CN101643615A - 聚苯胺改性玻璃鳞片环氧重防腐涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及涂料技术，具体为一种聚苯胺改性玻璃鳞片环氧重防腐涂料及其制备方法，解决现有玻璃鳞片防腐蚀涂料在施工时大部分要在钢铁或其他金属基材表面涂装底漆以增加防腐蚀性能，防止涂层与基材界面处发生腐蚀等问题。聚苯胺改性玻璃鳞片环氧重防腐涂料由环氧树脂、聚苯胺改性玻璃鳞片、胺类固化剂等组成。利用氧化聚合法在玻璃鳞片表面形成聚苯胺包覆层，处理后的玻璃鳞片对金属有钝化作用，玻璃鳞片表面的植酸包覆层对金属也起到缓蚀的作用。聚苯胺改性玻璃鳞片环氧重防腐涂料有很强的耐蚀性和抗渗透性，可应用于石油化工设备、管道、海上石油平台、码头设施、船舶等的重防腐工程，特别适用于浪花飞溅区和潮差区的防护。
Description
技术领域
本发明涉及涂料技术，具体为一种聚苯胺改性玻璃鳞片环氧重防腐涂料及其制备方法。
背景技术
中国发明专利(专利号ZL91111830.6)提出了一种玻璃鳞片防腐蚀涂料的制备方法，它由环氧树脂、玻璃鳞片、溶剂、钛酸酯偶联剂、改性胺固化剂组成。中国发明申请(公开号CN 1789351A)揭示了一种玻璃鳞片胶泥涂料，包括乙烯基酯树脂、玻璃鳞片和添加剂组成，用于烟气脱硫防腐要求高的场所。中国发明专利(专利号ZL 93117158.X)提出了含玻璃鳞片的硼改性酚醛树脂防腐蚀复合材料的制备方法。中国发明专利申请(公开号CN 1861717A、1861718A、1861719A)提出湿法烟气脱硫设备防腐的乙烯基酯树脂玻璃鳞片面涂涂料，具有抗介质渗透性和抗温变性。这些玻璃鳞片防腐蚀涂料在施工时大部分要在钢铁或其他金属基材表面涂装底漆以增加防腐蚀性能，防止涂层与基材界面处发生腐蚀。这些底漆可以是环氧富无锌底漆、环氧磷酸锌底漆、环氧锌黄防锈漆、无机富锌漆等。底漆的施工增加了施工成本、延长了工期。另外，有时由于施工问题，底漆与玻璃鳞片防腐蚀涂料之间还会发生脱层，影响涂料对基材的保护性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚苯胺改性玻璃鳞片环氧重防腐涂料及其制备方法，解决现有玻璃鳞片防腐蚀涂料在施工时大部分要在钢铁或其它金属基材表面涂装底漆以增加防腐蚀性能，防止涂层与基材界面处发生腐蚀等问题。
本发明的技术方案是：
一种聚苯胺改性玻璃鳞片环氧重防腐涂料，所述的聚苯胺改性玻璃鳞片环氧重防腐涂料由以下两组分构成；
按重量份数计，组分一包括以下组分和含量：
环氧树脂 20～60；
聚苯胺改性玻璃鳞片 10～45；
颜料 1～10；
填料 1～10；
防流挂剂 0.1～4；
分散剂 0.1～2；
流平剂 0.05～2；
消泡剂 0.05～2；
溶剂 0.5～60；
组分二包括以下组分和含量(重量份)：
溶剂 0～75；
固化剂 25～100；
组分一与组分二的重量配比为100∶1～100∶80；
所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂或两者混合物。
所述固化剂为胺类固化剂。胺类固化剂包括脂肪族胺，如乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺等；芳香胺，如间苯二胺、间苯二甲胺等；脂环族胺，如异佛尔酮二胺、4，4′-二胺基二环己基甲烷、双(4-氨基-3-甲基环己烷基)甲烷；胺改性固化剂，如胺加成物固化剂(炮台奥利福化工有限公司的590、591、593、长沙市化工研究所的810固化剂)和曼尼期碱(Mannich)加成多胺固化剂(长沙市化工研究所T31、美国卡德莱公司NX-2020、NX-2040固化剂)；酰胺类固化剂，如上海开林造漆厂200、300、650、651型号的聚酰胺等。
