一种芳纶纤维复合改性水性环氧涂料及其制备方法与流程

本发明涉及防腐涂料，尤其涉及一种芳纶纤维复合改性水性环氧涂料及其制备方法。

背景技术：

1、由于钢材易受到氧化、腐蚀等问题，因此在钢铁表面涂覆防腐涂层是应用普遍且最为有效的防护技术。近些年来，环境友好型水性环氧聚合物防腐涂料应运而生，但是水性涂料在使用过程中，由于水分蒸发固化成膜后不可避免地出现针孔和缺陷，在后期极易引起环境中水分子、氧气分子、氯离子等腐蚀介质的渗入，造成钢材的锈蚀。因此在水性涂层中加入各种增效材料是改善涂层长期防腐性能的关键问题。

2、在各种增效材料中，芳纶纤维因其耐化学腐蚀性好，比强度、比模量高，比密度小等优点脱颖而出，而且纤维状芳纶能填充涂层所形成的针孔和缺陷，屏蔽腐蚀介质的渗入，并且能在金属基体表面形成致密的钝化层。

3、目前已公布的芳纶纤维增强水性环氧防腐涂料的制备方法中，如cn106336775a，通常是将芳纶纤维直接加入容器中与涂料中的颜填料组分进行研磨。但芳纶纤维化学稳定性好，不易与其他介质相互作用，容易导致在涂料中团聚，无法均匀分散，造成乳液颗粒之间存在间隙，进而导致腐蚀介质会沿间隙渗透进涂层内部，降低了涂层的防腐效果。

技术实现思路

1、针对现有技术问题，本发明提供了一种芳纶纤维复合改性水性环氧涂料及其制备方法。首先将芳纶纤维在分散剂和高剪切力的作用下，分散至水相中，其次将乳化剂、环氧树脂、助溶剂加热至熔融，开启分散，利用蠕动泵滴加已经预先分散的芳纶纤维水溶液，在相反转的过程中使得芳纶纤维能够均匀的包裹在乳液粒子的表面，从而完成芳纶纤维在环氧乳液中的分散，避免团聚的发生。应用本发明方法，芳纶纤维能有效填充由于水分蒸发固化成膜后出现的针孔和缺陷，减小乳液粒子之间的间隙，提高涂层对水汽的屏蔽性能、耐盐雾性能、防腐性能。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

3、一种芳纶纤维复合改性水性环氧涂料，其原料组成包含a、b两个组分，其中a组分按照重量份计，包括芳纶纤维改性的环氧乳液40-60份、颜填料10-70份、防闪锈剂0.1-3份、分散剂0.1-5份、成膜助剂2-3份、消泡剂1-3份、增稠剂1-3份、润湿剂1-2份，水10-50份；其中b组分按照重量份计，包括固化剂10-40份、丙二醇甲醚5-20份；a、b组分按质量配比为100:30-40。

4、其中，芳纶纤维改性的环氧乳液按照以下方法制备：

5、(1)向夹套反应器内加入芳纶纤维1-10份，分散剂0.1-1份，水50-90份，开启冷凝水，在25℃下，2000-4500r/min速度下分散2-6h，得到分散好的芳纶纤维水溶液。

6、(2)向夹套反应器内加入环氧树脂40-60份、乳化剂4-8份、助溶剂6-12份，在60-80℃下加热至熔融后，开启分散，以1000-2000r/min的速度搅拌均匀，保持料温60-65℃，开启蠕动泵，按1-2ml/min的速度滴加芳纶纤维水溶液30-60份，滴加完成后，以1000-1500r/min的速度搅拌15-30min，过滤后得到芳纶纤维改性的环氧乳液。

7、本发明进一步提供了上述芳纶纤维复合改性水性环氧涂料的制备方法，具体步骤包括：

8、s1：a组分制备：按配比向反应器内加入芳纶纤维改性的环氧乳液、颜填料、防闪锈剂、分散剂、成膜助剂、消泡剂、增稠剂、润湿剂、水，研磨至细度小于25μm，过滤出料，获得a组分；

