CN101555379A - 一种环氧低表面处理纳米复合防腐涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环氧低表面处理纳米复合防腐涂料及其制备方法。该涂料为甲、乙两组分组成，将环氧树脂、纳米复合母液、锈蚀稳定剂、防锈颜料、填料、流平剂与混合溶剂等按比例配好，经分散、研磨配制成甲组分；将长链取代酚醛胺、聚酰胺与混合溶剂配制成乙组分；再将甲组分与乙组分混合固化，制备成低表面处理纳米复合防腐涂料。本发明环氧低表面处理纳米复合防腐涂料对金属基材表面处理要求低，与金属基材结合力强，与其它涂料配套性好，可广泛应用于海洋钻采石油平台、船舶、港湾、石化设备及滨海地区桥梁、海底管线等。
Description
技术领域
本发明涉及底表面处理纳米复合防腐涂料技术，具体为一种环氧低表面处理纳米复合防腐涂料及其制备方法。
背景技术
海洋环境是非常严酷的腐蚀环境，海洋工程设施所用的防护涂料属于重防腐涂料，需要彻底除锈，但有些大型建筑和设备，如桥梁、管道、复杂的设备等在维修过程中，难以采用现代化的除锈方法，只能采用最简单的手工除锈，其难以达到彻底除锈的要求，这样大大影响施工和防腐效果，这就需要研制一种可在轻锈表面直接涂装的低表面处理防腐涂料。
发明内容
本发明的目的是针对海洋工程的设备不能进行彻底喷砂除锈的问题而提供一种新型高效环氧低表面处理纳米复合防腐涂料及制备方法。
本发明的技术方案是：
一种环氧低表面处理纳米复合防腐涂料，该涂料为甲、乙两组分组成，甲组分以环氧树脂、纳米复合母液、锈蚀稳定剂、防锈颜料、填料、流平剂与混合溶剂组成，乙组分为长链取代酚醛胺、聚酰胺与混合溶剂组成；按重量份数计，具体涂料配方如下：
1、甲组分
环氧树脂：30～40份；
纳米复合母液：5～10份；其中：纳米二氧化硅、有机溶剂的重量比为(40～50)∶(50～60)，偶联剂占上述纳米粒子总重量的1～10％、高分子分散剂占上述纳米粒子总重量的1～10％、环氧聚合物占上述纳米粒子总重量的1～10％；
锈蚀稳定剂：6～8份；
钛白粉：20～23份；
防锈颜料：9～12份；
硅酸铝：4～7份；
流平剂：0.5～2份；
混合溶剂：15～25份；
2、乙组分
复合固化剂：70～80份；其中，长链取代酚醛胺∶聚酰胺重量比为1∶(0.4～0.8)；
混合溶剂：20～30份；
甲组分∶乙组分重量比为(8～12)∶1。
本发明中，偶联剂为硅氧烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
本发明中，高分子分散剂为聚羧酸盐或聚氨酯嵌段聚合物分散剂。
所述钛白粉为金红石型钛白粉；所述锈蚀稳定剂为锌铬黄、钼酸锌；所述防锈颜料为氧化锌、锌-硅酸盐改性的三聚磷酸铝颜料、铁红。
本发明中，所述环氧树脂为E20环氧树脂或E44环氧树脂或E51环氧树脂。
本发明中，所述复合固化剂为长链取代酚醛胺和聚酰胺的混合物。
本发明中，所述的混合溶剂为环己酮∶正丁醇∶二甲苯按重量比(0.3～0.5)∶(0.1～0.3)∶1组成的溶剂。
上述环氧低表面处理纳米复合防腐涂料的制备方法，具体步骤如下：
1)纳米复合母液的制备
按所述比例，将纳米二氧化硅加入有机溶剂中，进行超声波分散10～30分钟，温度T＝30～40℃；再在其中分别加入偶联剂、高分子分散剂和环氧聚合物进行超声波分散1～2小时，温度T＝30～50℃；最后在(1～3)×104转/分钟下离心2～3次，每次离心0.5～2小时，制得纳米复合母液。
2)乙组分的制备
按所述比例，将长链取代酚醛胺和聚酰胺均匀混合得到复合固化剂，再将复合固化剂与乙组分的混合溶剂均匀混合得到乙组分；
