背景技術
近年來，有關環(huán)境污染限制的法律與法規(guī)相繼出臺，其中涉及到涂料行業(yè)的就有VOCs(涂料中有機揮發(fā)物的含量)和HAPs(有害空氣中的污染物)的排放限制兩大問題。這樣就使占世界涂料行業(yè)生產(chǎn)中的53%的溶劑型涂料的生產(chǎn)受到限制。如今，涂料向高固體分和水性涂料方向發(fā)展已成為涂料界的共識，零VOC或低VOC，HAP的體系已成為新型材料的研究方向。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，水性涂料產(chǎn)品應用越來越普及，鋁材、鍍鋅板、不銹鋼等因其良好的防腐蝕性，在建筑、制造和工業(yè)領域廣泛使用。
涂料是鋼結構防腐蝕方法中最為經(jīng)濟和有效的方法。一般鋼結構防腐多采用溶劑型防腐蝕涂料，溶劑揮發(fā)對環(huán)境造成污染是不可忽視的問題，水性防腐蝕涂料以水為稀釋劑，幾乎不含有機溶劑，因此，在節(jié)能、減少環(huán)境污染以及在生產(chǎn)、運輸、施工的安全性方面是其他涂料無法達到的。
防腐蝕涂料體系一般包括底漆、中間漆、面漆：底漆含粉料多，基料少，成膜粗糙，與鋼材粘附力強，與面漆結合性好；面漆則基料多，成膜有光澤，能保護底漆不受大氣腐蝕，并能抗風化，目前，對于鋼結構表面的銹防腐蝕涂料，耐水滲透性較差，嚴重影響涂膜的防腐蝕性能。
發(fā)明內容
為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種水性丙烯酸底漆，所述水性丙烯酸底漆由100重量份的水性丙烯酸乳液、10-30重量份的水性脂肪族聚氨酯分散體以及10-35重量份的防銹顏料組合物組成，所述水性丙烯酸乳液的固含量為30-70%，所述水性脂肪族聚氨酯分散體的固含量為30-70%，所述防銹顏料組合物由100重量份的硅酸鹽和1-30重量份的納米粒子組成。
所述水性丙烯酸底漆還包括0.2-2重量份的附著力促進劑以及0.2-2重量份的基材潤濕劑。
所述附著力促進劑為磷酸酯類附著力促進劑。
所述基材潤濕劑劑為聚醚硅氧烷類基材潤濕劑。
所述水性脂肪族聚氨酯分散體的羥基基團含量低于0.01wt%。
所述納米粒子為氧化銅、氧化鈰、氧化鐵中的一種或幾種。
所述硅酸鹽選自長石、高嶺土、沸石、蒙脫石、膨潤土、方鈉石、云母中的一種或幾種。
所述防銹顏料組合物的制備方法包括以下步驟：
將亞金屬硝酸鹽的乙醇溶液、乳化劑混合均勻，得到乳液A；
將氨的乙醇溶液、乳化劑混合均勻，得到乳液B；
將乳液A和乳液B混合，得到混合乳液；
將硅酸鹽分散于乙醇溶液中，繼續(xù)攪拌并通入氧氣，加入混合乳液，繼續(xù)保持通入氧氣和攪拌，1-5小時后靜置分離烘干即可得到防銹顏料組合物。
本發(fā)明通過在復合磷酸鹽中引入納米粒子，制備得到了性能優(yōu)異的水性丙烯酸底漆，耐水能夠達到1000小時，耐鹽霧為700小時。
參考以下詳細說明更易于理解本申請的上述以及其他特征、方面和優(yōu)點。
具體實施方式
除非另有限定，本文使用的所有技術以及科學術語具有與本發(fā)明所屬領域普通技術人員通常理解的相同的含義。當存在矛盾時，以本說明書中的定義為準。
對于在本發(fā)明的水性底漆組合物中使用的水性丙烯酸樹脂，通常通過使由含羧基的聚合性不飽和單體等含親水性基團的聚合性不飽和單體及其它聚合性不飽和單體組成的單體混合物共聚制得的重均分子量為5,000~100,000、優(yōu)選5,000~50,000范圍內的水溶性丙烯酸樹脂，重均分子量為50,000以上、優(yōu)選100,000以上的丙烯酸樹脂乳狀液等。在這里，重均分子量為將使用凝膠滲透色譜(GPC)測定的保留時間(保留體積)根據(jù)在同一條件下測定的分子量已知的標準聚苯乙烯保留時間(保留體積)換算成聚苯乙烯分子量求得的值。