所述颜料是涂料常用的颜料，如钛白粉、铅白、氧化锌、锌钡白、酞菁绿、甲苯胺红或氧化铁红等；填料是涂料常用的填料，如重晶石粉、重体碳酸钙、轻体碳酸钙、滑石粉或石英砂等。
所述溶剂是制备环氧涂料中常用的溶剂，如甲苯、二甲苯、丁醇、丁酮或环己酮等。
所述玻璃鳞片的粒径为80～1000目，其厚度为1～20μm。
所述聚苯胺改性玻璃鳞片的结构是片状结构，组成为：表面包覆层为聚苯胺和植酸，内部是玻璃鳞片；在包覆层中，聚苯胺和植酸均匀分布，聚苯胺占50～99.98wt％，植酸占0.02～50wt％。优选范围为：聚苯胺占70～99.8wt％，植酸占0.2～30wt％。
所述防流挂剂是膨润土、蒙脱土、高岭土、气相二氧化硅之一或混合物。
所述分散剂、流平剂、消泡剂是涂料常用的助剂。分散剂，如德国毕克化学公司(BYKChemie)的Disperbyk103、Disperbyk106、Disperbyk 107、Disperbyk110、Disperbyk111、Disperbyk115、Disperbyk 163、Disperbyk 164、Disperbyk180、Disperbyk 182、Disperbyk 184、Disperbyk 190、Disperbyk191、Disperbyk192、Disperbyk184、Disperbyk2000、Anti-Terra-P、Anti-Terra-204、BYK-P104S等；流平剂，如Henkel公司的Perenol F40、德国毕克化学公司的BYK-VP-354、3609、3529等；消泡剂，如德谦化学公司的Defom 5300、5400、5500或德国毕克化学公司的BYK-065、BYK-066N。
所述聚苯胺改性玻璃鳞片环氧重防腐涂料的制备方法，按下列顺序和步骤进行：
1)聚苯胺改性玻璃鳞片的制备方法
(a)配制磷酸和植酸混合水溶液：其中磷酸为0.01～5摩尔/升，优选为0.1～3摩尔/升；植酸为0.01～1摩尔/升，优选为0.05～0.5摩尔/升。
(b)将苯胺加入到磷酸和植酸混合水溶液中，混合后的苯胺浓度为：0.01～1摩尔/升。优选为0.05～1摩尔/升。继续搅拌均匀(0.5～2小时)。取磷酸和植酸、苯胺混合水溶液500ml，加入5～1000g的80～1000目玻璃鳞片，并搅拌均匀(5～30分钟)，预冷到0～10℃。
(c)配制氧化剂的水溶液：溶液中氧化剂的浓度为0.05～5摩尔/升。优选为0.1～2摩尔/升。将氧化剂的水溶液预冷到0～10℃。氧化剂可以是过硫酸铵、过氧化氢、过硫酸钾、过氧化苯甲酰、三氯化铁、重铬酸钾、高锰酸钾或两种以上的混合物。
(d)将(c)500ml溶液在时间为10～30分钟内缓慢加入含有玻璃鳞片的500ml磷酸和植酸、苯胺混合水溶液(b)中，在0～10℃反应1～8小时，离心，用蒸馏水洗涤，80～100℃干燥1～5小时后，用研钵研磨，并筛分，得到深绿色的80～1000目导电聚苯胺改性的玻璃鳞片。
2)把分散剂、流平剂、消泡剂、防流挂剂、颜料、填料加入到环氧树脂和溶剂中，搅拌均匀(10分钟～60分钟)，然后在通用的涂料设备如砂磨机或三辊机中进行研磨，细度小于60微米后出料；
3)在高速搅拌下把聚苯胺改性玻璃鳞片加入2)中的环氧树脂混合物中，进行分散均匀(高速分散20～60分钟)，得到聚苯胺改性玻璃鳞片环氧重防腐涂料组分一；
4)聚苯胺改性玻璃鳞片环氧重防腐涂料的组分二只需把固化剂用溶剂溶解即可；
将组分一加入组分二中，在5℃～40℃的条件下固化7～15天后形成聚苯胺改性玻璃鳞片环氧重防腐涂层。
本发明的优点如下：
1、采用本发明，获得的聚苯胺改性玻璃鳞片环氧重防腐涂料可以实现金属基材的钝化和缓蚀。
2、采用本发明，提高了常规玻璃鳞片涂料的耐蚀性和抗渗透性。
3、采用本发明，可以取代玻璃鳞片涂料所应用的底漆，直接涂装于基材表面。
4、采用本发明，所获得的聚苯胺改性玻璃鳞片环氧重防腐涂料具有贮存稳定性好，不易沉底。