9、s2：b组分制备：按配比向反应器内加入固化剂、丙二醇甲醚，以500-1000rpm/min的速度搅拌混合均匀，过滤出料，得到b组分；

10、s3：将a组分与b组分按质量配比100:30-40搅拌混合均匀，过滤得到芳纶纤维复合改性的水性环氧涂料。

11、优选的，所述环氧树脂选自双酚a型环氧树脂；更优选的，选自e51、e44、e20环氧树脂的一种或多种。

12、优选的，所述芳纶纤维为对位芳纶纤维；更优选的，所述芳纶纤维直径在10-100nm之间，长径比3000左右。

13、优选的，所述乳化剂为聚醚胺接枝改性环氧树脂的非离子型乳化剂，制备方法如下：

14、按重量份称取e51环氧树脂2-5份、3500-6000分子量的聚乙二醇1-5份、2000-4000分子量的聚醚胺0.5-2份，四氟硼酸0.01-0.03份；将e51环氧树脂、聚乙二醇加入反应器中，升温至100-110℃，在1-2h内滴加全部的四氟硼酸，在100-110℃保温反应3-4h，加入聚醚胺，升温至120-140℃，继续反应4-6h，得到聚醚胺接枝改性环氧树脂的非离子型乳化剂。

15、优选的，所述助溶剂选自丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、丙酮的一种或多种。

16、优选的，所述颜填料选自钛白粉、滑石粉、硫酸钡、铁红、磷酸锌、锶铬黄、云母粉中的一种或多种。

17、优选的，所述分散剂选自十二烷基磺酸盐类、烷基醇聚氧乙烯醚类、聚丙烯酸盐类、聚羧酸盐类的一种或多种。

18、优选的，所述成膜助剂选自二丙二醇甲醚、丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚的一种或多种。

19、优选的，所述消泡剂选自聚醚嵌段类、有机硅类、矿物油类的一种或多种。

20、优选的，所述增稠剂选自纤维素类、聚丙烯酸类，无机增稠剂类、聚氨酯类的一种或多种。

21、优选的，所述固化剂选自亨斯迈3986、瀚森6870、湛新613w的一种或多种。

22、防闪锈剂不做特殊选择，可采用现有技术制备或购买。优选的，可以为ck-20，ck-35，hy-72的一种或多种。

23、润湿剂不做特殊选择，可采用现有技术制备或购买。优选的，可以为tego-245，tego-270，tego280的一种或多种。

24、本发明的有益效果：

25、本发明采用芳纶纤维对水性环氧涂料进行改性，有效增强了涂层的防腐蚀和耐盐雾性能，芳纶纤维作为一种增强材料，能填充涂层因水分蒸发固化成膜后出现的针孔和缺陷，屏蔽腐蚀介质的进入，其次由于芳纶纤维多层的包覆，外界的腐蚀介质需要更长的时间穿过芳纶纤维的保护膜，增大了腐蚀液渗透到金属基材表面的难度。芳纶纤维主要为对位芳纶纤维和间位芳纶纤维，对位芳纶纤维具有高强高模、耐高温、耐腐蚀的特点，其比表面积大、表面能高、分散性好、保水率，阻燃性能优异。此外，芳纶纳米纤维成膜之谜，尺寸稳定性好，绝缘性好，能与水形成均匀的悬浊液，易于喷涂。

26、本发明预先利用高速剪切力将芳纶纤维分散在水相中，在相反转的过程中，随着体系从油包水到水包油的转变，使芳纶纤维更加均匀的包裹住乳液粒子，完成了芳纶纤维在水性环氧乳液中的分散，避免了团聚的发生。

27、本发明采用工艺流程以及原理较为简单、可操作性强、环保、无污染、可重复性好，可实现大规模工业化连续性生产。

28、本发明优选的采用特殊乳化剂，由聚醚胺接枝环氧树脂改性制备而成，保留了环氧基团，与环氧树脂有较好的相容性，在后期乳液固化成膜过程中，能参与固化成摸，进一步提高涂层的交联密度。

29、本发明对制备方法的芳纶纤维添加量进行限制，当添加量过低时，不足以填充后期水性涂料固化成膜时产生的缺陷，对水性环氧涂料防腐性能提升较为有限，当添加量过高时，过多的芳纶纤维难以分散，多余的芳纶纤维会始终游离在体系之外，对涂料的性能造成一定的破坏。