一种水性醇酸云母氧化铁防腐涂料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种水性醇酸云母氧化铁防腐涂料的制备方法，是采用一种原位聚合结合物理共混的制备方法，属于水性涂料制备领域。
技术背景
粒径较小的云母氧化铁颗粒具有较大的比表面积和高表面能，颗粒间容易因表面静电力和范德华力发生相互作用而导致团聚，进而影响其在涂料中的分散和使用。因此，在使用之前对云母氧化铁进行表面改性显得至关重要。通过对云母氧化铁进行表面改性以提高其在涂料中的分散性和亲和力，降低沉降速度。
水性醇酸涂料产品使用大量的植物油或脂肪酸,对石油产品的依赖性较小,又以空气/氧气方式固化,在生产和施工上更加安全、简便和易于操作，所以使得树脂成本较低，是涂料用树脂中用量最大的一类。但是目前的水性醇酸树脂但也存在一些明显的缺点：涂膜干燥缓慢、硬度低、耐水性和耐腐蚀性差、户外耐候性不佳等，需要通过改性来满足性能要求。常见的改性云母氧化铁涂料主要采用物理共混法。物理共混法的问题是分散性差、添加量不高、易沉降。
发明内容
本发明的目的在于通过一种水性醇酸云母氧化铁防腐涂料的制备方法，利用接枝聚合机理引入云母氧化铁结合物理共混法，解决现有的物理共混法的分散性差、易沉降、添加量低的问题。
本发明的另一目的在于通过一种水性醇酸云母氧化铁防腐涂料的制备方法，该方法在成膜物质中加入改性的云母氧化铁，有效提高云母氧化铁的添加量，使得制备的醇酸云母氧化铁防腐涂料不仅具有醇酸树脂的优点，同时也有效利用了云母氧化铁的防腐性能。
在某些实施例中，通过接枝聚合反应将γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷改性的云母氧化铁引入到成膜物质基础上，再结合物理共混法引入N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷改性的云母氧化铁添加到涂料中达到提高云母氧化铁的添加量和防腐性能的效果。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种水性醇酸云母氧化铁防腐涂料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)40g豆油酸、7g亚麻油酸、15g三羟甲基丙烷、15g季戊四醇、15g邻苯二甲酸酐、5g间苯二甲酸、1g顺-1,2,3,6-四氢邻苯二甲酸酐、6g苯甲酸、0.1g酯化催化剂和20ml回流溶剂二甲苯均匀混合，在氮气环境下，加热至160℃保温半小时，然后升温至195-220℃继续酯化，保温4～5小时；测酸值低至45mg/g时，降温至180℃，加入2-5g的顺丁烯二酸酐，在180℃下继续保温酯化1小时，测酸值10-40mg/g时，降温蒸馏抽除二甲苯，然后用15ml乙二醇丁醚兑稀，得到基础醇酸树脂的混合溶液；
(2)改性云母氧化铁15g加入上述基础醇酸树脂的混合溶液，搅拌混匀，加热至120℃；将苯乙烯50g、丙烯酸8g、引发剂5g混合，滴入云母氧化铁与基础醇酸树脂的混合溶液，1-3小时滴完，保温0.5-2小时，然后降温至80℃，加入有机胺中和，加水稀释，得到高性能水性云母氧化铁醇酸树脂溶液。
(3)在上述改性水性醇酸树脂中加入5～20g改性云母氧化铁、5g增稠剂和1g消泡剂，在1500r/min的转速下搅拌分散1h，搅拌均匀后加入适量去离子水调节粘度，得到水性醇酸云母氧化铁防腐涂料。
进一步地，步骤(2)中所用的改性云母氧化铁为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷改性的云母氧化铁，通过以下方法制备得到：
(2.1)称取25g云母氧化铁样品于三口烧瓶中，加入10mL去离子水，60℃的恒温水浴中搅拌分散30min，转速为1100-1300r/min；
(2.2)将20ml无水乙醇和10ml去离子水混合，用氨水调节PH为8；加入一定量的γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷配成质量分数为5％的溶液，常温水解15min；
(2.3)将水解后的γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷溶液加入到步骤2.1的三口烧瓶中，在转速为1100-1300r/min下继续搅拌反应120min；停止搅拌，倒出反应物，离心，80℃下烘干。
进一步地，步骤(3)中所用的改性云母氧化铁为N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷改性的云母氧化铁，通过以下方法制备得到：
