基本信息
- 项目名称：
- 水性环氧树脂接枝聚含氟丙烯酸酯防腐涂料
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 开发了乳液聚合方法制备环氧树脂接枝丙烯酸酯胶乳（EPA）新工艺，制备的EPA胶乳中具有共价键合的磷酸酯基团以及氟树脂，使得乳胶膜具有附着力高、防闪锈、防腐、耐候性、耐水性以及自清洁性优异等综合性能。将乳胶膜设计成双组分交联体系解决了乳胶膜耐水性差的难题。以EPA为主要成膜物质，研制的水性金属防腐涂料具有具有环保与性能优异的特点，该产品填补了国内空白，在工业金属防腐领域具有广阔的应用前景。
- 详细介绍：
- 开发了乳液聚合方法制备环氧树脂接枝丙烯酸酯胶乳（EPA）新工艺，制备的水性环氧树脂接枝丙烯酸酯胶乳中具有共价键合的磷酸酯基团以及氟树脂，使得乳胶膜集环氧树脂的附着力高及防腐性能优异、丙烯酸酯耐候性及耐碱性能突出以及氟树脂耐腐蚀性能、自清洁性及耐候性极佳的特点于一体。引入磷酸酯基团，目的是解决水性涂料在施工过程中的普遍存在的闪锈问题；将乳胶膜设计成双组分交联体系目的是克服乳液聚合获得的乳胶膜普遍存在的耐水性差的问题。以EPA为主要成膜物质，配以防腐填颜料研制的水性金属防腐涂料具有具有防闪锈性、附着力1级、柔韧性<2mm、水接触角135°，抗冲击强度>50kg•cm、耐盐水>60d、耐碱耐酸>84h、耐盐雾>700h、VOC含量 14g/L，耐人工气候变化>1000 h，完全可代替油性金属防腐蚀涂料，用于金属结构的涂装与防护。项目研制的产品为双组分包装，室温贮存长达1年以上。室温交联固化，水为稀释剂，在涂膜干燥前很容易用水清洗干净，施工安全、清洁，实干后即可入住，对人体健康及环境无任何不良影响。项目研制的产品VOC低达14g/L比国家水性涂料的180g/L降低12.9倍，水为分散介质，不但环保、清洗容易而且性价比高；产品为双组分包装，即配即用，贮存时间长；产品具有优异的防闪锈性能对施工预处理要求不高；交联固化后的产品具有油性涂料一样的涂膜机械力学性能以及防腐性能，还具有极佳耐候性、自清洁性以及耐水性能。项目产品不仅是适应市场需求的环保型新产品，漆膜除具有油性产品优异的性能外，且具有单向透气性，解决了油性产品遇到的由于基层水汽渗透压产生漆膜鼓泡剥离的宿病，还具有自清洁性、耐候性优异、附着力强、耐化学品性能优异等特点，性价比极高，因此应用前景广阔，一定会带来丰厚的经济效益。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 开发了乳液聚合方法制备环氧树脂接枝丙烯酸酯胶乳（EPA）新工艺，制备的水性环氧树脂接枝丙烯酸酯胶乳中具有共价键合的磷酸酯基团以及氟树脂，使得乳胶膜集环氧树脂的附着力高及防腐性能优异、丙烯酸酯耐候性及耐碱性能突出以及氟树脂耐腐蚀性能、自清洁性及耐候性极佳的特点于一体。引入磷酸酯基团，解决了水性涂料在施工过程中的普遍存在的闪锈问题；将乳胶膜设计成双组分交联体系，克服了乳液聚合获得的乳胶膜普遍存在的耐水性差的问题。以EPA为主要成膜物质，配以防腐填颜料研制的水性金属防腐涂料具有防闪锈性、附着力1级、柔韧性<2mm、水接触角135°、抗冲击强度>50kg•cm、耐盐水>60d、耐碱耐酸>84h、耐盐雾>700h、VOC含量14g/L、耐人工气候变化>1000 ht等特性，可完全代替油性金属防腐蚀涂料用于金属结构的涂装与防护。
科学性、先进性
- 1）开发了乳液聚合方法制备环氧树脂接枝丙烯酸酯胶乳（EPA）新工艺，通过防锈性能的磷酸酯单体以及含氟单体的共聚，在胶乳中引入磷酸酯基团以及氟树脂，使得胶乳可以集环氧树脂、丙烯酸树脂、含氟树脂的特点于一体，这类产品未见文献报导。 2）胶乳树脂中引入磷酸酯基团，解决了传统防锈乳液性能差和施工过程中的闪锈问题, 并显著提高涂料的稳定性；3）将胶乳设计成双组分，得到的交联网状乳胶膜克服了普遍存在的耐水性差的问题；4）胶乳树脂中共聚了适量含氟丙烯酸酯单体，使涂层表面富集氟碳树脂，使其有优异的耐候性、防腐性、自清洁性。 参考文献资料： 1. 夏正斌，涂伟萍. 水性金属防护涂料的研究进展，材料保护:2003(4):5-8； 2. 李焕, 周铭, 陈斌, 丁帮勇, 周树军. 磷酸酯改性羟基丙烯酸乳液合成与耐腐蚀性研究,涂料工业,2009(39):14-19； 3.万众, 张燕, 杨凯, 王贤明. 水性金属防腐涂料的发展及其应用.现代涂料与涂装.2008(11):51-57。
