CN102911544B - 一种改性环氧无溶剂涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改性环氧无溶剂涂料，其甲组分由环氧值为0.51～0.56的液体环氧树脂35～50，丙烯酸酯低聚物5～15，非活性稀释剂5～15，润湿分散剂0.5～1，消泡剂0.3～0.6，颜料5～10，填料10～25，硅灰石长纤维5～10，螯合剂0.5～1，防沉剂0.2～0.6，吸水剂0.5～1.0组成；乙组分由改性脂肪族多胺A 30～60，改性脂肪族多胺B 25～40，苯甲醇8～15，水杨酸1～5组成，以上各组分用量均以重量份计；甲、乙组分按照重量比为5:1混合即为改性环氧无溶剂涂料。该涂料在潮湿表面涂装施工后具备优异的防腐性能；用于水下施工固化时具有良好的涂装性、厚涂性、重涂性以及防腐蚀性。
Description
技术领域
本发明涉及一种改性环氧无溶剂涂料，尤其涉及一种能够在潮湿表面以及水下施工固化的双组份改性环氧无溶剂涂料。
背景技术
在重防腐蚀领域中，传统的纯环氧涂料对基材表面处理的要求比较高，特别是对基材表面的水份和盐分含量的控制比较严格。当施工环境的湿度大于65%，或者是环境温度低于露点3℃时均不推荐进行涂装施工，其主要原因就是在此条件下空气中的水份容易在基材上凝露，从而使基材处于潮湿状态。当基材表面处于潮湿状态时，产生的最大的问题就是会使得涂料与基材之间的附着力变差，其次，潮湿的基材表面还容易产生白桦即环氧涂料固化剂中的活性胺与水份以及二氧化碳三者发生化学反应所生产的铵盐，这也会进一步导致涂料与基材之间的附着力变差、涂膜表面发粘并使环氧与胺固化剂固化不充分，而优异的附着力又是涂料具备良好防腐蚀性能的前提条件。在海洋防腐蚀的某些领域，如海洋钻井平台桩腿的潮差区、飞溅区、桥墩、码头，其基材表面由于受到潮水的影响基本是处于潮湿状态的；在水下管道及矿井、隧道、储水池、水闸、水库等领域，则需要能在水下施工固化的防腐蚀涂料。显然，传统的环氧涂料无法满足上述领域的要求。因此，急需开发一种能够排挤掉潮湿表面的水分且在基材表面迅速铺展和粘附的涂料，以满足在潮湿表面及水下施工固化且防腐蚀性能优异的要求。
发明内容
本发明的目的是:提供一种能够在潮湿表面及水下施工固化，具备优异防腐性能的改性环氧无溶剂涂料。
实现本发明目的的技术方案是：一种改性环氧无溶剂涂料，由甲组分和乙组分构成，其特征在于，
甲组分由按重量份计的下述原料组成：
环氧值为0.51～0.56的液体环氧树脂35～50，丙烯酸酯低聚物5～15，非活性稀释剂5～15，润湿分散剂0.5～1，消泡剂0.3～0.6，颜料5～10，填料10～25，硅灰石长纤维5～10，螯合剂0.5～1，防沉剂0.2～0.6，吸水剂0.5～1.0；
其中，丙烯酸酯低聚物为Sartomer公司的M-Cure 202、M-Cure300中的一种或者两种；非活性稀释剂为V-276；润湿分散剂为Lubrizol公司的Solsperse 13940；消泡剂为AFCONA公司的AFCONA2722；螯合剂为Raybo公司的Raybo85、AkzoNobel公司的TDO中的一种或者两种；防沉剂为ROCKWOOD公司的G-1958；吸水剂为偶联剂KH-560；
乙组分由按重量份计的下述原料组成：
改性脂肪族多胺A 30～60，改性脂肪族多胺B 25～40，苯甲醇8～15，水杨酸1～5；其中，改性脂肪族多胺A由下述按重量份计的原料组成：
C12～C14单官能度缩水甘油醚40～45，三甲基六亚甲基二胺55～60；
