本申请涉及高分子材料领域，具体涉及一种钢结构水性防腐涂料及其制备方法。
背景技术：
：钢结构工程是以钢材制作为主的结构，是现代主要的建筑结构类型之一。全球每年因腐蚀报废的钢铁设备约相当于年产量的30％，所带来的经济损失高达万亿美元。采用涂料涂装防止金属腐蚀是应用最广泛、最有效、最经济的手段，而溶剂型涂料中的有机挥发物(voc)会对大气造成污染。所以，研制使用寿命长、价格低廉、安全无毒、节能环保、施工方便、适用范围广的新型水性钢构防腐涂料十分必要。目前水性防腐涂料主要为水性丙烯酸防腐涂料，其拥有耐候性、耐热性、低成本等诸多优点。但由于丙烯酸乳液在制备过程中会引入乳化剂、引发剂、羧基、羟基等亲水性物质，导致了涂膜的耐溶剂性、耐水性和耐污性变差，严重影响了涂膜的防腐性能。因此，需要开发一种具有优异耐水性和防腐性能的水性防腐涂料。技术实现要素：本申请实施例通过提供一种钢结构水性防腐涂料及其制备方法，解决了目前水性防腐涂料耐水性和防腐性能差的问题，本申请的钢结构水性防腐涂料具有优异的耐水性、耐盐雾性和防腐性能。为达到上述目的，本申请主要提供如下技术方案：一方面，本申请实施例提供了一种钢结构水性防腐涂料，其原料包括：45-70重量份的含硅氧烷结构的聚合物乳液，0.5-5重量份的硅烷偶联剂，5-10重量份的防锈颜料，5-10重量份的颜填料，5-8重量份的成膜助剂，0.5-4重量份的分散剂，0.1-1重量份的增稠剂，0.5-2重量份的其它助剂，5-20重量份的水。作为优选，所述含硅氧烷结构的聚合物乳液为硅丙乳液。作为优选，所述硅丙乳液的原料配比为：15-20重量份的甲基丙烯酸甲酯，10-20重量份的丙烯酸异辛酯，5-10重量份的丙烯腈，0.2-2重量份的丙烯酸，1-5重量份含乙烯基的有机硅氧烷单体，0.5-2重量份的反应型乳化剂，0.2-2.0重量份的引发剂，54-60重量份的水，0.2-2.0重量份的ph调节剂。作为优选，所述含乙烯基的有机硅氧烷单体为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯酰氧基三甲氧基硅烷或烯丙基三甲氧基硅烷。作为优选，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠或叔丁基过氧化氢。作为优选，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ—氨丙基三乙氧基硅烷、γ—(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和γ—(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。作为优选，所述防锈颜料为磷酸锌、改性磷酸锌、钼酸锌、三聚磷酸铝、改性三聚磷酸铝、铬酸锌、铬酸锶、氧化铁红和云母氧化铁中的一种或多种。作为优选，所述颜填料为金红石型钛白粉、天然硫酸钡、云母粉、滑石粉和重质碳酸钙中的一种或多种。作为优选，所述成膜助剂为2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯、乙二醇丁醚、二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚中的一种或多种。作为优选，所述其它助剂为消泡剂、表面活性剂、润湿剂、流平剂和防锈助剂中的一种或多种。作为优选，所述消泡剂为索尔维公司的681f消泡剂或byk公司的byk-025消泡剂，所述表面活性剂为索尔维公司的bc-690表面活性剂，所述润湿剂为byk公司的byk-346润湿剂，所述流平剂为byk公司的byk-348流平剂。作为优选，所述分散剂为byk公司的byk-190、efka公司的a-4560或uniq公司的730u。作为优选，所述增稠剂为罗门哈斯公司的rm-8w、圣诺普科公司的sn-612或海名斯德谦rheolate299。作为优选，所述反应型乳化剂为adeka公司的sr-10和se-10n，上海忠诚化工的a-2405和nrs-10中的一种或两种。作为优选，所述ph调节剂为amp-95(2-氨基-2-甲基-1-丙醇)、氨水或二甲基乙醇胺。另一方面，本申请实施例还提供了上述钢结构水性防腐涂料的制备方法，其步骤包括：将水、分散剂、成膜助剂、其它助剂、防锈颜料和颜填料混合均匀并研磨，再依次加入含硅氧烷结构的聚合物乳液、成膜助剂、硅烷偶联剂、增稠剂，搅拌均匀即得所述钢结构水性防腐涂料。