CN104559728A - 一种抗腐蚀抗空泡涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种抗腐蚀抗空泡涂料，该涂料包括以下组分：5-30wt％的氮化硼和/或聚四氟乙烯微粉蜡润滑材料、5-30wt％的石英砂和/或片状氧化铝粉末硬质耐磨填料，40-90wt％的聚脲或聚氨酯或聚氨酯脲树脂的原料，以及适量溶剂，其中所述的聚脲或聚氨酯或聚氨酯脲树脂的原料包括多元醇和/或多元胺组分，和异氰酸酯组分。该涂料抗腐蚀能力强，可以用于船用螺旋桨、水轮机叶片等领域。

Description

一种抗腐蚀抗空泡涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种抗腐蚀抗空泡涂料，具体地涉及适用于登陆艇、气垫船等船用螺旋桨用抗腐蚀抗空泡涂料及其制备方法。
背景技术
在流动的液体中，当局部区域的压力因某种原因而突然下降至与该区域液体温度相应的气化压力以下时，部分液体气化，溶于液体中的气体逸出，形成液流中的气泡(或称空泡)，这一过程称为空化。空泡随液流进入压力较高的区域时，失去存在的条件而突然溃灭，原空泡周围的液体运动使局部区域的压力骤增。如果液流中不断形成、长大的空泡在固体壁面附近频频溃灭，壁面就会遭受巨大压力的反复冲击，从而引起材料的疲劳破损甚至表面剥蚀，这就叫空化剥蚀，简称空蚀，又称气蚀。表面的空蚀现象经常发生于水泵、水轮机和船舶螺旋桨的叶片表面。登陆艇、气垫船等船用螺旋桨长年浸泡在水下，受到水流以及水下沙石的冲刷，其表面易被磨损，另外由于螺旋桨在水中高速旋转而引起的空泡腐蚀，也严重影响舰船的在航率；另外，船在登陆过程中，螺旋桨跟岸边砂子发生摩擦，螺旋桨表也面容易受到破坏。
破坏力极强的力学作用和电化学作用是导致空泡腐蚀的两个主要因素，预防空泡腐蚀除了包括正确的选材、合理的结构设计和恰当的阴极保护外，有效的表面防护技术是最根本的防护措施之一。在EP294013号专利中披露一种防空泡腐蚀涂料，它主要由双酚A环氧树脂、邻苯二甲酸二丁酯、二甘醇二(3-氨基丙基)醚、γ-胺丙基三乙氧基硅烷、硅酸镁和胶体SiO2等所组成。这种涂料成分复杂，造价高，并且其防空泡腐蚀性能不佳，仅为碳钢的5倍。
传统的表面防护材料有以下两类：金属和陶瓷等硬质材料和环氧金刚砂涂层、尼龙涂层、树脂涂层和橡胶涂层等软质涂层。陶瓷材料致密、低空隙率，其高机械强度可抵抗力学作用，但需要高温烧结或等离子喷涂等技术，脆而易碎，维护也不易；含多种离子的海水对材料的腐蚀作用很强，即使合金化的金属材料抗腐蚀能力也不足，容易形成原电池，使用寿命不长，且成本高。也有用石墨或者氟化石墨、二硫化钼等作为润滑材料的涂料，但含石墨物质极易引起金属材料的电化学腐蚀，常用的润滑材料氟化石墨、二硫化钼等均为近黑色物质，使得制备的涂料颜色只能是黑色或深灰色，使得制备的涂料也是单一的黑色和深灰色。
发明内容
本发明提供一种抗腐蚀抗空泡涂料，其中：该涂料包括以下组分：5-30wt％的氮化硼和/或聚四氟乙烯微粉蜡润滑材料、5-30wt％的石英砂和/或片状氧化铝粉末硬质耐磨填料，40-90wt％的聚脲或聚氨酯或聚氨酯脲树脂的原料，以及适量溶剂，其中所述的聚脲或聚氨酯或聚氨酯脲树脂的原料包括多元醇和/或多元胺组分，和异氰酸酯组分。
如前所述的抗腐蚀抗空泡涂料，其特征在于：聚脲或聚氨酯添加量为50-80wt％，氮化硼和/或聚四氟乙烯微粉蜡添加量为10-30wt％，石英砂和/或片状氧化铝粉末添加量为10-30wt％。