3)环氧低表面处理纳米复合防腐涂料的制备
按所述比例，将环氧树脂、纳米复合母液、锈蚀稳定剂、防锈颜料、填料、流平剂与甲组分的混合溶剂按所述比例配好，经过分散、研磨到细度为40μm以下，制成甲组分；再加入乙组分，将混合物在0～30℃下固化1～8小时制备成环氧低表面处理纳米复合防腐涂料。
步骤3)中制备甲组分的加料过程为：将环氧树脂加入到甲组分的混合溶剂中进行溶解后，加入步骤1)制备的纳米复合母液，在30～40℃下磁力分散1～5小时；再加入锈蚀稳定剂、防锈颜料、填料、钛白粉和流平剂，经分散、研磨到细度为40μm以下。
步骤3)中分散、研磨为：先用高速搅拌分散机在800～1000rpm高速分散20～30分钟，然后在砂磨机中充分研磨1～3小时。
本发明的优点及有益效果如下：
1、本发明利用纳米改性技术和表面改性技术等制备含有纳米二氧化硅的纳米复合母液，再将它们和环氧聚合物、锈蚀稳定剂、防锈颜料、填料、钛白粉、流平剂、混合溶剂等按比例复配制备成可无需彻底除锈即可涂装的环氧低表面处理纳米复合防腐涂料，该纳米复合涂料具有对基材表面处理要求低、与金属基材结合力强，贮存稳定配套性好、防腐性能好的优点。100～180μm环氧低表面处理纳米复合底漆/120～250μm环氧鳞片中间漆/200～400μm聚氨酯面漆体系可耐盐雾试验1000～5000h，耐湿热试验500～2000h。
2、海洋和沿海地区空气潮湿、雨量丰富且海风中含有大量盐雾，使得区域内的金属腐蚀现象十分严重，直接与海水接触的区域腐蚀环境更加苛刻。海洋腐蚀环境包括海洋大气区、浪花飞测区、潮差区、海水全浸区、海底泥土区，浪花飞测区的金属材料及混凝土材料腐蚀尤为严重。现代海洋工程中大量使用钢铁，很多维修情况下不能对金属表面进行彻底喷砂除锈，只能在简单手工除锈或轻锈的金属表面上进行涂装，每年这种防腐维护量十分巨大，随着海洋开发，海上交通，港口建设的发展，加强海洋工程低表面处理金属的防腐蚀问题日益突出。本发明纳米复合涂料能减少或省去除锈的表面处理，显著降低涂装成本，可广泛应用于海洋钻采石油平台、船舶、港湾石油和石化储罐设备及滨海地区桥梁、海底管线、无线发射塔等。该纳米复合涂料将伴随着我国经济高速发展、节约型社会的需要，将越来越多发挥它的作用。
3、本发明可采用喷涂或刷涂。它采用环氧聚合物为基料，长链取代酚醛胺和聚酰胺的混合物为复合固化剂，纳米粒子为的增强剂，形成高耐腐蚀环氧体系。所得纳米复合防腐涂料在低表面处理的金属表面形成的涂层厚度在100～200μm，与其他防腐漆具有很好配套性，可长期耐盐雾腐蚀破坏，解决海洋工程中低表面处理金属表面的涂装及防腐蚀问题。
具体实施方式
本发明环氧低表面处理纳米复合防腐涂料，该涂料为甲、乙两组分组成，按重量份数计，具体涂料配方如下：
1、甲组分
环氧树脂：30～40份；
二氧化硅纳米复合母液：5～10份，其中，纳米二氧化硅、有机溶剂的重量比为(40～50)∶(50～60)，偶联剂占上述纳米粒子总重量的1～10％、高分子分散剂占上述纳米粒子总重量的1～10％、环氧聚合物占上述纳米粒子总重量的1～10％；
锈蚀稳定剂：6～8份；
钛白粉：20～23份；
防锈颜料：9～12份；
硅酸铝：4～7份；
流平剂：0.5～2份；
混合溶剂：15～25份；
2、乙组分
复合固化剂：70～80份；其中，长链取代酚醛胺∶聚酰胺重量比为1∶(0.4～0.8)；
混合溶剂：20～30份；
甲组分∶乙组分重量比为(8～12)∶1。
本发明中纳米二氧化硅(粒度为20±5nm)选自舟山纳米材料公司。
本发明中有机溶剂为丙酮或丁醇。