改性脂肪族多胺B由下述按重量份计的原料组成：
双酚F环氧树脂30～35，间苯二甲胺60～70，苯甲醇3～5；
甲、乙组分按照重量比为5:1混合，搅拌15min后即为改性环氧无溶剂涂料。
上述改性环氧无溶剂涂料，其甲组分的具体制备步骤如下：
先将液体环氧树脂与丙烯酸酯低聚物、非活性稀释剂搅拌半小时混合均匀，然后加入润湿分散剂及50％的消泡剂后，在3000r/min的转速下分散15min，再加入防沉剂、颜料、填料、硅灰石长纤维，在3000r/min的转速下分散1小时，然后加入剩余的消泡剂、螯合剂以及吸水剂，继续在3000r/min的转速下分散15min即可得到甲组分，保存备用。
上述改性环氧无溶剂涂料，其所述甲组分中的硅灰石长纤维为NYCO公司的MD 1250WOLLASTOCOAT、M1250 WOLLASTOCOAT、400 WOLLASTOCOAT、M400 WOLLASTOCOAT、MD 400WOLLASTOCOAT、10 WOLLASTOCOAT中的一种或者是几种。
上述改性环氧无溶剂涂料，其所述甲组分中的颜料为二氧化钛、炭黑、中铬黄、酞菁蓝中的一种或几种；填料为滑石粉、硫酸钡、石英粉、云母粉中的一种或几种。
上述改性环氧无溶剂涂料，其乙组分的具体制备步骤如下：
（A）制备改性脂肪族多胺A
在反应容器中，加入55～60重量份的三甲基六亚甲基二胺后，用水浴使其温度保持在15～20℃并在900转/分钟的搅拌速度下，滴加40～45重量份的C12～C14单官能度缩水甘油醚，3～4小时内滴加完毕，继续在15～20℃保温3小时后停止搅拌，所得物料温度降至室温，出料即为改性脂肪族多胺A，保存备用；
（B）制备改性脂肪族多胺B
在反应容器中，加入60～70重量份的间苯二甲胺后，用水浴使其温度保持在60～80℃并在900转/分钟的搅拌速度下，将用3～5重量份的苯甲醇稀释的30～35重量份的双酚F环氧树脂溶液滴入，1.5～2小时内滴加完毕，继续在60～80℃保温1小时后停止搅拌，所得物料温度降至室温，出料即为改性脂肪族多胺B，保存备用；
(C)制备乙组分
在混合容器中，先加入8～15重量份的苯甲醇，再加入1～5重量份的水杨酸，搅拌至水杨酸完全溶解，再加入30～60重量份的步骤（A）制得的改性脂肪族多胺A和25～40重量份的步骤（B）制得的改性脂肪族多胺B，混合搅拌半小时，即制得乙组分，保存备用。
本发明的技术效果是：本发明技术方案的改性环氧无溶剂涂料针对现有环氧涂料在潮湿表面及水下施工固化存在的诸多难点，对构成涂料的甲组分和乙组分的各个组分及其所用原料进行如下选择：
在甲组分中，①选用适宜的液体环氧树脂作为甲组分的基料，由于其具有较低的粘度和较高的环氧值，使得最终固化涂膜的交联密度大、硬度高、防腐蚀性能优异，能满足水下浸泡环境的使用要求；②选用的丙烯酸酯低聚物为Sartomer公司的M-Cure 202、M-Cure300中的一种或者两种，用它作为辅助树脂有如下优点：其一在涂料配方中可以降低体系的粘度；其二丙烯酸酯低聚物中的碳碳双键与胺的迈克尔加成反应速度明显快于胺与环氧基团的反应，且温度的变化对其影响比较小，在低温下也具有良好的固化性能，使得无溶剂涂料具有良好的常温和低温固化性能，同时水的存在对碳碳双键与胺的迈克尔加成反应影响比较小；其三丙烯酸酯低聚物的酯键极性很强，对提高基材与涂膜之间的附着力有很大的帮助，特别是在潮湿界面以及水下施工过程中涂膜很难在基材上附着粘附的情况下可以明显提高涂膜的附着能力；其四丙烯酸酯低聚物与固化剂（乙组分）中的伯胺反应生成仲胺，不仅