CN102888187A - 一种工程机械重防腐涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种添加有纳米金属粉末的环氧树脂改性有机硅重防腐涂料，由组分A、组分B及组分C构成，其中组分A为环氧树脂改性有机硅，其组分的质量百分比如下：基体树脂：环氧树脂改性有机硅25～40％，颜填料和助剂：20～40％，溶剂：20～40％；组分B：自制钛合金纳米粉末，其用量为基体树脂用量的0.5～2％；组分C：氨基硅烷，其用量为基体树脂用量的10～20％。本发明的重防腐涂料组成中环氧树脂改性有机硅溶液由有机硅中间体预聚物经过环氧树脂改性制得，自制钛合金纳米粉末作用是提高工程机械重防腐涂料的耐候、耐腐蚀、耐磨、高强度等性能，氨基硅烷作为固化剂在常温下固化。在空气湿度为50％以上环境下放置七天固化得到涂膜，耐候性好，耐腐蚀性优异，附着力强，且漆膜机械性能良好，适用于工程机械重防腐领域，尤其是日晒、盐雾、酸、碱等环境的腐蚀防护。
Description
技术领域
本发明涉及一种重防腐涂料，具体涉及一种工程机械重防腐涂料。
技术背景
工程机械是为城乡、铁路、公路、港口码头、农田水利、电力、冶金、矿山、海空基地等各项基本建设工程施工服务的机械，在我国，工程机械主要包括：挖掘机械、铲土运输机械、工程起重机械、路面机械、压实机械、桩工机械、钢筋混凝土机械、凿岩机械、叉车、专用工程机械等10大类。主要常见的工程机械有：液压挖掘机、履带推土机、轮式装载机、压路机、平地机、摊铺机、叉车及汽车起重机等。众所周知，工程机械是一种户外工作机械，长期暴露在户外大气(包括海洋大气、工业大气、城市大气和乡村大气)和不同水质(海水、河水)等恶劣环境中，每时每刻都在承受不同地域和环境的不同程度的腐蚀.从而造成了工程机械的各种“慢性病”和“多发病”。
重防腐涂料能够较好地解决令人头疼的金属腐蚀问题。五十年代使用以桐油为主的油性漆防腐，六十年代以沥青和醇酸漆，七十年代使用环氧、改性醇酸、丙烯酸等类油漆，八十年代发展出镀锌防腐和合成树脂复合体系防腐，九十年代以后逐渐形成以合成树脂复合体系防腐占绝对多数的格局，合成树脂以环氧、有机硅、有机氟、丙烯酸、聚氨醋等树脂的改性产品为主。发达国家在工程机械长效防腐方面的研究已比较成熟，技术和产品质量水平比国内遥遥领先。据资料介绍，美国DUPONT、英国ICI、德国BASF、日本关西涂料等世界领先公司都有号称寿命在30年以上的产品，其实际使用年限都已超过15年而现状仍然良好，这些公司的产品主要是改性有机硅涂料、氟碳涂料、改性丙烯酸涂料等几大类。国内从20世纪70年代中期开始重视工程机械重防腐涂料的研究，陆续有各种不同类型的产品问世，主要集中在环氧改性丙烯酸涂料和聚氨醋改性丙烯酸涂料二类，20世纪90年代北京、天津、重庆的国有大型油漆厂分别引进了ICI、BASF、关西涂料的丙烯酸和氟碳长效防腐涂料技术，但价格很高，市场推广应用有限，并且技术转化不太成功。
纳米材料以其奇特优良的性质而备受科学家关注，纳米材料在涂料中的应用是众多研究方向之一。钛合金具有优异的耐腐蚀、耐磨、耐候、高强度、高韧性、高热稳定性等综合技术性能，将钛合金纳米粉末添加到重防腐涂料，可在金属基体表面形成较薄、性能优异的涂层，不但可延长工程机械的寿命，还起到环保、节约资源的效果。
发明内容：
根据以上情况，本发明的目的在于提供一种以改性有机硅为主、添加钛合金纳米粉末的高档工程机械重防腐涂料，该涂料具有高效、长效、无毒、高性价比等优点。
本发明一种添加有纳米金属粉末的环氧树脂改性有机硅重防腐涂料，由组分A、组分B及组分C构成，组分A：环氧树脂改性有机硅，其组分的质量百分比如下：
(1)基体树脂：环氧树脂改性有机硅25～40％；
(2)颜填料和助剂：20～40％；
(3)溶剂：20～40％；
组分B：自制钛合金纳米粉末，其用量为基体树脂用量的0.5～2％；
组分C：氨基硅烷，其用量为基体树脂用量的10～20％；
本发明的重防腐涂料，环氧树脂改性有机硅溶液由有机硅中间体预聚物经过环氧树脂改性制得，其操作方法如下：
(1)有机硅中间体预聚物制备：将甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷单体和二甲苯溶剂加入反应器中，甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷单体的摩尔比为1∶1.6∶1，反应器加热到60～70℃，用稀盐酸作为pH值调节剂，在搅拌条件下缓慢加入完全水解量的80％～100％的水，反应3～5小时，然后加入碱中和反应产物，经过滤、蒸馏除去副产物及部分溶剂制得有机硅中间体预聚物溶液；