获奖情况及鉴定结果
- 1.作品在XX大学2010年第六届挑战杯∙动感地带大学生课外学术科技作品竞赛中获得能源化工类“一等奖”； 2.产品经过专家评审获批2010年“XX省高新技术产品”； 3.2011年5月顺利通过了项目产品的50公斤中试实验样品经“XX市高分子新材料工程技术研究中心”测试，产品质量指标达到国内领先、国际先进水平。
作品所处阶段
- B中试阶段
技术转让方式
- 专利成果转让
作品可展示的形式
- 实物、产品、图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：项目研制的产品为双组分包装，室温贮存长达1年以上。室温交联固化，水为稀释剂，在涂膜干燥前很容易用水清洗干净，施工安全、清洁，对人体健康及环境无任何不良影响。 技术特点和优势：VOC低达14g/L比国家水性涂料的180g/L降低12.9倍，水为分散介质，环保、易清洗且性价比高；产品为双组分包装，即配即用，贮存时间长；产品具有优异的防闪锈性能，对施工预处理要求不高；交联固化后的产品具有油性涂料一样的涂膜机械力学性能以及防腐性能，还具有极佳耐候性、自清洁性以及耐水性能。 市场分析和经济效益预测：该产品不仅是适应市场需求的环保型新产品，漆膜除具有油性产品优异的性能外，且具有单向透气性，解决了油性产品遇到的由于基层水汽渗透压产生漆膜鼓泡剥离的宿病，还具有自清洁性、耐候性优异、附着力强、耐化学品性能优异等特点，性价比极高，应用前景广阔，将会应用在船舶、石油平台、集装箱、铁路、公路桥梁和钢结构等防腐领域并带来丰厚的经济效益。本项目还推动了国内防腐涂料研制的专业水平。
同类课题研究水平概述
- 水性涂料最早应用并成功替代溶剂型涂料是在建筑涂料领域，但随着环保法规对挥发性有机物(VOC)的限制越来越严格以及新型高性能水性树脂的出现，水性涂料也逐渐应用到工业金属防腐蚀领域。最初水性金属防腐蚀涂料的树脂采用的是单组分形式，主要是苯乙烯-丁二烯与乙烯基丙烯酸的三聚物和醇酸树脂的乳化等；之后，双组分环氧涂料得到重视和发展；现在，高性能的聚氨酯分散体、含氟聚合物、聚酯、有机硅树脂等基料也被使用在水性金属防腐蚀涂料的制作中，有的已经取得了很好的效果；另外，有机-无机复合、互穿网络结构(IPN)防腐蚀涂料也得到迅速发展，并且有水性涂料成功应用于重防腐领域的报道。但是，目前就水性金属防腐蚀涂料的实际应用效果来看，无论国内还是国外产品的水平、性能还不能与溶剂型涂料相媲美，这同时也是涂料科技工作者面临的机遇和挑战。目前大多是利用丙烯酸乳胶耐候性好的特点，用其制作面漆，金属的防腐蚀主要通过配套的底漆来解决。环氧树脂具有优异的金属附着力和防腐蚀性，是目前用于金属防腐蚀最为广泛、最为重要的树脂之一，故水性环氧涂料体系的研究得到很大重视。水性无机富锌底漆是以硅酸盐等无机物为粘接剂，加入大量锌粉制成的底漆，其锌粉的质量分数为85 %～95 %，是保护钢铁最普遍、最常用的底漆。青岛海洋化工研究院通过添加硅溶胶和硅氧烷等树脂，将硅酸钾中二氧化硅与氧化钾的摩尔比由3.3∶1 提高到 5.3∶1，增强了硅酸钾的附着性，且与锌粉更易混合，由这种高摩尔比的硅酸钾制成的涂料，反应速度大大提高，固化时间大为缩短，减少了面涂的时间，防锈性也有所提高。与成熟的溶剂型涂料相比，水性涂料在金属表面的应用还存在不足，如在制备水性涂料的过程中使用的表面活性剂，使得涂膜耐水性差，直接用于金属的水性底漆容易发生闪蚀,由水所引起的涂膜干燥时间缓慢，生产过程中对强机械作用力的稳定性差，施工过程中对金属基材表面清洁度要求高等问题，但只要设计得当，其在许多恶劣环境下完全可以胜任，并且其性能正得到不断的改善和提高。在发达国家，水性涂料产品在金属防腐蚀领域已占据一定市场份额，而同时国外具有实力的大公司非常重视水性涂料产品的开发。金属防腐涂料属于“量大面广”的涂料品种，如汽车漆、船舶漆、铁路用漆等，大力开发水性金属防腐涂料产品将会有很大的发展空间。
