CN101691464A - 一种高氯化聚乙烯-环氧树脂防腐涂料体系 - Google Patents

一种高氯化聚乙烯-环氧树脂防腐涂料体系 Download PDF

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Abstract

一种高氯化聚乙烯-环氧树脂防腐涂料体系，该体系由面涂、中涂和底涂配套组成。面涂是高氯化聚乙烯防腐面漆，中涂是高氯化聚乙烯/环氧树脂半互穿网络防腐中间漆，底涂为环氧树脂云铁防锈底漆。本涂料体系的制备包括面涂和中涂涂料的制备，涂料施工是在金属基材表面进行有序地多层涂装施工，最终形成功能梯度防腐涂层，从而有效提高各层之间的界面粘结力和附着力，充分发挥高氯化聚乙烯的防腐性能和环氧树脂的基材粘结作用，功能梯度涂层具很好防腐性能，如耐酸、耐碱、耐盐水、耐汽油等，同时具备良好的物理机械性能，如抗冲击和柔韧性，因此在钢结构、桥梁、冶金、化工等防腐领域，尤其是石油化工的重防腐领域有重要应用价值。

Description

一种高氯化聚乙烯-环氧树脂防腐涂料体系
技术领域
本发明涉及聚合物防腐涂料和功能梯度材料领域，特别是涉及一种高氯化聚乙烯-环氧树脂功能梯度防腐涂料体系及其制备方法。
背景技术
金属材料在给人类创造丰富的物质文明的同时，金属腐蚀也给人类社会造成了巨大的损失，而防腐涂料是一种简单有效的防止和减缓腐蚀的方法。氯化橡胶防腐涂料是一种价廉的防腐涂料，但目前由于生产氯化橡胶工艺中污染严重，2000年开始世界发达国家相继禁用，我国也将在2010年开始限制生产。高氯化聚乙烯树脂(HCPE)是由聚乙烯经氯化而成的无规聚合物，其分子中氯含量可达60-70％，具有良好的耐候性、耐臭氧性、耐热老化性、耐燃性、耐化学药品性和耐油性，同时对于水汽、氧气及离子的渗性低，因此能够有效地防止腐蚀介质的渗透，因此用于是氯化橡胶来制造防腐涂料。然而，高氯化聚乙烯树脂防腐涂层的最大问题在于与各种表面的附着力差。环氧树脂对金属的粘结效果是非常好的，是一类较理想的防腐底涂材料。然而，直接在环氧底涂上涂装高氯化聚乙烯面涂，往往因两层之间的界面粘结力弱而难以满足实际的使用要求。金雪玲等(见现代涂料与涂装，2007，10(7)：5-7)通过环氧丙烯酸树脂改性高氯化聚乙烯防腐涂料，较好解决两者的界面粘结问题，但大量引入环氧丙烯酸树脂也使高氯化聚乙烯的性能难以充分体现。
功能梯度材料(Functionally graded materials)最大特点是材料的组成和结构呈连续、材料的性质和功能均沿厚度方向呈梯度变化(见Journal ofJapanese Society of CompositeMaterial，1987，13(6)：275-279.)。从FGM概念出发，通过不同聚合物材料巧妙复合可得到的高分子梯度材料，在吸声减震、功能涂层和其它技术领域有极大的应用前景。特别是在性质相差较大的多组分高分子体系中，通过组成或相结构的梯度复合，可以综合并优化体系中不同高分子材料的特殊性能，同时改善材料的表面界面、物理机械和化学等性能。因此在防腐涂层中引入FGM，利用环氧树脂和高氯化聚乙烯树脂的互穿交联聚合物体系作为中间过渡层，设计一个涂料体系，就可以通过人工多次涂装形成高氯化聚乙烯树脂/环氧功能梯度防腐涂层。而目前，相关的研究工作几乎未见报道。
发明内容
本发明的目的是针对已有技术的缺陷，开发了一种高氯化聚乙烯/环氧树脂功能梯度防腐涂料体系，该体系在金属基材表面经过有序地多层涂装施工，最终形成人工梯度防腐涂层，即涂层外表面为高氯化聚乙烯，基材界面为环氧树脂，利用中间层偶联过渡使两种树脂含量在涂层厚度方向形成梯度过渡，有效提高各层之间的界面粘结力和附着力，充分发挥高氯化聚乙烯的防腐性能和环氧树脂的基材粘结作用。最终涂层具很好防腐性能，同时具备良好的物理机械性能。
本发明的目的是这样实现的：一种高氯化聚乙烯-环氧树脂防腐涂料体系，该体系由面涂、中涂和底涂配套组成，面涂是高氯化聚乙烯防腐面漆，中涂是高氯化聚乙烯/环氧树脂半互穿网络防腐中间漆，底涂为环氧树脂云铁防锈底漆。
面涂的高氯化聚乙烯防腐面漆，其成分以重量比计为：
中分子量高氯化聚乙烯         20-30
低分子量高氯化聚乙烯         10-20
增塑剂                       4-8
增韧剂                       0.5-1
片状填料                     15-20
功能性助剂                   0.2-0.8
混合溶剂                     20-40。
增塑剂选用氯化石蜡、邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯。