作为优选，所述含硅氧烷结构的聚合物乳液为硅丙乳液；所述硅丙乳液的制备方法包括：将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸异辛酯、丙烯腈、丙烯酸和硅烷偶联剂混合均匀得到混合单体，将水、反应型乳化剂混合均匀得到乳化剂稀释液，在搅拌下将混合单体滴加到乳化剂稀释液中，分散得到预乳化液，将水、反应型乳化剂、引发剂和部分预乳化液混合均匀并升温，再滴加剩余的预乳化液，保温反应后降温，调节ph值后过滤出料，即得所述含硅氧烷结构的聚合物乳液。本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：1.本申请实施例以不含游离乳化剂的含硅氧烷结构的聚合物乳液作为水性防腐涂料的基料，不仅涂料组成中含有硅烷偶联剂，而且聚合物乳液链段中也含有硅氧烷基团，通过聚合物乳液中的硅氧烷基团与涂料组分中的硅烷偶联剂进行缩合，不仅提高了涂膜在钢材表面的附着力，而且提高了涂膜的交联密度，从而使水性防腐涂料具有优异的耐水性、耐盐雾性及防腐性能，将其用于钢结构的保护中，不仅经济，而且安全和环保。2.本申请实施例的水性防腐涂料仅以含硅氧烷结构的聚合物乳液作为成膜物质，在使用时不需要再与其他组分进行复配，实为单组份涂料，具有使用安全、方便的优点。具体实施方式为了便于本领域技术人员对本申请方案的理解，下面结合具体实施例对本申请方案进行进一步阐述，应当理解，本申请实施例是对本申请方案的解释说明，不作为对本申请保护范围的限定。本申请实施例提供了一种钢结构水性防腐涂料，其原料包括：45-70重量份的含硅氧烷结构的聚合物乳液，0.5-5重量份的硅烷偶联剂，5-10重量份的防锈颜料，5-10重量份的颜填料，5-8重量份的成膜助剂，0.5-4重量份的分散剂，0.1-1重量份的增稠剂，0.5-2重量份的其它助剂，5-20重量份的水。其中含硅氧烷结构的聚合物乳液为硅丙乳液，其原料配比为：15-20重量份的甲基丙烯酸甲酯，10-20重量份的丙烯酸异辛酯，5-10重量份的丙烯腈，0.2-2重量份的丙烯酸，1-5重量份含乙烯基的有机硅氧烷单体，0.5-2重量份的反应型乳化剂，0.2-2.0重量份的引发剂，54-60重量份的水，0.2-2.0重量份的ph调节剂。作为优选，上述含硅氧烷结构的聚合物乳液中的含乙烯基的有机硅氧烷单体为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯酰氧基三甲氧基硅烷或烯丙基三甲氧基硅烷；上述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠或叔丁基过氧化氢。作为优选，上述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷(kh-151)、乙烯基三甲氧基硅烷(kh-171)、γ—氨丙基三乙氧基硅烷(kh-550)、γ—(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(kh-560)和γ—(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(kh-570)中的一种或多种；上述防锈颜料为磷酸锌、改性磷酸锌、钼酸锌、三聚磷酸铝、改性三聚磷酸铝、铬酸锌、铬酸锶、氧化铁红和云母氧化铁中的一种或多种。上述颜填料为金红石型钛白粉、天然硫酸钡、云母粉、滑石粉和重质碳酸钙中的一种或多种。上述成膜助剂为美国伊斯曼公司的texanol(2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯)、乙二醇丁醚、二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚中的一种或多种。上述其它助剂为消泡剂、表面活性剂、润湿剂、流平剂和防锈助剂中的一种或多种。上述分散剂为byk公司的byk-190、efka公司的a-4560或uniq公司的730u。上述增稠剂为罗门哈斯公司的rm-8w、圣诺普科公司的sn-612或海名斯德谦rheolate299。上述反应型乳化剂为adeka公司的sr-10和se-10n，上海忠诚化工的a-2405和nrs-10中的一种或两种。上述ph调节剂为amp-95(2-氨基-2-甲基-1-丙醇)、氨水或二甲基乙醇胺。上述消泡剂可为索尔维公司的681f或byk公司的byk-025。上述表面活性剂可为索尔维公司的bc-690表面活性剂。