CN102786870B - 一种聚脲防腐涂层制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属腐蚀与防护领域，是一种聚脲防腐涂层制备方法。本发明包括金属结构件预加工、除油、喷砂、金属表面处理、干燥、喷涂底层聚脲涂料和喷涂面层聚脲涂料工序；其特征是金属表面处理采用肌醇磷酸酯溶液，在金属结构基体表面形成一层肌醇磷酸酯化学转化膜；底层聚脲涂料为芳香族聚脲涂料，面层聚脲涂料采用脂肪族聚脲涂料；金属包括钢铁、铝合金和镀锌钢结构；涂层总厚度为500-1500μm，底层为300-1200μm，面层200-400μm，涂层结合强度大于10MPa；本发明工艺简单、操作方便，免涂底漆。

Description

一种聚脲防腐涂层制备方法

技术领域

本发明属于金属腐蚀与防护领域，特别是涉一种聚脲防腐涂层制备方法。

背景技术

聚脲涂料是在聚氨酯涂料基础上发展起来的新型涂料，由异氰酸酯和含端氨基化合物反应制备而来，与聚氨酯涂料相比，聚脲涂料具有如下突出优点：1）固含量为100%，即不含任何有机溶剂，污染低；2）固化时间短，30S即可达到触干，有的甚至几秒钟即可胶凝；3）成膜厚度大，一次喷涂后可达毫米级，喷涂效率高；4）性能优异，强度高、柔韧性好、耐磨和弹性大等。

聚脲涂料分为A、B两种组分，A组分为固化剂，由多元异氰酸酯组成，包括异氰酸酯单体、聚合体、异氰酸酯的衍生物、预聚体或半预聚体，其中预聚体或半预聚体是异氰酸酯与端氨基或端羟基化合物预聚合反应而来的，异氰酸酯可以是脂肪族、脂环族和芳香族，与芳香族异氰酸酯相比，由脂肪族异氰酸酯得到的聚合物耐候性好，但价格相对较高；B组分由树脂、颜料、填料和各种助剂组成，其中树脂是主要成分，树脂中含端氨基或端羟基或同时含端氨基和端羟基，端氨基树脂为多元胺树脂，端羟基树脂为多元醇树脂，两种树脂都含有能与异氰酸酯反应的活性氢。根据树脂中端氨基和端羟基的相对含量不同将聚合物分为三种：1）端羟基大于80%为聚氨酯；2）端羟基小于20%为聚脲；3）端羟基为20~80%为聚氨酯（脲），即聚氨酯和聚脲的混合体。

目前，在工程应用中，主要是利用聚脲涂料的厚膜性、高弹性和快速固化等特性，用于高速铁路、地铁、隧道和涵洞等工程的混凝土防护和防水处理，采用喷砂粗化和喷涂环氧、聚氨酯或环氧与聚氨酯混合底漆提高聚脲涂层的附着力，取得了很好的效果。但是，聚脲涂层用于钢结构防腐时，存在如下问题：1）聚脲涂料的粘度大和渗透力差，很难渗透到传统磷化膜的微孔中，致使聚脲涂层与金属基体的结合强度低；2）聚脲涂料成膜速度过快，在制备薄聚脲涂层时容易出现裸露基体和缩孔现象，导致聚脲涂层的整体防腐性能降低；3）涂料弹性过高，一旦出现阴极析氢腐蚀，很容易沿基体表面渗透而出现大面积剥离现象，涂层越厚越明显；4）聚脲涂层的制备时间主要取决于底漆时间，一道底漆需要6-24h；5）为了提高涂层的防腐性能，一般采用2000-3000μm厚涂层，结果导致价格高，推广应用受到限制。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种工艺简单和性能优异的聚脲防腐涂层制备方法。