(3.1)称取25g云母氧化铁于三口烧瓶中，加入10mL去离子水，60℃恒温水浴搅拌分散30min，转速为1100-1300r/min；
(3.2)将20ml无水乙醇和10ml去离子水混合，用氨水调节PH为8，加入一定量的N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷配成质量分数为0.4～2.0％的溶液，常温水解15min；
(3.3)将水解后的N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷溶液加入到步骤3.1的三口烧瓶中，在转速为1100-1300r/min下继续搅拌反应120min；停止搅拌，倒出反应物，离心，80℃下烘干。
进一步地，步骤(1)中所述的酯化催化剂为：二月桂酸二丁基锡。
进一步地，步骤(2)中所述的引发剂为：过氧化苯甲酰。
进一步地，步骤(2)中所述的有机胺为三乙胺。
进一步地，步骤(3)中所述的增稠剂为膨润土、白炭黑等无机增稠剂。
进一步地，步骤(3)中所述的消泡剂为有机硅消泡剂。
本发明的有益效果在于：本发明中综合云母氧化铁原位聚合和物理共混引入到一种水性醇酸云母氧化铁防腐涂料中。本发明的合成树脂具有突出的水性化、耐腐蚀性能。
附图说明
图1为实施例1制备的N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷改性的云母氧化铁的沉降实验图。左侧试管上的标注为0％，表示不加N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷的质量分数，右侧试管上的标注为0.4％，表示N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷的质量分数为0.4％。
图2为实施例2制备的N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷改性的云母氧化铁的沉降实验图。左侧试管上的标注为0％，表示不加N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷的质量分数，右侧试管上的标注为1.2％，表示N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷的质量分数为1.2％。
图3为实施例3制备的N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷改性的云母氧化铁的沉降实验图。左侧试管上的标注为0％，表示不加N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷的质量分数，右侧试管上的标注为2.0％，表示N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷的质量分数为2.0％。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步详细说明。但它们并不是对本发明的限定。
以下实施例中所用化学试剂均为市购分析纯。
以下实施例中，利用沉降值法测试了N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷改性云母氧化铁的悬浮性能。沉降值的测试方法如下：
精密称取2.0000g云母氧化铁样品于10mL带刻度具塞试管中，加入无水乙醇至10mL刻度处，充分震荡摇匀，超声分散，垂直静置3h后读取试样沉降的体积数。其沉降性能指标按公式(1)计算，沉降值越大，表明改性云母氧化铁在乙醇中的分散效果越好。
公式(1)中：v—沉降值，％；
V0—未改性云母氧化铁的沉降体积数，mL；
V1—改性云母氧化铁的沉降体积数，mL。
实施例1：
(1)制备γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷改性的云母氧化铁
(1.1)准确称取25.0000g云母氧化铁样品于三口烧瓶中，加入10mL去离子水，在温度设定为60℃的数显恒温水浴锅中高速搅拌分散30min，转速为1100-1300r/min；
(1.2)将20ml无水乙醇和10ml去离子水混合，用氨水调节PH为8；加入一定量的γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷配成质量分数为5％的溶液，常温水解15min；
