CN102181218B - 一种聚合物防腐涂层材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚合物防腐涂层材料。其特点是为A、B双组分的涂层材料，B组分为固化剂，其重量份为A组分重量份的10～30％；A组分的组成及重量份为：主料为固体份为100％的聚酯聚氨酯改性环氧树脂30～50份，填料为不同片径的玻璃鳞片30-50份、纳米级二氧化钛3-5份、钛白粉、云母粉、炭黑中的至少一种任意比例搭配10～20份，辅料为石棉粉、立德粉、滑石粉中的至少一种任意比例搭配1～5份，助剂为消泡剂、流平剂、触变剂、偶联剂中的至少三种任意比例搭配0.3～1份。该涂层材料施工方便快捷、粘结强度高、使用成本低，具有优异的防腐耐磨性、良好的抗渗透性能、较高的耐温性和100％的固体份。

Description

一种聚合物防腐涂层材料

技术领域

本发明属于复合材料领域，尤其涉及一种涂层材料。

背景技术

在有色、冶金、石油化工、电力等行业内，大量设备备件都在酸、碱、盐介质环境中运行，由于使用环境苛刻，设备及备件使用寿命大幅度减少，直接导致设备腐蚀损坏，设备的运行效率降低，非正常停机等导致生产成本大幅上升，而废旧设备及备件的产生也导致资源的浪费。

要解决上述难题，目前所采用的方法主要有：在设备内部衬瓷砖、橡胶玻璃钢、防腐涂料等，或采用不锈钢、钛合金等防腐耐磨材质。但这些方法都存在不同的缺点，内衬瓷砖，施工难度较大，胶泥易老化、瓷砖易在强冲击条件下脱落；内衬橡胶，由于橡胶属非极性物质，因此与基体粘结强度低，易脱层鼓泡；玻璃钢由于具有纤维导流性，易出现鼓包渗漏现象，影响整体的防腐耐磨性；防腐涂料由于大多数都含有溶剂，降低了粘结性和抗渗透性能；设备及备件选用不锈钢及钛合金等防腐耐磨材质时，防腐耐磨性能明显提高，但成本也明显增加，不利于大范围的推广使用。中国专利CN1861717中公开的“湿法烟气脱硫设备防腐的乙烯基酯树脂玻璃鳞片涂料”，涂料组分由乙烯基酯树脂、助剂、颜料、玻璃鳞片、触变剂、填料、溶剂、促进剂和固化剂组成。以上专利在涂料组成上存在很大缺陷，由于有溶剂的存在，涂膜微观针孔较多，增加了介质渗透性，与基体的粘接强度较低，这些都限制了该涂料的使用范围，同时降低了涂料的防腐耐磨性能，同时，施工过程中对施工人员身体健康影响较大，污染环境。中国专利CN1198383中公开的“复合防腐材料”是由玻纤布与树脂层复合而成的玻璃钢材料，树脂层中的一层或一层以上采用石墨树脂层形式，石墨树脂层是由不饱和树脂、石墨粉和固化剂混合而成的防腐剂层。以上专利在选材上存在很大缺陷，由于纤维具有导流性，致使材料抗渗透性降低，材料在使用过程中易出现鼓包、渗漏现象，同时该材料具有一定的毒性，这些都限制了该材料的发展。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足，提供一种聚合物防腐涂层材料，其施工方便快捷、粘结强度高、使用成本低，具有优异的防腐耐磨性、良好的抗渗透性能、较高的耐温性及100％的固体份。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种聚合物防腐涂层材料，为A、B双组分的涂层材料，其特征是所述的B组分为固化剂，其重量份为A组分重量份的10～30％；所述的A组分的组成及重量份为：