本发明是通过以下方式实施的：

一种聚脲防腐涂层制备方法，包括金属结构件预加工、除油、喷砂、金属表面处理、干燥、喷涂底层聚脲涂料、喷涂面层聚脲涂料工序；其特征是金属表面处理采用肌醇磷酸酯溶液，在金属基体表面形成一层肌醇磷酸酯化学转化膜，代替传统的磷化膜；聚脲涂层由底层和面层组成，根据不同聚脲涂层的厚度要求，进行多次喷涂；金属包括钢铁、铝合金和镀锌钢。

底层聚脲涂料采用芳香族聚脲涂料，其中：1）A组分由芳香族二异氰酸酯和降粘剂组成，各组分的质量份数为：芳香族二异氰酸酯100，降粘剂2-8；首先通过将芳香族二异氰酸酯与低聚物多元醇或氨基聚醚的预聚反应控制游离“-NCO”的质量含量为15-25%，然后将预聚物与降粘剂混合均匀得到底层涂料A组分；芳香族二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、1,5′-萘二异氰酸酯、四甲基苯二甲基二异氰酸酯和多苯基甲烷多异氰酸酯中的一种；降粘剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、碳酸丙酯和碳酸乙酯中的两种；2）B组分由端氨基树脂、端氨基扩链剂、颜填料和偶联剂组成，各组分的质量份数为：端氨基树脂50-60，端氨基扩链剂40-50，颜填料30-40，偶联剂0.5-2.0，将各组分混合均匀得到B组分；端氨基树脂为聚醚胺、二乙基甲苯二胺和端氨基聚氧化丙烯醚的一种，端氨基扩链剂为二乙基甲苯二胺、二乙酰间苯二胺和异佛尔酮二胺中的一种，控制总氨基官能度为2.1-2.3；颜填料为钛白粉、三氧化二铬、石墨、锌粉和铝粉中的至少一种；偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、环氧丙氧基三甲氧基硅烷和苯胺甲基三乙氧基硅烷中的一种。

面层聚脲涂料采用脂肪族聚脲涂料，其中：1）A组分由脂肪族二异氰酸酯和降粘剂组成，各组分的质量份数为：脂肪族二异氰酸酯100，降粘剂4-12；首先通过将脂肪族二异氰酸酯与低聚物多元醇或氨基聚醚预聚控制官能度为2.4-3.0，然后将预聚物与降粘剂混合均匀得到面层涂料A组分；脂肪族二异氰酸酯为氢化甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、氢化苯二亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和苯二亚甲基二异氰酸酯的一种；降粘剂同底层涂料的A组分；2）B组分由端氨基树脂、端氨基扩链剂、颜填料和偶联剂组成，各组分的质量份数为：端氨基扩链剂40-50，端氨基树脂50-60，颜填料15-30，偶联剂0.5-1.5，将各组分混合均匀得到面层涂料的B组分；端氨基扩链剂为二乙酰己二胺、二乙酰乙二胺和异佛尔酮二胺中的一中，端氨基树脂为聚天冬氨酸酯树脂、加合型受阻胺加合物树脂和端氨基聚醚中的一种，控制氨基官能度为2.4-2.8；颜填料和偶联剂同底层涂料的B组分。

聚脲防腐涂层的制备工艺流程：金属构件-→预加工-→除油-→喷砂-→金属表面处理—→干燥—→喷涂底层聚脲涂料—→喷涂面层聚脲涂料—→聚脲防腐涂层。涂层总厚度为500-1500μm，底层为300-1200μm，面层200-400μm，涂层结合强度大于10MPa。

本发明的优点在于：

1）采用喷砂与肌醇磷酸酯溶液金属表面化学处理相结合技术，通过机械咬合力和化学键力提高聚脲防腐涂层的结合强度，化学键力来自于肌醇磷酸酯化学转化膜中的“-OH”与底层聚脲涂料中的“—NCO”之间的化学反应，工艺简单、操作方便和免涂底漆。

2）采用底层-面层复合聚脲防腐涂层体系，底层为高官能度芳香族聚脲，一是通过提高聚脲涂层的交联度来提高涂层刚性和抗阴极剥离性能，二是通过增加聚脲涂层与基体表面的化学键合作用提高涂层的附着力，三是降低涂层成本；面层采用脂肪族聚脲涂料，提高聚脲防腐涂层的刚性和耐候性。