本发明聚苯胺改性玻璃鳞片环氧重防腐涂料由环氧树脂、聚苯胺改性玻璃鳞片、胺类固化剂等组成。利用氧化聚合法在玻璃鳞片表面形成聚苯胺包覆层，处理后的玻璃鳞片对金属有钝化作用，玻璃鳞片表面的植酸包覆层对金属也起到缓蚀的作用。聚苯胺改性玻璃鳞片环氧重防腐涂料有很强的耐蚀性和抗渗透性，可应用于石油化工设备、管道、海上石油平台、码头设施、船舶等的重防腐工程。特别适用于浪花飞溅区和潮差区的防护。
玻璃鳞片环氧涂层的性能评价：从制备好的涂层试样中选择三片，并用专用划痕笔在涂层表面交叉划痕直至露出底材。另外一片用于参考。划痕的涂层试样的中性盐雾试验采用日本须贺试验机株式会社的ST-ISO-3盐雾试验机。NaCl溶液浓度为3.5wt％，试验温度为40±2℃，连续喷雾500小时，中性盐雾试验执行标准GB1771-79，测量500小时盐雾试验后划痕处锈蚀扩展最大宽度。
具体实施方式
本发明中除非特别指明外，所涉及的比例均为重量百分比或重量比。
比较例1-3
把分散剂(Disperbyk110)0.5份、流平剂(Perenol F40)1份、消泡剂(Defom5300)1份、防流挂剂(膨润土)0.5份、颜料(钛白粉)2份、填料(重晶石粉)2份，加入到40份环氧树脂(双酚A型环氧树脂E-51)和20份溶剂(甲苯)中，搅拌20分钟，然后在砂磨机中进行研磨，细度小于60微米后出料；然后将10份、25份、45份(对应比较例1、比较例2、比较例3)没有经过处理的240目玻璃鳞片分别加入到上述研磨后的物料中，搅拌30分钟。制成环氧玻璃鳞片涂料的组分一。
T31固化剂溶解于二甲苯中，制成60wt％的T31固化剂，作为组分二。
按重量比组分一∶组分二＝100∶30，把两个组分混合均匀，在常规喷砂处理至Sa2.5级的四片150mm×75mm×2mm 45号钢板表面喷涂该涂料两道，常温干燥15天，然后用重量比松香∶石蜡＝1∶1的60℃液体进行封边，进行涂层性能测试。漆膜的干膜厚度为400±10μm。
比较例4-6
把分散剂(Disperbyk180)0.1份、流平剂(BYK-VP-354)0.1份、消泡剂(BYK-065)0.2份、防流挂剂(气相二氧化硅)2份、颜料(氧化锌)5份、填料(重体碳酸钙)4份，加入到25份环氧树脂(双酚F型环氧树脂DOW 354)和5份溶剂(丁酮)中，搅拌40分钟，然后在三辊机中进行研磨，细度小于30微米后出料；然后将12份、25份、40份(对应比较例4、比较例5、比较例6)经过硅烷偶联剂KH570处理的325目玻璃鳞片分别加入到上述研磨后的物料中，搅拌30分钟。制成环氧玻璃鳞片涂料的组分一。
650型号固化剂溶解于二甲苯中，制成40wt％的650型号固化剂，作为组分二。
按重量比组分一∶组分二＝100∶70，把两个组分混合均匀，在常规喷砂处理至Sa2.5级的四片150mm×75mm×2mm 45号钢板表面喷涂该涂料两道，常温干燥15天，然后用重量比松香∶石蜡＝1∶1的60℃液体进行封边，进行涂层性能测试。漆膜的干膜厚度为400±10μm。
实施例1-3
按以下方法制备聚苯胺改性玻璃鳞片：
(a)配制磷酸和植酸混合水溶液：其中磷酸为1.5摩尔/升；植酸为0.5摩尔/升。
(b)将苯胺加入到磷酸和植酸混合水溶液中，混合后的苯胺浓度为：0.5摩尔/升。继续搅拌0.5小时。取磷酸和植酸、苯胺混合水溶液500ml，加入70g的240目玻璃鳞片，并搅拌10分钟后，预冷到8℃。
(c)配制氧化剂的水溶液：选择过氧化苯甲酰作为氧化剂，配制过氧化苯甲酰的浓度为1.5摩尔/升。将过氧化苯甲酰的水溶液预冷到8℃。
(d)将(c)500ml溶液在10～30分钟内缓慢加入含有玻璃鳞片的500ml磷酸和植酸、苯胺混合水溶液(b)中，在5℃反应3小时，离心，用蒸馏水洗涤，90℃干燥2小时后，用研钵研磨，筛分后得到深绿色的240目导电聚苯胺改性的玻璃鳞片。所得到的聚苯胺改性玻璃鳞片的结构是片状结构，组成为：表面包覆层为聚苯胺和植酸，内部是玻璃鳞片；本实施例的包覆层中，聚苯胺和植酸均匀分布，聚苯胺占80wt％，植酸占20wt％。