主料：固体份为100％的聚酯聚氨酯改性环氧树脂    30～50份；

填料：片径为20～120目的玻璃鳞片按任意比例搭配  30～50份；

粒度为纳米级的二氧化钛                         3～5份；

粒度为350～1000目的钛白粉、云母粉、炭黑中的至少一种任意

比例搭配                                       10～20份；

辅料：石棉粉、立德粉、滑石粉中的至少一种任意比例搭配1～5份；

助剂：0.3～1份。

所述助剂为消泡剂、流平剂、触变剂、偶联剂中的至少三种任意比例搭配。

所述消泡剂为α-甲基硅烷、5600，所述流平剂为BYK-300、BNK-LK330，所述触变剂为气相二氧化硅，所述偶联剂为KH-550、KH-560。

所述聚酯聚氨酯改性环氧树脂是如下方法制备的：

(1)合成端羟基树脂

在三口烧瓶中按重量份加入三羟甲基丙烷20-30份、甘油7-12份、苯二甲酸酐45-55份，顺丁烯二酸酐5-10份、二甲苯5-10份，开启搅拌并升温加热，当温度升至120℃时，缓慢升温，当温度升至200℃时，保温4-6h，每隔20min测量其酸值、羟值，当酸值≤1.0mgKOH/g、羟值达到规定值56±5mgKOH/g时，停止加热，开真空，脱去树脂中的溶剂，降温至40-50℃，过滤，即得端羟基树脂，包装备用；

(2)合成预聚体

将TDI按重量份35-45份加入三口烧瓶中，开始搅拌升温，当温度升至40～50℃时，将上述端羟基树脂按重量份45-55份、N-201二羟基聚醚8-10份分批加入三口烧瓶中，1h内加完，然后在50℃保温搅拌30min，升温至70℃保温2h，再升温至90～95℃保温1h，加入助剂H₃PO₄，H₃PO₄加入量为TDI、端羟基树脂、N-201二羟基聚醚三种物质重量总和的0.3％，继续保温30min，取样测NCO值，当NCO达到规定值3.5±0.5％后降温，降温至40℃，过滤，即得PU预聚体，包装备用；

(3)合成聚酯聚氨酯改性环氧树脂

将E-44环氧树脂按重量份70-80份加入三口烧瓶中，升温至50℃开始搅拌，将上述PU预聚体按重量份20-25份1h内分批加入三口烧瓶中，在60℃保温搅拌30min，然后升温至90～95℃保温3h，再升温至110℃保温1h，按重量份0.2-0.4份加入助剂二月桂酸二丁基锡，继续保温30min，按重量份3-5份加入调整剂丁醇，保温30min，测游离二异氰酸酯含量，达到规定值即＜0.5％后降温，降温至50℃，过滤，即得聚酯聚氨酯改性环氧树脂，包装备用。

所述的固化剂为苯二甲胺、二氨基二苯基甲烷、芳香胺E、间苯二胺、聚酰胺、咪唑中的至少一种任意比例搭配。

所述涂层材料是由下述方法制备而成的：

(1)、将主料按上述重量份的一半和除玻璃鳞片之外的填料、辅料、助剂按上述重量份加入强力搅拌机中搅拌15-30分钟，用三辊研磨机研磨至20-30μm，得研磨料；

(2)、将另一半主料和研磨料、上述重量份的玻璃鳞片加入高速搅拌机中搅拌15～30分钟混合均匀，得到所述涂层材料的A组分；

(3)、按A组分重量份的10～30％称取固化剂作为B组分，即得聚合物防腐涂层材料。

在上述涂层材料组合物中，填料的选择主要以片状的玻璃鳞片为主，配以纳米级二氧化钛，再通过级配，使涂层内填料的排列更为紧密，涂层致密性好，硬度高，抗渗透性优良，防腐耐磨性强；聚酯聚氨酯改性环氧树脂作为主料，以环氧树脂体系为主作为主料，其优点表现为粘结强度高、粘结面广、收缩率低、稳定性好、机械强度高等特点，但环氧树脂体系也存在明显的缺陷，就是柔韧性不足，耐温性较低，由于聚酯聚氨酯体系具有较好的柔韧性和耐温性，将其通过互穿网络技术引入到环氧树脂体系中，可明显改善环氧树脂的柔韧性和耐温性，使涂层在具备环氧树脂高强度、高粘结性的同时，具有良好的柔韧性和较高的耐温性，涂层可吸收介质中颗粒的冲击，减少对涂层的破坏，环氧体系还具有良好的耐腐蚀性能，而填料和辅料也具有优异的耐腐蚀性，涂层在常温下可耐受腐蚀性较强的介质侵蚀。助剂的作用是使材料获得优异的综合性能。

本发明的原理是：采用IPN技术，就是使环氧树脂与其它柔性聚合物相互贯穿成链锁结构，形成交织网络聚合物，由于互穿网络结构中存在着永久性不能解脱的缠结，交联密度较高，使材料某些力学性能较单一组分大为提高，产生协同效应。因此在具有较高的抗拉、抗剪切强度的同时，聚合物有较高的剥离强度和良好的柔韧性，聚合物体分子链的柔顺性，可吸收固体颗粒反复冲击涂层材料表面引起的疲劳破坏，使涂层具有优异的耐磨耐气蚀性，片状填料的加入，可以改变介质的渗透路径，提高材料的抗渗透性能，纳米材料的加入，可以提高材料的综合性能。

