CN102719174A - 一种水下钢铁用环氧防腐涂料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下钢铁用环氧防腐涂料，以液态环氧树脂DER351为基料，以液态聚硫橡胶JLY-121为增韧剂，以戊二醇缩水甘油醚6286为稀释剂，以三聚磷酸铝、磷酸锌、氧化铁红为活性防锈颜料颜料，以云母氧化铁、绢云母、沉淀硫酸钡为填料，以腰果壳油改性酚醛胺和改性脂肪胺为固化剂，以硅烷偶联剂1121为附着力促进剂，在功能助剂的配合下经过常规制备工艺制备成无溶剂、双组分的水下钢铁用环氧防腐涂料。本发明具有良好的环保性、能在水下钢铁带锈潮湿界面直接涂刷或批刮，并快速固化成膜，涂层具有优秀的附着力、能带锈转锈稳锈、抗冲磨、防腐蚀性能强，广泛应用于各种水下钢铁设施的防腐。

Description

一种水下钢铁用环氧防腐涂料

所属技术领域

本发明涉及金属防腐涂料技术领域，具体说是涉及到一种水下钢铁用环氧防腐涂料。

背景技术

当今，随着我国经济快速发展和综合国力增强，海洋石油、船运、风电工业高速发展，处于海洋环境的工程构筑物，如港口码头、钻井平台、跨海大桥、水下管线、船舶、风电塔筒等，由于常年处于海水全浸区、潮差区、飞溅区，遭受海水及海生物的冲磨腐蚀，使得构筑物上原有的防腐保护涂层遭受破坏；在陆地上，由于兴修水利，水库、堤防、水坝、水闸、水利发电站、水利枢纽工程等已是星罗棋布，矿井、隧道、地下建筑物、水处理工程等更是遍布大地，处于淡水及潮湿环境的钢铁结构，常年遭受泥砂的冲蚀和水汽的侵蚀，同样使得原来的防腐保护层受到损坏。为了使这些设施原地得到维护，需要一种能够在水下及潮湿带锈界面固化成膜的防腐蚀涂料。目前，水下及潮湿界面用防腐涂料主要有聚酯树脂体系、乙烯树脂体系及环氧树脂3个体系；聚酯树脂体系形成的涂层薄而软，易受到损坏；乙烯树脂体系需要加入溶剂，不利于施工，在水中固化不完全，环保性差；环氧树脂的开环反应受水影响较小，环氧树脂分子含有大量的极性基团，较容易置换掉被涂物表面水分子，对各种底材附着力好，且固化物体积收缩率低，环氧树脂具有力学性能好、粘结强度高、综合性能优异的特点，适合应用于防腐蚀涂料领域。尽快研制出一种环保性好、能在水下钢铁带锈潮湿界面直接涂刷或批刮，并快速固化成膜，涂层具有优秀的附着力、防腐蚀性能强的水下钢铁用环氧防腐涂料是本技术领域中当前急需研究解决的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好的环保性、能在水下钢铁带锈潮湿界面直接涂刷或批刮，并快速固化成膜，涂层具有优秀的附着力、能带锈转锈稳锈、抗冲磨、防腐蚀性能强的水下钢铁用环氧防腐涂料。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种水下钢铁用环氧防腐涂料，以液态环氧树脂DER 351为基料，以液态聚硫橡胶JLY-121为增韧剂，以戊二醇缩水甘油醚6286为稀释剂，以三聚磷酸铝、磷酸锌、氧化铁红为活性防锈颜料颜料，以云母氧化铁、绢云母、沉淀硫酸钡为填料，以腰果壳油改性酚醛胺和改性脂肪胺为固化剂，以硅烷偶联剂1121为附着力促进剂，在功能助剂的配合下经过常规制备工艺制备成无溶剂、双组分的水下钢铁用环氧防腐涂料；涂料中的成分构成如下：

A组分：

以上各组分计量单位以质量分数/％计；

B组分：

以上各组分计量单位以质量分数/％计；

A组分与B组分的混合质量比为：A组分∶B组分＝100∶50。

本发明配方中的各种成分均为市售产品，来源渠道广泛。

水下钢铁用环氧防腐涂料制备工艺如下：

步骤1、A组分的制备：

按配方称量，将液态环氧树脂DER 351、液态聚硫橡胶JLY-121、戊二醇缩水甘油醚6286，加入分散罐中，搅拌下加入分散剂BYK-P 104、流平剂BYK-361、消泡剂BYK-A 530、三聚磷酸铝、磷酸锌、氧化铁红，高速分散30min，再经三辊机研磨细度＜40μm，包待用；

