CN104087126A - 海洋防腐涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海洋防腐涂料，海洋防腐涂料按质量百分比由以下组分组成：成膜物质30％～40％，颜填料21.5％～33.8％，助剂6.2％～15.4％，溶剂30％～42.3％；其中所述成膜物质按质量百分比由水性酚醛环氧树脂16％～23％和水性聚氨酯14％～16％组成；所述颜填料中包括石墨烯；所述溶剂为去离子水。本发明具有高防腐性和优良柔韧性，耐磨，耐油耐老化和防锈性能。本发明的成膜物质综合了水性酚醛环氧树脂的高附着力，高强度，低收缩率，高防腐性和水性聚氨酯的优良柔韧性，耐磨，耐油耐老化性能和成膜性能的优点。
Description
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种海洋防腐涂料。
背景技术
随着陆上石油天然气资源的不断开采，已经不能够完全满足人类的需求，而海洋中存储着丰富的石油和天然气资源，海洋油气的争夺已经成为当今社会各国所关注的焦点，目前，海洋油气资源开发通常采用大型船舶和管道等方式进行运输，而海底管道运输具有安全性能高和成本低的突出优势，已被世界各国大多数国家所采用，目前国外海底油气输送管道总量已超过110000Km，而我国在海洋石油天然气勘探，开发和油气输送等方面起步较晚。国产海底油气管道在力学性能，耐腐蚀和使用寿命方面与国外产品存在较大差距，因此，研制耐恶劣海洋环境的油气输送管道迫在眉睫。而管道的防腐对管道的使用寿命和使用安全只管重要，因此，研究高性能防腐涂料是其重要一环。
近年来，随着经济的发展，防腐涂料的使用量逐年增加，由于现在大部分涂料都是以有机溶剂作为溶剂，在使用过程中会产生大量的有毒物质，这些有毒物质加入到海洋中会污染海洋环境，破坏海洋资源，危害人类健康，因此，环保型的水性防腐涂料的研究，开发和生产成为未来发展的必然趋势。
现在市面上的水性防腐涂料，防腐效果还有待于提高，因为涂料在涂层内部会存在一些孔洞和缺陷，不能阻止小分子腐蚀介质浸入，不能做到完全防止腐蚀，涂料的物理屏蔽性能还有待于提高，并且传统的防腐涂料在耐海水的化学腐蚀和电化学腐蚀方面还存在许多不足，这样会大大降低海底钢管的使用寿命和使用安全，填补涂层的孔洞和缺陷，提高涂层与金属的附着力，增强涂层的耐电化学腐蚀和化学腐蚀的性能是现在防腐涂料研究的焦点。目前缺乏一种高防腐性的海洋防腐涂料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种高防腐性的海洋防腐涂料。
为了实现上述目的，本发明通过如下技术方案实现：一种海洋防腐涂料，海洋防腐涂料按质量百分比由以下组分组成：
其中所述成膜物质按质量百分比由水性酚醛环氧树脂16％～23％和水性聚氨酯14％～16％组成；所述颜填料中包括石墨烯；所述溶剂为去离子水。
进一步地，所述颜填料按质量百分比由以下组分组成：
进一步地，所述助剂按质量百分比由分散剂0.8％～1.5％、消泡剂0.5％～1.3％、偶联剂1.2％～6.3％、助溶剂3％～5％、增稠剂0.3％～0.6％和固化剂0.4％～0.7％组成。
更进一步地，所述分散剂为三聚磷酸钠、四聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚甲基丙烯酸铵中的一种或多种的组合；所述消泡剂为GPE型消泡剂、聚醚改性有机硅消泡剂中的至少一种。
进一步地，所述偶联剂为选自带有环氧官能团的硅烷偶联剂、单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂中的一种或两种的组合；所述助溶剂选自丁二醇、乙二醇、乙二醇乙醚和乙二醇丁醚中的一种或多种的组合。