增韧剂选用双酚A型环氧树脂。
中涂的高氯化聚乙烯/环氧树脂半互穿网络防腐中间漆由A、B两部分混合而成，
A组份的成分以重量比：
中分子量的高氯化聚乙烯       10-20
高分子量的高氯化聚乙烯       5-10
环氧树脂                     30-40
活性稀释剂                   6-8
片状填料                     15-20
功能性助剂                   0.2-0.4
混合溶剂                     20-40；
B组份为聚酰胺树脂；
A与B的重量比例为：8-6∶1。
活性稀释剂由单官能团芳香族的苄基缩水甘油醚活性稀释剂和增韧型活性稀释剂复配而成，两者复配以重量比为2.5-4∶1。
增韧型活性稀释剂为聚丙二醇缩水甘油醚。
所述的环氧树脂采用E51、E44或E20。
所述的低、中和高分子量的高氯化聚乙烯的粘度以涂杯4#检测分别为11-20s，21-30s，31-60s。
所述的溶剂选自甲苯、二甲苯或芳烃溶剂或其上述物质的混合物。
所述的功能性助剂包括消泡剂、分散剂和流平剂，添加量为常规用量。
所述的片状填料选用云母、玻璃鳞片、滑石粉或石墨，优选湿法绢云母，粒度在800-1000目。
防腐涂料体系在涂装时按防锈底漆涂装2道、中涂涂装2道、面涂涂装2道的顺序施工。
本发明提供的高氯化聚乙烯-环氧树脂防腐涂料体系，即涂层外表面为高氯化聚乙烯，基材界面为环氧树脂，利用中间层偶联过渡使两种树脂含量在涂层厚度方向形成梯度过渡，有效提高各层之间的界面粘结力和附着力，充分发挥高氯化聚乙烯的防腐性能和环氧树脂的基材粘结作用。
面涂层是高氯化聚乙烯防腐面漆，以中分子量高氯化聚乙烯为主要成膜物质，低分子量高氯化聚乙烯参与成膜同时起到降低涂料体系粘度的作用，降低溶剂用量；中涂层采用高氯化聚乙烯/环氧树脂半互穿网络防腐中间漆，由A、B两部分组成，在A组分中选用两种分子量不同的高氯化聚乙烯，利用分子量引起的相容性差异实现在固化过程中中分子量的高氯化聚乙烯与环氧树脂形成半互穿网络结构，而高分子量的高氯化聚乙烯富集到中涂与面涂的界面，有效提高中涂与面涂的粘结力；中涂层中活性稀释剂由单官能团芳香族缩水甘油醚活性稀释剂和增韧型活性稀释剂复配而成，单官能团芳香族缩水甘油醚活性稀释剂具有提高高氯化聚乙烯与环氧树脂相容性的作用。
本涂料体系最终形成的梯度防腐涂层，能够在钢结构、桥梁、冶金等防腐领域，尤其是石油化工的重防腐领域有重要应用价值；同时，该梯度涂层材料的制备方法较简单，易于控制，成本较低廉。
具体实施方式
实施例1：
高氯化聚乙烯防腐面漆。按以下配方向混合溶剂中加入高氯化聚乙烯、增塑剂氯化石蜡、增韧剂双酚A型环氧树脂，在搅拌下充分溶解，然后加入分散剂、消泡剂，再加入云母高速分散45分钟，最后加入流平剂，慢速搅拌1h，过滤包装得到高氯化聚乙烯防腐面漆。涂料表干时间小于30min，实干时间小于12h，涂层附着力1级(划圈法)，冲击强度50mm通过，5％NaOH溶液浸泡30天漆膜无变化，5％H2SO4溶液浸泡30天漆膜无变化，3％NaCl溶液浸泡30天漆膜无变化，耐汽油120#合格。
中分子量高氯化聚乙烯(HCPE-M)         30
低分子量高氯化聚乙烯(HCPE-L)         20
氯化石蜡                             8
双酚A型环氧树脂(50％)                1
绢云母                               15
分散剂                               0.1
消泡剂                               0.1
流平剂                               0
混合溶剂                             二甲苯10        芳烃溶剂10
实施例2：高氯化聚乙烯防腐面漆。按以下配方向混合溶剂中加入高氯化聚乙烯、增塑剂氯化石蜡、增韧剂双酚A型环氧树脂，在搅拌下充分溶解，然后加入分散剂、消泡剂，再加入云母高速分散45分钟，最后加入流平剂，慢速搅拌1h，过滤包装得到高氯化聚乙烯防腐面漆。涂料表干时间小于40min，实干时间小于18h，涂层附着力1-2级(划圈法)，冲击强度50mm通过，5％NaOH溶液浸泡30天漆膜无变化，5％H2SO4溶液浸泡30天漆膜无变化，3％NaCl溶液浸泡30天漆膜无变化，耐汽油120#合格。
中分子量高氯化聚乙烯(HCPE-M)         20
低分子量高氯化聚乙烯(HCPE-L)         10
氯化石蜡                             4
