一种阻燃水性环氧涂料及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于涂料技术领域，尤其涉及一种阻燃水性环氧涂料及其制备方法与应用。

背景技术

环氧树脂涂料是目前世界上应用数量最多、适用范围最广、最重要的涂料之一。根据固化形式的不同，环氧树脂涂料主要分为：自干型单组分液态环氧涂料、自干型双组分液态环氧涂料、自干型多组分液态环氧涂料、烘烤型单组分液态环氧涂料、烘烤型双组分液态环氧涂料、粉末环氧涂料和辐射固化环氧涂料。根据涂料状态的不同，环氧树脂涂料主要分为：溶剂型环氧涂料、无溶剂环氧涂料和水性环氧涂料。根据用途的不同，环氧树脂涂料主要分为：标志涂料、防腐涂料、耐热涂料、防火涂料、示温涂料等。

水性环氧涂料由于环保、性能等方面的优势，日益受到重视并得到越来越广泛的应用，但其配方相对比较复杂，助剂种类较多，且多种助剂可能对涂料的性能造成重要影响。我国对水性环氧树脂的研究和开发起步相对较晚，针对高端水性环氧乳液的开发仍较多停留在实验室阶段，实现产业化的成熟产品较缺乏。珠海吉力化工企业有限公司研发的多款水性环氧树脂乳液已实现规模化生产，但此类产品用于工业金属防腐领域尚难以令人满意，突出的问题是漆膜耐水耐盐雾性能较差，远不能达到最基本的防腐要求。

船舶内舱是半密闭的有限空间，油性漆在舱内施工过程中，挥发性溶剂容易在舱内积聚，达到一定量时，遇到着火点可能发生爆炸，且挥发性溶剂对施工人员身体健康不友好，挥发的有机溶剂VOC对环境也不友好，国家或国际标准要求船舱内涂料必须是阻燃涂料，所以开发一款具备防腐性能的阻燃性水性环氧涂料具有重要意义。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明对水性环氧涂料的配方和助剂性能影响进行深入研究，采用特定的水性环氧乳液、水性环氧固化剂为主要成膜物质，通过对体系加入阻燃剂等配伍的试验优化调整，提供一种施工性良好、无毒性、阻燃性和耐盐雾腐蚀性好的水性环氧涂料，可广泛用于船舶货舱、机舱、生活舱金属表面等的防腐装饰施工。

本发明的目的将通过下面的详细描述来进一步体现和说明。

本发明提供一种阻燃水性环氧涂料，由甲组分和乙组分按8～10:1的质量比制成；所述甲组分包括如下制备原料及其质量份数：水18～30、水性分散剂0.5～1.5、水性湿润剂0.3～1.0、水性澎润土0.3～1.5、水性消泡剂0.1～0.8、阻燃剂20～38、沉淀硫酸钡4～12、环氧树脂乳液35～45、助溶剂3～8、防腐剂0.1～0.8、增稠剂0.5～3；所述乙组分包括如下制备原料及其质量份数：丙二醇苯醚5～10、水性环氧固化剂75～90、水6～15、防闪锈剂0.3～1.0。

发明人对现有的水性环氧涂料进行分析，发现这些产品往往采用低分子环氧的强制乳化工艺，该工艺不但导致需要较大量的水溶性固化剂，而且其乳化剂对涂膜的耐水性能影响极大，最终导致这些产品难以用于金属防腐。在这一发现的基础上，本发明采用高分子量环氧树脂进行改性乳化并以6520作为环氧树脂乳液，采用6870作为水性环氧固化剂(使用中呈溶解态或自乳化半溶解态)，对水性环氧固化剂增加了亲水性设计，其分子链结构中减少了亲油性烷基链，相应地以酚羟基或酚醛胺结构替代，并且对分子链的亲水亲油结构进行设计，以获得较好的自乳化性能；同时，采用特定含量的三氧化二锑搭配钛白粉作为阻燃剂，与环氧树脂乳液搭配使用，阻燃耐火等级B1级，且相容性好，不会影响乳液体系的贮存稳定性；如果将其用于固化剂体系中则会导致固化剂增稠、胶化，并且影响固化剂固化性能。上述制备原料的组合以及上述质量份数范围，是发明人通过大量试验确定的，采用上述技术方案，本发明开发得到施工性良好、无毒性、阻燃性和耐盐雾腐蚀性好的水性环氧涂料。