(1.3)将水解后的γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷溶液加入到步骤1.1的三口烧瓶中，在转速为1100-1300r/min下继续搅拌反应120min；停止搅拌，倒出反应物，离心，80℃下烘干。
(2)制备N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷改性的云母氧化铁
(2.1)准确称取25.0000g云母氧化铁样品于三口烧瓶中，加入10mL去离子水，在温度设定为60℃的数显恒温水浴锅中高速搅拌分散30min，转速为1100-1300r/min；
(2.2)将20ml无水乙醇和10ml去离子水混合，用氨水调节PH为8，加入一定量的N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷配成质量分数为0.4％的溶液，常温水解15min；
(2.3)将水解后的N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷溶液加入到步骤2.1的三口烧瓶中，在转速为1100-1300r/min下继续搅拌反应120min；停止搅拌，倒出反应物，离心，80℃下烘干。
利用沉降值法测得：获得的N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷改性云母氧化铁的沉降值为0.05％。
(3)40克豆油酸、7克亚麻油酸、15克三羟甲基丙烷、15克季戊四醇、15克邻苯二甲酸酐、5克间苯二甲酸、1克顺-1,2,3,6-四氢邻苯二甲酸酐、6克苯甲酸、二月桂酸二丁基锡0.1克和20ml回流溶剂二甲苯均匀混合，在氮气环境下，恒温电热套加热至160℃保温半小时，然后缓慢升温至195℃继续酯化，保温5小时；
(4)测酸值低至45mg/g时，降温至180℃，加入4克的顺丁烯二酸酐，在180℃下继续保温酯化1小时，测酸值约10mg/g时，降温蒸馏抽除二甲苯，然后用15ml乙二醇丁醚兑稀，得到基础醇酸树脂的混合溶液；
(5)将步骤1制备的γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷改性的云母氧化铁15克加入上述基础醇酸树脂的混合溶液，搅拌混匀，加热至120℃；
(6)将苯乙烯50克、丙烯酸8克、过氧化苯甲酰5克混合改性混合物，滴入云母氧化铁与基础醇酸树脂的混合溶液中，1小时滴完，保温2小时，降温至80℃；
(7)然后加入三乙胺中和，加水稀释得到一种高性能水性云母氧化铁改性醇酸树脂溶液。
(8)分别在上述改性水性醇酸树脂中加入不同量的步骤2制备的N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷改性的云母氧化铁(如表1)、5克白炭黑增稠剂和1克有机硅消泡剂，在1500r/min的转速下搅拌分散1h，搅拌均匀后加入适量去离子水调节粘度即可使用，即为一种水性醇酸云母氧化铁防腐涂料。
表1水性醇酸云母氧化铁防腐涂料的性能测试
对比例1
同实施例1，区别在于，在步骤5中加入未改性的云母氧化铁。
无法均匀分散，沉降问题严重，因此，不进行各项性能测试。
对比例2
同实施例1，区别在于，在步骤5中加入常规的改性云母氧化铁。
试验结果表明，步骤8中最多只能加入0.3g步骤2制备的N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷改性的云母氧化铁，当加入量大于0.3g时，出现无法均匀分散的问题。
实施例2：
(1)同实施例1。
(2)制备N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷改性的云母氧化铁
(2.1)准确称取25.0000g云母氧化铁样品于三口烧瓶中，加入10mL去离子水，在温度设定为60℃的数显恒温水浴锅中高速搅拌分散30min，转速为1100-1300r/min；
(2.2)将20ml无水乙醇和10ml去离子水混合，用氨水调节PH为8，加入N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷配成质量分数为1.2％的溶液，常温水解15min；
(2.3)将水解后的N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷溶液加入到步骤2.1的三口烧瓶中，在转速为1100-1300r/min下继续搅拌反应120min；停止搅拌，倒出反应物，离心，80℃下烘干。