可以大幅度降低白桦现象，还可以降低涂膜的亲水性，提高漆膜的疏水性，从而保证在水下施工过程中甲、乙组分混合后在水中不散开，方便水下施工；③选用的非活性稀释剂为V-276，它是α-甲基苯乙烯的低聚物，其粘度较低，表面张力低，不仅可降低体系的粘度，还可以极大的改善体系的柔韧性，防止开裂，同时具有很好的疏水作用，因此，在潮湿表面涂装以及水下施工过程中可以排开涂层与基材之间的水份，使得涂膜与基材具备更好的附着力，同时选用的非活性稀释剂不含酚羟基，因此，不会明显缩短体系的使用寿命；④选用的硅灰石长纤维具有比较高的长径比，在配方中能改善厚膜的韧性，防止水下刷涂固化后的漆膜发生开裂，特别适合于水下涂装施工中厚涂的漆膜；⑤选用的螯合剂为Raybo85、TDO，它们是长链脂肪胺羧酸盐，其分子结构为一端是强极性铵盐、另一端为非极性的长脂肪族碳链，该螯合剂能降低整个体系的表面张力，便于涂料在水下铺展，同时该分子结构对基材表面的水分子具有很强的竞争吸附作用，可以将水驱逐出去使涂料可涂覆在基材表面形成连续的涂膜；⑥选用的吸水剂为偶联剂KH-560，它是环氧基硅烷偶联剂，可以与涂装后在漆膜中没有被排挤出去的少量水份发生水解反应从而消除水份；⑦选用的润湿分散剂Solsperse 13940是高分子分散剂，该分散剂在无溶剂体系中能显著提高树脂对颜填料的润湿分散性和整个体系的稳定性，降低体系的粘度；⑧选用的消泡剂为有机硅消泡剂，其在高粘度及无溶剂体系中的消泡效果非常明显；⑨选用的防沉剂G-1985，它可以满足水下施工中厚涂的要求，也可以减少水下施工中以及施工后未充分固化前漆膜受到水的流动的影响；
在乙组分中，①特制的改性脂肪族多胺A为C12～C14单官能度缩水甘油醚与三甲基六亚甲基二胺的加成物。三甲基六亚甲基二胺为含有长碳链的低粘度液体胺，非常适合于用做无溶剂环氧涂料的固化剂，通过C12～C14单官能度缩水甘油醚对三甲基六亚甲基二胺的加成改性，最终得到的固化剂粘度低，既有疏水性强的长碳链结构，也有活性高的伯胺结构，既保证了固化剂与丙烯酸酯中双键的反应活性，同时又具备良好的水下施工性能；②特制的改性脂肪族多胺B为间苯二甲胺与双酚F环氧树脂的加成物。该胺加成物固化剂的优点：其一在低温下可快速固化，能满足不同使用环境温度的要求；其二对水份不敏感，间苯二甲胺与双酚F环氧树脂改性后具有非常优异的抗发白功能，在潮湿表面以及水下能形成致密优良的漆膜；其三具有大量的羟基，在潮湿及水下能提供非常好的粘附作用。③选择适量的苯甲醇提高了整个固化剂的疏水性和抗发白性，同时增加了固化漆膜的柔韧性。④选择适量的水杨酸防止了固化剂中的伯胺与水反应形成铵盐，同时提高了环氧基团与胺的固化速度。上述四种组分的合理搭配使用，确保涂料完全能够满足在不同温度下的潮湿及水下施工固化的要求。
本发明的技术方案确定了涂料的各个组分并通过大量实验从众多的原料中正确的选择了上述各原料且确定了适当的用量，使得甲组分的各个组分搭配合理，相互之间具有协同作用；本发明的乙组分包含的特制的改性脂肪族多胺A和改性脂肪族多胺B使得甲组分与乙组分更为匹配。由此配制的涂料在潮湿表面及水下施工固化时，具有优异的水下涂装施工性、厚涂性、重涂性、附着力和防腐蚀性能（见表4和5），克服了传统的环氧涂料在潮湿表面及水下施工固化存在的各项弊端。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述，但不局限于此。
实施例及比较例所用原材料除另有说明外均为市售工业用品，可通过商业渠道购得。
实施例1～2制备改性环氧无溶剂涂料