双酚A型环氧树脂(50％)                0.5
绢云母                               20
分散剂                               0.2
消泡剂                               0.1
流平剂                               0.1
混合溶剂                             二甲苯15        芳烃溶剂30
实施例1、2中增塑剂也可选用邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯。
实施例3：高氯化聚乙烯/环氧树脂半互穿网络防腐中间漆。按以下配方向混合溶剂中加入高氯化聚乙烯、环氧树脂E51、苄基缩水甘油醚和聚丙二醇缩水甘油醚，在搅拌下充分溶解，然后加入分散剂、消泡剂，再加入云母高速分散45分钟，最后加入流平剂，慢速搅拌1h，过滤单独包装为A组分。再按配方称取B组分后单独包装即得到高氯化聚乙烯/环氧树脂半互穿网络防腐中间漆。涂料表干时间小于40min，实干时间小于18h，涂层附着力1-2级(划圈法)，冲击强度50mm通过，5％NaOH溶液浸泡40天漆膜无变化，5％H2SO4溶液浸泡40天漆膜无变化，3％NaCl溶液浸泡40天漆膜无变化，耐汽油120#合格。
A的组成成分及重量比包括：
中分子量的高氯化聚乙烯(HCPE-M)            10
高分子量的高氯化聚乙烯(HCPE-L)            5
环氧树脂E51                               40
苄基缩水甘油醚                            2
聚丙二醇缩水甘油醚                        2
绢云母                                    20
分散剂                                    0.4
消泡剂                                    0.2
流平剂                                    0.2
混合溶剂                                  20
B为聚酰胺树脂，
A与B的重量比例为8∶1。
实施例4：高氯化聚乙烯/环氧树脂半互穿网络防腐中间漆。按以下配方向混合溶剂中加入高氯化聚乙烯、环氧树脂E51、苄基缩水甘油醚和聚丙二醇缩水甘油醚，在搅拌下充分溶解，然后加入分散剂、消泡剂，再加入云母高速分散45分钟，最后加入流平剂，慢速搅拌1h，过滤单独包装为A组分。再按配方称取B组分后单独包装即得到高氯化聚乙烯/环氧树脂半互穿网络防腐中间漆。涂料表干时间小于1.5h，实干时间小于24h，涂层附着力0-1级(划圈法)，冲击强度50mm通过，5％NaOH溶液浸泡40天漆膜无变化，5％H2SO4溶液浸泡40天漆膜无变化，3％NaCl溶液浸泡30天漆膜无变化，耐汽油120#合格。
A的组成成分及重量比包括：
中分子量的高氯化聚乙烯(HCPE-M)          20
高分子量的高氯化聚乙烯(HCPE-L)          10
环氧树脂E51                             30
苄基缩水甘油醚                          4
聚丙二醇缩水甘油醚                      4
绢云母                                  15
分散剂                                  0.2
消泡剂                                  0.1
流平剂                                  0.1
混合溶剂                                16.5
B为聚酰胺树脂。
A与B的重量比例为6∶1
实施例5：在人工处理的金属表面依次涂装环氧树脂云铁防锈底漆2道，膜厚100um；实施例3法制得的高氯化聚乙烯/环氧树脂半互穿网络防腐中间漆2道，膜厚80um；实施例1法制得的高氯化聚乙烯防腐面漆2道，膜厚80um。最后得到的复合涂层具有梯度功能结构，即外表面为高氯化聚乙烯，基材界面为环氧树脂，高氯化聚乙烯树脂含量在整个涂层厚度方向梯度递减，而环氧树脂含量梯度增加。整个涂层系统附着力0-1级(划圈法)，冲击强度50mm通过，5％NaOH溶液浸泡30天漆膜无变化，5％H2SO4溶液浸泡40天漆膜无变化，3％NaCl溶液浸泡30天漆膜无变化，耐汽油120#合格使用温度-5-50℃。