(2)环氧树脂改性有机硅溶液的制备：有机硅中间体预聚物溶液与环氧树脂按质量比2∶8混合，在130～150℃下，加入钛酸丁酯与三苯基磷混合物(树脂总量0.5％，质量比1∶2)作为催化剂，进行反应3～5小时，得到环氧树脂改性有机硅。
本发明采用的有机硅中间体预聚物，以二甲苯为溶剂，固含量50％，在25℃下粘度为30-60厘泊，比重为1.1-1.2，光泽度为90°。
本发明采用环氧树脂，由二甲苯、环己酮(质量比7∶3)组成的混合溶剂稀释至固含量为50％，是环氧值为0.18-0.22，软化点64-78℃的双酚A环氧树脂。
本发明的涂料中，组分B自制钛合金纳米粉末，其具备与高分子有机相结合的高活性，其作用是提高工程机械重防腐涂料的耐候、耐腐蚀、耐磨、高强度等性能，得到较薄、性能优异的涂层。
本发明的涂料中，组分C氨基硅烷为固化剂，如氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)，二(γ-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺(ZH1170)，N-环己基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(HD-104)等。
本发明的涂料中采用的颜填料为滑石粉、云母粉、钛白粉、氧化铁红粉及复合磷酸锌粉。助剂为流平剂和偶联剂。
本发明提供了一种添加有纳米金属粉末的环氧树脂改性有机硅重防腐涂料，该涂料的树脂基体由甲基苯基硅氧烷水解得到的有机硅中间体与环氧树脂催化反应制得。该涂料包括树脂基体、钛合金纳米粉末、颜填料和助剂以及惰性溶剂稀释剂，使用时用氨基硅烷作为固化剂在常温下固化。
本方法制得的有机硅中间体预聚物可稳定在室温存放超过6个月。
本涂料可以采用二甲基聚硅氧烷作为流平剂，二甲基聚硅氧烷的用量取决于基体树脂的总重量，其用量是基体树脂用量的0.1％～5％，最适宜的用量是0.5～1.5％。
本涂料可以采用KH-560作为偶联剂，其用量是基体树脂用量的0.5％～1.0％，其作用可提高涂料对底材的附着力，并促进颜填料在树脂基体中的分散，降低体系粘度。
本涂料可以采用氨基硅烷作为改性有机硅涂料的固化剂，该固化剂应在涂料涂装前加入涂料中，并充分混合均匀。
具体的涂装工艺为：底材要经一定的预处理，可采用打磨，化学除锈等手段。涂装可一次涂装，也可分多次涂装以获得较好的漆膜。漆膜厚度约为50μm，通常介于50～100μm之间。涂膜的固化工艺为常温下，空气湿度为50％以上，固化时间7天即得到固化的涂膜。该涂膜耐候性好，耐腐蚀性优异，附着力强，且漆膜机械性能良好，适用于工程机械重防腐领域，尤其是日晒、盐雾、酸、碱等环境的腐蚀防护。
具体实施方式
实施例1
(1)有机硅中间体预聚物的制备方法：将摩尔比为1∶1.6∶1的甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷单体混合，加入相同质量的二甲苯作为溶剂，用0.1％的HCl调节PH值为3，在70℃条件下加入完全水解量的80％的水，搅拌，反应3小时，然后中和反应产物，过滤，蒸馏除去副产物及部分溶剂，得到在室温下存放稳定的中间体预聚物。
(2)使用上述(1)中制得的中间体预聚物与固含量50％的，环氧值为0.18-0.22，软化点64-78℃的双酚A环氧树脂反应，质量比2∶8，温度：150℃，加入钛酸丁酯与三苯基磷混合物(树脂总量0.5％，质量比1∶2)作为催化剂，反应3h，最终产物即为环氧树脂改性有机硅树脂，加入适量二甲苯、环己酮(质量比7∶3)组成的混合溶剂稀释产物，使固含量为50％。
(3)用上述(2)得到的改性有机硅树脂及颜填料按以下配方混合：(质量比)
改性有机硅树脂溶液：70g
氧化铁红粉5g
滑石粉：10g
云母粉：10g
钛白粉：10g
复合磷酸锌粉：10g
流平剂：0.5g
偶联剂KH-560：0.5g
在使用前加入1g自制钛合金纳米粉末、10g的氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)，采用高速分散机充分分散。