作為上述含羧基的聚合性不飽和單體，例如(甲基)丙烯酸、巴豆酸等不飽和一元羧酸，馬來酸、富馬酸、衣康酸等不飽和二元羧酸或這些二元羧酸的半單烷基酯化物等，另外作為除此之外的含親水性基團的聚合性不飽和單體，例如(甲基)丙烯酸聚乙二醇酯、(甲基)丙烯酸聚丙二醇酯、(甲基)丙烯酸甲氧基聚乙二醇酯等含聚氧化亞烷基鏈的聚合性不飽和單體，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、(甲基)丙烯酸2-磺基乙酯等(甲基)丙烯酸磺基烷基酯之類的含磺酸基的聚合性不飽和單體，(甲基)丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯、(甲基)丙烯酸N,N-二乙氨基乙酯等含叔氨基的聚合性不飽和單體，2-(甲基丙烯酰氧基)乙基三甲基氯化銨、2-(甲基丙烯酰氧基)乙基三甲基溴化銨等含季銨鹽基團的聚合性不飽和單體，含季銨鹽化羧基的聚合性不飽和單體等。
作為除上述外的其它聚合性不飽和單體，例如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正或異丙酯、(甲基)丙烯酸正、異或叔丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸環(huán)己酯、(甲基)丙烯酸十二烷基酯、(甲基)丙烯酸異冰片酯等(甲基)丙烯酸的碳原子數(shù)1~24的烷基酯或環(huán)烷基酯，(甲基)丙烯酸2-羥基乙酯、(甲基)丙烯酸2-或3-羥基丙酯、(甲基)丙烯酸4-羥基丁酯等(甲基)丙烯酸的羥基烷基酯，(甲基)丙烯酸縮水甘油酯，丙烯腈，丙烯酰胺，苯乙烯，乙烯基甲苯，醋酸乙烯酯，氯乙烯，二丙烯酸1,6-己二醇酯等，它們可分別單獨或組合2種以上使用。
上述單體混合物的共聚無特殊限制，可根據(jù)其本身已知的方法進行，例如水溶性丙烯酸樹脂可通過溶液聚合法等，而丙烯酸樹脂乳狀液可通過乳液聚合法等進行。
當水性丙烯酸樹脂特別是通過乳液聚合制得的丙烯酸樹脂乳狀液時，也可以為在水和乳化劑的存在下通過使單體混合物在多個階段發(fā)生乳液聚合制得的多層結構粒子狀乳狀液。
源自水性丙烯酸樹脂中含親水性基團的聚合性不飽和單體的羧基等酸性基團可根據(jù)需要使用堿性物質進行中和。該堿性物質優(yōu)選為水溶性，例如氨、甲胺、乙胺、丙胺、丁胺、二甲胺、三甲胺、三乙胺、乙二胺、嗎啉、甲基乙醇胺、二甲基乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二異丙醇胺、2-氨基-2-甲基丙醇等，它們可分別單獨或組合2種以上使用。
所述水性丙烯酸樹脂的羥基含量為5-15mgKOH/g。
水性脂肪族聚氨酯分散體
本發(fā)明的水性脂肪族聚氨酯分散體，其由脂肪族二異氰酸酯與多元醇及含有親水基團的二元醇發(fā)生聚合反應得到的預聚物經(jīng)中和及高速兼且分散在水中得到，水性脂肪族聚氨酯分散體的分子量為4000-5000道爾頓，羥基基團含量均低于0.01%。
(1)所述的脂肪族二異氰酸酯，選自HDI、HMDI、IPDI、XDI中的一種或兩種或多種；
(2)所述的多元醇可以為聚醚型多元醇，如聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氫呋喃或者它們的混合物；所用的多元醇也可以為聚酯型多元醇，如聚己二酸類多元醇，聚碳酸酯類多元醇，聚己內酯類多元醇或者它們的混合物。優(yōu)選聚酯多元醇，分子量為400-1200道爾頓；
(3)所述的含有親水基團的二元醇包括二羥甲基丙酸(DMPA)和二羥甲基丁酸(DMBA)中的一種或者兩者。
其他助劑