如前所述的抗腐蚀抗空泡涂料，其中：该涂料还可以加入橡胶。
如前所述的抗腐蚀抗空泡涂料，其中：该涂料还可以加入颜料和/或其他填料。
如前所述的抗腐蚀抗空泡涂料，其中：该涂料还可以加入扩链剂。
如前所述的抗腐蚀抗空泡涂料的制备方法，其包括以下步骤：
首先，将多元醇和/或多元胺组分和自润滑填料氮化硼、四氟乙烯微粉蜡中的一种或者二者混合物、耐磨填料石英砂、氧化铝中的一种或者二者混合物、任选地颜料、其他填料以及适量溶剂、橡胶和扩链剂混合在一起，进行研磨，达到一定的细度后作为组分一使用，以异氰酸酯为组份二，两者分别存储，使用时将两者混合均匀后，喷涂或者刷涂在经过表面处理过的螺旋桨叶片上，保证厚度在0.2-2mm，室温固化7天或者80℃烘烤3小时后可以使用。
具体地，本发明提供了一种所述的抗腐蚀抗空泡涂料的制备方法，其步骤为：
1)将硬质耐磨填料与多元醇和/或多元胺组分、润滑填料氮化硼和/或聚四氟乙烯微粉蜡、耐磨填料石英砂、氧化铝中的一种或者二者混合物、任选的颜料、其他填料以及适量溶剂和任选的橡胶、扩链剂按上述量混合或投入到分散机中初步分散成浆状；
2)将混合后或初步分散的浆状液进行研磨，达到细度50μm以下；
3)将研磨好的浆液调节粘度至涂－4杯80～120秒得到组分一；
4)将异氰酸酯固化剂作为组分二。
本发明还提供了一种所述的抗腐蚀抗空泡涂料在螺旋桨或水轮机叶片方面的应用。
如前所述的应用，其特征在于：将组分一和组分二两者混匀后进行涂装或者直接进行双组份喷涂，然后室温固化7天或者80℃烘烤3小时即可。
具体实施方式：
本发明涉及一种抗腐蚀抗空泡涂料，其质量百分比组成为：5～30wt％的氮化硼和/或聚四氟乙烯微粉蜡、5～30wt％的石英砂和/或片状氧化铝粉末，40～90wt％的聚脲或聚氨酯或聚氨酯脲树脂的原料，适量溶剂以及任选地橡胶、颜料、填料、扩链剂，其中所述的聚脲或聚氨酯或聚氨酯脲树脂的原料包括多元醇和/或多元胺组分，和异氰酸酯组分。其中，聚脲或聚氨酯或聚氨酯脲树脂的原料最佳的添加量为50～8wt0％，氮化硼和/或聚四氟乙烯微粉蜡最佳的添加量为10-30wt，石英砂和/或片状氧化铝粉末最佳的添加量为10-30wt％。
聚脲或聚氨酯或聚氨酯脲树脂本身弹性好、耐磨性好、抗腐蚀性好。由于聚氨酯或聚脲树脂的使用，砂子和螺旋桨摩擦产生的能量被弹性体吸收，从而使螺旋桨的弹性耐磨性能增强，同时提高螺旋桨的抗空泡性能。而且聚脲和聚氨酯化学性质稳定，特别适合于作为抗腐蚀、抗空蚀涂料的有机粘结剂和弹性能量缓冲介质。可以根据具体使用的要求在组分中添加或不添加各种填料、颜料、助剂、溶剂作为辅助部分。
本发明中氮化硼提供自润滑减摩性能，氮化硼摩擦系数小，一般用于轴承中作润滑剂使用，降低涂层表面摩擦系数，使冲击力发生转向，减小摩擦阻力。因此，本发明中氮化硼的使用能降低螺旋桨的磨损，并且船在靠岸过程中，使砂子对螺旋桨的冲击力发生转向，减少了砂子对螺旋桨的砂蚀磨损。聚四氟乙烯微粉蜡，也具有良好的自润滑性，是一种颜色较浅的减摩材料。传统的润滑剂采用石墨，但石墨的缺点在于：在高盐性海水中，石墨能与金属形成原电池，加速了螺旋桨的电化学腐蚀。也有使用二硫化钼作为减摩剂使用的，但石墨和二硫化钼的颜色都是深灰或黑色，使得涂层的颜色受到限制。对涂料的颜色限制严重，所以本专利采用氮化硼为润滑材料，可以制备各色的涂料。并且本人经过大量实验证明，氮化硼或聚四氟乙烯与石英砂或片状氧化铝粉末按照上述比例制备的涂料既有足够的硬度，又能减小摩擦阻力，通过以上配比，不仅提高了涂料的耐磨、抗腐蚀性能，而且提高了涂料的抗空泡性能。