步骤2、B组分的制备：

按配方称量，将腰果壳油改性酚醛胺NX-2007、改性脂肪胺SM593、硅烷偶联剂1121、分散剂BYK-P 104、流平剂BYK-361、消泡剂BYK-A 530、云母氧化铁、绢云母、沉淀硫酸钡，依次加入分散罐内，高速分散30min，经三辊机研磨细度＜40μm，包装待用。

本发明配方中基料树脂的选择：制备无溶剂环氧防腐涂料，选择低分子质量、低粘度环氧树脂。双酚F型环氧树脂粘度低，各种性能好，适宜作无溶剂环氧涂料，但价格高；双酚A型环氧树脂E51亦可作无溶剂环氧涂料，虽然价格较低但粘度偏高；液态环氧树脂DER 351环氧树脂综合了双酚F型和双酚A型环氧树脂的优点，且价格适中，适宜作无溶剂环氧防腐涂料的基料树脂。由于环氧树脂固化后形成较致密的芳香结构，交联密度大、内聚力强，使其固化物的变形能力差，往往呈现脆性状态，涂层抵抗水流冲击力和温度变形能力较差。为了提高环氧树脂固化物的柔韧性，选择液态聚硫橡胶对环氧树脂进行改性。液态聚硫橡胶具有较好的韧性、高弹性、耐高低温性、耐水耐腐蚀性、耐油耐溶剂性、防污防霉性等，其分子结构中有活泼的硫氢基(-SH)，可与环氧基反应，可在环氧涂料的交联结构中引入一部分柔性链段形成嵌段，降低涂层内聚力。聚硫橡胶增韧改性环氧树脂固化后，连接在环氧树脂刚性链段的聚硫橡胶以弹性颗粒状态分散析出，在体系中形成“海岛结构”，即在刚性环氧体型构架中分布着橡胶弹性基团，从而提高了固化产物的附着力和柔韧性，赋予涂层较高的断裂功和弹性模量，增强涂层抗海浪冲击或江河挟砂水流的冲磨性能。为了降低涂料的粘度，选择了戊二醇缩水甘油醚6268作稀释剂，其不但粘度低、稀释效果好，而且能与固化剂交联反应，提高交联网络密度。由于该稀释剂具有亲水性，因此可增强涂层的干、湿界面附着力，适于水下应用。

固化剂的选择：用于水下基材界面的环氧固化剂，必须具有以下特点：(1)具有较高的极性和较低的粘度；(2)不溶于水和不被水乳化；(3)与环氧树脂有较高的交联密度和柔韧性；(4)具有低温固化和低毒性；(5)具有在潮湿条件下快速固化且高附着力特性。同时具备上述特性的环氧固化剂品种较少，可通过不同类型环氧固化剂搭配混合实现；腰果壳油改性酚醛胺是一种低温干燥速度快、防腐性能优异的新型环氧固化剂，其分子结构中含有大量能促进环氧树脂固化的酚羟基和常温反应活性高的脂肪胺，使固化体系在冬季低温条件下也能快速固化，同时高极性的羟基还能增强对底材的润湿和附着力。另外，腰果壳油衍生物一般是以含不饱和双键的碳15长链取代酚为基础，碳15长链能给体系提供优异的耐水性和柔韧性。同时取代酚中含有苯环结构，又具有耐化学腐蚀的特点。该固化剂既有低相对分子质量脂肪胺体系的硬度和优良的耐化学品腐蚀性能，又有低相对分子质量聚酰胺体系的使用期长、良好的柔韧性和低毒性能，此外还有一般酚醛胺体系的快速固化和优良的附着力。为了进一步提高环氧固化体系在水下的固化速度、附着力和柔韧性，选择改性脂肪胺SM593作辅助固化剂。改性脂肪胺SM593能在低温和潮湿环境下固化，与环氧树脂固化快、韧性好、抗冲击性强，腰果壳油改性酚醛胺与改性脂肪胺的质量比为2∶1-3∶1。