本發(fā)明的水性丙烯酸底漆還可以適當添加分散劑、消泡劑、防沉淀劑、防霉劑、防腐劑、紫外線吸收劑或光穩(wěn)定劑等。上述主劑中也可以配合有機溶劑。作為有機溶劑，可舉出例如：乙二醇單正丁基醚、乙二醇單異丁基醚、乙二醇單正丙基醚、乙二醇單異丙基醚、二乙二醇單正丁基醚、二乙二醇單異丁基醚、二乙二醇單正丙基醚、二乙二醇單異丙基醚、二丙二醇單正丁基醚、二丙二醇單異丁基醚、二丙二醇單正丙基醚、二丙二醇單異丙基醚、二乙二醇二乙基醚和二乙二醇二丁基醚等二醇醚類、2,2,4-三甲基戊二醇單異丁酸酯以及2,2,4-三甲基戊二醇二異丁酸酯等。這些有機溶劑可以單獨使用，也可以組合使用兩種以上。
硅酸鹽防銹顏料
金屬硅酸鹽為二氧化硅和金屬氧化物的鹽，并且能夠使用任意的原硅酸鹽、聚硅酸鹽等。硅酸鹽的實例包括硅酸鈣、硅酸鎂、硅酸鋅、硅酸鋁、原硅酸鋁、水合硅酸鋁、硅酸鋁鈣、硅酸鋁鈉、硅酸鋁鈹、硅酸鈉、原硅酸鈣、偏硅酸鈣、硅酸鈣鈉、硅酸鋯、原硅酸鎂、偏硅酸鎂、硅酸鎂鈣、硅酸錳、硅酸鋇、橄欖石、石榴石、鈧釔石、異極礦、藍錐礦、柱星葉石、綠玉、透輝石、硅灰石、薔薇輝石、透閃石、硬硅鈣石、滑石、魚眼石、長石、高嶺土、沸石、蒙脫石、膨潤土、方鈉石、云母等。
防銹顏料組合物的制備：
將3ml亞金屬硝酸鹽的乙醇溶液(0.2mol/L)、2ml吐溫60混合均勻，得到乳液A。
將3ml氨的乙醇溶液(1mol/L)、2ml吐溫60混合均勻，得到乳液B。
將5ml的乳液A和5ml的乳液B混合，得到混合乳液。
將100g硅酸鹽分散于1000ml的乙醇溶液中，繼續(xù)攪拌并以0.2升/分鐘的速度通入氧氣20分鐘后，加入10ml的混合乳液，繼續(xù)保持通入氧氣和攪拌，3小時后靜置分離烘干即可得到防銹顏料組合物。
另一種防銹顏料組合物的制備：
將3ml亞金屬硝酸鹽的乙醇溶液(0.2mol/L)、2ml吐溫60混合均勻，得到乳液A。
將3ml氨的乙醇溶液(1mol/L)、2ml吐溫60混合均勻，得到乳液B。
將上述5ml乳液A與乳液B按照體積比1∶1混合，加入硅酸鹽，繼續(xù)攪拌并以0.2升/分鐘的速度通入氧氣，3小時后靜置分離烘干即可得到防銹顏料組合物。
另一種防銹顏料組合物的制備：
將3ml金屬硝酸鹽的乙醇溶液(0.2mol/L)、2ml吐溫60混合均勻，得到乳液A。
將3ml氨的乙醇溶液(1mol/L)、2ml吐溫60混合均勻，得到乳液B。
將上述5ml乳液A與乳液B按照體積比1∶1混合，加入硅酸鹽，繼續(xù)攪拌3小時后靜置分離烘干即可得到防銹顏料組合物。
亞金屬硝酸鹽為硝酸亞銅、硝酸亞鈰、硝酸亞鐵中的一種或幾種。
本發(fā)明中硅酸鹽優(yōu)選長石、高嶺土、沸石、蒙脫石、膨潤土、方鈉石、云母。這些硅酸鹽具有微孔結構和離子交換性。
在下文中，通過實施例對本發(fā)明進行更詳細地描述，但應理解，這些實施例僅僅是例示的而非限制性的。如果沒有其它說明，所用原料都是市售的。
下面參照幾個例子詳細描述本發(fā)明。
防銹顏料組合物X1
將3ml硝酸亞鈰的乙醇溶液(0.2mol/L)、2ml吐溫60混合均勻，得到乳液A。
將3ml氨的乙醇溶液(1mol/L)、2ml吐溫60混合均勻，得到乳液B。
將5ml的乳液A和5ml的乳液B混合，得到混合乳液
將100g方鈉石硅酸鹽防銹顏料分散于1000ml的乙醇溶液中，繼續(xù)攪拌并以0.2升/分鐘的速度通入氧氣20分鐘后，加入100ml的混合乳液，繼續(xù)保持通入氧氣和攪拌，3小時后靜置分離烘干即可得到防銹顏料組合物。
防銹顏料組合物X2
將3ml硝酸亞鈰的乙醇溶液(0.2mol/L)、2ml吐溫60混合均勻，得到乳液A。
將3ml氨的乙醇溶液(1mol/L)、2ml吐溫60混合均勻，得到乳液B。
將上述5ml乳液A與乳液B按照體積比1∶1混合得到混合液，100ml的混合液以及1000ml的乙醇加入100g方鈉石硅酸鹽防銹顏料，繼續(xù)攪拌并以0.2升/分鐘的速度通入氧氣，3小時后靜置分離烘干即可得到防銹顏料組合物。