上述润湿剂可为byk公司的byk-346。上述流平剂可为byk公司的byk-348。上述防锈助剂为亚硝酸钠。本申请各实施例中的所用原料除另有说明外均为市售工业用品，可通过商业渠道购得。以下各实施例按照上述原料配比分别制备含硅氧烷结构的聚合物乳液和钢结构水性防腐涂料。实施例1在单体釜中加入75kg甲基丙烯酸甲酯、100kg丙烯酸异辛酯、25kg丙烯腈、10kg丙烯酸，5kg乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌均匀得到混合单体；在乳化釜中加入85kg去离子水、1.5kgsr-10和2.5kga-2405混合均匀得到乳化剂稀释液；在高速搅拌作用下，将单体釜中的混合单体缓慢滴加至乳化釜的乳化剂稀释液中，高速分散30min得到预乳化液；在反应釜中加入175kg去离子水和1kgsr-10，将5kg过硫酸铵溶解在10kg去离子水中并加入反应釜中，再加入8.5kg预乳化液，搅拌均匀并升温至75℃，于3h内滴加剩余的预乳化液，保温反应1h后降温至55℃以下，加入5kg氨水调节ph值至7.0-9.0，过滤出料，即得到含硅氧烷结构的聚合物乳液。实施例2在单体釜中加入75kg甲基丙烯酸甲酯、75kg丙烯酸异辛酯、50kg丙烯腈、10kg丙烯酸，5kg丙烯酰氧基三甲氧基硅烷，搅拌均匀得到混合单体；在乳化釜中加入85kg去离子水、1.5kgsr-10和2.5kga-2405混合均匀得到乳化剂稀释液；在高速搅拌作用下，将单体釜中的混合单体缓慢滴加至乳化釜的乳化剂稀释液中，高速分散30min得到预乳化液；在反应釜中加入175kg去离子水和1kgsr-10，将5kg过硫酸铵溶解在10kg去离子水中并加入反应釜中，再加入8.5kg预乳化液，搅拌均匀并升温至75℃，于3h内滴加剩余的预乳化液，保温反应1h后降温至55℃以下，加入5kg氨水调节ph值至7.0-9.0、过滤出料，即得到含硅氧烷结构的聚合物乳液。实施例3在单体釜中加入100kg甲基丙烯酸甲酯、50kg丙烯酸异辛酯、30.5kg丙烯腈、1kg丙烯酸，5kg乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌均匀得到混合单体；在乳化釜中加入85kg去离子水、1.0kgsr-10和0.5kga-2405混合均匀得到乳化剂稀释液；在高速搅拌作用下，将单体釜中的混合单体缓慢滴加至乳化釜的乳化剂稀释液中，高速分散30min得到预乳化液；在反应釜中加入200kg去离子水和1kgsr-10，将10kg过硫酸铵溶解在15kg去离子水中并加入反应釜中，再加入8.5kg预乳化液，搅拌均匀并升温至75℃，于3h内滴加剩余的预乳化液，保温反应1h后降温至55℃以下，加入1kg氨水调节ph值至7.0-9.0、过滤出料，即得到含硅氧烷结构的聚合物乳液。实施例4在单体釜中加入100kg甲基丙烯酸甲酯、54kg丙烯酸异辛酯、25kg丙烯腈、5kg丙烯酸，25kg乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌均匀得到混合单体；在乳化釜中加入85kg去离子水、8kgse-10n混合均匀得到乳化剂稀释液；在高速搅拌作用下，将单体釜中的混合单体缓慢滴加至乳化釜的乳化剂稀释液中，高速分散30min得到预乳化液；在反应釜中加入170kg去离子水和2kgse-10n，将1.0kg过硫酸铵溶解在15kg去离子水中并加入反应釜中，再加入8.5kg预乳化液，搅拌均匀并升温至75℃，于3h内滴加剩余的预乳化液，保温反应1h后降温至55℃以下，加入10kg氨水调节ph值至7.0-9.0、过滤出料，即得到含硅氧烷结构的聚合物乳液。实施例5水性铁红漆的制备：将25kg水、5kg亚硝酸钠、2.5kgbyk-025(byk公司)、2.5kgbyk-190(byk公司)、5kgtexanol(2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯)，30kg氧化铁红、12.5kg磷酸锌、20kg天然硫酸钡、5kg云母粉混合均匀并研磨至细度小于40μm，然后加入上述实施例1所得的350kg含硅氧烷结构的聚合物乳液，依次加入20kgtexanol、15kg二丙二醇甲醚，2.5kgkh-550硅烷偶联剂，5kg海名斯德谦rheolate299增稠剂，搅拌均匀即得到水性铁红漆。