颜填料的选择：钢铁基材水下及潮湿界面用环氧防腐涂料，对颜填料的选配要求：(1)具有一定的亲水反应活性和转化铁锈的功能；(2)具有优秀的防锈防腐蚀功能，且低毒环保；(3)具有优良的屏蔽效果及抗冲磨性能；(4)具有良好的性价比及力学性能。据此，选择了三聚磷酸铝、磷酸锌、氧化铁红、云母氧化铁、绢云母及硫酸钡配合使用。三聚磷酸铝是一种即可转化锈又可防锈防腐的活性颜料。当分散在环氧固化体系中的三聚磷酸铝(AIH₂P₃O₁₈·2H₂O)与基材的水分接触后，便可溶解析出络合能力很强的三聚磷酸根(P₃O₁₀)^5-，可与铁锈中的Fe²⁺和Fe³⁺反应络合成五元环三聚磷酸铁(FeH₂P₃O₁₈·2H₂O)螯合物，成为新生物钝化保护膜，并牢固地附着在金属表面。另外，AIH₂P₃O₁₈·2H₂O中的氢原子使其呈弱酸性，类似二元酸与金属反应生成化学性质稳定的难溶于水的弱酸碱盐，从而在金属表面形成第二道屏障，有效地保护金属不被腐蚀。磷酸锌、氧化铁红都是带锈涂料中常用的活性防腐颜料，磷酸锌遇水容易离解或水解，生成第二代磷酸盐离子，磷酸根与铁锈离子反应，生成难溶且紧密的磷酸盐附着层，引起阳极极化；而锌离子与阴极区的OH^-1反应，生成难溶物而引起阴极极化，具有缓蚀、钝化作用。氧化铁不仅是一种着色颜料，同时还可以对锈层起到良好的稳定作用，对提高涂层的抗湿热性效果明显。云母氧化铁呈片状结构，化学稳定性好，是一种常用的物理防锈颜料，其在涂层中呈鱼鳞状重叠排列，对腐蚀介质的渗入起屏障作用，同时还起到分散涂层应力、防止涂膜开裂的作用。云母也是一种片状填料，能增强涂膜的屏蔽性、坚韧性、耐水耐化学腐蚀性；硫酸钡密度大，可提高涂膜的硬度及耐磨性。

附着力促进剂的选择，：环氧树脂防腐涂料对干燥的钢铁有极好的附着力，但当界面带水时，环氧固化物涂膜的附着力就大大降低。因此需要选用一种附着力促进剂，使涂层与底材之间形成化学链接，增强附着力。硅烷偶联剂具有两种不同的反应基团：亲无机基团和亲有机基团。亲无机基团与无机物表面的化学基团反应，形成强固的化学键合；亲有机基团与有机分子反应或物理缠绕，从而使有机与无机材料界面实现化学键接。硅烷偶联剂1121是一种强附着性、多功能的硅烷偶联剂，加入硅烷偶联剂1121的环氧涂料在浸水中和高潮湿界面能显著提高附着力。其机理是：在涂料涂布施工后，硅烷向涂料与底材界面迁移，此时遇到水分可水解成硅醇基，硅醇基与底材表面上的羟基形成氢键或缩合成Si-O-M(M代表无机表面)共价键，同时，硅烷各分子间的硅醇基又相互缩合成网状结构的覆盖膜。另外，硅烷在涂层内将有机物与无机物进行桥接，形成紧密的网状结构，增强涂层内聚力和耐水浸蚀的稳定性。

助剂的选择：水下固化环氧涂料的表面张力必须要远低于水，因此需选用即对带水基层润湿性好、又能降低涂料体系表面张力的润湿分散剂。BYK-P104是一种低分子量不饱和多元羧酸聚合物溶液，具有润湿、分散、渗透性，能将被涂物残留的水分吸入涂层内部，从而增强涂料对带水基材的附着力，涂料固化时，随着紧密网状结构的形成，又将水分挤压排除出去。流平剂BYK-361是一种聚醚改性有机硅助剂，它能降低涂料的表面张力，提供更好的底材润湿，可在短时间内促使涂层表面流平。BYK-A530是一种高效抑泡、消泡剂，可减少厚浆环氧固化物内部气孔，增强致密度，提高抗渗屏蔽效果。为了提高环氧涂料的触变性，赋予涂料一种结构粘度，达到施工厚涂不流挂的目的，选用防流挂剂BYK-410作防流挂剂。