本发明中混合溶剂为环己酮∶正丁醇∶二甲苯按重量比(0.3～0.5)∶(0.1～0.3)∶1组成的溶剂。
本发明中偶联剂为硅氧烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。如：KH550、KH560、KH570型硅氧烷偶联剂，NDZ-311型钛酸酯偶联剂等。
本发明中高分子分散剂为聚羧酸盐或聚氨酯嵌段聚合物分散剂。如英国ICI公司的Solsperse-2000、Solsperse-4000，德国毕克化学公司的Disperbyk180等。
本发明中流平剂为涂料工业中常用的丙烯酸酯类聚合物或有机硅类流平剂。其中，丙烯酸酯类聚合物流平剂可以为德国BYK公司的BYK-VP-354、3609或3539聚丙烯酸酯等；有机硅类流平剂可以为德国拜耳公司的E4硅烷类，德国BYK公司的BYK-310、BYK-300或BYK-370有机硅改性聚合物等。
所述钛白粉为金红石型钛白粉；所述锈蚀稳定剂为锌铬黄、钼酸锌；所述防锈颜料为氧化锌、锌-硅酸盐改性的三聚磷酸铝颜料、铁红。
本发明中，所述环氧树脂为E20环氧树脂或E44环氧树脂或E51环氧树脂。
本发明中，所述复合固化剂为长链取代酚醛胺和聚酰胺的混合物。
本发明环氧低表面处理纳米复合防腐涂料的制备方法，包括如下步骤：
1、纳米复合母液的制备
经表面改性的纳米复合母液均匀分散和储存稳定后，不仅可大大提高涂料的防腐性能，而且可提高涂膜的机械性能。
1)按所述比例，将纳米二氧化硅加入有机溶剂中超声波(温度T＝30～40℃，功率P＝200W)分散10～30min；再在其中分别加入偶联剂、高分子分散剂和环氧聚合物，超声波(T＝30～50℃)分散1～2h；最后在(1～3)×104转/分钟下离心2～3次，每次离心0.5～2小时，制得纳米复合母液。
2)乙组分的制备
按所述比例，将长链取代酚醛胺和聚酰胺均匀混合得到复合固化剂，再将复合固化剂与乙组分的混合溶剂均匀混合得到乙组分；
3)环氧低表面处理纳米复合防腐涂料的制备
按所述比例，将环氧树脂、纳米复合母液、锈蚀稳定剂、防锈颜料、填料、流平剂与甲组分的混合溶剂按所述比例配好，经过分散、研磨到细度为40μm以下，制成甲组分；再加入乙组分，将混合物在0～30℃下固化1～8小时制备成环氧低表面处理纳米复合防腐涂料。
步骤3)中制备甲组分的加料过程为：将环氧树脂加入到甲组分的混合溶剂中进行溶解后，加入步骤1)制备的纳米复合母液，在30～40℃下磁力分散1～5小时；再加入锈蚀稳定剂、防锈颜料、填料、钛白粉、流平剂，经分散、研磨到细度为40μm以下。
步骤3)中分散、研磨为：先用高速搅拌分散机在800～1000rpm高速分散20～30分钟，然后在砂磨机中充分研磨1～3小时。
实施例1
1、纳米复合母液的制备
按纳米二氧化硅、丙酮的重量比为50∶50，将纳米二氧化硅加入丙酮中超声波(温度T＝40℃，功率P＝200W)分散10min；再在其中加入占上述纳米粒子总重量1.5％的KH570型硅氧烷偶联剂、占上述纳米粒子总重量1.2％的Disperbyk180高分子分散剂和占上述纳米粒子总重量10％的E20环氧环氧树脂，进行超声波(T＝30℃，功率P＝200W)分散1h；最后在2×104转/分钟下离心3次，每次离心1小时，制得纳米复合母液。
2、纳米复合防腐涂料制备
甲组分：
E44环氧树脂：35份；
纳米复合母液：6份；
锌铬黄锈蚀稳定剂：6份；
钛白粉：20份；
锌-硅酸盐改性的三聚磷酸铝防锈颜料：9份；
硅酸铝：4份；
BYK-VP-3609丙烯酸酯类流平剂：0.6份；