实施例6水性铁红漆的制备：将75kg水、5kg亚硝酸钠、5kgbyk-025(byk公司)、20kgbyk-190(byk公司)、5kgtexanol(2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯)，30kg氧化铁红、20kg磷酸锌、40kg天然硫酸钡、10kg云母粉混合均匀并研磨至细度小于40μm，然后加入上述实施例2所得的255kg含硅氧烷结构的聚合物乳液，依次加入10kgtexanol、10kg二丙二醇甲醚，10kgkh-550硅烷偶联剂，5kg海名斯德谦rheolate299增稠剂，搅拌均匀即得到水性铁红漆。实施例7水性铁红漆的制备：将62kg水、1kg亚硝酸钠、1.5kgbyk-025(byk公司)、20kgbyk-190(byk公司)、5kgtexanol(2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯)，15kg氧化铁红、10kg磷酸锌、20kg天然硫酸钡、15kg云母粉混合均匀并研磨至细度小于40μm，然后加入上述实施例3所得的300kg含硅氧烷结构的聚合物乳液，依次加入10kgtexanol、15kg二丙二醇甲醚，25kgkh-550硅烷偶联剂，0.5kg海名斯德谦rheolate299增稠剂，搅拌均匀即得到水性铁红漆。实施例8水性铁红漆的制备：将100kg水、5kg亚硝酸钠、5kgbyk-025(byk公司)、20kgbyk-190(byk公司)、10kgtexanol(2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯)，30kg氧化铁红、20kg磷酸锌、40kg天然硫酸钡、10kg云母粉混合均匀并研磨至细度小于40μm，然后加入上述实施例4所得的225kg含硅氧烷结构的聚合物乳液，依次加入10kgtexanol、10kg二丙二醇甲醚，10kgkh-550硅烷偶联剂，5kg海名斯德谦rheolate299增稠剂，搅拌均匀即得到水性铁红漆。将上述实施例1-4制备的含硅氧烷结构的聚合物乳液进行性能测试，得到如表1所示的测试结果。表1.含硅氧烷结构的聚合物乳液的性能测试结果不挥发物(120℃/2h)凝胶率/％热贮存(50℃，7d)实施例143.9％0.08通过实施例243.8％0.28通过实施例338.0％0.14通过实施例443.7％0.22通过将实施例5-8制备的水性铁红漆喷涂1-2道，控制涂料干膜厚度为每道40μm左右，并于80℃条件下养护1h后测试其性能，得到如表2所示的性能测试结果。其中漆膜附着力按gb/t9286-1998标准规定的方法进行测试；漆膜耐盐雾性按gb/t1771-1991标准规定的方法进行测试；漆膜耐水性按gb/t1733-1993标准规定的方法进行测试；漆膜耐液体介质性按gb/t9274-1988标准规定的方法进行测试。表2.水性铁红漆的性能测试结果附着力/级耐盐雾/h耐水性/h耐盐水性/h耐化学品/h实施例50＞500＞240＞240＞240实施例60＞500＞240＞240＞240实施例70＞500＞240＞240＞240实施例80＞500＞240＞240＞240由表2的检测结果可知，本申请提供的钢结构水性防腐涂料，当膜厚达到80μm时，耐盐雾性可达500h以上，具有优异的防腐性能，可对金属表面起到很好的保护作用。本申请实施例以不含游离乳化剂的含硅氧烷结构的聚合物乳液作为水性防腐涂料的成膜物质，其乳胶粒子中含有有机硅氧烷基团，乳液固体含量为38％-45％。不仅涂料组成中含有硅烷偶联剂，而且聚合物乳液链段中也含有硅氧烷基团，通过聚合物乳液中的硅氧烷基团与涂料组分中的硅烷偶联剂进行缩合，不仅提高了涂膜在钢材表面的附着力，而且提高了涂膜的交联密度，从而使水性防腐涂料具有优异的耐水性、耐盐雾性及防腐性能，将其用于钢结构的保护中，不仅经济，而且安全和环保。本申请实施例制备的水性防腐涂料仅以含硅氧烷结构的聚合物乳液作为成膜物质，在使用时不需要再与其他组分进行复配，实为单组份涂料，具有使用安全、方便的优点。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本申请的权利要求范围当中。当前第1页1 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技术特征：
1.一种钢结构水性防腐涂料，其特征在于，其原料包括：