防銹顏料組合物X3
將3ml硝酸鈰的乙醇溶液(0.2mol/L)、2ml吐溫60混合均勻，得到乳液A。
將3ml氨的乙醇溶液(1mol/L)、2ml吐溫60混合均勻，得到乳液B。
將上述5ml乳液A與乳液B按照體積比1∶1混合，加入方鈉石硅酸鹽防銹顏料，繼續(xù)攪拌3小時后靜置分離烘干即可得到防銹顏料組合物。
水性脂肪族聚氨酯分散體Y1
由HDI與聚酯多元醇（分子量800）及二羥甲基丙酸發(fā)生聚合反應得到的預聚物經(jīng)中和及高速分散在水中得到，水性脂肪族聚氨酯分散體的分子量為4500道爾頓，羥基基團含量低于0.01%。
水性脂肪族聚氨酯分散體Y2
由HDI與聚酯多元醇（分子量800）及二羥甲基丙酸發(fā)生聚合反應得到的預聚物經(jīng)中和及高速分散在水中得到，水性脂肪族聚氨酯分散體的分子量為3000道爾頓，固含量為50%，羥基基團含量低于0.01%。
水性脂肪族聚氨酯分散體Y3
由HDI與聚酯多元醇（分子量800）及二羥甲基丙酸發(fā)生聚合反應得到的預聚物經(jīng)中和及高速分散在水中得到，水性脂肪族聚氨酯分散體的分子量為6000道爾頓，固含量為50%，羥基基團含量低于0.01%。
水性脂肪族聚氨酯分散體Y4
由HDI與聚酯多元醇（分子量800）及二羥甲基丙酸發(fā)生聚合反應得到的預聚物經(jīng)中和及高速分散在水中得到，水性脂肪族聚氨酯分散體的分子量為6000道爾頓，固含量為50%，羥基基團含量低于3%。
實施例3
底漆由100重量份的水性丙烯酸乳液（固含量50%，帥科公司苯丙乳液SK6462）、12重量份的水性脂肪族聚氨酯分散體Y1、33重量份的防銹顏料組合物X1、1重量份的附著力促進劑(常州宇榮化工PM-2改性磷酸酯)以及1重量份的基材潤濕劑(HY-6085北京麥爾化工聚醚改性聚硅氧烷)組成。上述組份混合均勻。
對比例1
底漆由100重量份的水性丙烯酸乳液（固含量50%，帥科公司苯丙乳液SK6462）、13重量份的水性脂肪族聚氨酯分散體Y1、30重量份的防銹顏料組合物X3、1重量份的附著力促進劑(常州宇榮化工PM-2改性磷酸酯)以及1重量份的基材潤濕劑(HY-6085北京麥爾化工聚醚改性聚硅氧烷)組成。上述組份混合均勻。
對比例2
底漆由100重量份的水性丙烯酸乳液（固含量50%，帥科公司苯丙乳液SK6462）、13重量份的水性脂肪族聚氨酯分散體Y1、32.7重量份的方鈉石硅酸鹽防銹顏料、0.3重量份的納米氧化鈰(克拉瑪爾99.95%(REO)100nm)、1重量份的附著力促進劑(常州宇榮化工PM-2改性磷酸酯)以及1重量份的基材潤濕劑(HY-6085北京麥爾化工聚醚改性聚硅氧烷)組成。上述組份混合均勻。
對比例3
底漆由100重量份的水性丙烯酸乳液（固含量50%，帥科公司苯丙乳液SK6462）、13重量份的水性脂肪族聚氨酯分散體Y1、33重量份的方鈉石硅酸鹽防銹顏料、1重量份的附著力促進劑(常州宇榮化工PM-2改性磷酸酯)以及1重量份的基材潤濕劑(HY-6085北京麥爾化工聚醚改性聚硅氧烷)組成。上述組份混合均勻。
對比例4
底漆由100重量份的水性丙烯酸乳液（固含量50%，帥科公司苯丙乳液SK6462）、13重量份的水性脂肪族聚氨酯分散體Y2、30重量份的防銹顏料組合物X1、1重量份的附著力促進劑(常州宇榮化工PM-2改性磷酸酯)以及1重量份的基材潤濕劑(HY-6085北京麥爾化工聚醚改性聚硅氧烷)組成。上述組份混合均勻。
對比例5
底漆由100重量份的水性丙烯酸乳液（固含量50%，帥科公司苯丙乳液SK6462）、13重量份的水性脂肪族聚氨酯分散體Y3、30重量份的防銹顏料組合物X1、1重量份的附著力促進劑(常州宇榮化工PM-2改性磷酸酯)以及1重量份的基材潤濕劑(HY-6085北京麥爾化工聚醚改性聚硅氧烷)組成。上述組份混合均勻。
