環(huán)氧-有機(jī)硅樹脂改性的聚氨酯-丙烯酸水分散體的制備方法及水性環(huán)氧富鋅底漆的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水性涂料技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種環(huán)氧-有機(jī)硅樹脂改性的聚氨酯-丙烯酸水分散體的制備方法及含有該水分散體的水性環(huán)氧富鋅底漆。
【背景技術(shù)】
[0002]水性工業(yè)涂料由水性樹脂、顏料及各種助劑、去離子水調(diào)制而成，對(duì)環(huán)境無污染，對(duì)人無害，屬于環(huán)境友好型涂料。但目前水性工業(yè)涂料還存在很多技術(shù)問題，比如:乳液的穩(wěn)定性、涂膜的耐水性、濕附著力以及力學(xué)強(qiáng)度等方面的關(guān)鍵技術(shù)有待突破。
[0003]單純的水性聚氨酯乳液在一些性能上還不能滿足人們的需求，如:膠膜力學(xué)性能不佳，耐化學(xué)性和耐水、耐溶劑性不好，硬度較低。為改善水性聚氨酯乳液及涂膜性能、擴(kuò)大水性聚氨酯的應(yīng)用范圍，就必須對(duì)聚氨酯水分散體進(jìn)行適當(dāng)?shù)母男浴?br>[0004]富鋅涂料是一種重防腐型涂料，廣泛應(yīng)用于對(duì)輪船、海上采油平臺(tái)、碼頭、閘門、貯罐、管道、橋梁等方面的防護(hù)工作。近20年來，重防腐蝕涂料的研究和應(yīng)用促進(jìn)了富鋅底漆及改進(jìn)富鋅底漆的不斷更新。當(dāng)前較常用的重防腐環(huán)氧涂料是溶劑型的，以環(huán)氧樹脂為基料，固化劑為乙組分，鋅粉為丙組分的三組分防腐涂料，含有固化劑而且不環(huán)保。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種環(huán)氧-有機(jī)硅樹脂改性的聚氨酯-丙烯酸水分散體及其制備方法，該水分散體具有較強(qiáng)的耐水性和耐候性，還提供一種防腐性能好、環(huán)保、雙組份的含有該水分散體的水性環(huán)氧富鋅底漆。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種環(huán)氧-有機(jī)硅樹脂改性的聚氨酯-丙烯酸水分散體的制備方法，包括以下步驟:
(I)在干燥氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，將2-4重量份的硅烷偶聯(lián)劑和6-8重量份的環(huán)氧樹脂混合均勻后常溫反應(yīng)3 h,得到組分A;(2)將真空脫水后的5-8重量份的聚碳酸酯多元醇、步驟(I)得到的組分A與4-8重量份的異佛爾酮二異氰酸酯加入反應(yīng)器中，升溫至85- 90 °C，反應(yīng)2 h,再加入5-8重量份的擴(kuò)鏈劑一縮二乙二醇、5-8重量份的交聯(lián)劑三羥甲基丙烷、2-7重量份的二羥甲基丙酸、5-8重量份的丙酮和0.1-0.3重量份的催化劑，65-80°C反應(yīng)5h后，滴加5-8重量份的甲基丙烯酸甲酯與2-4重量份的丙烯酸羥乙酯的混合物，0.5?Ih滴加完畢后得到混合物；(3)降溫至40°C后，在高速攪拌下，往步驟(2)得到的混合物中一次性快速加入1-2重量份的三乙胺和50-55重量份的去離子水的混合物，然后加入0.4-1重量份的乙二胺進(jìn)行擴(kuò)鏈，繼續(xù)高速攪拌5 min，得到預(yù)聚體；(4)0.1-0.5重量份的偶氮二異丁腈用5-8重量份的丙酮溶解后加入到步驟(3)得到的預(yù)聚體中，70°C保溫，引發(fā)丙烯酸單體聚合反應(yīng)3 h，得到環(huán)氧-有機(jī)硅樹脂改性的聚氨酯-丙烯酸水分散體。
[0007]步驟(I)中加入7重量份的環(huán)氧樹脂。
[0008]步驟(2)中加入6.5重量份的二羥甲基丙酸。
[0009]通過上述方法制備的環(huán)氧-有機(jī)硅樹脂改性的聚氨酯-丙烯酸水分散體。
[0010]一種含有上述環(huán)氧-有機(jī)硅樹脂改性的聚氨酯-丙烯酸水分散體的水性環(huán)氧富鋅底漆，包括組分I和組分II，所述組分I和組分II的質(zhì)量比為50-70: 50-30，其中，按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)算，所述組分I包括85?95%的鋅粉，2?7%的防銹顏料和3?8%的填料，所述組分II包括85.5?94.5%的通過上述方法制備的環(huán)氧-有機(jī)硅樹脂改性的聚氨酯-丙烯酸水分散體，3?8%的去離子水，2?5%的助溶劑，0.1?0.5%的防沉劑，0.2?0.5%的分散劑和0.2?0.5%的消泡劑。
[0011]優(yōu)選地，所述鋅粉是片狀鋅粉。涂層的電化學(xué)保護(hù)性更好，平行搭接的片鋅之間是以面接觸取代球鋅間的點(diǎn)接觸，所以即使涂料中鋅粉添加數(shù)量大幅度降低，從80%降到50%左右，涂層仍保持有良好的導(dǎo)通性，保證了涂層的電化學(xué)保護(hù)性能。
[0012]優(yōu)選地，所述防銹顏料為磷酸鋅、鉬鈦粉、三聚磷酸鋁中的一種或幾種的混合物?；钚苑冷P顏料的使用可以提高底漆的防銹效果。