本发明的有益效果是：该涂料是一种粘结强度高、抗渗透性良好、耐温性较高，液相使用温度100℃，气相使用温度150℃，100％固体份的防腐涂层材料。主要针对有色冶金、石油化工等行业内各类设备及备件腐蚀磨损问题，可广泛用于湿法冶金、石油化工等行业的设备和部件，主要形式有：改变传统涂膜的结构，改变介质的渗透路径，达到防止腐蚀和保护设备及备件的作用。新型聚合物防腐涂层材料不仅适用于新设备的预涂保护层，更适用于废旧设备的修复保护，例如：贮槽、贮罐、搅拌桶、反应器、搅拌浆、风叶等，修复后的设备及备件使用寿命是新备件的1～3倍，而修复的成本只占新备件成本的30％～50％，既降低了企业的经营成本，同时也减轻了工人的劳动强度。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

下面通过实施例和对比例进一步说明本发明。在以下实施例和对比例中，只是涂层材料的各组分质量变化，制备防腐涂层材料的方法不变。为了更直观的描述不同实施例中涂层材料的各组分比例变化对涂层材料性能的影响，用万能材料试验机按GB7124-86和GB6329-86标准检测抗拉及抗剪切强度，用TSY-T1H型透湿性测试仪检测抗渗透性，用每100g试样在20％H₂SO₄中室温浸泡60天损失量g来检测耐蚀性，通过指标的变化反映涂层材料不同组分配比的防腐耐磨涂料性能。抗拉强度越大，说明涂层材料在拉伸断裂前能够承受的拉应力越大，该指标越大越好；抗剪切强度越大，说明涂层材料在剪切面上能够承受的剪应力越大，该指标越大越好；抗渗透性和浸泡损失量越小，说明涂膜越密实，涂料更耐蚀耐磨，该指标越小越好。详细数据见表1和表2。

实施例1：

制备聚酯聚氨酯改性环氧树脂，制备方法如下：

(1)合成端羟基树脂

在反应釜中加入三羟甲基丙烷12.85kg、甘油5kg、苯二甲酸酐24.35kg、顺丁烯二酸酐4kg、二甲苯3kg，开启搅拌并升温加热，当温度升至120℃时，缓慢升温，当温度升至200℃时，保温4-6h，每隔20min测量其酸值、羟值，当酸值≤1.0mgKOH/g、羟值达到规定值56±5mgKOH/g时，停止加热，开真空，脱去树脂中的溶剂，降温、过滤，即得端羟基树脂，包装备用；

(2)合成预聚体

将TDI 20kg加入反应釜中，开始搅拌升温，当温度升至40～50℃时，将端羟基树脂25kg、N-201二羟基聚醚5kg分批加入反应釜1h内加完，在50℃保温搅拌30min，然后升温至70℃保温2h，再升温至90～95℃保温1h，加入助剂H₃PO₄0.15kg，继续保温30min，取样测NCO值，当NCO达到规定值3.5±0.5％后降温，降温至40℃，过滤，即得PU预聚体，包装备用；

(3)合成聚酯聚氨酯改性环氧树脂

将E-44环氧树脂37.5kg加入反应釜中，升温至50℃开始搅拌，将PU预聚体10kg1h内分批加入反应釜中，加完后在60℃保温搅拌30min，然后升温至90～95℃保温3h，再升温至110℃保温1h，加入助剂二月桂酸二丁基锡0.15kg，继续保温30min，加入调整剂丁醇1kg，保温30min，测游离二异氰酸酯含量，达到规定值即＜0.5％后降温，降温至50℃过滤、即得聚酯聚氨酯改性环氧树脂48.65kg，包装备用。