對比例6
底漆由100重量份的水性丙烯酸乳液（固含量50%，帥科公司苯丙乳液SK6462）、13重量份的水性脂肪族聚氨酯分散體Y4、30重量份的防銹顏料組合物X1、1重量份的附著力促進劑(常州宇榮化工PM-2改性磷酸酯)以及1重量份的基材潤濕劑(HY-6085北京麥爾化工聚醚改性聚硅氧烷)組成。上述組份混合均勻。
對比例7
底漆由100重量份的水性丙烯酸乳液（固含量50%，帥科公司苯丙乳液SK6462）、30重量份的防銹顏料組合物X1、1重量份的附著力促進劑(常州宇榮化工PM-2改性磷酸酯)以及1重量份的基材潤濕劑(HY-6085北京麥爾化工聚醚改性聚硅氧烷)組成。上述組份混合均勻。
實驗片制作
使用基底調整程度達到ISO8501-1Sa2.5的噴砂處理鋼板(150×70×3.2mm)，使用空氣噴涂前述實施例和對比例的水性丙烯酸樹脂底漆，使得干燥膜厚達到55～65μm，在23℃、50％相對濕度的條件下干燥7天，得到試驗片。耐水性依照GB/T1733、耐鹽霧性依照GB/T1771進行測試。
本發(fā)明通過在復合磷酸鹽中引入納米粒子，制備得到了性能優(yōu)異的水性丙烯酸底漆，耐水能夠達到1000小時，耐鹽霧為700小時。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡是根據(jù)本發(fā)明內容所做的均等變化與修飾，均涵蓋在本發(fā)明的專利范圍內。
1.一種水性丙烯酸底漆，其特征在于，所述水性丙烯酸底漆由100重量份的水性丙烯酸乳液、10-30重量份的水性脂肪族聚氨酯分散體以及10-35重量份的防銹顏料組合物組成，所述水性丙烯酸乳液的固含量為30-70%，所述水性脂肪族聚氨酯分散體的固含量為30-70%，所述防銹顏料組合物由100重量份的硅酸鹽和1-30重量份的納米粒子組成。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種水性丙烯酸底漆，其特征在于，所述水性丙烯酸底漆還包括0.2-2重量份的附著力促進劑以及0.2-2重量份的基材潤濕劑。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種水性丙烯酸底漆，其特征在于，所述附著力促進劑為磷酸酯類附著力促進劑。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種水性丙烯酸底漆，其特征在于，所述基材潤濕劑劑為聚醚硅氧烷類基材潤濕劑。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種水性丙烯酸底漆，其特征在于，所述水性脂肪族聚氨酯分散體的羥基基團含量低于0.01wt%。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種水性丙烯酸底漆，其特征在于，所述納米粒子為氧化銅、氧化鈰、氧化鐵中的一種或幾種。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種水性丙烯酸底漆，其特征在于，所述硅酸鹽選自長石、高嶺土、沸石、蒙脫石、膨潤土、方鈉石、云母中的一種或幾種。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種水性丙烯酸底漆，其特征在于，所述防銹顏料組合物的制備方法包括以下步驟：
將亞金屬硝酸鹽的乙醇溶液、乳化劑混合均勻，得到乳液A；
將氨的乙醇溶液、乳化劑混合均勻，得到乳液B；
將乳液A和乳液B混合，得到混合乳液；
將硅酸鹽分散于乙醇溶液中，繼續(xù)攪拌并通入氧氣，加入混合乳液，繼續(xù)保持通入氧氣和攪拌，1-5小時后靜置分離烘干即可得到防銹顏料組合物。