另一方面，为了抵御海水中泥沙等的磨蚀，需要添加硬质填料，保护涂层本身。出于对性能和价格的考虑，我们采用石英砂和/或片状氧化铝为填料。
本发明的一种抗腐蚀抗空泡涂料的制备方法，它包括以下步骤：(1)将润滑材料和硬质耐磨填料与聚脲或聚氨酯有机树脂按上述量投入到分散机中初步分散成浆状；为保证所使用的分散机对粘度的要求，当浆状体不能满足分散机对粘度的要求时可以加入适量的溶剂调节其粘度，溶剂的类别可以根据手册或者树脂使用说明中查到。(2)将初步分散的浆状液进行研磨，达到细度50μm以下，最好为20μm以下。(3)如果研磨后粘度较大，可使用溶剂将研磨好的浆液调节粘度至涂－4杯80～120秒得到成品。可以根据具体使用的要求在组分中添加或不添加各种填料、颜料、助剂、溶剂作为辅助部分。各种辅助部分的添加量及材料可以按照手册的说明或市场购得的产品说明进行。
制好的涂料在应用时应该根据要求处理施工表面，然后将涂料稀释到施工粘度进行辊涂、刮涂、刷涂或喷涂。根据所选用的树脂类型，按照树脂说明书提供的固化方法固化成膜。
颜料、填料与溶剂为非必要的组分，可以根据应用环境的具体颜色、粘度要求添加。
本发明的另外一个目的在于：提供一种抗空泡耐磨抗腐蚀涂料的制备方法。
首先，将聚氨酯的羟基组分和自润滑填料氮化硼、四氟乙烯微粉蜡中的一种或者二者混合物、耐磨填料石英砂、氧化铝中的一种或者二者混合物、其他的颜料、填料以及适量溶剂和任选地橡胶、扩链剂混合在一起，进行研磨，达到一定的细度后作为组分一使用，以异氰酸酯为组份二，两者分别存储，使用时将两者混合均匀后，喷涂或者刷涂在经过表面处理过的螺旋桨叶片上，保证厚度在0.2～2mm左右，室温固化7天或者80℃烘烤3小时后可以使用。
具体包括以下步骤：
1)将上述润滑材料和硬质填料与聚脲的胺组份或聚氨酯的多元醇组分、润滑填料氮化
硼和/或聚四氟乙烯微粉蜡、耐磨填料石英砂、氧化铝中的一种或者二者混合物、其他的颜料、填料以及适量溶剂和任选地橡胶、扩链剂按上述量混合或投入到分散机中初步分散成浆状；
2)将混合后或初步分散的浆状液进行研磨，达到细度50μm以下；
3)将研磨好的浆液调节粘度至涂－4杯80～120秒得到组分一；
4)将异氰酸酯固化剂作为组分二，两者混匀后进行涂装或者直接进行双组份喷涂；
5)室温固化7天或者80℃烘烤3小时即可。
本发明制备的涂料的突出特点是：
1.该涂料使用氮化硼和/或聚四氟乙烯微粉蜡等润滑物质，对涂料在使用过程中的摩擦破坏会降低很多。
2.该涂料使用石英砂或者片状氧化铝粉末等耐磨硬质填料物质，对涂料的强度有很大提高。
3.有机涂料树脂根据实际应用的用途，施工的方式，对表面的要求进行选用，具有广泛的适用性。
4..涂料制备工艺较简单，工艺参数较易控制。
5.该涂料的抗腐蚀能力强，广泛用在船用螺旋桨，水轮机叶片等，具有耐磨损，抗空蚀使用意义重大。
下面结合具体实施例对本发明作以详细描述。
实施例1
组分一的制备：
以质量百分比计取粒子粒径为10μm的市售氮化硼粉末30wt％，粒径为10μm的石英砂20wt％，市售聚酯多元醇36wt％，加入质量比为丁酮、二甲苯1：1的混合溶剂到分散机中分散至粘度为涂－4杯150～170秒的浆状，然后将物料送入研磨机中研磨至细度20μm以下，再加入质量比为丁酮、二甲苯1：1的混合溶剂调节粘度至涂－4杯80～120秒得到成品。
涂料的使用：