优选地，所述甲组分包括如下制备原料及其质量份数：水20～28、水性分散剂0.6～1.2、水性湿润剂0.4～0.8、水性澎润土0.5～1.2、水性消泡剂0.2～0.5、阻燃剂22～35、沉淀硫酸钡6～10、环氧树脂乳液36～42、助溶剂4～8、防腐剂0.2～0.5、增稠剂1～2。

优选地，所述乙组分包括如下制备原料及其质量份数：丙二醇苯醚6～8、水性环氧固化剂78～85、水8～12、防闪锈剂0.4～0.8。

优选地，所述的阻燃水性环氧涂料由甲组分和乙组分按9:1的质量比制成；所述甲组分包括如下制备原料及其质量份数：水20、水性分散剂1、水性湿润剂0.5、水性澎润土0.8、水性消泡剂0.3、阻燃剂26、沉淀硫酸钡7、环氧树脂乳液38、助溶剂5、防腐剂0.4、增稠剂1；所述乙组分包括如下制备原料及其质量份数：丙二醇苯醚7、水性环氧固化剂83、水9.5、防闪锈剂0.5。

优选地，所述环氧树脂乳液为6520，环氧当量为500-600g/eq，粘度为1000～6000cp.s，固体分含量为52％-55％；所述阻燃剂由10～18份三氧化二锑和10～18份钛白粉R996组成。

优选地，所述水性环氧固化剂为6870，胺值为235-265mg/g，粘度为5000～11000cp.s，固体分含量51％-54％。

优选地，所述水性分散剂为V－D01，所述水性湿润剂为V－W01，所述水性澎润土为V－R06，所述水性消泡剂为V-F03，所述助溶剂为丙二醇甲醚，所述防腐剂为BEK-500，所述增稠剂为V-R04，所述防闪锈剂为亚硝酸基液体闪锈抑制剂FA179。

相应地，本发明还提供所述的阻燃水性环氧涂料的制备方法，分别制备甲组分和乙组分，混合得到阻燃水性环氧涂料；

所述甲组分的制备包括如下步骤：

1)加入总用量70％～85％的水，加入水性分散剂和水性湿润剂，用分散机搅拌均匀后，加入水性澎润土和水性消泡剂，搅拌均匀，得到中间物一；

2)向所述中间物一加入阻燃剂和沉淀硫酸钡，分散机搅拌均匀后，用研磨机研磨至细度≤30μm，得到中间物二；

3)向所述中间物二加转移至调漆机中，加入环氧树脂乳液、助溶剂、防腐剂、增稠剂和剩余的水，搅拌均匀，得到甲组分；

所述乙组分的制备包括如下步骤：加入丙二醇苯醚、水性环氧固化剂、水和防闪锈剂，用分散机搅拌均匀，得到乙组分。

优选地，所述步骤1)中的搅拌转速为100～300r/min；所述步骤2)中的搅拌转速为400～800r/min；所述步骤3)中的搅拌转速为300～500r/min。

此外，本发明还提供所述的阻燃水性环氧涂料在船舶防腐装饰中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明改性后的6520作为环氧树脂乳液，亲水亲油结构优化的6870作为水性环氧固化剂，同时，采用特定含量的三氧化二锑搭配钛白粉作为阻燃剂，相容性好，提供一种施工性良好、无毒性、阻燃性和耐盐雾腐蚀性好的水性环氧涂料，其具有良好的室温固化性能，贮存稳定性好，阻燃耐火等级B1级，VOC含量低，可广泛用于船舶货舱、机舱、生活舱金属表面等的防腐装饰施工。本发明提供的制备方法，制得的阻燃水性环氧涂料性能优良，质量稳定，可广泛应用于船舶防腐装饰中。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明中，所涉及的原料均为常规市售产品，或可通过本领域的常规技术手段获得。例如：环氧树脂乳液6520购自美国瀚森化工有限公司；水性环氧固化剂6870购自美国瀚森化工有限公司；水性分散剂V－D01购自佛山泰格聚合物技术有限公司；水性湿润剂V－W01购自东莞市龙海化工有限公司；增稠剂V-R04购自海名斯(上海)新材料有限公司。本发明中，如未明确指出，含量指质量百分含量。