进一步地，所述增稠剂为羟乙基纤维素；所述固化剂为硫酸乙酯、对甲苯磺氯或苯磺酰氯中的至少一种。
本发明所述海洋防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按质量百分比将分散剂、1/2的消泡剂、滑石粉、氧化铁红、钛白粉、云母粉、膨润土、磷酸锌和石英粉按照比例放入装置内进行研磨分散；
(2)将磨好的组分和水性酚醛环氧树脂、水性聚氨酯和去离子水进行混合得到组分A，进行搅拌均匀；
(3)将改性纳米CaCO3，改性纳米TiO2，石墨烯，偶联剂，助溶剂进行混合得到组分B，进行超声处理；
(4)将步骤(2)中组分A和步骤(3)中组分B放入装置内进行搅拌，再进行超声处理，得到充分分散的乳液组分C；
(5)将溶于去离子水的增稠剂，固化剂和剩余的1/2的消泡剂加入到组分C中，进行超声处理，得到半成品；
(6)将半成品倒入乳液过滤器内进行过滤，得到成品涂料。
进一步地，在步骤(1)中，进行研磨时的装置为研磨机，所述砂磨机内研磨分散时的研磨粉的细度为≤30μm。
进一步地，在步骤(2)和步骤(4)中，进行搅拌时的装置为搅拌机，所述搅拌机搅拌的转速为800-1200r/min之间。
更进一步地，在步骤(3)中，超声处理温度为0-50℃，超声处理时间为4-6h；在步骤(4)中，超声处理温度为0-35℃，超声处理时间为8-14h；在步骤(6)中，所述乳液过滤器的过滤孔径为130目。
有益效果：本发明具有高防腐性和优良柔韧性，耐磨，耐油耐老化和防锈性能。本发明的水性涂料的溶剂主要是水，大大降低了VOC的排放，是一种很好的环保涂料，成膜物质综合了水性酚醛环氧树脂的高附着力，高强度，低收缩率，高防腐性和水性聚氨酯的优良柔韧性，耐磨，耐油耐老化性能和成膜性能的优点。由于聚氨酯中含有氨基可以与金属形成氢键，还可以起到固化的作用，具有优良的防锈性能。
本发明还具有以下优点：
(1)涂料中加入了石墨烯，石墨烯由于小尺寸效应使石墨烯可以填充到涂料的空洞和缺陷之中，二维层结构在涂料中层层叠加，形成了物理隔绝，石墨烯的表面效应是其与水的接触角很大因而具有很好的防水性质，而且石墨烯具有很好的导电性质这样可以使阴极的生成的OH-停留在涂层表面，不在生成Fe(OH)3。
(2)纳米粒子的表面效应使得纳米粒子具有很高的表面能，很容易和涂料中的原子结合，使涂层的致密性得到很大提高，使涂层的孔洞和缺陷大大减少，而用改性后的纳米CaCO3，纳米TiO2更易分散在涂料中，减小了团聚的现象，涂料的附着力，防腐涂料的耐冲刷性，防水性，柔韧性，流变性，光泽度都比现有技术更加优异。
具体实施方式
下面将通过具体实施例对本发明做进一步的具体描述，但不能理解为是对本发明保护范围的限定。
实施例1
本发明的一种海洋防腐涂料30g，海洋防腐涂料按质量百分比由以下组分组成：
其中所述成膜物质按质量百分比由水性酚醛环氧树脂20％(6g)和水性聚氨酯14％(4.2g)组成；所述颜填料中包括石墨烯；所述溶剂为去离子水。
所述颜填料按质量百分比由以下组分组成：
所述助剂按质量百分比由分散剂0.8％(0.24g)、消泡剂0.7％(0.21g)、偶联剂1.2％(0.36g)、助溶剂3％(0.9g)、增稠剂0.3％(0.09g)和固化剂0.4％(0.12g)组成。
所述分散剂为三聚磷酸钠、四聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚甲基丙烯酸铵中的一种或多种的组合；所述消泡剂为GPE型消泡剂、聚醚改性有机硅消泡剂中的至少一种。
所述偶联剂为选自带有环氧官能团的硅烷偶联剂、单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂中的一种或两种的组合；所述助溶剂选自丁二醇、乙二醇、乙二醇乙醚和乙二醇丁醚中的一种或多种的组合。