采用上述的涂料对样板进行一次涂装，得到漆膜厚度：50μm。在空气湿度为50％以上环境下常温放置七天固化，得到光滑且坚硬的涂膜。
实施例2
(1)有机硅中间体预聚物的制备方法：将摩尔比为1∶1.6∶1的甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷单体混合，加入相同质量的二甲苯作为溶剂，用0.1％的HCl调节PH值为3，在60℃条件下加入完全水解量的100％的水，搅拌，反应5小时，然后中和反应产物，过滤，蒸馏除去副产物及部分溶剂，得到在室温下存放稳定的中间体预聚物。
(2)使用上述(1)中制得的中间体预聚物与固含量50％的，环氧值为0.18-0.22，软化点64-78℃的双酚A环氧树脂反应，质量比2∶8，温度：135℃，加入钛酸丁酯与三苯基磷混合物(树脂总量0.5％，质量比1∶2)作为催化剂，反应4h，最终产物即为环氧树脂改性有机硅树脂，加入适量二甲苯、环己酮(质量比7∶3)组成的混合溶剂稀释产物，使固含量为50％。
(3)按以下配方混合：(质量比)
改性有机硅树脂溶液：70g
氧化铁红粉5g
滑石粉：5g
云母粉：5g
钛白粉：5g
复合磷酸锌粉：5g
流平剂：1g
偶联剂KH-560：0.5g：
在使用前加入1g自制钛合金纳米粉末、14g的N-环己基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(HD-104)，采用高速分散机充分分散。
采用上述的涂料对样板进行二次涂装，得到漆膜厚度：90μm。在空气湿度为50％以上环境下常温放置七天固化，得到光滑且坚硬的涂膜。
实施例3
(1)有机硅中间体预聚物的制备方法：将摩尔比为1∶1.6∶1的甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷单体混合，加入相同质量的二甲苯作为溶剂，用0.1％的HCl调节PH值为3，在65℃条件下加入完全水解量的90％的水，搅拌，反应4小时，然后中和反应产物，过滤，蒸馏除去副产物及部分溶剂，得到在室温下存放稳定的中间体预聚物。
(2)使用上述(1)中制得的中间体预聚物与固含量50％的，环氧值为0.18-0.22，软化点64-78℃的双酚A环氧树脂反应，质量比2∶8，温度：130℃，加入钛酸丁酯与三苯基磷混合物(树脂总量0.5％，质量比1∶2)作为催化剂，反应5h，最终产物即为环氧树脂改性有机硅树脂，加入适量二甲苯、环己酮(质量比7∶3)组成的混合溶剂稀释产物，使固含量为50％。
(3)按以下配方混合：(质量比)
改性有机硅树脂溶液：65g
氧化铁红粉5g
滑石粉：7.5g
云母粉：7.5g
钛白粉：7.5g
复合磷酸锌粉：7.5g
流平剂：1g
偶联剂KH-560：0.5g：
在使用前加入1g自制钛合金纳米粉末、7g的氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)，采用高速分散机充分分散。
采用上述的涂料对样板进行一次涂装，得到漆膜厚度：50μm。在空气湿度为50％以上环境下常温放置七天固化，得到光滑且坚硬的涂膜。
实施例4
(1)有机硅中间体预聚物的制备方法：将摩尔比为1∶1.6∶1的甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷单体混合，加入相同质量的二甲苯作为溶剂，用0.1％的HCl调节PH值为3，在70℃条件下加入完全水解量的80％的水，搅拌，反应5小时，然后中和反应产物，过滤，蒸馏除去副产物及部分溶剂，得到在室温下存放稳定的中间体预聚物。
(2)使用上述(1)中制得的中间体预聚物与固含量50％的，环氧值为0.18-0.22，软化点64-78℃的双酚A环氧树脂反应，质量比2∶8，温度：140℃，加入钛酸丁酯与三苯基磷混合物(树脂总量0.5％，质量比1∶2)作为催化剂，反应4h，最终产物即为环氧树脂改性有机硅树脂，加入适量二甲苯、环己酮(质量比7∶3)组成的混合溶剂稀释产物，使固含量为50％。
(3)按以下配方混合：(质量比)
改性有机硅树脂溶液：60g
氧化铁红粉5g
滑石粉：10g
云母粉：10g
钛白粉：10g
复合磷酸锌粉：10g
流平剂：1g
偶联剂KH-560：0.5g：