（一）制备甲组分
本发明的甲组分由按重量份计的下述原料组成：
环氧值为0.51～0.56的液体环氧树脂35～50；丙烯酸酯低聚物5～15；非活性稀释剂5～15；润湿分散剂0.5～1；消泡剂0.3～0.6；颜料5～10；填料10～25；硅灰石长纤维5～10；螯合剂0.5～1；防沉剂0.2～0.6；吸水剂0.5～1.0；
①实施例1和2的甲组分的具体配方见表1。
表1
注表1中：DER331和DER354为DOW公司产品；V-276为无锡市佳盛高新改性材料有限公司产品，它是α-甲基苯乙烯的低聚物。
②具体制备步骤
按表1用量先将液体环氧树脂与丙烯酸酯低聚物、非活性稀释剂搅拌半小时混合均匀，然后加入润湿分散剂及50％的消泡剂后，在3000r/min的转速下分散15min，再加入防沉剂、颜料、填料、硅灰石长纤维，在3000r/min的转速下分散1小时，然后加入剩余的消泡剂、螯合剂以及吸水剂，继续在3000r/min的转速下分散15min即可得到甲组分，保存备用；
（二）制备乙组分
本发明的乙组分由按重量份计的下述原料组成：
改性脂肪族多胺A 30～60，改性脂肪族多胺B 25～40，苯甲醇8～15，水杨酸1～5；其中，改性脂肪族多胺A由下述按重量份计的原料组成：
C12～C14单官能度缩水甘油醚40～45，三甲基六亚甲基二胺55～60；
改性脂肪族多胺B由下述按重量份计的原料组成：
双酚F环氧树脂30～35，间苯二甲胺60～70，苯甲醇3～5；
①实施例1和2的乙组分的具体配方见表2。
表2
②具体制备步骤
（A）制备改性脂肪族多胺A
在反应容器中，加入58重量份的三甲基六亚甲基二胺后，用水浴使其温度保持在15～20℃并在900转/分钟的搅拌速度下，滴加42重量份的H8，3小时内滴加完毕，继续在15～20℃保温3小时后停止搅拌，所得物料温度降至室温，出料即为改性脂肪族多胺A，保存备用，其中，H8为MOMENTIVE公司的C12～C14单官能度缩水甘油醚产品牌号；
（B）制备改性脂肪族多胺B
在反应容器中，加入64重量份的间苯二甲胺后，用水浴使其温度保持在60～80℃并在900转/分钟的搅拌速度下，将用4重量份的苯甲醇稀释32重量份的DER354的溶液滴入，1.5～2小时内滴加完毕，继续在60～80℃保温1小时后停止搅拌，所得物料温度降至室温，出料即为改性脂肪族多胺B，保存备用，其中，DER354为DOW公司的双酚F环氧树脂产品牌号；
（C）制备乙组分
按表2的用量在混合容器中，先加入苯甲醇，再加入水杨酸，搅拌至水杨酸完全溶解，再加入的步骤（A）制得的改性脂肪族多胺A和步骤（B）制得的改性脂肪族多胺B，混合搅拌半小时，即分别制得实施例1和2的乙组分，保存备用。
（三）制备改性环氧无溶剂涂料
将制得的实施例1和2的甲组分，分别与对应的实施例1和2的乙组分，按照重量比为5:1混合，搅拌15min后即为实施例1和2的改性环氧无溶剂涂料。
检测所得实施例1和2涂料的基本性能均达到下述技术指标（表3）：
表3
涂膜性能检测
（1）潮湿表面的性能测试
潮湿表面的性能测试所用样板的材质为冷轧碳钢板；
潮湿表面按照NACE TM0304-2004:Offshore Platform Atmospheric and Splash ZoneMaintenance Coating System Evaluation标准中的5.2.3中的表面处理方面制备潮湿表面，然后将实施例1和2的涂料采用空气喷涂法进行喷涂，干膜厚为250～300μm。
将样板在20℃放置10天，检测相关性能均达到下述技术指标，结果见表4。