实施例一阻燃水性环氧涂料

阻燃水性环氧涂料，由甲组分和乙组分按9:1的质量比制成；所述甲组分包括如下制备原料及其质量份数：水20、水性分散剂V－D01 1、水性湿润剂V－W01 0.5、水性澎润土V－R06 0.8、水性消泡剂V-F03 0.3、阻燃剂26、沉淀硫酸钡7、环氧树脂乳液6520 38、助溶剂5、防腐剂BEK-500 0.4、增稠剂V-R04 1；所述乙组分包括如下制备原料及其质量份数：丙二醇苯醚7、水性环氧固化剂6870 83、水9.5、防闪锈剂0.5；阻燃剂由14份三氧化二锑和12份钛白粉R996组成；助溶剂为丙二醇甲醚，防闪锈剂为FA179。

阻燃水性环氧涂料的制备方法包括如下步骤：分别制备甲组分和乙组分，混合得到阻燃水性环氧涂料；

所述甲组分的制备包括如下步骤：

1)加入总用量80％的水，加入水性分散剂和水性湿润剂，用分散机搅拌均匀后，加入水性澎润土和水性消泡剂，搅拌均匀，得到中间物一；搅拌转速为200r/min；

2)向所述中间物一加入阻燃剂和沉淀硫酸钡，分散机搅拌均匀后，用研磨机研磨至细度≤30μm，得到中间物二；搅拌转速为600r/min；

3)向所述中间物二加转移至调漆机中，加入环氧树脂乳液、助溶剂、防腐剂、增稠剂和剩余的水，搅拌均匀，得到甲组分；搅拌转速为400r/min。

所述乙组分的制备包括如下步骤：加入丙二醇苯醚、水性环氧固化剂、水和防闪锈剂，用分散机搅拌均匀，搅拌转速为200r/min，得到乙组分。

实施例二阻燃水性环氧涂料

阻燃水性环氧涂料，由甲组分和乙组分按9:1的质量比制成；所述甲组分包括如下制备原料及其质量份数：水26、水性分散剂V－D01 1.2、水性湿润剂V－W01 0.6、水性澎润土V－R06 1.0、水性消泡剂V-F03 0.4、阻燃剂23、沉淀硫酸钡6、环氧树脂乳液6520 36、助溶剂4、防腐剂BEK-500 0.5、增稠剂V-R04 1.3；所述乙组分包括如下制备原料及其质量份数：丙二醇苯醚6、水性环氧固化剂6870 80、水13.4、防闪锈剂0.6；阻燃剂由12份三氧化二锑和11份钛白粉R996组成；助溶剂为丙二醇甲醚，防闪锈剂为FA179。

阻燃水性环氧涂料的制备方法与实施例一类似。

实施例三阻燃水性环氧涂料

阻燃水性环氧涂料，由甲组分和乙组分按8:1的质量比制成；所述甲组分包括如下制备原料及其质量份数：水26、水性分散剂V－D01 0.8、水性湿润剂V－W01 0.8、水性澎润土V－R06 0.5、水性消泡剂V-F03 0.4、阻燃剂23、沉淀硫酸钡6、环氧树脂乳液6520 37、助溶剂4、防腐剂BEK-500 0.5、增稠剂V-R04 1；所述乙组分包括如下制备原料及其质量份数：丙二醇苯醚8、水性环氧固化剂6870 78、水13.5、防闪锈剂0.5；阻燃剂由12份三氧化二锑和11份钛白粉R996组成；助溶剂为丙二醇甲醚，防闪锈剂为FA179。