在使用前加入0.5g自制钛合金纳米粉末、10g的二(γ-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺(ZH1170)，采用高速分散机充分分散。
采用上述的涂料对样板进行二次涂装，得到漆膜厚度：100μm。在空气湿度为50％以上环境下常温放置七天固化，得到光滑且坚硬的涂膜。
将以上得到漆膜进行测试，相关物理机械性能如下：
| 性能项目 | 指标 | 实验方法 |
| 颜色及外观 | 深红棕色光滑平整 | 目测 |
| 耐候性/h | ＞1200 | GB/T 1865-2009 |
| 柔韧性/mm | 1 | GB/T 1731-1993 |
| 附着力 | 1级 | GB/T 1720-1979 |
| 耐冲击性/(Kg·cm) | ≥50 | GB/T 1732-1993 |
| 耐盐水性(5％NaCl) | 漆膜无异常 | GB/T 1763-1989 |
| 耐酸性(10％H2SO4) | 漆膜无异常 | GB/T 1763-1989 |
| 耐碱性(10％NaOH) | 漆膜无异常 | GB/T 1763-1989 |
| 耐盐雾性(5％NaCl)/h | ＞1000 | GB/T 1771-1991 |
Claims (7)
1.一种添加有纳米金属粉末的环氧树脂改性有机硅重防腐涂料，由组分A、
组分B及组分C构成，其特征在于：
组分A：环氧树脂改性有机硅，其组分的质量百分比如下：
(1)基体树脂：环氧树脂改性有机硅25～40％；
(2)颜填料和助剂：20～40％；
(3)溶剂：20～40％；
组分B：自制钛合金纳米粉末，其用量为基体树脂用量的0.5～2％；
组分C：氨基硅烷，其用量为基体树脂用量的10～20％；
2.根据权利要求1所述，其特征在于：环氧树脂改性有机硅溶液由有机硅中间体预聚物经过环氧树脂改性制得，其操作方法如下：
(1)有机硅中间体预聚物制备：将甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷单体和二甲苯溶剂加入反应器中，甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷单体的摩尔比为1∶1.6∶1，反应器加热到60～70℃，用稀盐酸作为pH值调节剂，在搅拌条件下缓慢加入完全水解量的80％～100％的水，反应3～5小时，然后加入碱中和反应产物，经过滤、蒸馏除去副产物及部分溶剂制得有机硅中间体预聚物溶液；
(2)环氧树脂改性有机硅溶液的制备：有机硅中间体预聚物溶液与环氧树脂按质量比2∶8混合，在130～150℃下，加入钛酸丁酯与三苯基磷混合物(树脂总量0.5％，质量比1∶2)作为催化剂，进行反应3～5小时，得到环氧树脂改性有机硅。
3.根据权利要求2所述的有机硅中间体预聚物，其特征在于：以二甲苯为溶剂，固含量50％，在25℃下粘度为30-60厘泊，比重为1.1-1.2，光泽度为90°。
4.根据权利要求2所述的环氧树脂，由二甲苯、环己酮(质量比7∶3)组成的混合溶剂稀释至固含量为50％，是环氧值为0.18-0.22，软化点64-78℃的双酚A环氧树脂。
5.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：组分B自制钛合金纳米粉末，其具备与高分子有机相结合的高活性，其作用是提高工程机械重防腐涂料的耐候、耐腐蚀、耐磨、高强度等性能，得到较薄、性能优异的涂层。
6.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：组分C氨基硅烷为固化剂，如氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)，二(γ-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺(ZH1170)，N-环己基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(HD-104)等。
7.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：颜填料为滑石粉、云母粉、钛白粉、氧化铁红粉及复合磷酸锌粉；助剂为流平剂和偶联剂。
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