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CN115058171A - 一种站房钢结构用低表面处理水性涂料及其制备方法 - Google Patents

一种站房钢结构用低表面处理水性涂料及其制备方法 Download PDF

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CN115058171A CN202210730541.4A CN202210730541A CN115058171A CN 115058171 A CN115058171 A CN 115058171A CN 202210730541 A CN202210730541 A CN 202210730541A CN 115058171 A CN115058171 A CN 115058171A
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Abstract

本发明提供一种站房钢结构用低表面处理水性涂料，该水性涂料由A、B双组分组成，其中，按质量份数计，所述A组分由如下组分组成：环氧树脂30‑55份、碳量子点锈转化剂5‑15份、防锈颜料0‑10份、防沉剂0‑1.5份、消泡剂0.1‑0.5份、填料10‑20份、其他助剂0‑5份、去离子水0‑25份，所述B组分为环氧树脂固化剂。本发明的水性涂料通过加入碳量子点锈转化剂，使环氧底漆可以带锈涂装，非常适合于天窗期站房钢结构涂层施工及修复使用。

Description

一种站房钢结构用低表面处理水性涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种站房钢结构用低表面处理水性涂料及其制备方法。
背景技术
钢结构因力学性能好、承载力好、自重轻、抗震性能好且易于工业化生产、施工周期短、节能环保等优点，在我国铁路站房和无站台柱雨棚中得到广泛采用，同时为追求宽敞明亮大空间的候车环境，客站站房、站台雨棚屋面结构大都采用了大跨度的轻型钢结构和新型的金属屋面材料。钢结构和金属屋面能否安全使用受腐蚀和高温的影响很大，因此，目前均对钢结构表面进行防腐涂装处理，使其免受腐蚀。一般而言，站房钢结构涂装施工在天窗期进行，施工时间有限，不能保证涂料涂刷时钢结构基材也进行了充分处理，这就导致涂料附着力不足，在服役过程中提前脱落。
基于此问题，对于站房涂料提出了低表面处理要求，涂料具备在复杂带锈表面直接喷涂且保持一定附着力的性能。低表面处理涂料在时间有限的工作要求下，往往能大幅提高工作效率，并能够减少后续因基材处理不当而导致的涂层脱落问题。
中国专利申请CN111393956A涉及一种水性双组分转化型带锈防腐涂料及其制备。其中，转锈剂为磷酸与多元醇单醚酯化改性的没食子酸的复配。然而，该专利申请虽然使用了没食子酸，但是其渗透性及转锈性均不太理想，制备得到的防腐涂料效果不佳。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本申请提供一种站房钢结构用低表面处理水性涂料及其制备方法。本发明的水性涂料内含纳米级转锈剂，渗透性更强，转锈效果更好。在天窗期施工过程中，可直接进行带锈涂刷，省去除锈时间，提高工作效率。
本发明的上述目的是采用如下技术方案来实现的。
一方面，本发明提供一种站房钢结构用低表面处理水性涂料，该水性涂料由A、B双组分组成，其中，按质量份数计，所述A组分由如下组分组成：环氧树脂30-55份、碳量子点锈转化剂5-15份、防锈颜料0-10份、防沉剂0-1.5份、消泡剂0.1-0.5份、填料10-20份、其他助剂0-5份、去离子水0-25份，所述B组分为环氧树脂固化剂。本发明的水性涂料通过加入碳量子点锈转化剂，使环氧底漆可以带锈涂装，非常适合于天窗期站房钢结构涂层施工及修复使用。
优选地，按质量份数计，所述A组分由如下组分组成：环氧树脂40-50份、碳量子点锈转化剂8-15份、防锈颜料4-10份、防沉剂0.5-1份、消泡剂0.1-0.4份、填料12-18份、其他助剂2-5份、去离子水15-25份。