将所制得成品与市售聚氨酯固化剂(液化MDI)14wt％共混，搅拌均匀，通过辊涂、刮涂、刷涂或喷涂的方式施工完毕后，静置7天，得到可以使用的涂膜，经AKRON磨耗仪采用GB/T 1689-1998测试，磨耗指数大于160。
实施例2
组分一的制备：
以质量百分比计取粒子粒径为10μm的市售聚四氟乙烯微粉蜡5wt％，粒径为10μm的片状氧化铝晶体粉末5wt％，市售聚酯多元醇75wt％，加入乙酸丁酯、二甲苯为1：1的混合溶剂到分散机中分散至粘度为涂－4杯150～170秒的浆状，然后将物料送入研磨机中研磨至细度20μm以下，再加入质量比为乙酸丁酯、二甲苯1：1的混合溶剂调节粘度至涂－4杯80～120秒得到成品。
涂料的制备：
将所制得成品与市售聚氨酯固化剂(HDI三聚体固化剂拜耳Desmodur N3390)15wt％共混，搅拌均匀，通过辊涂、刮涂、刷涂或喷涂的方式施工完毕后，静置7天，得到可以使用的涂膜，经AKRON磨耗仪采用GB/T 1689-1998测试，磨耗指数大于140。
实施例3
组分一的制备：
以质量百分比计取粒子粒径为40μm的市售氮化硼15wt％，粒径为40μm的市售石英砂15wt％。巴斯夫公司生产的四氢呋喃聚醚多元醇60wt％，以乙酸丁酯为溶剂，将以上物料投入到分散机中初步分散物料,调节粘度至涂－4杯150～170秒的浆状，然后将物料送入研磨机中研磨至细度小于50μm，用乙酸丁酯调节至制得粘度为涂－4杯90－120秒的成品。
涂料的制备：
在使用时，将所制得成品与市售聚氨酯固化剂(三木公司聚氨酯固化剂750)10wt％共混，MOCA5％作为扩链剂加入，搅拌均匀制得聚脲涂料，涂料可以直接涂刷或者喷涂，在室温下7天自然干燥。经AKRON磨耗仪采用GB/T 1689-1998测试，磨耗指数大于190。
实施例4
组分一的制备：
以质量百分比计取粒子粒径为20μm的市售氮化硼8wt％，粒径为10μm的市售聚四氟乙烯微粉蜡4wt％，粒径为20μm的市售石英砂8wt％，石原R902钛白粉14wt％，齐龙公司生产的氢化端羟基聚丁二烯55wt％，以乙酸丁酯为溶剂，将以上物料投入到分散机中初步分散物料,调节粘度至涂－4杯150～170秒的浆状，然后将物料送入研磨机中研磨至细度小于30μm，用乙酸丁酯调节至制得粘度为涂－4杯90－120秒的成品。
涂料的使用：
在使用时，将所制得成品与市售聚氨酯固化剂(旭化成公司75B固化剂)10wt％共混，MOCA1wt％作为扩链剂加入，搅拌均匀制得聚脲涂料，涂料可以直接涂刷或者喷涂，在室温下7天自然干燥。经AKRON磨耗仪采用GB/T 1689-1998测试，磨耗指数大于170。
实施例5
涂料的制备：以质量百分比计取粒子粒径为20μm的市售氮化硼8wt％，粒径为20μm的市售石英砂8wt％。石原R902钛白粉14wt％，酞青兰8％，柠檬黄2％，将齐龙公司生产的氢化端羟基丁腈橡胶(羟基含量0.5mmol/g，腈基含量13％)45wt％，以乙酸丁酯为溶剂，将以上物料投入到分散机中初步分散物料,调节粘度至涂－4杯150～170秒的浆状，然后将物料送入研磨机中研磨至细度小于30μm，用乙酸丁酯调节至制得粘度为涂－4杯90－120秒的成品。
涂料的使用：
在使用时，
将拜耳公司N7510wt％，拜耳公司天门冬氨酸1420胺5wt％作为扩链剂加入，搅拌均匀制得聚脲涂料，涂料可以直接涂刷或者喷涂，在室温下7天自然干燥。经AKRON磨耗仪采用GB/T 1689-1998测试，磨耗指数大于170。
实施例6