所述增稠剂为羟乙基纤维素；所述固化剂为硫酸乙酯、对甲苯磺氯或苯磺酰氯中的至少一种。
制备上述海洋防腐涂料的方法,包括以下步骤：
(1)按质量百分比将分散剂、1/2的消泡剂、滑石粉、氧化铁红、钛白粉、云母粉、膨润土、磷酸锌和石英粉按照比例放入砂磨机内研磨分散；
(2)将磨好的组分和水性酚醛环氧树脂、水性聚氨酯和去离子水进行混合得到组分A，放 入搅拌机内进行搅拌；
(3)将改性纳米CaCO3，改性纳米TiO2，石墨烯，偶联剂，助溶剂进行混合得到组分B，进行超声处理；
(4)将步骤(2)中组分A和步骤(3)中组分B放置在搅拌机内进行搅拌，再进行超声处理，得到充分分散的组分C；
(5)将溶于去离子水的增稠剂，固化剂和剩余的1/2的消泡剂加入到组分C中，进行超声处理，得到半成品；
(6)将半成品倒入乳液过滤器内进行过滤，得到成品涂料。
在步骤(1)中，将砂磨机内研磨分散时的研磨粉的细度为≤30μm。
在步骤(2)和步骤(4)中，所述搅拌机搅拌的转速为800-1200r/min之间。
在步骤(3)中，超声处理温度为0-50℃，超声处理时间为4-6h；在步骤(4)中，超声处理温度为0-35℃，超声处理时间为8-14h。
在步骤(6)中，所述乳液过滤器的过滤孔径为130目。
本发明具有高防腐性和优良柔韧性，耐磨，耐油耐老化和防锈性能。本发明的水性涂料的溶剂主要是水，大大降低了VOC的排放，是一种很好的环保涂料，成膜物质综合了水性酚醛环氧树脂的高附着力，高强度，低收缩率，高防腐性和水性聚氨酯的优良柔韧性，耐磨，耐油耐老化性能和成膜性能的优点。由于聚氨酯中含有氨基可以与金属形成氢键，还可以起到固化的作用，具有优良的防锈性能。
本发明还具有以下优点：
(1)涂料中加入了石墨烯，石墨烯由于小尺寸效应使石墨烯可以填充到涂料的空洞和缺陷之中，二维层结构在涂料中层层叠加，形成了物理隔绝，石墨烯的表面效应是其与水的接触角很大因而具有很好的防水性质，而且石墨烯具有很好的导电性质这样可以使阴极的生成的OH-停留在涂层表面，不在生成Fe(OH)3。
(2)纳米粒子的表面效应使得纳米粒子具有很高的表面能，很容易和涂料中的原子结合，使涂层的致密性得到很大提高，使涂层的孔洞和缺陷大大减少，而用改性后的纳米CaCO3，纳米TiO2更易分散在涂料中，减小了团聚的现象，涂料的附着力，防腐涂料的耐冲刷性，防水性，柔韧性，流变性，光泽度都比现有技术更加优异。
实施例2
本发明的一种海洋防腐涂料50g，海洋防腐涂料按质量百分比由以下组分组成：
其中所述成膜物质按质量百分比由水性酚醛环氧树脂18％(9g)和水性聚氨酯15％(7.5g)组成；所述溶剂为去离子水。
所述颜填料按质量百分比由以下组分组成：
所述助剂按质量百分比由分散剂0.8％(0.4g)、消泡剂0.7％(0.35g)、偶联剂3％(1.5g)、助溶剂3％(1.5g)、增稠剂0.4％(0.2g)和固化剂0.5％(0.25g)组成。
制备上述海洋防腐涂料的方法,该包括以下步骤：
(1)按质量百分比将分散剂、1/2的消泡剂、滑石粉、氧化铁红、钛白粉、云母粉、膨润土、磷酸锌和石英粉按照比例放入砂磨机内研磨分散；
(2)将磨好的组分和水性酚醛环氧树脂、水性聚氨酯和去离子水进行混合得到组分A，放入搅拌机内进行搅拌；
(3)将改性纳米CaCO3，改性纳米TiO2，石墨烯，偶联剂，助溶剂进行混合得到组分B，进行超声处理；
(4)将步骤(2)中组分A和步骤(3)中组分B放置在搅拌机内进行搅拌，再进行超声处理，得到充分分散的组分C；
(5)将溶于去离子水的增稠剂，固化剂和剩余的1/2的消泡剂加入到组分C中，进行超声处理，得到半成品；
(6)将半成品倒入乳液过滤器内进行过滤，得到成品涂料。