阻燃水性环氧涂料的制备方法与实施例一类似。

对比例1

阻燃水性环氧涂料，由甲组分和乙组分按9:1的质量比制成；所述甲组分包括如下制备原料及其质量份数：水20、水性分散剂V－D01 1、水性湿润剂V－W01 0.5、水性澎润土V－R06 0.8、水性消泡剂V-F03 0.3、阻燃剂26、沉淀硫酸钡7、非离子型水性双酚A环氧树脂WE8217 38、助溶剂5、防腐剂BEK-500 0.4、增稠剂V-R04 1；所述乙组分包括如下制备原料及其质量份数：丙二醇苯醚7、水性环氧固化剂6870 83、水9.5、防闪锈剂0.5；阻燃剂由14份三氧化二锑和12份钛白粉R996组成；助溶剂为丙二醇甲醚，防闪锈剂为FA179。

对比例1与实施例一的区别在于：环氧树脂的成分不同。

对比例2

阻燃水性环氧涂料，由甲组分和乙组分按9:1的质量比制成；所述甲组分包括如下制备原料及其质量份数：水20、水性分散剂V－D01 1、水性湿润剂V－W01 0.5、水性澎润土V－R06 0.8、水性消泡剂V-F03 0.3、阻燃剂26、沉淀硫酸钡7、环氧树脂乳液6520 38、助溶剂5、防腐剂BEK-500 0.4、增稠剂V-R04 1；所述乙组分包括如下制备原料及其质量份数：丙二醇苯醚7、无乳化水性环氧固化剂MH6270 83、水9.5、防闪锈剂0.5；阻燃剂由14份三氧化二锑和12份钛白粉R996组成；助溶剂为丙二醇甲醚，防闪锈剂为FA179。

对比例2与实施例一的区别在于：环氧固化剂的成分不同。

对比例3

阻燃水性环氧涂料，由甲组分和乙组分按9:1的质量比制成；所述甲组分包括如下制备原料及其质量份数：水20、水性分散剂V－D01 1、水性湿润剂V－W01 0.5、水性澎润土V－R06 0.8、水性消泡剂V-F03 0.3、阻燃剂26、沉淀硫酸钡7、环氧树脂乳液6520 38、助溶剂5、防腐剂BEK-500 0.4、增稠剂V-R04 1；所述乙组分包括如下制备原料及其质量份数：丙二醇苯醚7、水性环氧固化剂6870 83、水9.5、防闪锈剂0.5；阻燃剂为三氧化二锑；助溶剂为丙二醇甲醚，防闪锈剂为FA179。

对比例3与实施例一的区别在于：阻燃剂的成分不同。

测试例

涉及相关标准包括：HG/T 4759-2014《水性环氧树脂防腐涂料》；GB/T6748-2008《船用防锈漆》；GB/T9262-2008《船用货舱漆》；GB38469-2019《船舶涂料中有害物质限量》；GB8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》；《2010年国际耐火试验程序应用规则》附件1第5部分表面可燃性试验(表面材料和甲板基层敷料试验)。

涉及相关设备包括：数显高速分散机、烘箱、分析天平、涂层测厚仪、固含量快速测量仪、比重计、漆膜耐冲击测试仪、旋转粘度计、拉开法附着力测试仪、空气喷涂设备、盐雾试验机、高温燃烧设备。

分别对上述实施例一至实施例三提供的阻燃水性环氧涂料进行测试，结果如下表1。

表1测试结果

实施例一至实施例三的耐冲击性、耐水性、耐盐雾性和耐磨性等性能好，耐火等级达到B1级，VOC含量低。其中，实施例一的综合性能最佳，VOC含量低至85g/L。

此外，将对比例1、对比例2和对比例3的阻燃水性环氧涂料在同等条件下进行测试，结果：对比例1的耐盐雾性300h，漆膜起泡、生锈、开裂，耐火等级为B1级，对比例2的耐火等级为B2级，对比例3的耐火等级为B2级。可见，本发明实施例提供的阻燃水性环氧涂料性能优于对比例1至对比例3，本发明配方中的环氧树脂乳液、环氧固化剂和阻燃剂对阻燃水性环氧涂料性能起到至关重要的作用。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。