[0013]優(yōu)選地，所述填料為滑石粉和/或云母粉。其中填料中水溶性物質(zhì)含量< 0.5wt %;若高于0.5wt%，易導(dǎo)致底漆涂層起泡。
[0014]優(yōu)選地，所述助溶劑是丙二醇甲醚和/或乙二醇丁醚。
[0015]優(yōu)選地，所述防沉劑為氣相二氧化硅。
[0016]環(huán)氧樹脂具有高模量、高強(qiáng)度、粘附力強(qiáng)，成型收縮率低和耐化學(xué)性好等優(yōu)點(diǎn)，利用環(huán)氧的羥基和環(huán)氧基參與反應(yīng)，提高了水性聚氨酯膠膜的機(jī)械性能、耐水性和耐溶劑性等。
[0017]有機(jī)硅化合物是一種特殊高分子化合物，它們兼有無機(jī)化合物和有機(jī)化合物的特性，具有耐低溫、耐老化、憎水、耐有機(jī)溶劑，耐輻射等許多優(yōu)異性能。
[0018]丙烯酸酯(PA)具有較好的耐水性、耐候性。通過丙烯酸樹脂改性的聚氨酯具有極佳的耐候性、優(yōu)秀的保光性和保色性，使漆膜堅(jiān)硬，不粉化，不泛黃、裝飾性極佳。經(jīng)過環(huán)氧-有機(jī)硅樹脂和丙烯酸酯改性的水性聚氨酯，將幾者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，從而使聚氨酯乳膠膜干燥迅速、耐水性，耐化學(xué)性，耐油性，耐沖擊性，耐磨性等性能得到了明顯改善。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):1.本發(fā)明制備的環(huán)氧-有機(jī)硅樹脂改性的聚氨酯-丙烯酸水分散體具有環(huán)氧-有機(jī)硅樹脂機(jī)械強(qiáng)度高、防腐性能優(yōu)良的特點(diǎn)，又具有聚氨酯丙烯酸樹脂耐候性能好、裝飾性高的特點(diǎn)，使用方便，適用范圍廣，能夠有效地減緩金屬基材的電化學(xué)，使乳膠膜干燥迅速、耐水性，耐化學(xué)性，耐油性，耐沖擊性，耐磨性等性能得到了明顯改善，使涂膜具有優(yōu)良的物理性能和優(yōu)良的耐候性及耐鹽霧性能。使漆膜豐滿、固體分較高、鮮映性好、耐化學(xué)腐蝕性佳，在交通、機(jī)械等領(lǐng)域上的應(yīng)用廣泛。
[0020]2.該水性環(huán)氧富鋅底漆采用2組份包裝，容易控制配比；現(xiàn)場混合容易，只需要簡單攪拌即可混合均勻，不會(huì)產(chǎn)生粉塵，環(huán)保，對(duì)人體無害；適合高壓無氣噴涂，單道涂裝涂層厚度可達(dá)100微米。
[0021]3.本發(fā)明配制的水性環(huán)氧富鋅底漆以環(huán)氧-有機(jī)硅樹脂改性的聚氨酯-丙烯酸水分散體為基料，鋅粉為乙組分，無需固化劑，而且環(huán)保。它以水為分散介質(zhì)，施工方便，VOC低，是一種環(huán)境友好涂料，具有無毒、不燃、施工方便，干燥快，漆膜機(jī)械強(qiáng)度高、附著力強(qiáng)、防腐性能優(yōu)異，涂料貯存穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)榻Y(jié)合了環(huán)氧樹脂的防腐性和聚氨酯等的高機(jī)械性等等優(yōu)點(diǎn)，故此富鋅涂料漆膜堅(jiān)韌、機(jī)械強(qiáng)度高、對(duì)基材附著力好，防腐性能優(yōu)，且易與面漆配套，不閃蝕，具有很強(qiáng)的市場潛力，在火車、汽車、船舶、橋梁、管道、集裝箱、貯罐等設(shè)施中鋼鐵材料的大氣中防腐蝕方面有很好的適用性。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了加深對(duì)本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，該實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。
[0023]實(shí)施例1
一種環(huán)氧-有機(jī)硅樹脂改性的聚氨酯-丙烯酸水分散體的制備方法，包括以下步驟:(I)在干燥氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，將3重量份的硅烷偶聯(lián)劑KH 550和6重量份的環(huán)氧樹脂(E -51)加入四口燒瓶中，混合均勻后常溫反應(yīng)3 h，得到組分A;
(2)在干燥氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，將真空脫水后的6重量份的聚碳酸酯多元醇(P⑶)、步驟(I)得到的組分A與4重量份的異佛爾酮二異氰酸酯(iroi)加入裝有攪拌器、溫度計(jì)和回流冷凝器的四口燒瓶中，升溫至85- 90 °C，反應(yīng)2 h，再加入6重量份的一縮二乙二醇(作擴(kuò)鏈劑)、5重量份的交聯(lián)劑三羥甲基丙烷(TMP)、3重量份的二羥甲基丙酸(DMPA)、5重量份的丙酮和0.1重量份的催化劑(T- 12)，65-800C反應(yīng)5 h后，滴加5重量份的甲基丙烯酸甲酯(MMA)與2重量份的丙烯酸羥乙酯(HEA)的混合物，0.5?I h滴加完畢，并開始降溫；
(3)降溫至40°C，將上一步混合物倒入乳化量杯中，在強(qiáng)力分散機(jī)的高速攪拌下一次性快速加入I重量份的三乙胺