混合溶剂：20份，混合溶剂为环己酮、正丁醇、二甲苯按重量比0.3∶0.2∶1组成的溶剂。
按所述比例，加入E44环氧树脂到甲组分的混合溶剂中进行溶解后，加入纳米复合母液，在40℃下磁力分散3小时；再将以上其它材料按比例配好，先用高速搅拌分散机在1000rpm高速分散20分钟，然后在砂磨机中充分研磨2小时到细度为30μm，制成甲组分；
乙组分：
复合固化剂：70份；其中，长链取代酚醛胺∶聚酰胺重量比为1∶0.4；
混合溶剂：30份，混合溶剂为环己酮、正丁醇、二甲苯按重量比0.3∶0.2∶1组成的溶剂。
按所述比例，将长链取代酚醛胺、聚酰胺均匀混合得到复合固化剂，再将复合固化剂与乙组分的混合溶剂均匀混合得到乙组分；
按甲组分∶乙组分重量比为9.5∶1，将乙组分加入到甲组分中，混合制备成低表面处理纳米复合防腐涂料。
本实施例可采用喷涂、刷涂或辊涂施工，将甲组分和乙组分混合物在5℃下固化8小时制备成环氧低表面处理纳米复合防腐涂料。它采用环氧聚合物、纳米母液与由长链取代酚醛胺、聚酰胺组成的复合固化剂的固化产物为主要成膜物质，纳米粒子为增强剂，形成高耐蚀环氧低表面处理纳米复合漆体系。所得环氧低表面处理纳米复合底漆与未彻底除锈的金属基材表面仍有很强的结合力，与一般中间漆或面漆配套性好。100μm环氧低表面处理纳米复合底漆/200μm环氧鳞片中间漆/200μm聚氨酯面漆体系可耐盐雾试验1200h，耐湿热试验800h。
实施例2
1、纳米复合母液的制备
按纳米二氧化硅、丙酮的重量比为45∶55，将纳米二氧化硅加入丙酮中超声波(温度T＝30℃，功率P＝200W)分散20min；再在其中加入占上述纳米粒子总重量1.8％的KH560型硅氧烷偶联剂，占上述纳米粒子总重量2.8％的Solsperse-2000高分子分散剂和占上述纳米粒子总重量10％的E44环氧树脂，进行超声波(T＝40℃，功率P＝200W)分散1h；最后在2.5×104转/分钟下离心2次，每次离心1.5小时，制得纳米复合母液。
2、纳米复合防腐涂料制备
甲组分：
E44环氧树脂：32份；
纳米复合母液：7份；
钼酸锌锈蚀稳定剂：8份；
钛白粉：21份；
氧化锌：11份；
硅酸铝：6份；
E4硅烷类流平剂：0.8份；
混合溶剂：15份，混合溶剂为环己酮、正丁醇、二甲苯按重量比0.4∶0.2∶1组成的溶剂。
按所述比例，加入环氧树脂到甲组分的混合溶剂中进行溶解后，加入纳米复合母液，在40℃下磁力分散3小时；再将以上其它材料按比例配好，先用高速搅拌分散机在1000rpm高速分散20分钟，然后在砂磨机中充分研磨1.5小时到细度为32μm，制成甲组分；
乙组分：
复合固化剂：75份；其中，长链取代酚醛胺∶聚酰胺重量比为1∶0.5；
混合溶剂：25份，混合溶剂为环己酮、正丁醇、二甲苯按重量比0.4∶0.2∶1组成的溶剂。
按所述比例，将长链取代酚醛胺、聚酰胺均匀混合得到复合固化剂，再将复合固化剂与乙组分的混合溶剂均匀混合得到乙组分；
按甲组分∶乙组分重量比为9∶1，将乙组分加入到甲组分中，混合制备成低表面处理纳米复合防腐涂料。
本实施例可采用喷涂、刷涂或辊涂施工，本实施例可采用喷涂、刷涂或辊涂施工，将甲组分和乙组分混合物在10℃下固化3小时制备成低表面处理纳米复合防腐涂料。它采用环氧聚合物、纳米母液与由长链取代酚醛胺、聚酰胺组成的复合固化剂的固化产物为主要成膜物质，纳米粒子为增强剂，形成高耐蚀环氧低表面处理纳米复合漆体系。所得环氧低表面处理纳米复合底漆与轻度锈蚀的金属基材表面的结合力强及与一般中间漆或面漆配套性好。120μm环氧低表面处理纳米复合底漆/180μm环氧鳞片中间漆/260μm聚氨酯面漆体系可耐盐雾试验2500h，耐湿热试验1000h。