把分散剂(Disperbyk110)0.5份、流平剂(Perenol F40)1份、消泡剂(Defom5300)1份、防流挂剂(膨润土)2份、颜料(钛白粉)5份、填料(重晶石粉)4份，加入到40份环氧树脂(双酚A型环氧树脂E-51)和20份溶剂(甲苯)中，搅拌20分钟，然后在砂磨机中进行研磨，细度小于60微米后出料；然后将10份、25份、45份(对应实施例1、实施例2、实施例3)经过上述聚苯胺处理的240目玻璃鳞片分别加入到上述研磨后的物料中，搅拌30分钟。制成环氧玻璃鳞片涂料的组分一。
T31固化剂溶解于二甲苯中，制成60wt％的T31固化剂，作为组分二。
按重量比组分一∶组分二＝100∶30，把两个组分混合均匀，在常规喷砂处理至Sa2.5级的四片150mm×75mm×2mm 45号钢板表面喷涂该涂料两道，常温干燥15天，然后用重量比松香∶石蜡＝1∶1的60℃液体进行封边，进行涂层性能测试。漆膜的干膜厚度为400±10μm。
实施例4-6
按以下方法制备聚苯胺改性玻璃鳞片：
(a)配制磷酸和植酸混合水溶液：其中磷酸为0.5摩尔/升；植酸为0.1摩尔/升。
(b)将苯胺加入到磷酸和植酸混合水溶液中，混合后的苯胺浓度为：0.1摩尔/升。继续搅拌1.5小时。取磷酸和植酸、苯胺混合水溶液500ml，加入20g的325目玻璃鳞片，并搅拌25分钟后，预冷到2℃。
(c)配制氧化剂的水溶液：选择过硫酸铵作为氧化剂，配制过硫酸铵的浓度为0.5摩尔/升。将过硫酸铵的水溶液预冷到2℃。
(d)将(c)500ml溶液在10～30分钟内缓慢加入含有玻璃鳞片的500ml磷酸和植酸、苯胺混合水溶液(b)中，在2℃反应1小时，离心，用蒸馏水洗涤，80℃干燥5小时后，用研钵研磨，筛分后得到深绿色的325目导电聚苯胺改性的玻璃鳞片。所得到的聚苯胺改性玻璃鳞片的结构是片状结构，组成为：表面包覆层为聚苯胺和植酸，内部是玻璃鳞片；本实施例的包覆层中，聚苯胺和植酸均匀分布，聚苯胺占90wt％，植酸占10wt％。
把分散剂(Disperbyk180)0.1份、流平剂(BYK-VP-354)0.1份、消泡剂(BYK-065)0.2份、防流挂剂(气相二氧化硅)2份、颜料(氧化锌)5份、填料(重体碳酸钙)4份，加入到25份环氧树脂(双酚F型环氧树脂DOW 354)和5份溶剂(丁酮)中，搅拌40分钟，然后在三辊机中进行研磨，细度小于30微米后出料；然后将12份、25份、40份(对应实施例4、实施例5、实施例6)经过聚苯胺处理的325目玻璃鳞片分别加入到上述研磨后的物料中，搅拌30分钟。制成环氧玻璃鳞片涂料的组分一。
650型号固化剂溶解于二甲苯中，制成40wt％的650型号固化剂，作为组分二。
按重量比组分一∶组分二＝100∶20，把两个组分混合均匀，在常规喷砂处理至Sa2.5级的四片150mm×75mm×2mm 45号钢板表面喷涂该涂料两道，常温干燥15天，然后用重量比松香∶石蜡＝1∶1的60℃液体进行封边，进行涂层性能测试。漆膜的干膜厚度为400±10μm。
表1玻璃鳞片环氧涂料的性能评价表
| 划痕处锈蚀扩展最大宽度，mm | |
| 比较例1 | 3.0 |
| 比较例2 | 2.5 |
| 比较例3 | 2.4 |
| 比较例4 | 2.1 |
| 比较例5 | 1.8 |
| 比较例6 | 1.5 |
| 实施例1 | 0.7 |
| 实施例2 | 0.5 |
| 实施例3 | 0.4 |
| 实施例4 | 0.5 |
| 实施例5 | 0.6 |
| 实施例6 | 0.4 |
说明：根据表1的试验结果，实施例与相应的比较例相比，划痕处锈蚀扩展宽度明显变窄，表明由聚苯胺改性的玻璃鳞片显著增加了涂层的耐蚀性。
