CN101654584B - 一种低溶剂海洋纳米防腐涂料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种低溶剂海洋纳米防腐涂料及制备方法，涉及海洋防腐涂料制备技术领域，按重量分数计算，组分A∶组分B∶组分C为：3~5∶3~5∶1~2；其中A组分组成如下：有机蒙脱土/环氧树脂复合材料：40～45份、环氧树脂：37～42份，消泡剂：1～2份、稀释剂：8～12份和流平剂：2～4份；B组分组成如下：环氧树脂：20～25份、云母粉：8～10份、滑石粉：12～16份、锌粉：15～20份、铁红：10～14份、二氧化钛：5～7份、流平剂：1～2份、消泡剂：1～2份和溶剂：8～10份；C组分组成如下：改性环氧固化剂：60～70份，溶剂：30～40份。本发明将纳米杂化材料引入防腐涂料体系，解决了目前海洋防腐涂料中普遍存在的防腐周期短，抗海水渗透能力差这一问题。
Description
技术领域
本发明涉及海洋防腐涂料制备技术领域，特指一种低溶剂海洋纳米防腐涂料及制备方法，将纳米杂化材料引入防腐涂料体系，解决了目前海洋防腐涂料中普遍存在的防腐周期短，抗海水渗透能力差这一问题。
背景技术
随着工业技术进步，金属材料的使用越来越广泛，金属及其构件的腐蚀问题已遍及国民经济的各个领域，给人类社会造成了巨大损失。为了减少腐蚀的损失，人们采取了很多防护措施，但迄今为止最普遍、最经济、最实用的保护措施还是涂料保护，在各种防腐技术中，涂料的防腐技术应用最广泛。涂料防腐以其施工简便、经济适用、不受设备面积、形状的约束等特点而被广泛的应用。主要用于建筑、输油管道、铁路桥梁、船舶及海洋工程等严酷的腐蚀环境中。近30年来，由于石油及化学工业的发展和海洋工程技术的进步，要求金属材料及其构件能在更为苛刻的腐蚀环境中使用，这就对涂料工业提出了更高的要求。
在众多涂料品种中环氧树脂在防腐涂料中占据重要地位，是被广泛采用在海洋环境中的一种涂层材料，具有优异的粘结力、耐化学药品、防腐蚀和耐水性能，其产量日增，新品种相继出现，是极有发展前途的涂料品种。通过添加不同的填料和调整固化剂的品种，可以制成性能各异的环氧树脂防腐涂料，适用于不同场合的防腐需要，达到良好的保护效果。但目前国内海洋环境用涂料技术存在防腐期限短、耐冲刷性差、环境污染等问题限制了其快速发展，为了提高环氧系涂料的性能，对其进行改性具有重要的科学意义和商业价值。通过对环氧结构改性、环氧合金化、填充无机填料、膨胀单体改性等高性能化后可以制得多种防腐蚀涂料满足各种环境条件下的防护需求。
近年来纳米材料与纳米技术的发展，开辟了材料科学的新天地。尤其纳米改性为制备高性能、多功能的新型复合涂料提供更为广阔的途径。蒙脱土是一种具有天然层状结构的粘土矿物，具有高度有序的晶格排列。不同尺寸的阳离子通过离子交换作用引入到蒙脱土层间，导致层间距增加，在适当的聚合条件下，单体在受限空间内聚合可以使蒙脱土以纳米级片层分散于聚合物基体中，形成纳米级混杂材料，从而极大地提高材料的阻隔性能。因此利用剥离后的纳米杂化材料具有能够有效提高涂层的阻隔性和耐溶剂性这一特点，本发明将纳米杂化材料引入防腐涂料体系，解决了目前海洋防腐涂料中普遍存在的防腐周期短，抗海水渗透能力差这一问题。本发明中通过预反应制作出纳米杂化材料后将其引入涂料配方中，从而有效提高了防腐涂料抗腐蚀性介质的渗透能力，而且在涂料配置上降低了生产过程中有害溶剂的使用量，起到了环境保护的作用。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种低溶剂海洋纳米防腐涂料，降低涂料中有害溶剂用量，减小对人员施工和环境的危害，以适应对环境保护的要求，可用于船舶表面防护。
一种低溶剂海洋纳米防腐涂料，由三种组分组成，按重量分数计算，组分A∶组分B∶组分C为∶3～5∶3～5∶1～2；最好选择4∶4∶1.5；
其中A组分按重量分数计算，组成如下：有机蒙脱土/环氧树脂复合材料：40～45份、环氧树脂：37～42份，消泡剂：1～2份、稀释剂：8～12份和流平剂：2～4份；