更优选地，按质量份数计，所述A组分由如下组分组成：环氧树脂40份、碳量子点锈转化剂10份、防锈颜料10份、防沉剂1份、消泡剂0.1份、填料15份、其他助剂5份、去离子水18.9份。
优选地，所述A组分和所述B组分之间的质量比为9:1。
优选地，所述环氧树脂为水性环氧树脂乳液，其环氧当量为400～700eq/100g。
优选地，所述环氧树脂选自Epikote 3520-WY-55A和Epikote 3522-W-60A中的一种。
优选地，所述碳量子点锈转化剂为改性的没食子酸碳量子点锈转化剂。优选地，所述改性的没食子酸碳量子点锈转化剂的制备方法如下：
(1)将没食子酸加入去离子水中溶解，得到没食子酸溶液；
(2)将步骤(1)得到的没食子酸溶液微波处理；
(3)将步骤(2)微波处理后的没食子酸溶液进行冻干处理，得到固体粉末；
(4)使用醇醚对步骤(3)得到的固体粉末进行改性，即得。
优选地，在步骤(1)中，水的温度为50-80℃，优选为60℃。
优选地，在步骤(1)中，所述没食子酸与所述去离子水之间的质量比为1～6：20；优选为1：10。
优选地，在步骤(2)中，微波处理的条件如下：功率为500～900W，温度为160～200℃，反应时间为10～20min；更优选地，在步骤(2)中，微波处理的条件如下：功率为800W，温度为180℃，反应时间为15min。
优选地，在步骤(4)中，所述改性是将步骤(3)得到的固体粉末与醇醚在80-120℃，优选110℃下在催化剂作用下反应2-5h，优选5h。
优选地，在步骤(4)中，所述醇醚选自乙二醇甲醚、二乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚和乙二醇丁醚中的一种或多种。
优选地，在步骤(4)中，所述催化剂为对苯甲磺酸。
优选地，在步骤(4)中，所述醇醚、所述步骤(3)得到的固体粉末、所述催化剂之间的质量比为10～30：5：1～3，优选为20：5：2。
在一个具体的实施方案中，所述改性的没食子酸碳量子点锈转化剂的制备方法如下：
(1)将没食子酸加入去离子水中，加热至60℃，超声并至完全溶解，得到没食子酸溶液。
(2)将步骤(1)得到的没食子酸溶液加入微波设备中，微波处理的条件为：功率为800W，温度为180℃，反应时间为15min。
(3)将步骤(2)微波处理后的没食子酸溶液进行冻干处理，得到固体粉末；
(4)将步骤(3)得到的固体粉末与醇醚在110℃反应5h，即得。
其中，所述醇醚选自乙二醇甲醚、二乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚和乙二醇丁醚中的一种或多种。
优选地，所述防锈颜料为磷酸锌。
优选地，所述防沉剂选自气相二氧化硅和有机膨润土中的一种或多种。
优选地，所述消泡剂为聚醚类消泡剂，例如BYK1710。
优选地，所述填料选自硫酸钡和滑石粉的一种或多种。
优选地，所述其他助剂包括但不限于分散剂、流平剂和增稠剂。
其中，所述分散剂选自ANTI-TERRA-250、BYK-151和BYK-155；所述流平剂选自BYK348和BYK-3455；所述增稠剂选自RHEOBYK-7610、RHEOBYK-M 2600VF和RHEOBYK-T1010VF。
优选地，所述环氧树脂固化剂为多胺类固化剂，优选为脂肪胺类，例如二乙烯三胺、三乙烯四胺，更具体可以为Epikure 3370。
另一方面，本发明提供一种前述水性涂料的制备方法，该制备方法如下：
将环氧树脂、去离子水、分散剂、消泡剂加入容器中，搅拌10-20分钟；加入防锈颜料、填料、碳量子点锈转化剂，再加入防沉剂，搅拌10-20分钟；最后加入流平剂、增稠剂，搅拌均匀后即得组分A。将组分A与组分B以配方比例混合，即得所述水性涂料。
与现有技术相比，本申请至少具有如下有益的技术效果。
本发明的水性涂料内含纳米级转锈剂，渗透性更强，转锈效果更好。在天窗期施工过程中，可直接进行带锈涂刷，省去除锈时间，提高工作效率。
本发明采用的是醇醚改性的没食子酸碳量子点作为锈转化剂，粒径更低，其结构中酚羟基含量较没食子酸更高，络合能力更强，转锈效果更好。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1：未改性的没食子酸碳量子点锈转化剂的制备