实施例3
1、纳米复合母液的制备
按纳米二氧化硅、丙酮的重量比为40∶60，将纳米二氧化硅加入丙酮中超声波(温度T＝30℃，功率P＝200W)分散20min；再在其中加入占上述纳米粒子总重量3％的KH550型硅氧烷偶联剂、占上述纳米粒子总重量2％的Disperbyk180高分子分散剂和占上述纳米粒子总重量9％的E51环氧树脂，进行超声波(T＝50℃，功率P＝200W)分散1h；最后在3×104转份钟下离心3次，每次离心1.5小时，制得纳米复合母液。
2、纳米复合防腐涂料制备
甲组分：
E51环氧树脂：36份；
纳米复合母液：8份；
锌铬黄锈蚀稳定剂：8份；
钛白粉：20份；
铁红：8份；
硅酸铝：5；
BYK-VP-354丙烯酸酯类流平剂：1.2份；
混合溶剂：15份，混合溶剂为环己酮、正丁醇、二甲苯按重量比0.35∶0.25∶1组成的溶剂。
组成的溶剂。
按所述比例，加入E51环氧树脂到甲组分的混合溶剂中进行溶解后，加入纳米复合母液，在40℃下磁力分散2.5小时；再将以上其它材料按比例配好，先用高速搅拌分散机在1000rpm高速分散25分钟，然后在砂磨机中充分研磨2小时到细度为30μm，制成甲组分；
乙组分：
复合固化剂：78份；其中，长链取代酚醛胺∶聚酰胺重量比为1∶0.7；
混合溶剂：22份，混合溶剂为环己酮、正丁醇、二甲苯按重量比0.35∶0.25∶1组成的溶剂。
按所述比例，将长链取代酚醛胺、聚酰胺均匀混合得到复合固化剂，再将复合固化剂与乙组分的混合溶剂均匀混合得到乙组分；
按甲组分∶乙组分重量比为8∶1，将乙组分加入到甲组分中，混合制备成低表面处理纳米复合防腐涂料。
本实施例可采用喷涂、刷涂或辊涂施工，将甲组分和乙组分混合物在20℃下固化1.5小时制备成低表面处理纳米复合防腐涂料。它采用环氧聚合物、纳米母液与由长链取代酚醛胺:聚酰胺组成的复合固化剂的固化产物为主要成膜物质，纳米粒子为增强剂，形成环氧低表面处理纳米复合漆体系。所得环氧低表面处理纳米复合底漆与低表面处理的金属基材结合力强及与中间漆或面漆配套性好。160μm环氧低表面处理纳米复合底漆/250μm环氧鳞片中间漆/320μm聚氨酯面漆体系可耐盐雾试验4000h，耐湿热试验1500h。
Claims (10)
1、一种环氧低表面处理纳米复合防腐涂料，其特征在于：该涂料为甲、乙两组分组成，甲组分以环氧树脂、纳米复合母液、锈蚀稳定剂、防锈颜料、填料、流平剂与混合溶剂组成，乙组分为长链取代酚醛胺、聚酰胺与混合溶剂组成；按重量份数计，具体涂料配方如下：
甲组分：
环氧树脂：30～40份；
纳米复合母液：5～10份；其中：纳米二氧化硅、有机溶剂的重量比为(40～50)∶(50～60)，偶联剂占上述纳米粒子总重量的1～10％、高分子分散剂占上述纳米粒子总重量的1～10％、环氧聚合物占上述纳米粒子总重量的1～10％；
锈蚀稳定剂：6～8份；
钛白粉：20～23份；
防锈颜料：9～12份；
硅酸铝：4～7份；
流平剂：0.5～2份；
混合溶剂：15～25份；
乙组分：
复合固化剂：70～80份；其中，长链取代酚醛胺∶聚酰胺重量比为1∶(0.4～0.8)；
混合溶剂：20～30份；
甲组分∶乙组分重量比为(8～12)∶1。
2、按照权利要求1所述的环氧低表面处理纳米复合防腐涂料，其特征在于：所述偶联剂为硅氧烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
3、按照权利要求1所述的环氧低表面处理纳米复合防腐涂料，其特征在于：所述高分子分散剂为聚羧酸盐或聚氨酯嵌段聚合物分散剂。