利用沉降值法测得：获得的N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷改性云母氧化铁的沉降值为0.5％。
(3)40克豆油酸、7克亚麻油酸、15克三羟甲基丙烷、15克季戊四醇、15克邻苯二甲酸酐、5克间苯二甲酸、1克顺-1,2,3,6-四氢邻苯二甲酸酐、6克苯甲酸、二月桂酸二丁基锡0.1克和20ml回流溶剂二甲苯均匀混合，在氮气环境下，恒温电热套加热至160℃保温半小时，然后缓慢升温至220℃继续酯化，保温4小时；
(4)测酸值低至45mg/g时，降温至180℃，加入2克的顺丁烯二酸酐，在180℃下继续保温酯化1小时，测酸值约40mg/g时，降温蒸馏抽除二甲苯，然后用15ml乙二醇丁醚兑稀，得到基础醇酸树脂的混合溶液；
(5)将步骤1制备的γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷改性的云母氧化铁15克加入上述基础醇酸树脂的混合溶液，搅拌混匀，加热至120℃；
(6)将苯乙烯50克、丙烯酸8克、过氧化苯甲酰5克混合改性混合物，滴入云母氧化铁与基础醇酸树脂的混合溶液中，3小时滴完，保温0.5小时，降温至80℃；
(7)然后加入三乙胺中和，加水稀释得到一种高性能水性云母氧化铁改性醇酸树脂溶液。
(8)分别在上述改性水性醇酸树脂中加入不同量的步骤2制备的N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷改性的云母氧化铁(如表4)、5克膨润土增稠剂和1克有机硅消泡剂，在1500r/min的转速下搅拌分散1h，搅拌均匀后加入适量去离子水调节粘度即可使用，即为一种水性醇酸云母氧化铁防腐涂料。
表4水性醇酸云母氧化铁防腐涂料的性能测试：
实施例3：
(1)同实施例1.
(2)制备N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷改性的云母氧化铁
(2.1)准确称取25.0000g云母氧化铁样品于三口烧瓶中，加入10mL去离子水，在温度设定为60℃的数显恒温水浴锅中高速搅拌分散30min，转速为1100-1300r/min；
(2.2)将20ml无水乙醇和10ml去离子水混合，用氨水调节PH为8，加入一定量的N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷配成质量分数为2.0％的溶液，常温水解15min；
(2.3)将水解后的N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷溶液加入到步骤2.1的三口烧瓶中，在转速为1100-1300r/min下继续搅拌反应120min；停止搅拌，倒出反应物，离心，80℃下烘干。
利用沉降值法测得：获得的N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷改性云母氧化铁的沉降值为0.4％。
(3)40克豆油酸、7克亚麻油酸、15克三羟甲基丙烷、15克季戊四醇、15克邻苯二甲酸酐、5克间苯二甲酸、1克顺-1,2,3,6-四氢邻苯二甲酸酐、6克苯甲酸、二月桂酸二丁基锡0.1克和20ml回流溶剂二甲苯均匀混合，在氮气环境下，恒温电热套加热至160℃保温半小时，然后缓慢升温至200℃继续酯化，保温4小时；
(4)测酸值低至45mg/g时，降温至180℃，加入5克的顺丁烯二酸酐，在180℃下继续保温酯化1小时，测酸值约40mg/g时，降温蒸馏抽除二甲苯，然后用15ml乙二醇丁醚兑稀，得到基础醇酸树脂的混合溶液；
(5)将步骤1制备的γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷改性的云母氧化铁15克加入上述基础醇酸树脂的混合溶液，搅拌混匀，加热至120℃；
(6)将苯乙烯50克、丙烯酸8克、过氧化苯甲酰5克混合改性混合物，滴入云母氧化铁与基础醇酸树脂的混合溶液中，3小时滴完，保温0.5小时，降温至80℃；
(7)然后加入三乙胺中和，加水稀释得到一种高性能水性云母氧化铁改性醇酸树脂溶液。
(8)分别在上述改性水性醇酸树脂中加入不同量的步骤2制备的N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷改性的云母氧化铁(如表5)、5克膨润土增稠剂和1克有机硅消泡剂，在1500r/min的转速下搅拌分散1h，搅拌均匀后加入适量去离子水调节粘度即可使用，即为一种水性醇酸云母氧化铁防腐涂料。
表5水性醇酸云母氧化铁防腐涂料的性能测试：