在步骤(1)中，将砂磨机内研磨分散时的研磨粉的细度为≤30μm。
在步骤(2)和步骤(4)中，所述搅拌机搅拌的转速为800-1200r/min之间。
在步骤(3)中，超声处理温度为0-50℃，超声处理时间为4-6h；在步骤(4)中，超声处理温度为0-35℃，超声处理时间为8-14h。
在步骤(6)中，所述乳液过滤器的过滤孔径为130目。
实施例3
本发明的一种海洋防腐涂料100g，海洋防腐涂料按质量百分比由以下组分组成：
其中所述成膜物质按质量百分比由水性酚醛环氧树脂17％(17g)和水性聚氨酯14％(14g)组成；所述溶剂为去离子水。
所述颜填料按质量百分比由以下组分组成：
所述助剂按质量百分比由分散剂1.2％(1.2g)、消泡剂1％(1g)、偶联剂5％(5g)、助溶剂4％(4g)、增稠剂0.5％(0.5g)和固化剂0.6％(0.6g)组成。
制备上述海洋防腐涂料的方法,包括以下步骤：
(1)按质量百分比将分散剂、1/2的消泡剂、滑石粉、氧化铁红、钛白粉、云母粉、膨润土、磷酸锌和石英粉按照比例放入砂磨机内研磨分散；
(2)将磨好的组分和水性酚醛环氧树脂、水性聚氨酯和去离子水进行混合得到组分A，放入搅拌机内进行搅拌；
(3)将改性纳米CaCO3，改性纳米TiO2，石墨烯，偶联剂，助溶剂进行混合得到组分B，进行超声处理；
(4)将步骤(2)中组分A和步骤(3)中组分B放置在搅拌机内进行搅拌，再进行超声处理，得到充分分散的组分C；
(5)将溶于去离子水的增稠剂，固化剂和剩余的1/2的消泡剂加入到组分C中，进行超声处理，得到半成品；
(6)将半成品倒入乳液过滤器内进行过滤，得到成品涂料。
在步骤(1)中，将砂磨机内研磨分散时的研磨粉的细度为≤30μm。
在步骤(2)和步骤(4)中，所述搅拌机搅拌的转速为800-1200r/min之间。
在步骤(3)中，超声处理温度为0-50℃，超声处理时间为4-6h；在步骤(4)中，超声处理温度为0-35℃，超声处理时间为8-14h。
在步骤(6)中，所述乳液过滤器的过滤孔径为130目。
实施例4
本发明的一种海洋防腐涂料200g，海洋防腐涂料按质量百分比由以下组分组成：
其中所述成膜物质按质量百分比由水性酚醛环氧树脂19％(38g)和水性聚氨酯15％(30g)组成；所述溶剂为去离子水。
所述颜填料按质量百分比由以下组分组成：
所述助剂按质量百分比由分散剂0.9％(1.8g)、消泡剂0.6％(1.2g)、偶联剂4.3％(8.6g)、助溶剂3.2％(6.4g)、增稠剂0.5％(1g)和固化剂0.5％(1g)组成。
制备上述海洋防腐涂料的方法,包括以下步骤：
(1)按质量百分比将分散剂、1/2的消泡剂、滑石粉、氧化铁红、钛白粉、云母粉、膨润土、磷酸锌和石英粉按照比例放入砂磨机内研磨分散；
(2)将磨好的组分和水性酚醛环氧树脂、水性聚氨酯和去离子水进行混合得到组分A，放入搅拌机内进行搅拌；
(3)将改性纳米CaCO3，改性纳米TiO2，石墨烯，偶联剂，助溶剂进行混合得到组分B，进行超声处理；
(4)将步骤(2)中组分A和步骤(3)中组分B放置在搅拌机内进行搅拌，再进行超声处理，得到充分分散的组分C；
(5)将溶于去离子水的增稠剂，固化剂和剩余的1/2的消泡剂加入到组分C中，进行超声处理，得到半成品；
(6)将半成品倒入乳液过滤器内进行过滤，得到成品涂料。
在步骤(1)中，将砂磨机内研磨分散时的研磨粉的细度为≤30μm。
在步骤(2)和步骤(4)中，所述搅拌机搅拌的转速为800-1200r/min之间。
在步骤(3)中，超声处理温度为0-50℃，超声处理时间为4-6h；在步骤(4)中，超声处理温度为0-35℃，超声处理时间为8-14h。
在步骤(6)中，所述乳液过滤器的过滤孔径为130目。