B组分按重量分数计算，组成如下：环氧树脂：20～25份、云母粉：8～10份、滑石粉：12～16份、锌粉：15～20份、铁红：10～14份、二氧化钛：5～7份、流平剂：1～2份、消泡剂：1～2份和溶剂：8～10份；
C组分按重量分数计算，组成如下：改性环氧固化剂：60～70份，溶剂：30～40份。
上述的低溶剂海洋纳米防腐涂料，消泡剂为聚甲基三乙氧基硅烷；稀释剂为环氧树脂活性稀释剂，优选丁基缩水甘油醚；流平剂为烷基改性聚二甲基硅氧烷；溶剂为醇类溶剂，优选乙二醇；C组分中的改性环氧固化剂为胺类固化剂，例如：腰果油环氧树脂固化剂，ZY-3115聚酰胺固化剂或ZY-650聚酰胺固化剂。
上述的低溶剂海洋纳米防腐涂料，组分A中的有机蒙脱土/环氧树脂复合材料的制备方法如下：将钙基蒙脱土经钠化后制得钠基蒙脱土，再将钠基蒙脱土进行分散制浆，提纯后采用十六烷基三甲基氯化铵钠基蒙脱土进行活化改性处理，再经脱水、干燥、研磨制成粉状有机土产品。将为环氧树脂重量30％的有机蒙脱土加入环氧树脂中，在80℃下搅拌制成混合物，抽真空除气泡，得到均匀半透明的蒙脱土/环氧树脂混合物。然后再向蒙脱土/环氧树脂混合物中加入聚酰胺固化剂，搅拌使之混合均匀，抽真空除气泡，固化。
上述的低溶剂海洋纳米防腐涂料，采用十六烷基三甲基氯化铵钠基蒙脱土进行活化改性处理的具体方法为：将提纯后的钠基蒙脱土在蒸馏水中配制成浆液，均匀分散，称取钠基蒙脱土重量30％～50％的十六烷基三甲基氯化铵，配成溶液，倒入蒙脱土的分散液中，控制温度在80℃下恒温搅拌得到白色絮状沉淀，室温下放置过夜，经抽滤，用水和乙醇(水和乙醇的体积比为1∶1)的混合溶液洗涤数次，直至滤液中加入AgNO3溶液检验无氯离子。所得产物在80℃下鼓风干燥3h，研磨得白色有机土。
本发明的目的之二在于提供上述防腐涂料的制备方法。
A组分的配置：在有机蒙脱土/环氧树脂的复合材料中加入稀释剂，以降低环氧树脂的粘度，同时加入环氧树脂，另外为了消除此过程中的气泡保证涂料具有很好的流平性加入消泡剂以及流平剂，搅拌均匀。
B组分的配置过程：在环氧树脂加入锌粉、云母粉、滑石粉、二氧化钛和铁红，同时加入消泡剂、流平剂以及溶剂搅拌均匀即可。
C组分：在溶剂(醇类)中加入改性环氧固化剂搅拌均匀即可。
最后将三个组分A、B、C按3～5∶3～5∶1～2配好，搅拌均匀即得低溶剂纳米防腐涂料。该涂料配方配置的涂料干膜厚度可达90um，在3.5％NaCl溶液中浸泡200天不起泡。
附图说明
图1本发明的工艺流程示意图
具体实施方式
(1)有机蒙脱土/环氧树脂有机复合材料的制备过程
将50g蒙脱土在快速搅拌下缓慢加入到250ml蒸馏水中，搅拌8min；再加入650ml蒸馏水搅拌0.5h，使蒙脱土颗粒高度分散于蒸馏水中，然后静置1h；用倾析法分离上层浆液和沙石，弃去下层粗渣。用稀盐酸调节上层浆液的pH值至3～4，然后将上层浆液加热至出现明显絮凝现象后，静置2h，倒去上层清液，将下层絮状物离心分离以除去水分和盐分，然后在80℃下烘干至恒重，研磨后即可得钙基蒙脱土精土。取钙基精土称重并置于烧杯中，按固液比1∶10加入蒸馏水，搅拌至浆状，再加入相当于精土重量6％的NaCl晶体，在60℃加热搅拌2h，钠化反应结束后，先用自来水漂洗，后用蒸馏水冲洗，分离出没有反应的盐份，滤饼直接放入干燥箱干燥，研磨后可得钠化改型蒙脱土。称取钠基蒙脱土3.0g，并配制成3％的浆液，并电动搅拌30min，使其分散均匀，作为溶液甲；再称取1.0g十六烷基三甲基氯化铵，加20ml蒸馏水搅拌20min，得到溶液乙。将溶液乙缓慢滴加到蒙脱土浆液中，调节体系pH值为中性，并在80℃下恒温搅拌反应1h，室温下放置过夜，得到白色絮状沉淀，经抽滤，用50％水-乙醇溶液洗涤数次，直至滤液中加入1mol/L的AgNO3溶液检验无氯离子。所得产物在80℃下鼓风干燥3h，研磨得有机蒙脱土。将5g有机蒙脱土加入环氧树脂中，在120℃下搅拌1h成混合物，抽真空除气泡，得到均匀半透明的蒙脱土/环氧树脂混合物。将蒙脱土/环氧树脂混合物加入1g聚酰胺固化剂，搅拌使之混合均匀，抽真空除气泡固化2小时后制得有机蒙脱土/环氧树脂有机复合材料。
(2)低溶剂海洋纳米防腐涂料的制备过程：