制备方法如下：
(1)将没食子酸加入去离子水中，加热至60℃，超声并至完全溶解。其中，没食子酸与去离子水的质量比为1：10。
(2)将步骤(1)得到的没食子酸溶液微波处理，微波处理条件为：功率为800W，温度为180℃，反应时间为15min。
(3)将步骤(2)微波处理后的没食子酸溶液进行冻干处理，得到固体粉末，得到未改性的没食子酸碳量子点锈转化剂。
实施例2：采用水热法制备改性的没食子酸碳量子点锈转化剂制备方法如下：
(1)将没食子酸加入去离子水中，加热至60℃，超声并至完全溶解，得到没食子酸溶液；
(2)将步骤(1)得到的没食子酸溶液放置在水热反应釜中，放入烘箱，设置反应温度为180℃，时间为6h。
(3)将步骤(2)微波处理后的没食子酸溶液进行冻干处理，得到固体粉末；
(4)将步骤(3)得到的固体粉末与乙二醇甲醚在110℃反应3h，即得。
其中，乙二醇甲醚、步骤(3)得到的固体粉末、对苯甲磺酸之间的质量分比为20：5：2。
实施例3：采用水热法制备改性的没食子酸碳量子点锈转化剂与实施例2的方法相同，区别仅在于醇醚使用的是二乙二醇丁醚。
实施例4：改性的没食子酸碳量子点锈转化剂的制备
将实施例1得到的未改性的没食子酸碳量子点锈转化剂加入乙二醇甲醚中，搅拌均匀，加入对苯甲磺酸作为催化剂，搅拌均匀，升温至110℃，反应5h。其中，乙二醇甲醚、实施例1得到的未改性的没食子酸碳量子点锈转化剂、对苯甲磺酸之间的质量分比为10：5：2。即得改性的没食子酸碳量子点锈转化剂。
实施例5：改性的没食子酸碳量子点锈转化剂的制备
其余与实施例4相同，不同之处为乙二醇甲醚、实施例1得到的未改性的没食子酸碳量子点锈转化剂、对苯甲磺酸之间的质量分比为20：5：2。
实施例6：改性的没食子酸碳量子点锈转化剂的制备
其余与实施例4相同，不同之处为乙二醇甲醚、实施例1得到的未改性的没食子酸碳量子点锈转化剂、对苯甲磺酸之间的质量分比为30：5：2。
实施例7：水性涂料
Figure BDA0003713165380000061
组分B 添加量(质量百分含量)
环氧树脂固化剂(Epikure 3370) 100％
将水性环氧树脂乳液(Epikote 3520-WY-55A)、去离子水、分散剂(ANTI-TERRA-250)、消泡剂加入容器中，搅拌10-20分钟。加入防锈颜料(磷酸锌)、填料(硫酸钡、滑石粉)、改性的没食子酸碳量子点锈转化剂，再加入防沉剂(气相二氧化硅、有机膨润土)，搅拌10-20分钟。最后加入流平剂(BYK348)、增稠剂(RHEOBYK-7610)，搅拌均匀后即得组分A。
将组分A与组分B以1：9的比例混合，即得水性涂料。
实施例8
其余部分与实施例7相同，其不同之处在于，改性的没食子酸碳量子点锈转化剂的加入量为10％。
实施例9
其余部分与实施例7相同，其不同之处在于，改性的没食子酸碳量子点锈转化剂的加入量为15％。
实施例10
其余部分与实施例7相同，其不同之处在于，以实施例1制备的未改性的没食子酸碳量子点锈转化剂替换实施例7中改性的没食子酸碳量子点锈转化剂。
实施例11
其余部分与实施例7相同，其不同之处在于，以实施例2制备的改性的没食子酸碳量子点锈转化剂替换实施例7中改性的没食子酸碳量子点锈转化剂。
实施例12
其余部分与实施例7相同，其不同之处在于，以实施例3制备的改性的没食子酸碳量子点锈转化剂替换实施例7中改性的没食子酸碳量子点锈转化剂。
实施例13
其余与实施例7相同，其不同之处在于，所述没食子酸碳量子点锈转化剂为实施例4制备。
实施例14
其余与实施例7相同，其不同之处在于，所述没食子酸碳量子点锈转化剂为实施例6制备。
实施例15
对实施例7-14的水性涂料的性能进行了检测。检测方法如下：
储存稳定性：HG/T 4759-2014。
测试涂膜附着力：GB/T 1720—1979。
耐盐雾性：GB/T 1771-2007。
锈转化时间:目测计时。
锈转化程度：最终反应的锈层面积与总面积的比例。
检测结果如下：
Figure BDA0003713165380000081
Figure BDA0003713165380000091