Claims (12)

1.一种高氯化聚乙烯-环氧树脂防腐涂料体系，其特征在于：该体系由面涂、中涂和底涂配套组成，面涂是高氯化聚乙烯防腐面漆，中涂是高氯化聚乙烯/环氧树脂半互穿网络防腐中间漆，底涂为环氧树脂云铁防锈底漆。
2.根据权利要求1所述的高氯化聚乙烯-环氧树脂防腐涂料体系，其特征在于：面涂的高氯化聚乙烯防腐面漆，其成分以重量比计为：
中分子量高氯化聚乙烯20-30
低分子量高氯化聚乙烯10-20
增塑剂              4-8
增韧剂              0.5-1
片状填料            15-20
功能性助剂          0.2-0.8
混合溶剂            20-40。
3.根据权利要求2所述的高氯化聚乙烯-环氧树脂防腐涂料体系，其特征在于：增塑剂选用氯化石蜡、邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯；增韧剂选用双酚A型环氧树脂。
4.根据权利要求1所述的高氯化聚乙烯-环氧树脂防腐涂料体系，其特征在于：中涂的高氯化聚乙烯/环氧树脂半互穿网络防腐中间漆由A、B两部分混合而成，
A组份的成分以重量比：
中分子量的高氯化聚乙烯    10-20
高分子量的高氯化聚乙烯    5-10
环氧树脂                  30-40
活性稀释剂                6-8
片状填料                  15-20
功能性助剂                0.2-0.4
混合溶剂                  20-40；
B组份为聚酰胺树脂；
A与B的重量比例为：8-6∶1。
5.根据权利要求4所述的高氯化聚乙烯-环氧树脂防腐涂料体系，其特征在于：活性稀释剂由单官能团芳香族的苄基缩水甘油醚活性稀释剂和增韧型活性稀释剂复配而成，两者复配以重量比为2.5-4∶1。
6.根据权利要求5所述的高氯化聚乙烯-环氧树脂防腐涂料体系，其特征在于：增韧型活性稀释剂为聚丙二醇缩水甘油醚。
7.根据权利要求4所述的高氯化聚乙烯-环氧树脂防腐涂料体系，其特征在于：所述的环氧树脂采用E51、E44或E20。
8.根据权利要求2或4所述的高氯化聚乙烯-环氧树脂防腐涂料体系，其特征在于：所述的低、中和高分子量的高氯化聚乙烯的粘度以涂杯4#检测分别为11-20s，21-30s，31-60s。
9.根据权利要求2或4所述的高氯化聚乙烯-环氧树脂防腐涂料体系，其特征在于：所述的溶剂选自甲苯、二甲苯或芳烃溶剂或其上述物质的混合物。
10.根据权利要求2或4所述的高氯化聚乙烯-环氧树脂防腐涂料体系，其特征在于：所述的功能性助剂包括消泡剂、分散剂和流平剂，添加量为常规用量。
11.根据权利要求2或4所述的高氯化聚乙烯-环氧树脂防腐涂料体系，其特征在于：所述的片状填料选用云母、玻璃鳞片、滑石粉或石墨，优选湿法绢云母，粒度在800-1000目。
12.根据权利要求1所述的高氯化聚乙烯-环氧树脂防腐涂料体系，其特征在于：防腐涂料体系在涂装时按防锈底漆涂装2道、中涂涂装2道、面涂涂装2道的顺序施工。
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