3）在氰酸酯固化剂、扩链剂和端氨基树脂中增加位阻型组分，降低反应活性，适当延长聚脲涂料固化时间，改善涂料施工性能，提高涂层的应用性能。

4）通过在底层和面层涂料A组分中添加降粘剂，降低聚脲涂料的施工粘度，改善施工性能，有利于制备薄聚脲防腐涂层。

具体实施方式

下面给出本发明的三个最佳实施例：

实施例1

钢结构聚脲防腐涂层制备。通过以下方式实施：钢结构件经过除油和喷砂处理使基体表面无油和无锈，控制表面粗糙度120-150μm；经过肌醇磷酸酯溶液处理在钢结构表面得到一层肌醇磷酸酯化学专化膜；依次喷涂底层和面层聚脲涂料得到聚脲防腐涂层。底层涂料A组分中各组分的质量份数为：二苯基甲烷二异氰酸酯100，邻苯二甲酸二丁酯1，碳酸丙酯1；首先将二苯基甲烷二异氰酸酯与低聚物多元醇或氨基聚醚预聚控制游离“-NCO”的含量为25%，然后与降粘剂混合均匀得到底层涂料的A组分；底层涂料B组分中中各组分的质量份数为：聚醚胺脂树脂60，二乙基甲苯二胺扩链剂40，钛白粉20、三氧化二铬20，γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂2.0，将各组分混合均匀得到底层涂料的B组分。面层涂料A组分中各组分的质量份数为：氢化甲苯二异氰酸酯100，邻苯二甲酸二丁酯2、碳酸丙酯2；首先将氢化甲苯二异氰酸酯与低聚物多元醇或氨基聚醚预聚，控制官能度为2.4，然后与降粘剂混合均匀得到面层涂料的A组分；面层涂料B组分中各组分的质量分数为：二乙酰己胺二扩链剂40，聚天冬氨酸酯树脂60，钛白粉15，三氧化二铬10，γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂1.5，将各组分混合均匀得到面层涂料的B组分。聚脲防腐涂层的制备工艺流程：金属工件—→除油—→喷砂—→金属表面处理—→干燥—→喷涂底层聚脲涂料—→喷涂面层聚脲涂料——聚脲防腐涂层。聚脲防腐涂层总厚度为1400-1500μm，底层为1000-1200μm，面层为300-400μm，涂层结合强度大于10MPa。

实施例2

铝合金结构聚脲防腐涂层的制备。底层涂料A组分中各组分的质量份数为：甲苯二异氰酸酯100，邻苯二甲酸二辛酯3、碳酸乙酯2；首先将甲苯二异氰酸酯与低聚物多元醇或氨基聚醚预聚控制游离“-NCO”的含量为20%，然后与降粘剂混合均匀得到底层涂料的A组分；底层涂料B组分中中各组分的质量份数为：二乙基甲苯二胺扩链剂55，二乙酰间苯二胺树脂45，锌粉20，铝粉10，环氧丙氧基三甲氧基硅烷偶联剂0.5，将各组分混合均匀得到底层涂料的B组分。面层涂料A组分中各组分的质量份数为：六亚甲基二异氰酸酯100，邻苯二甲酸二辛酯4、碳酸乙酯4；首先将六亚甲基二异氰酸酯与低聚物多元醇或氨基聚醚预聚控制官能度为2.8，然后与降粘剂混合均匀得到面层涂料的A组分；面层涂料B组分中各组分的质量分数为：二乙酰乙二胺扩链剂45，加合型受阻胺加合物树脂55，锌粉15、铝粉10，环氧丙氧基三甲氧基硅烷偶联剂0.5，将各组分混合均匀得到面层涂料的B组分。聚脲防腐涂层的制备工艺流程同实施例1。聚脲防腐涂层总厚度为900-1000μm，底层为600-800μm，面层为200-300μm，涂层结合强度大于10MPa。

