一种合金基材用表面抗腐蚀水性背漆及其制备方法与流程

本发明涉及水性背漆加工，具体涉及一种合金基材用表面抗腐蚀水性背漆及其制备方法。

背景技术：

1、在工业生产和日常生活中，合金材料广泛应用于各种领域，因为它们具有优异的性能，如高强度、耐腐蚀性和耐磨性等，而合金材料在长期使用过程中，可能会遇到一些腐蚀和表面劣化的问题，这不仅影响了其外观美观，还可能降低其使用寿命和性能，水性背漆是一种以水为介质的涂料，与传统的有机溶剂型涂料相比，具有环保、健康安全、易清洗和施工方便等优势，随着环保意识的增强和涂料技术的不断发展，水性背漆逐渐成为一种受欢迎的表面防护技术；

2、现有技术中的抗腐蚀水性背漆通常由氧化铁红、催干剂、树脂、助剂和水组成，催干剂以氧化锰为主要成分，氧化铁红作为颜料与保护底材，能够提供良好的颜色与防腐保护，但是氧化铁红与催干剂均为无机金属材料，其与树脂等其他水性背漆的组成之间相容性较差，水性背漆干燥后的漆膜中存在弱界面性，导致水性背漆的漆膜的抗冲击性能有待进一步提高，组成水性背漆的各组成成分在水体系中的分散稳定性较差，并且水性背漆在使用时，无机金属颗粒之间存在较大摩擦力，涂料的流变性较差，施工涂覆不方便，水性漆膜在涂覆成型时，在水性漆膜的表面容易形成大量的鼓泡，导致漆膜的表面抗腐蚀性能和耐久性有待进一步提高；

3、针对此方面的技术缺陷，现提出一种解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种合金基材用表面抗腐蚀水性背漆及其制备方法，用于解决现有技术中水性背漆中的无机组成成分与有机组成成分之间的相容性差，漆膜内存在弱界面性，水性漆膜中的无机组成成分之间存在较大摩擦力，涂料的流变性较差，施工涂覆不方便，并且在水性漆膜涂覆成型时，在水性漆膜的表面容易形成大量的鼓泡，导致漆膜的抗冲击性能、表面抗腐蚀性能和耐久性有待进一步提高的技术问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种合金基材用表面抗腐蚀水性背漆，由改性聚酯、改性催干剂、复合铁红、水和添加剂组成，其黏稠度为5500-6500mpa·s；

4、所述改性聚酯通过蓖麻油酸甘油酯与邻苯二甲酸酐脱水缩合制备成含有丰富羧基的改性蓖麻油，改性蓖麻油与2-羟甲基-1,3-丙二醇发生酯化反应再与1,2,4-苯三酸酐发生脱水缩合后，经后处理后得到；

5、改性催干剂通过羧甲基三乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷、1,8-二(三乙氧基硅烷基)辛烷在乙醇水环境体系中反应，生成改性硅氧烷，然后在催化剂的作用下，改性硅氧烷、4-甲基-3-戊烯酸与纳米二氧化锰进行酯化反应，得到改性催干剂；

6、复合铁红通过kh-550和异佛尔酮二异氰酸酯反应后再与油酸反应生成聚合物，然后聚合物再与氧化铁红在碱性环境中反应，接枝修饰在氧化铁红的表面，得到复合铁红。

7、进一步的，所述改性聚酯、改性催干剂、复合铁红、水和添加剂的用量比为30g:3g:12g:40-60ml:3g，所述添加剂由分散剂、润湿剂、消泡剂和增稠剂按用量比2g:1g:1g:1g组成，其中，分散剂由聚乙二醇、聚丙烯酸酯、羧甲基纤维素中的一种或多种组成，润湿剂由辛基苯磺酸盐、聚乙二醇辛醚、烷基醚硅油中的一种或多种组成，消泡剂为聚环氧乙烷醇、聚醚硅氧烷、聚丙二醇中的一种，增稠剂为聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素中的一种。

8、一种合金基材用表面抗腐蚀水性背漆的制备方法，包括以下步骤：

9、s1、将邻苯二甲酸酐、甲苯按用量比1g:4ml加入到氮气保护的三口烧瓶中搅拌，室温下，向三口烧瓶中滴加50vt％蓖麻油酸甘油酯甲苯溶液，反应2-4h，后处理得到改性蓖麻油；

10、改性蓖麻油的合成反应原理为：

11、

12、s2、将改性蓖麻油、甲苯、2-羟甲基-1,3-丙二醇、催化剂加入到三口烧瓶中搅拌，三口烧瓶温度升高至105-110℃，保温反应4-6h，后处理，得到蓖麻油聚酯；