如表1所示，表1为上述实施例高性能水性金属防腐涂料的性能和测试结果；
表1
对实施例1-4中所得到的高性能水性金属防腐涂料对照表1进行各项检测，结果得出，实施例1-4中制备的高性能水性金属防腐涂料的性能指标均在表1的范围之内。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种海洋防腐涂料，其特征在于：海洋防腐涂料按质量百分比由以下组分组成：
其中所述成膜物质按质量百分比由水性酚醛环氧树脂16％～23％和水性聚氨酯14％～16％组成；所述颜填料中包括石墨烯；所述溶剂为去离子水。
2.根据权利要求1所述的海洋防腐涂料，其特征在于：所述颜填料按质量百分比由以下组分组成：
3.根据权利要求2所述的海洋防腐涂料，其特征在于：所述助剂按质量百分比由分散剂0.8％～1.5％、消泡剂0.5％～1.3％、偶联剂1.2％～6.3％、助溶剂3％～5％、增稠剂0.3％～0.6％和固化剂0.4％～0.7％组成。
4.根据权利要求3所述的海洋防腐涂料，其特征在于：所述分散剂为三聚磷酸钠、四聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚甲基丙烯酸铵中的一种或多种的组合；所述消泡剂为GPE型消泡剂、聚醚改性有机硅消泡剂中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的海洋防腐涂料，其特征在于：所述偶联剂为选自带有环氧官能团的硅烷偶联剂、单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂中的一种或两种的组合；所述助溶剂选自丁二醇、乙二醇、乙二醇乙醚和乙二醇丁醚中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求5所述的海洋防腐涂料，其特征在于：所述增稠剂为羟乙基纤维素；所述固化剂为硫酸乙酯、对甲苯磺氯或苯磺酰氯中的至少一种。
7.制备权利要求1-6任一项所述海洋防腐涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)按质量百分比将分散剂、1/2的消泡剂、滑石粉、氧化铁红、钛白粉、云母粉、膨润土、磷酸锌和石英粉按照比例放入装置内进行研磨分散；
(2)将磨好的组分和水性酚醛环氧树脂、水性聚氨酯和去离子水进行混合得到组分A，进行搅拌均匀；
(3)将改性纳米CaCO3，改性纳米TiO2，石墨烯，偶联剂，助溶剂进行混合得到组分B，进行超声处理；
(4)将步骤(2)中组分A和步骤(3)中组分B放入装置内进行搅拌，再进行超声处理，得到充分分散的乳液组分C；
(5)将溶于去离子水的增稠剂，固化剂和剩余的1/2的消泡剂加入到组分C中，进行超声处理，得到半成品；
(6)将半成品倒入乳液过滤器内进行过滤，得到成品涂料。
8.根据权利要求7所述的海洋防腐涂料的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，进行研磨时的装置为研磨机，所述砂磨机内研磨分散时的研磨粉的细度为≤30μm。
9.根据权利要求8所述的海洋防腐涂料的制备方法，其特征在于：在步骤(2)和步骤(4)中，进行搅拌时的装置为搅拌机，所述搅拌机搅拌的转速为800-1200r/min之间。
10.根据权利要求9所述的海洋防腐涂料的制备方法，其特征在于：在步骤(3)中，超声处理温度为0-50℃，超声处理时间为4-6h；在步骤(4)中，超声处理温度为0-35℃，超声处理时间为8-14h；在步骤(6)中，所述乳液过滤器的过滤孔径为130目。
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