45-70重量份的含硅氧烷结构的聚合物乳液，0.5-5重量份的硅烷偶联剂，5-10重量份的防锈颜料，5-10重量份的颜填料，5-8重量份的成膜助剂，0.5-4重量份的分散剂，0.1-1重量份的增稠剂，0.5-2重量份的其它助剂，5-20重量份的水。
2.根据权利要求1所述的钢结构水性防腐涂料，其特征在于，所述含硅氧烷结构的聚合物乳液为硅丙乳液。
3.根据权利要求2所述的钢结构水性防腐涂料，其特征在于，所述硅丙乳液的原料配比为：15-20重量份的甲基丙烯酸甲酯，10-20重量份的丙烯酸异辛酯，5-10重量份的丙烯腈，0.2-2重量份的丙烯酸，1-5重量份含乙烯基的有机硅氧烷单体，0.5-2重量份的反应型乳化剂，0.2-2.0重量份的引发剂，54-60重量份的水，0.2-2.0重量份的ph调节剂。
4.根据权利要求3所述的钢结构水性防腐涂料，其特征在于，所述含乙烯基的有机硅氧烷单体为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯酰氧基三甲氧基硅烷或烯丙基三甲氧基硅烷。
5.根据权利要求3所述的钢结构水性防腐涂料，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠或叔丁基过氧化氢。
6.根据权利要求1所述的钢结构水性防腐涂料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ—氨丙基三乙氧基硅烷、γ—(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和γ—(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的钢结构水性防腐涂料，其特征在于，所述防锈颜料为磷酸锌、改性磷酸锌、钼酸锌、三聚磷酸铝、改性三聚磷酸铝、铬酸锌、铬酸锶、氧化铁红和云母氧化铁中的一种或多种；所述颜填料为金红石型钛白粉、天然硫酸钡、云母粉、滑石粉和重质碳酸钙中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的钢结构水性防腐涂料，其特征在于，所述成膜助剂为2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯、乙二醇丁醚、二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的钢结构水性防腐涂料，其特征在于，所述其它助剂为消泡剂、表面活性剂、润湿剂、流平剂和防锈助剂中的一种或多种。
10.权利要求1-9任一项所述的钢结构水性防腐涂料的制备方法，其特征在于，其步骤包括：将水、分散剂、成膜助剂、其它助剂、防锈颜料和颜填料混合均匀并研磨，再依次加入含硅氧烷结构的聚合物乳液、成膜助剂、硅烷偶联剂、增稠剂，搅拌均匀即得所述钢结构水性防腐涂料。
11.权利要求10所述的钢结构水性防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述含硅氧烷结构的聚合物乳液为硅丙乳液；
所述硅丙乳液的制备方法包括：将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸异辛酯、丙烯腈、丙烯酸和硅烷偶联剂混合均匀得到混合单体，将水、反应型乳化剂混合均匀得到乳化剂稀释液，在搅拌下将混合单体滴加到乳化剂稀释液中，分散得到预乳化液，将水、反应型乳化剂、引发剂和部分预乳化液混合均匀并升温，再滴加剩余的预乳化液，保温反应后降温，调节ph值后过滤出料，即得所述含硅氧烷结构的聚合物乳液。
技术总结
本申请公开了一种钢结构水性防腐涂料及其制备方法，属于高分子材料领域。该钢结构水性防腐涂料的原料包括45‑70重量份的含硅氧烷结构的聚合物乳液，0.5‑5重量份的硅烷偶联剂，5‑10重量份的防锈颜料，5‑10重量份的颜填料，5‑8重量份的成膜助剂，0.5‑4重量份的分散剂，0.1‑1重量份的增稠剂，0.5‑2重量份的其它助剂，5‑20重量份的水。本申请解决了目前水性防腐涂料耐水性和防腐性能差的问题，本申请的钢结构水性防腐涂料具有优异的耐水性、耐盐雾性及防腐性能，将其用于钢结构的保护中，不仅经济，而且安全和环保。
技术研发人员：何庆迪;曹亚成;史立平;蔡青青;张玉兴;苟小青;戚剑
受保护的技术使用者：中海油常州涂料化工研究院有限公司;中国海洋石油集团有限公司;中海油能源发展股份有限公司;中海油常州环保涂料有限公司
技术研发日：.09.05
技术公布日：.02.14