13、蓖麻油聚酯的合成反应原理为：

14、

15、s3、将蓖麻油聚酯、甲苯和1,2,4-苯三酸酐加入到三口烧瓶中，三口烧瓶温度升高至50-60℃，保温反应2-3h，向三口烧瓶中加入氨水，调节体系ph＝8-9，后处理得到改性聚酯；

16、改性聚酯的合成反应原理为：

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18、s4、改性聚酯、改性催干剂、复合铁红、水和添加剂加入到球磨机中，球磨混合后，将其从球磨机中放出到烧杯中，搅拌状态下向烧杯中加入纯化水，调节漆料的黏稠度为5500-6500mpa·s，得到水性背漆。

19、进一步的，步骤s1中邻苯二甲酸酐和蓖麻油酸甘油酯的用量比为3m:1m；步骤s2中改性蓖麻油、2-羟甲基-1,3-丙二醇的用量比为1m:1.1m，所述甲苯用量为改性蓖麻油重量的4倍，所述催化剂的用量为改性蓖麻油重量的0.02倍，其中，催化剂为98wt％硫酸；步骤s3中蓖麻油聚酯、1,2,4-苯三酸酐的用量比为3g:1g，所述甲苯用量为蓖麻油聚酯重量的3倍。

20、进一步的，步骤s1的后处理操作包括：反应完成之后，三口烧瓶温度升高至70-80℃，减压蒸除甲苯，得到改性蓖麻油；步骤s2的后处理操作包括：反应完成之后，三口烧瓶温度降低至室温，向三口烧瓶中加入纯化水，搅拌10-15min，静置分液，有机相转移到旋转蒸发器中，设置水浴温度为70-80℃，减压蒸馏至无液体流出，得到蓖麻油聚酯；步骤s3的后处理操作包括：反应完成之后，向三口烧瓶中加入10wt％氯化钠溶液，搅拌10-15min，静置分液，有机相转移到旋转蒸发器中，设置水浴温度为70-80℃，减压蒸馏至无液体流出，得到改性聚酯。

21、进一步的，所述改性催干剂由以下步骤加工而成：

22、a1、将羧甲基三乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷、1,8-二(三乙氧基硅烷基)辛烷和80vt％乙醇溶液加入到三口烧瓶中搅拌，三口烧瓶温度升高至40-50℃，向三口烧瓶中加入0.1m盐酸，调节体系ph＝3-5，保温反应2-4h，后处理得到改性硅氧烷；

23、a2、将4-甲基-3-戊烯酸、纳米二氧化锰、改性硅氧烷、n-甲基吡咯烷酮、甲苯和催化剂加入到三口烧瓶中搅拌，三口烧瓶温度升高至180-190℃，保温反应6-8h，后处理得到改性催干剂。

24、进一步的，步骤a1中羧甲基三乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷、1,8-二(三乙氧基硅烷基)辛烷和80vt％乙醇溶液的用量比为2g:3g:6g:20ml；步骤a2中4-甲基-3-戊烯酸、纳米二氧化锰、改性硅氧烷、n-甲基吡咯烷酮、甲苯和催化剂的用量比为2g:3g:2g:10ml:4ml:0.1g，所述催化剂为亚硒酸盐。

25、进一步的，步骤a1的后处理操作包括，反应完成之后，三口烧瓶保温40-50℃，减压蒸除乙醇，由固体析出，向三口烧瓶中加入纯化水，将固体物洗涤至中性，将固体物转移到温度为60-80℃的干燥箱中，干燥至恒重，得到改性硅氧烷；步骤a2的后处理操作包括：反应完成之后，三口烧瓶保温180-190℃，减压蒸除溶剂后，三口烧瓶温度降低至室温，向三口烧瓶中加入丙酮，超声分散20-30min，抽滤，滤饼用丙酮洗涤三次后转移到温度为50-60℃的干燥箱中，干燥至恒重，得到改性催干剂。

26、进一步的，所述复合铁红的制备方法为：将kh-550、异佛尔酮二异氰酸酯和丙酮加入到氮气保护的三口烧瓶中搅拌，室温下保温反应30-50min，向三口烧瓶中加入油酸，三口烧瓶温度升高至55-65℃，保温反应80-90min，然后向三口烧瓶中加入氧化铁红溶液，搅拌30-50min，后处理的得到复合铁红。

27、复合铁红的合成反应原理为：

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30、●为氧化铁红

31、进一步的，所述氧化铁红溶液的制备方法为：将氧化铁红、丙酮和0.15m氨水按用量比1g:3ml:3ml加入到三口烧瓶，超声分散30-50min，得到氧化铁红溶液。