表4
| 项目 | 技术指标 | 检测标准 |
| 拉开法附着力，mPa | 19.8 | GB/T 5210 |
| 耐盐雾，1000小时 | 不起泡，不脱落，无锈蚀 | GB/T 1771-1991 |
| 耐湿热，1000小时 | 不起泡，不脱落，无锈蚀 | GB/T 1740-1989 |
| 耐10%H2SO4，720小时 | 不开裂，不起泡，不脱落 | GB/T 9274-1988 |
| 耐10%NaOH，720小时 | 不开裂，不起泡，不脱落 | GB/T 9274-1988 |
| 耐3.5%NaCl，720小时 | 不开裂，不起泡，不脱落 | GB/T 9274-1988 |
| 抗阴极剥离，单边剥离半径 | 8mm | GB/T 7790-2008 |
（2）水下施工固化的性能测试
水下施工采用的样板材质为冷轧碳钢板，样板水下施工前采用喷砂处理；
将实施例1和2的涂料采用刷涂法涂装，整个刷涂过程均在水下完成。刷涂时采用旋转做圆周运动的方式刷涂，刷涂完毕后样板继续在温度为23℃的水中放置固化15天，然后取出样板检测相关性能均达到下述技术指标，结果见表5。
表5
| 项目 | 技术指标 | 检测标准 |
| 外观 | 平整，光滑，无缺陷 | 目测 |
| 厚涂性，一次刷涂μm | ≥600 | 刷涂法 |
| 重涂性 | 重涂无障碍 | HG/T 3792第3.12条 |
| 拉开法附着力，mPa | 9.2 | GB/T 5210 |
| 耐盐雾，500小时 | 不起泡，不脱落，无锈蚀 | GB/T 1771-1991 |
| 耐湿热，500小时 | 不起泡，不脱落，无锈蚀 | GB/T 1740-1989 |
| 耐10%H2SO4，360小时 | 不开裂，不起泡，不脱落 | GB/T 9274-1988 |
| 耐10%NaOH，360小时 | 不开裂，不起泡，不脱落 | GB/T 9274-1988 |
| 耐3.5%NaCl，360小时 | 不开裂，不起泡，不脱落 | GB/T 9274-1988 |
| 抗阴极剥离，单边剥离半径 | 10mm | GB/T 7790-2008 |
从表4和表5可以看出，本发明的改性环氧无溶剂涂料（实施例1和2）在潮湿表面涂装施工后具备优异的防腐性能；用于水下施工固化时具有良好的涂装性、厚涂性、重涂性以及防腐蚀性能，完全满足潮湿表面以及水下施工固化的使用要求。
Claims (5)
1.一种改性环氧无溶剂涂料，由甲组分和乙组分构成，其特征在于，
甲组分由按重量份计的下述原料组成：
环氧值为0.51～0.56的液体环氧树脂35～50，丙烯酸酯低聚物5～15，非活性稀释剂5～15，润湿分散剂0.5～1，消泡剂0.3～0.6，颜料5～10，填料10～25，硅灰石长纤维5～10，螯合剂0.5～1，防沉剂0.2～0.6，吸水剂0.5～1.0；
其中，丙烯酸酯低聚物为Sartomer公司的M-Cure202、M-Cure300中的一种或者两种；非活性稀释剂为V-276；润湿分散剂为Lubrizol公司的Solsperse13940；消泡剂为AFCONA公司的AFCONA2722；螯合剂为Raybo公司的Raybo85、AkzoNobel公司的TDO中的一种或者两种；防沉剂为ROCKWOOD公司的G-1958；吸水剂为偶联剂KH-560；
乙组分由按重量份计的下述原料组成：
改性脂肪族多胺A30～60，改性脂肪族多胺B25～40，苯甲醇8～15，水杨酸1～5；其中，改性脂肪族多胺A由下述按重量份计的原料组成：