Claims (10)

1.一种站房钢结构用低表面处理水性涂料，该水性涂料由A、B双组分组成，其中，按质量份数计，所述A组分由如下组分组成：环氧树脂30-55份、碳量子点锈转化剂5-15份、防锈颜料0-10份、防沉剂0-1.5份、消泡剂0.1-0.5份、填料10-20份、其他助剂0-5份、去离子水0-25份，所述B组分为环氧树脂固化剂。
2.根据权利要求1所述的水性涂料，其特征在于，按质量份数计，所述A组分由如下组分组成：环氧树脂40-50份、碳量子点锈转化剂8-15份、防锈颜料4-10份、防沉剂0.5-1份、消泡剂0.1-0.4份、填料12-18份、其他助剂2-5份、去离子水15-25份；
优选地，按质量份数计，所述A组分由如下组分组成：环氧树脂40份、碳量子点锈转化剂10份、防锈颜料10份、防沉剂1份、消泡剂0.1份、填料15份、其他助剂5份、去离子水18.9份；
优选地，所述A组分和所述B组分之间的质量比为9:1。
3.根据权利要求1或2所述的水性涂料，其特征在于，所述环氧树脂为水性环氧树脂乳液，其环氧当量为400～700eq/100g；
优选地，所述环氧树脂选自Epikote 3520-WY-55A和Epikote 3522-W-60A中的一种。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的水性涂料，其特征在于，所述碳量子点锈转化剂为改性的没食子酸碳量子点锈转化剂；
优选地，所述改性的没食子酸碳量子点锈转化剂的制备方法如下：
(1)将没食子酸加入去离子水中溶解，得到没食子酸溶液；
(2)将步骤(1)得到的没食子酸溶液微波处理；
(3)将步骤(2)微波处理后的没食子酸溶液进行冻干处理，得到固体粉末；
(4)使用醇醚对步骤(3)得到的固体粉末进行改性，即得。
5.根据权利要求4所述的水性涂料，其特征在于，在步骤(1)中，水的温度为50-80℃，优选为60℃；
优选地，在步骤(1)中，所述没食子酸与所述去离子水之间的质量比为1～6：20；优选为1：10。
6.根据权利要求4或5所述的水性涂料，其特征在于，在步骤(2)中，微波处理的条件如下：功率为500～900W，温度为160～200℃，反应时间为10～20min；
优选地，在步骤(2)中，微波处理的条件如下：功率为800W，温度为180℃，反应时间为15min。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的水性涂料，其特征在于，在步骤(4)中，所述改性是将步骤(3)得到的固体粉末与醇醚在80-120℃，优选110℃下在催化剂作用下反应2-5h，优选5h；
优选地，在步骤(4)中，所述醇醚选自乙二醇甲醚、二乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚和乙二醇丁醚中的一种或多种；
优选地，在步骤(4)中，所述催化剂为对苯甲磺酸；
优选地，在步骤(4)中，所述醇醚、所述步骤(3)得到的固体粉末、所述催化剂之间的质量比为10～30：5：1～3，优选为20：5：2。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的水性涂料，其特征在于，所述改性的没食子酸碳量子点锈转化剂的制备方法如下：
(1)将没食子酸加入去离子水中，加热至60℃，超声并至完全溶解，得到没食子酸溶液；
(2)将步骤(1)得到的没食子酸溶液加入微波设备中，微波处理的条件为：功率为800W，温度为180℃，反应时间为15min；
(3)将步骤(2)微波处理后的没食子酸溶液进行冻干处理，得到固体粉末；
(4)将步骤(3)得到的固体粉末与醇醚在110℃反应5h，即得；
其中，所述醇醚选自乙二醇甲醚、二乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚和乙二醇丁醚中的一种或多种。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的水性涂料，其特征在于，所述防锈颜料为磷酸锌；
优选地，所述防沉剂选自气相二氧化硅和有机膨润土中的一种或多种；
优选地，所述消泡剂为聚醚类消泡剂，例如BYK1710；
优选地，所述填料选自硫酸钡和滑石粉的一种或多种；
优选地，所述其他助剂包括但不限于分散剂、流平剂和增稠剂；
其中，所述分散剂选自ANTI-TERRA-250、BYK-151和BYK-155；
所述流平剂选自BYK348和BYK-3455；
所述增稠剂选自RHEOBYK-7610、RHEOBYK-M 2600VF和RHEOBYK-T 1010VF；
优选地，所述环氧树脂固化剂为多胺类固化剂，优选为脂肪胺类，例如二乙烯三胺、三乙烯四胺。
10.一种权利要求1至9中任一项所述的水性涂料的制备方法，该制备方法如下：
将环氧树脂、去离子水、分散剂、消泡剂加入容器中，搅拌10-20分钟；加入防锈颜料、填料、碳量子点锈转化剂，再加入防沉剂，搅拌10-20分钟；最后加入流平剂、增稠剂，搅拌均匀后即得组分A；将组分A与组分B以配方比例混合，即得所述水性涂料。
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