实施例3

镀锌钢结构聚脲防腐涂层的制备。底层涂料A组分中各组分的质量份数为：对苯二异氰酸酯100，碳酸丙酯3、碳酸乙酯5；首先将对苯二异氰酸酯与低聚物多元醇或氨基聚醚预聚控制游离“-NCO”的含量为15%，然后与降粘剂混合均匀得到底层涂料的A组分；底层涂料B组分中中各组分的质量份数为：端氨基聚氧化丙烯醚树脂50，异佛尔酮二胺扩链剂50，石墨粉10，钛白粉20，苯胺甲基三乙氧基硅烷偶联剂1.0，将各组分混合均匀得到底层涂料的B组分。面层涂料A组分中各组分的质量份数为氢化苯二亚甲基二异氰酸酯100，碳酸丙酯6、碳酸乙酯4；首先将氢化苯二亚甲基二异氰酸酯与低聚物多元醇或氨基聚醚预聚控制官能度为2.6，然后与降粘剂混合均匀得到面层涂料的A组分；面层涂料的B组分中各组分的质量分数为：，由端氨基树脂、端氨基扩链剂、颜填料和偶联剂组成，各组分的质量份数为：异佛尔酮二胺扩链剂50，端氨基聚醚树脂60，石墨粉10，钛白粉10，偶联剂1.0，将各组分混合均匀得到面层涂料的B组分，控制氨基官能度为,2.6。聚脲防腐涂层的制备工艺流程同实施例1。聚脲防腐涂层总厚度为500-600μm，底层为250-400μm，面层为200-250μm，涂层结合强度大于10MPa。

Claims (2)

1.一种聚脲防腐涂层制备方法，包括金属结构件预加工、除油、喷砂、金属表面处理、干燥、喷涂底层聚脲涂料、喷涂面层聚脲涂料工序，其特征是：金属表面处理采用肌醇磷酸酯溶液，在金属结构基体表面形成一层肌醇磷酸酯化学转化膜；底层聚脲涂料采用芳香族聚脲涂料，A组分的质量份数组成：芳香族二异氰酸酯100，降粘剂2-8；芳香族二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、四甲基苯二甲基二异氰酸酯和多苯基甲烷多异氰酸酯中的一种，通过芳香族二异氰酸酯与氨基聚醚的预聚反应控制游离“-NCO”的质量含量为15-25%；降粘剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、碳酸丙酯和碳酸乙酯中的两种；B组分的质量份数组成为：端氨基树脂50-60、端氨基扩链剂40-50、颜填料30-40和偶联剂0.5-2.0；端氨基树脂为聚醚胺、端氨基聚氧化丙烯醚中的一种，端氨基扩链剂为二乙基甲苯二胺、二乙酰间苯二胺和异佛尔酮二胺中的一种，控制总氨基官能度为2.1-2.3；颜填料为钛白粉、三氧化二铬、石墨、锌粉和铝粉中的至少一种，偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷、γ-环氧丙氧基三甲氧基硅烷和苯胺甲基三乙氧基硅烷中的一种； 

面层聚脲涂料采用脂肪族聚脲涂料，A组分的质量份数组成为：脂肪族二异氰酸酯100，降粘剂4-12；脂肪族二异氰酸酯为氢化甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、氢化苯二亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和苯二亚甲基二异氰酸酯的一种，通过脂肪族二异氰酸酯与氨基聚醚预聚控制官能度为2.4-3.0；B组分的质量份数组成为：端氨基扩链剂40-50，端氨基树脂50-60，颜填料15-30和偶联剂0.5-1.5；端氨基扩链剂为二乙酰己二胺、二乙酰乙二胺和异佛尔酮二胺中的一中，端氨基树脂为端氨基聚醚，控制氨基官能度为2.4-2.8；偶联剂和顔填料同底层涂料；金属包括钢铁、铝合金或镀锌钢结构。 

2.根据权利要求1所述的一种聚脲防腐涂层制备方法，其特征是：涂层总厚度为500-1500μm。