聚苯胺改性玻璃鳞片涂料的耐蚀性明显优于常规的玻璃鳞片涂料，它能真正在苛刻的环境下发挥重防腐的作用。本发明克服了已有技术中存在的玻璃鳞片防腐蚀涂料需涂装底漆的缺点，而提出单一涂层的防腐涂装方案。所发明的聚苯胺改性玻璃鳞片环氧重防腐涂料利用聚苯胺可以使钢铁等金属基材产生钝化作用，植酸的缓蚀作用增强了玻璃鳞片防腐蚀涂料对基材的保护作用，使得在涂装玻璃鳞片防腐蚀涂料前不再需要涂装防锈底漆。特别是对海洋大型工程涂装作业是非常有好处的。该涂料贮存稳定性好，不易沉底。聚苯胺改性的玻璃鳞片与树脂相容性好、化学稳定。
Claims (6)
1、一种聚苯胺改性玻璃鳞片环氧重防腐涂料，其特征在于，所述的聚苯胺改性玻璃鳞片环氧重防腐涂料由以下两组分构成：
按重量份数计，组分一包括以下组分和含量：
环氧树脂 20～60；
聚苯胺改性玻璃鳞片 10～45；
颜料 1～10；
填料 1～10；
防流挂剂 0.1～4；
分散剂 0.1～2；
流平剂 0.05～2；
消泡剂 0.05～2；
溶剂 0.5～60；
按重量份数计，组分二包括以下组分和含量：
溶剂 0～75；
固化剂 25～100；
组分一与组分二的重量配比为100∶1～100∶80。
2、根据权利要求1所述的聚苯胺改性玻璃鳞片环氧重防腐涂料，其特征在于：所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂或两者混合物。
3、根据权利要求1所述的聚苯胺改性玻璃鳞片环氧重防腐涂料，其特征在于：所述固化剂为胺类固化剂，胺类固化剂包括脂肪族胺、芳香胺、脂环族胺、胺改性固化剂或酰胺类固化剂。
4、根据权利要求1所述的聚苯胺改性玻璃鳞片环氧重防腐涂料，其特征在于：所述玻璃鳞片的粒径为厚度为80～1000目，其厚度为1～20μm。
5、根据权利要求1所述的聚苯胺改性玻璃鳞片环氧重防腐涂料，其特征在于：所述聚苯胺改性玻璃鳞片的结构是片状结构，组成为：表面包覆层为聚苯胺和植酸，内部是玻璃鳞片；在包覆层中，聚苯胺和植酸均匀分布，聚苯胺占50～99.98wt％，植酸占0.02～50wt％。
6、根据权利要求1所述的聚苯胺改性玻璃鳞片环氧重防腐涂料的制备方法，其特征在于，按下列顺序和步骤进行：
1)聚苯胺改性玻璃鳞片的制备方法
(a)配制磷酸和植酸混合水溶液：其中，磷酸为0.01～5摩尔/升，植酸为0.01～1摩尔/升；
(b)将苯胺加入到磷酸和植酸混合水溶液中，混合后的苯胺浓度为：0.01～1摩尔/升，继续搅拌均匀；取磷酸和植酸、苯胺混合水溶液500ml，加入5～1000g的80～1000目玻璃鳞片，并搅拌均匀后，预冷到0～10℃；
(c)配制氧化剂的水溶液：溶液中氧化剂的浓度为0.05～5摩尔/升，将氧化剂的水溶液预冷到0～10℃；氧化剂是过硫酸铵、过氧化氢、过硫酸钾、过氧化苯甲酰、三氯化铁、重铬酸钾、高锰酸钾或两种以上的混合物；
(d)将(c)500ml溶液在时间为10～30分钟内加入含有玻璃鳞片的500ml磷酸和植酸、苯胺混合水溶液(b)中，在0～10℃反应1～8小时，离心，用蒸馏水洗涤，80～100℃干燥1～5小时后，用研钵研磨，并筛分，得到深绿色的80～1000目导电聚苯胺改性的玻璃鳞片；
2)把分散剂、流平剂、消泡剂、防流挂剂、颜料、填料加入到环氧树脂和溶剂中，搅拌均匀，然后在通用的涂料设备中进行研磨，细度小于60微米后出料；
3)在搅拌下把聚苯胺改性玻璃鳞片加入2)中的环氧树脂混合物中，分散均匀，得到聚苯胺改性玻璃鳞片环氧重防腐涂料组分一；
4)聚苯胺改性玻璃鳞片环氧重防腐涂料的组分二只需把固化剂用溶剂溶解即可；
将组分一加入组分二中，在5℃～40℃的常温条件下固化7～15天后形成聚苯胺改性玻璃鳞片环氧重防腐涂层。
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