C12～C14单官能度缩水甘油醚40～45，三甲基六亚甲基二胺55～60；
在反应容器中，加入55～60重量份的三甲基六亚甲基二胺后，用水浴使其温度保持在15～20℃并在900转/分钟的搅拌速度下，滴加40～45重量份的C12～C14单官能度缩水甘油醚，3～4小时内滴加完毕，继续在15～20℃保温3小时后停止搅拌，所得物料温度降至室温，出料即为改性脂肪族多胺A；
改性脂肪族多胺B由下述按重量份计的原料组成：
双酚F环氧树脂30～35，间苯二甲胺60～70，苯甲醇3～5；
在反应容器中，加入60～70重量份的间苯二甲胺后，用水浴使其温度保持在60～80℃并在900转/分钟的搅拌速度下，将用3～5重量份的苯甲醇稀释的30～35重量份的双酚F环氧树脂溶液滴入，1.5～2小时内滴加完毕，继续在60～80℃保温1小时后停止搅拌，所得物料温度降至室温，出料即为改性脂肪族多胺B；
甲、乙组分按照重量比为5:1混合，搅拌15min后即为改性环氧无溶剂涂料。
2.根据权利要求1所述的改性环氧无溶剂涂料，其特征在于，甲组分的具体制备步骤如下：
先将液体环氧树脂与丙烯酸酯低聚物、非活性稀释剂搅拌半小时混合均匀，然后加入润湿分散剂及50％的消泡剂后，在3000r/min的转速下分散15min，再加入防沉剂、颜料、填料、硅灰石长纤维，在3000r/min的转速下分散1小时，然后加入剩余的消泡剂、螯合剂以及吸水剂，继续在3000r/min的转速下分散15min即可得到甲组分，保存备用。
3.根据权利要求1或2所述的改性环氧无溶剂涂料，其特征在于，所述甲组分中的硅灰石长纤维为NYCO公司的MD1250WOLLASTOCOAT、M1250WOLLASTOCOAT、400WOLLASTOCOAT、M400WOLLASTOCOAT、MD400WOLLASTOCOAT、10WOLLASTOCOAT中的一种或者是几种。
4.根据权利要求1或2所述的改性环氧无溶剂涂料，其特征在于，所述甲组分中的颜料为二氧化钛、炭黑、中铬黄、酞菁蓝中的一种或几种；填料为滑石粉、硫酸钡、石英粉、云母粉中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的改性环氧无溶剂涂料，其特征在于，所述乙组分的具体制备步骤如下：
(A)制备改性脂肪族多胺A
在反应容器中，加入55～60重量份的三甲基六亚甲基二胺后，用水浴使其温度保持在15～20℃并在900转/分钟的搅拌速度下，滴加40～45重量份的C12～C14单官能度缩水甘油醚，3～4小时内滴加完毕，继续在15～20℃保温3小时后停止搅拌，所得物料温度降至室温，出料即为改性脂肪族多胺A，保存备用；
(B)制备改性脂肪族多胺B
在反应容器中，加入60～70重量份的间苯二甲胺后，用水浴使其温度保持在60～80℃并在900转/分钟的搅拌速度下，将用3～5重量份的苯甲醇稀释的30～35重量份的双酚F环氧树脂溶液滴入，1.5～2小时内滴加完毕，继续在60～80℃保温1小时后停止搅拌，所得物料温度降至室温，出料即为改性脂肪族多胺B，保存备用；
(C)制备乙组分
在混合容器中，先加入8～15重量份的苯甲醇，再加入1～5重量份的水杨酸，搅拌至水杨酸完全溶解，再加入30～60重量份的步骤(A)制得的改性脂肪族多胺A和25～40重量份的步骤(B)制得的改性脂肪族多胺B，混合搅拌半小时，即制得乙组分，保存备用。
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