32、进一步的，所述kh-550、异佛尔酮二异氰酸酯的摩尔比为1:1，所述丙酮用量为异佛尔酮二异氰酸酯重量的5倍，油酸用量为异佛尔酮二异氰酸酯重量的1.6倍，氧化铁红的用量为kh-550用量的2倍，所述后处理操作包括：反应完成之后，抽滤，滤饼用丙酮洗涤后抽干，将滤饼转移到温度为50-60℃的干燥箱中，干燥至恒重，得到复合铁红。

33、本发明具备下述有益效果：

34、1、本发明的水性背漆在制备过程中，以蓖麻油酸甘油酯与邻苯二甲酸酐为原料，通过脱水缩聚，将邻苯二甲酸酐接枝到蓖麻油酸甘油酯上，制备成含有丰富羧基的改性蓖麻油，改性蓖麻油上的羧基与2-羟甲基-1,3-丙二醇上的羟基通过酯化反应，生成具有网状交联结构的蓖麻油聚酯，增强蓖麻油酸甘油酯分子之间的交联，使得涂料的分子结构更加紧密和稳定，从而提高背漆的耐水性和耐盐雾性能，反应过程中通过控制改性蓖麻油与2-羟甲基-1,3-丙二醇的用量比例，使得蓖麻油聚酯上富余有大量的羟基，蓖麻油聚酯上的羟基再与1,2,4-苯三酸酐通过脱水缩合后，羧基与氨水通过酸碱中和反应，生成羧酸铵盐，使得改性聚酯更容易的分散在水溶液中，提高水性背漆各组成原料分散状态的稳定性；组成水性背漆的改性聚酯、改性催干剂与复合铁红中均含有烯烃双键，这些烯烃双键能够提高漆膜层的耐候性、柔韧性和其与基材之间的粘附性，使漆膜具有较好的抗冲击性与抵抗紫外氧化性能，并且，在漆膜干燥和固化过程中，烯烃双键发生聚合或交联反应，在漆膜中形成交联，形成坚实的漆膜结构，增强漆膜的耐化学性，使其更抵抗化学腐蚀、耐久和耐磨性。

35、2、本发明的水性背漆在制备过程中，通过羧甲基三乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷、1,8-二(三乙氧基硅烷基)辛烷在乙醇水环境体系中反应，生成具有羧基封端的网状交联的改性硅氧烷，然后在催化剂的作用下，改性硅氧烷、4-甲基-3-戊烯酸与纳米二氧化锰进行酯化反应，生成二氧化锰与4-甲基-3-戊烯酸、改性硅氧烷酯化缩聚物的改性催干剂；锰是催干剂的重要组成，与涂料中的氧气发生反应，氧化涂料中的双键或含有氢原子的基团，产生自由基或其他活性物种，促进涂料氧化固化，加速涂料的干燥；通过改性催干剂中的改性硅氧烷和4-甲基-3-戊烯酸通过酯键与锰稳定交联，可以增强改性催干剂的润湿性能，使其更好地与涂料中的其他成分相互作用，促进催干剂在涂料中的分散和溶解；改性硅氧烷和4-甲基-3-戊烯酸的加入还可以改善涂料的流动性，降低涂料的黏度，并且硅氧烷的特殊结构可以降低涂料的表面张力，有利于涂料在涂布过程中的均匀涂敷和涂膜的形成，在漆膜表面形成一层保护性的硅氧烷和4-甲基-3-戊烯酸薄膜，提高漆膜的耐水性和耐候性，使漆膜更耐久和耐用。

36、3、本发明的水性背漆在制备过程中，通过kh-550和异佛尔酮二异氰酸酯反应，kh-550上的氨基与异佛尔酮二异氰酸酯上的异氰酸酯基反应后，再与油酸反应，生成以异佛尔酮二异氰酸酯为交联剂的kh-550与油酸的聚合物，然后再与氧化铁红在碱性环境中反应，kh-550上的硅氧烷键断裂，然后与氧化铁红的表面活性官能团反应，制备成复合铁红；在氧化铁红外部包覆的油酸层，有助于提高其在涂料中的分散性，使其在涂料中更加均匀地分布，提高涂料的色彩均匀性和着色效果，并防止出现涂料不稳定性，使得水性背漆中的改性氧化铁红能够保存稳定悬浮状态，防止氧化铁红颗粒在涂料中的沉淀；改性氧化铁红外部包覆的油酸包覆层，在氧化铁红的表面形成一层保护性的屏障，降低氧化铁红颗粒之间的摩擦力，改善涂料的流变性，有利于涂料的施工和涂敷性能，油酸包覆增加了氧化铁红颗粒之间的相互黏着力，从而提高了涂料的耐刮擦性能，并且，氧化铁红表面的包覆层还能够减少氧化铁红颗粒与外界环境的接触，从而提高涂料的耐候性，增强涂料的耐久性。