4、按照权利要求1所述的环氧低表面处理纳米复合防腐涂料，其特征在于：所述流平剂为丙烯酸酯聚合物或硅氧烷。
5、按照权利要求1所述的环氧低表面处理纳米复合防腐涂料，其特征在于：所述环氧聚合物为E20环氧树脂或E44环氧树脂或E51环氧树脂。
6、按照权利要求1所述的环氧低表面处理纳米复合防腐涂料，其特征在于：所述钛白粉为金红石型钛白粉；所述锈蚀稳定剂为锌铬黄或钼酸锌；所述防锈颜料为氧化锌、锌-硅酸盐改性的三聚磷酸铝颜料或铁红。
7、按照权利要求1所述的环氧低表面处理纳米复合防腐涂料，其特征在于：所述甲组分或乙组分的混合溶剂为环己酮∶正丁醇∶二甲苯按重量比(0.3～0.5)∶(0.1～0.3)∶1组成的溶剂。
8、按照权利要求1～7之一所述的环氧低表面处理纳米复合防腐涂料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)纳米复合母液的制备
将纳米二氧化硅加入有机溶剂中，进行超声波分散10～30分钟，温度T＝30～40℃；再在其中分别加入偶联剂、高分子分散剂和环氧聚合物进行超声波分散1～2小时，温度T＝30～50℃；最后在(1～3)×104转/分钟下离心2～3次，每次离心0.5～2小时，制得纳米复合母液；
2)乙组分的制备
将长链取代酚醛胺、聚酰胺均匀混合得到复合固化剂，再将复合固化剂与混合溶剂均匀混合得到乙组分；
3)环氧低表面处理纳米复合防腐涂料的制备
将甲组分的环氧树脂、纳米复合母液、锈蚀稳定剂、防锈颜料、填料、流平剂与混合溶剂配好，经过分散、研磨到细度为40μm以下，制成甲组分；再加入乙组分，将混合物在0～30℃下固化1～8小时制备成低表面处理纳米复合防腐涂料。
9、按照权利要求8所述的环氧低表面处理纳米复合防腐涂料的制备方法，其特征在于，步骤3)中制备甲组分的加料过程为：将环氧树脂加入到甲组分的混合溶剂中进行溶解后，加入步骤1)制备的纳米复合母液，在30～40℃下磁力分散1～5小时；再加入锈蚀稳定剂、防锈颜料、填料、钛白粉、流平剂，经分散、研磨到细度为40μm以下。
10、按照权利要求8所述的环氧低表面处理纳米复合防腐涂料的制备方法，其特征在于，步骤3)中分散、研磨为：先用高速搅拌分散机在800～1000rpm高速分散20～30分钟，然后在砂磨机中充分研磨1～3小时。
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Application publication date: 20091014 Assignee: Zhongke Engineering Research Center for Corrosion Control, Shenyang Assignor: Institute of metal research, Chinese Academy of Sciences Contract record no.: 2013210000135 Denomination of invention: Epoxy nano composite anticorrosion coating for low surface treatment and preparation method thereof Granted publication date: 20110202 License type: Exclusive License Record date: 20131025 |
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