐效果；氧化石墨烯的引入进一步提高了涂层的防腐性能，其独特的二维结构形成屏障效应，显著降低腐蚀介质的渗透速率。

36、(5)本发明制备的水性环氧富锌涂料，通过氧化石墨烯和鳞片状锌粉的结合使用，可以使涂料在微观层面形成更加致密的防护层，有效延长底材的使用寿命，实现协同增效的防腐保护。

37、(6)本发明选择氧化石墨烯加入涂料基液，不仅可以提高涂层的防腐性能，还可以改善涂层的机械强度和耐磨性。

38、(7)本发明在制备水性环氧富锌涂料期间，通过精细调控分散剂、湿润剂和流平剂的用量，使涂料体系具有良好的施工性，可通过喷涂、刷涂或滚涂等多种方式施工，满足不同的应用需求。

39、(8)本发明使用水性环氧胺固化剂，具有良好的环境友好性和较低的挥发性有机化合物(voc)含量。此类固化剂在室温下就能与环氧树脂反应，无需额外加热，节能且提高了操作安全性。此外，水性环氧胺固化剂能够提供优异的交联密度，改善涂层的机械强度和化学耐受性，同时保持良好的附着力和耐水性。

40、(9)本发明使用聚丙烯酸钠作为分散剂，聚丙烯酸钠以其优异的分散能力和对环境的低影响性著称。这种水溶性高分子能有效稳定颜料和填料在水性介质中的分散，防止沉降和聚集，还能提升最终涂层的均匀性和光滑度。

41、(10)本发明使用聚醚改性硅油作为湿润剂，聚醚改性硅油的使用有助于提高涂层的防水性和耐化学性，降低涂料与底材之间的表面张力，促进涂料的润湿和铺展，使涂料能更好地铺展在复杂或多孔的基材表面，提高涂层的均匀性和覆盖效果。

42、(11)本发明使用聚丙烯酰胺作为流平剂，这类流平剂在水性系统中展现出优异的性能，能有效消除涂层表面的刷痕和橘皮现象。在确保了涂层的光滑美观的同时，能提高涂层的密实度和屏障性能，进一步增强其防腐蚀性能。

43、(12)本发明使用的硅油型消泡剂与水性环氧体系涂料具有很好的兼容性，硅油型消泡剂能迅速消除生产和施工过程中产生的泡沫，避免涂层表面出现针孔或瑕疵。

44、(13)本发明使用羧甲基纤维素(cmc)或羟乙基纤维素(hec)作为增稠剂，这些水溶性合成高分子增稠剂能在含有细小颗粒如氧化石墨烯和锌粉的复杂涂料体系中，使涂料保持良好的分散状态和防沉性。同时，提升涂料的粘度和流变性能，使涂料具有更好的施工性和稳定性。