涂料的制备：以质量百分比计取粒子粒径为5μm的市售聚四氟乙烯微粉蜡10wt％，粒径为20μm的市售石英砂8wt％，粒径为10μm的片状氧化铝晶体粉末5wt％，中铬黄7wt％，酞青兰4wt％，碳酸钙6wt％，将齐龙公司生产的氢化端羟基丁腈橡胶(羟基含量0.5mmol/g，腈基含量13％)25wt％，大金公司GK570含氟多元醇20wt％，以乙酸丁酯为溶剂，将以上物料投入到分散机中初步分散物料,调节粘度至涂－4杯150～170秒的浆状，然后将物料送入研磨机中研磨至细度小于30μm，用乙酸丁酯调节至制得粘度为涂－4杯90－120秒的成品。
涂料的使用：
在使用时，
将拜耳公司339010wt％，拜耳公司天门冬氨酸1420胺5wt％作为扩链剂加入，搅拌均匀制得聚脲涂料，涂料可以直接涂刷或者喷涂，在室温下7天自然干燥。经AKRON磨耗仪采用GB/T 1689-1998测试，磨耗指数大于170。

Claims (9)

1.一种抗腐蚀抗空泡涂料，其特征在于：该涂料包括以下组分：5-30wt％的氮化硼和/或聚四氟乙烯微粉蜡润滑材料、5-30wt％的石英砂和/或片状氧化铝粉末硬质耐磨填料，40-90wt％的聚脲或聚氨酯或聚氨酯脲树脂的原料，以及适量溶剂，其中所述的聚脲或聚氨酯或聚氨酯脲树脂的原料包括多元醇和/或多元胺组分，和异氰酸酯组分。
2.根据权利要求1所述的抗腐蚀抗空泡涂料，其特征在于：聚脲或聚氨酯添加量为50-80wt％，氮化硼和/或聚四氟乙烯微粉蜡添加量为10-30wt％，石英砂和/或片状氧化铝粉末添加量为10-30wt％。
3.根据权利要求1所述的抗腐蚀抗空泡涂料，其特征在于：该涂料还可以加入橡胶。
4.根据权利要求1所述的抗腐蚀抗空泡涂料，其特征在于：该涂料还可以加入颜料和/或其他填料。
5.根据权利要求1所述的抗腐蚀抗空泡涂料，其特征在于：该涂料还可以加入扩链剂。
6.一种根据权利要求1-5中任一项所述的抗腐蚀抗空泡涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
首先，将多元醇和/或多元胺组分和自润滑填料氮化硼、四氟乙烯微粉蜡中的一种或者二者混合物、耐磨填料石英砂、氧化铝中的一种或者二者混合物、任选地颜料、其他填料以及适量溶剂、橡胶和扩链剂混合在一起，进行研磨，达到一定的细度后作为组分一使用，以异氰酸酯为组份二，两者分别存储，使用时将两者混合均匀后，喷涂或者刷涂在经过表面处理过的螺旋桨叶片上，保证厚度在0.2-2mm，室温固化7天或者80℃烘烤3小时后可以使用。
7.一种根据权利要求1-5中任一项所述的抗腐蚀抗空泡涂料的制备方法，其特征在于：
1)将硬质耐磨填料与多元醇和/或多元胺组分、润滑填料氮化硼和/或聚四氟乙烯微粉蜡、耐磨填料石英砂、氧化铝中的一种或者二者混合物、任选的颜料、其他填料以及适量溶剂和任选的橡胶、扩链剂按上述量混合或投入到分散机中初步分散成浆状；
2)将混合后或初步分散的浆状液进行研磨，达到细度50μm以下；
3)将研磨好的浆液调节粘度至涂－4杯80～120秒得到组分一；
4)将异氰酸酯固化剂作为组分二。
8.一种根据权利要求1-5中任一项所述的抗腐蚀抗空泡涂料在螺旋桨或水轮机叶片方面的应用。
9.如权利要求8所述的应用，其特征在于：将组分一和组分二两者混匀后进行涂装或者直接进行双组份喷涂，然后室温固化7天或者80℃烘烤3小时即可。
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