第一步首先将环氧树脂(E-44)37份，蒙脱土/环氧树脂复合材料45份、聚甲基三乙氧基硅烷1份，丁基缩水甘油醚8份，烷基改性聚二甲基硅氧烷2份，加入烧杯中在35温度下搅拌至均匀，使之呈现半透明状，制成涂料A组分；
第二步将环氧树脂(E-44)25份、云母粉8份、滑石粉12份、锌粉15份、铁红10份、二氧化钛5份、烷基改性聚二甲基硅氧烷1份、聚甲基三乙氧基硅烷1份和乙二醇8份加入烧杯中在温度35温度下搅拌均匀，制成B组分。
第三步在溶剂乙二醇中加入ZY-3115聚酰胺固化剂，加入量按照按照30∶70配置，搅拌均匀放置，配置成C组分。
最后将配置好的A、B组分先按照4∶4即(1∶1)加入烧杯中进行搅拌至均匀状态后加入C组分，按照A∶B∶C＝4∶4∶1.5在A与B的混合组分中加入C组分，同时并不断搅拌均匀，最后在2小时内把所配置好的涂料用完即可。该涂料配方配置的涂料干膜厚度可达90um，在3.5％NaCl溶液中浸泡200天不起泡。
Claims (6)
1.一种低溶剂海洋纳米防腐涂料，由三种组分组成，按重量份数计算，组分A：组分B：组分C为：3～5∶3～5∶1～2；
其中A组分按重量 份数计算，组成如下：有机蒙脱土/环氧树脂复合材料：40～45份、环氧树脂：37～42份，消泡剂：1～2份、稀释剂：8～12份和流平剂：2～4份；组分A中的有机蒙脱土/环氧树脂复合材料的制备方法如下：将钙基蒙脱土经钠化后制得钠基蒙脱土，再将钠基蒙脱土进行分散制浆，提纯后采用十六烷基三甲基氯化铵对钠基蒙脱土进行活化改性处理，再经脱水、干燥、研磨制成粉状有机土产品；将为环氧树脂重量30％的有机蒙脱土加入环氧树脂中，在80℃下搅拌制成混合物，抽真空除气泡，得到均匀半透明的蒙脱土/环氧树脂混合物，然后再向蒙脱土/环氧树脂混合物中加入聚酰胺固化剂，搅拌使之混合均匀，抽真空除气泡，固化；
B组分按重量份 数计算，组成如下：环氧树脂：20～25份、云母粉：8～10份、滑石粉：12～16份、锌粉：15～20份、铁红：10～14份、二氧化钛：5～7份、流平剂：1～2份、消泡剂：1～2份和溶剂：8～10份；
C组分按重量份 数计算，组成如下：胺类固化剂：60～70份，溶剂：30～40份。
2.如权利要求1所述的一种低溶剂海洋纳米防腐涂料，其特征在于：组分A∶组分B∶组分C为：4∶4∶1.5。
3.如权利要求1所述的一种低溶剂海洋纳米防腐涂料，其特征在于：消泡剂为聚甲基三乙氧基硅烷；稀释剂为环氧树脂活性稀释剂；流平剂为烷基改性聚二甲基硅氧烷；溶剂为醇类溶剂，胺类固化剂为腰果油环氧树脂固化剂，ZY-3115聚酰胺固化剂或ZY-650聚酰胺固化剂。
4.如权利要求3所述的一种低溶剂海洋纳米防腐涂料，其特征在于：稀释剂为丁基缩水甘油醚，溶剂为乙二醇，胺类固化剂为腰果油环氧树脂固化剂。
5.如权利要求1所述的一种低溶剂海洋纳米防腐涂料，其特征在于：采用十六烷基三甲基氯化铵对钠基蒙脱土进行活化改性处理的具体方法为：将提纯后的钠基蒙脱土在蒸馏水中配制成浆液，均匀分散，称取钠基蒙脱土重量30％～50％的十六烷基三甲基氯化铵，配成溶液，倒入蒙脱土的分散液中，控制温度在80℃下恒温搅拌得到白色絮状沉淀，室温下放置过夜，经抽滤，用水和乙醇的混合 溶液洗涤数次，水和乙醇的体积比为1∶1，直至滤液中加入AgNO3溶液检验无氯离子，所得产物在80℃下鼓风干燥3h，研磨得白色有机土。
6.如权利要求1所述的一种低溶剂海洋纳米防腐涂料的制备方法，具体为：
A组分的配置：在有机蒙脱土/环氧树脂的复合材料中加入稀释剂，以降低环氧树脂的粘度，同时加入环氧树脂，另外为了消除此过程中的气泡保证涂料具有很好的流平性加入消泡剂以及流平剂，搅拌均匀；
B组分的配置过程：在环氧树脂加入锌粉、云母粉、滑石粉、二氧化钛和铁红，同时加入消泡剂、流平剂以及溶剂搅拌均匀即可；
C组分：在醇类溶剂中加入胺类固化剂搅拌均匀即可；
最后将三个组分A、B、C按3～5∶3～5∶1～2配好，搅拌均匀即得低溶剂纳米防腐涂料。
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