将聚酯聚氨酯改性环氧树脂按表1中指定重量的一半即20kg和除玻璃鳞片以外的填料、辅料、助剂按表1中所列的重量加入强力搅拌机中搅拌15分钟，然后将搅拌料通过三辊研磨机磨至20-30μm，得研磨料，再将研磨料、20kg聚酯聚氨酯改性环氧树脂和表1中玻璃鳞片所列的重量加入高速搅拌机中，搅拌30分钟混合均匀，得所需的新型聚合物防腐涂层材料的A组分，将A组分装入铁桶备用，施工使用时，先将需要涂覆防腐涂层材料的设备表面进行清洁、除锈，然后按表1中固化剂所列的重量取苯二甲胺作为B组分与A组分搅拌混合均匀，得新型聚合物防腐涂层材料。根据所需涂层厚度进行涂抹，涂抹厚度一般为1～30mm，涂抹时尽量涂平压实以避免涂层内部含有过多气泡，影响涂层使用效果。涂层材料涂抹完成后可以在常温24h，或采用加热80℃/1h条件下固化，固化后涂层将具有高韧性、高强度、高防腐耐磨性及良好的抗渗透性能。然后测试涂层材料的抗剪切强度、抗拉强度、抗渗透性能和耐蚀性能，在表1中列出了测试结果。

实施例2

将聚酯聚氨酯改性环氧树脂按表1中所列重量的一半即15kg和除玻璃鳞片以外的填料、辅料、助剂按表1中所列的重量加入强力搅拌机中搅拌15分钟，然后将搅拌料通过三辊研磨机磨至20-30μm，得研磨料，再将研磨料、15kg聚酯聚氨酯改性环氧树脂和表1中玻璃鳞片所列的重量加入高速搅拌机中，搅拌30分钟混合均匀，得所需的新型聚合物防腐涂层材料的A组分，将A组分装入铁桶备用，施工使用时，先将需要涂覆防腐涂层材料的设备表面进行清洁、除锈，然后按表1中固化剂所列的重量取二氨基二苯基甲烷作为B组分与A组分搅拌混合均匀，得新型聚合物防腐涂层材料。根据所需涂层厚度进行涂抹，涂抹厚度一般为1～30mm，涂抹时尽量涂平压实以避免涂层内部含有过多气泡，影响涂层使用效果。涂层材料涂抹完成后可以在常温24h，或采用加热80℃/1h条件下固化，固化后涂层将具有高韧性、高强度、高防腐耐磨性及良好的抗渗透性能。然后测试涂层材料的抗剪切强度、抗拉强度、抗渗透性能和耐蚀性能，在表1中列出了测试结果。

实施例3

按表1中指定的各种组分的重量重复实施例1的方法，在表1中列出了测试结果。

实施例4

按表1中指定的各种组分的重量重复实施例1的方法，在表1中列出了测试结果。

实施例5

按表1中指定的各种组分的重量重复实施例1的方法，在表1中列出了测试结果。

实施例6

按表2中指定的各种组分的重量重复实施例1的方法，在表2中列出了测试结果。

实施例7

按表2中指定的各种组分的重量重复实施例1的方法，在表2中列出了测试结果。

对比例1

将聚酯聚氨酯改性环氧树脂、填料、辅料、助剂按表2中所列的重量加入强力搅拌机中搅拌15分钟，然后将搅拌料通过三辊研磨机磨至20-30μm，制成涂层材料的A组分，将A组分装入铁桶备用，施工使用时，先将需要涂覆防腐涂层材料的设备表面进行清洁、除锈，然后按表2中固化剂所列的重量称取苯二甲胺作为B组分与A组分搅拌混合均匀，得涂层材料。根据所需涂层厚度进行涂抹，涂抹厚度一般为1～30mm，涂抹时尽量涂平压实以避免涂层内部含有过多气泡，影响涂层使用效果。涂层材料涂抹完成后可以在常温24h，或采用加热80℃/1h条件下固化，然后测试涂层材料的抗剪切强度、抗拉强度、抗渗透性能和耐蚀性能，在表2中列出了测试结果。

对比例2

将聚酯聚氨酯改性环氧树脂、填料、辅料、助剂按表2中所列的重量加入强力搅拌机中搅拌30分钟混合均匀，制成涂层材料的A组分，将A组分装入铁桶备用，施工使用时，先将需要涂覆防腐涂层材料的设备表面进行清洁、除锈，然后按表2中固化剂所列的重量称取二胺基二苯基甲烷作为B组分与A组分搅拌混合均匀，得涂层材料。根据所需涂层厚度进行涂抹，涂抹厚度一般为1～30mm，涂抹时尽量涂平压实以避免涂层内部含有过多气泡，影响涂层使用效果。涂层材料涂抹完成后可以在常温24h，或采用加热80℃/1h条件下固化，然后测试涂层材料的抗剪切强度、抗拉强度、抗渗透性能和耐蚀性能，在表2中列出了测试结果。