本发明经过检测，性能如下表：

水下钢铁用环氧防腐涂料性能指标

从测试结果可看出，本发明的各项性能符合本领域国家标准。

由于采用了上述以液态环氧树脂DER 351为基料，以液态聚硫橡胶JLY-121为增韧剂，以戊二醇缩水甘油醚6286为稀释剂，以三聚磷酸铝、磷酸锌、氧化铁红为活性防锈颜料颜料，以云母氧化铁、绢云母、沉淀硫酸钡为填料，以腰果壳油改性酚醛胺和改性脂肪胺为固化剂，以硅烷偶联剂1121为附着力促进剂，在功能助剂的配合下经过常规制备工艺制备成无溶剂、双组分水下钢铁用环氧防腐涂料的技术方案，使得本发明具有良好的环保性、能在水下钢铁带锈潮湿界面直接涂刷或批刮，并快速固化成膜，涂层具有优秀的附着力、能带锈转锈稳锈、抗冲磨、防腐蚀性能强，达到了发明目的。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步详细描述本发明：一种水下钢铁用环氧防腐涂料，以液态环氧树脂DER 351为基料，以液态聚硫橡胶JLY-121为增韧剂，以戊二醇缩水甘油醚6286为稀释剂，以三聚磷酸铝、磷酸锌、氧化铁红为活性防锈颜料颜料，以云母氧化铁、绢云母、沉淀硫酸钡为填料，以腰果壳油改性酚醛胺和改性脂肪胺为固化剂，以硅烷偶联剂1121为附着力促进剂，在功能助剂的配合下经过常规制备工艺制备成无溶剂、双组分水下钢铁用环氧防腐涂料；涂料中的成分构成如下：

A组分：

以上各组分计量单位以质量分数/％计；

B组分：

以上各组分计量单位以质量分数/％计；

水下钢铁用环氧防腐涂料制备工艺是：

步骤1、A组分的制备：

按配方称量，将液态环氧树脂DER 351、液态聚硫橡胶JLY-121、戊二醇缩水甘油醚6286，加入分散罐中，搅拌下加入分散剂BYK-P 104、流平剂BYK-361、消泡剂BYK-A 530、三聚磷酸铝、磷酸锌、氧化铁红，高速分散30min，再经三辊机研磨细度＜40μm，包待用；

步骤2、B组分的制备：

按配方称量，将腰果壳油改性酚醛胺NX-2007、改性脂肪胺SM593、硅烷偶联剂1121、分散剂BYK-P 104、流平剂BYK-361、消泡剂BYK-A 530、云母氧化铁、绢云母、沉淀硫酸钡依次加入分散罐内，高速分散30min，经三辊机研磨细度＜40μm，包装待用。

使用时，A组分与B组分的混合质量比为：A组分∶B组分＝100∶50。

Claims (2)

1.一种水下钢铁用环氧防腐涂料，以液态环氧树脂DER 351为基料，以液态聚硫橡胶JLY-121为增韧剂，以戊二醇缩水甘油醚6286为稀释剂，以三聚磷酸铝、磷酸锌、氧化铁红为活性防锈颜料颜料，以云母氧化铁、绢云母、沉淀硫酸钡为填料，以腰果壳油改性酚醛胺和改性脂肪胺为固化剂，以硅烷偶联剂1121为附着力促进剂，在功能助剂的配合下经过常规制备工艺制备成无溶剂、双组分的水下钢铁用环氧防腐涂料；涂料中的成分构成如下：

A组分：

以上各组分计量单位以质量分数/％计；

B组分：

以上各组分计量单位以质量分数/％计；

A组分与B组分的混合质量比为：A组分∶B组分＝100∶50。

2.如权利要求1所述水下钢铁用环氧防腐涂料的制备方法：其工艺步骤如下：

步骤1、A组分的制备：

按配方称量，将液态环氧树脂DER 351、液态聚硫橡胶JLY-121、戊二醇缩水甘油醚6286，加入分散罐中，搅拌下加入分散剂BYK-P 104、流平剂BYK-361、消泡剂BYK-A 530、防流挂剂BYK-410、三聚磷酸铝、磷酸锌、氧化铁红，高速分散30min，再经三辊机研磨细度＜40μm，包待用；

步骤2、B组分的制备：

按配方称量，将腰果壳油改性酚醛胺NX-2007、改性脂肪胺SM593、硅烷偶联剂1121、分散剂BYK-P 104、流平剂BYK-361、消泡剂BYK-A 530、云母氧化铁、绢云母、沉淀硫酸钡依次加入分散罐内，高速分散30min，经三辊机研磨细度＜40μm，包装待用。