对比例3

按表2中指定的各种组分的重量重复对比例1的方法，在表2中列出了测试结果。

下表中各实施例和对比例涂层材料的抗剪切强度、抗拉强度、抗渗透性能和耐蚀性的测试数据说明，在单一性能上，有的对比例的性能指标比较好，但是在综合性能上本发明的实施例的涂层材料都明显的优于对比例的涂层材料

表1

表2

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种聚合物防腐涂层材料，为A、B双组分的涂层材料，其特征在于所述的B组分为固化剂，其重量份为A组分重量份的10～30％；所述的A组分的组成及重量份为：

主料：固体份为100％的聚酯聚氨酯改性环氧树脂    30～50份；

填料：片径为20～120目的玻璃鳞片按任意比例搭配  30～50份；

粒度为纳米级的二氧化钛                         3～5份；

粒度为350～1000目的钛白粉、云母粉、炭黑中的至少一种任意

比例搭配                                       10～20份；

辅料：石棉粉、立德粉、滑石粉中的至少一种任意比例搭配1～5份；

助剂：0.3～1份；

所述聚酯聚氨酯改性环氧树脂是如下方法制备的：

(1)合成端羟基树脂

在三口烧瓶中按重量份加入三羟甲基丙烷20-30份、甘油7-12份、苯二甲酸酐45-55份，顺丁烯二酸酐5-10份、二甲苯5-10份，开启搅拌并升温加热，当温度升至120℃时，缓慢升温，当温度升至200℃时，保温4-6h，每隔20min测量其酸值、羟值，当酸值≤1.0mgKOH/g、羟值达到规定值56±5mgKOH/g时，停止加热，开真空，脱去树脂中的溶剂，降温至40-50℃，过滤，即得端羟基树脂，包装备用；

(2)合成预聚体

将TDI按重量份35-45份加入三口烧瓶中，开始搅拌升温，当温度升至40～50℃时，将上述端羟基树脂按重量份45-55份、N-201二羟基聚醚8-10份分批加入三口烧瓶中，1h内加完，然后在50℃保温搅拌30min，升温至70℃保温2h，再升温至90～95℃保温1h，加入助剂H₃PO₄，H₃PO₄加入量为 TDI、端羟基树脂、N-201二羟基聚醚三种物质重量总和的0.3％，继续保温30mi n，取样测NCO值，当NCO达到规定值3.5±0.5％后降温，降温至40℃，过滤，即得PU预聚体，包装备用；

(3)合成聚酯聚氨酯改性环氧树脂

将E-44环氧树脂按重量份70-80份加入三口烧瓶中，升温至50℃开始搅拌，将上述PU预聚体按重量份20-25份1h内分批加入三口烧瓶中，在60℃保温搅拌30min，然后升温至90～95℃保温3h，再升温至110℃保温1h，按重量份0.2-0.4份加入助剂二月桂酸二丁基锡，继续保温30min，按重量份3-5份加入调整剂丁醇，保温30min，测游离二异氰酸酯含量，达到规定值即＜0.5％后降温，降温至50℃，过滤，即得聚酯聚氨酯改性环氧树脂，包装备用。

2.如权利要求1所述的一种聚合物防腐涂层材料，其特征在于所述助剂为消泡剂、流平剂、触变剂、偶联剂中的至少三种任意比例搭配。

3.如权利要求2所述的一种聚合物防腐涂层材料，其特征在于所述消泡剂为α-甲基硅烷、5600，所述流平剂为BYK-300、BNK-LK330，所述触变剂为气相二氧化硅，所述偶联剂为KH-550、KH-560。

4.如权利要求1所述的一种聚合物防腐涂层材料，其特征在于它是由下述方法制备而成的：

(1)、将主料按上述重量份的一半和除玻璃鳞片之外的填料、辅料、助剂按上述重量份加入强力搅拌机中搅拌15-30分钟，用三辊研磨机研磨至20-30μm，得研磨料；

(2)、将另一半主料和研磨料、上述重量份的玻璃鳞片加入高速搅拌机中搅拌15～30分钟混合均匀，得到所述涂层材料的A组分；

(3)、按A组分重量份的10～30％称取固化剂作为B组分，即得聚合物防腐涂层材料。