CN104673057A - 一种双组份水性环保防腐涂料 - Google Patents

一种双组份水性环保防腐涂料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双组份水性环保防腐涂料。它由甲组分和乙组分组成，甲组分的组分为：脂肪族聚酰胺改性共聚物、无机颜料、惰性体质颜料、纳米石墨粉、纳米二氧化硅、纳米氧化铝、水、纳米二氧化硅分散剂；乙组分的组分为：环氧改性耐高温酚醛树脂和缩水甘油醚。本发明的双组份水性环保防腐涂料的主要特点是水性、纳米、防腐、耐温和常温固化(在15℃的环境下可自行固化无需烘烤)，其表面涂层成膜以后具有疏水、憎油、防污、阻垢的性能。

Description

一种双组份水性环保防腐涂料
技术领域
本发明涉及环保涂料技术领域，尤其是一种双组份水性环保防腐涂料。
背景技术
随着工业化进程的不断发展，各行业对所涉金属件或设备的涂装防护要求也越来越高。现如今涂料行业尤其是特种行业，不仅要对所涂装的金属构件或设备所要求的常规性能要达到一定的水平和相应要求，更要符合节能环保的形势。现如今的涂料环保措施也只是在涂装的过程中，对所涉及的涂装工艺进行改进，而不是对涂料本身进行改进。上述环保措施不但耗时耗资弊端重重，还有一定的局限性，最终效果并不理想，对环境的污染仍然不可避免。
为了减少腐蚀对金属带来的破坏，进一步减少人们在经济建设和经济活动中的损失，使用防腐涂料进行防护在目前还是各行业中最普遍的一种手段。但是在涂料的生产和涂装过程中，有机物的挥发是难免的，长期以来对环境的破坏和对从业者的身体伤害也是很大的。
现代特大型石油炼制、化工、化纤、化肥等成套生产装置中，各类换热器约占整个设备投资的20～40％，一套常减压蒸馏装置，换热器数量达80多台，占设备总数的69％；一套乙烯裂解装置，换热器数量达130多台，占设备总数的49％。据统计，在石化工业中，换热设备占生产装置总投资的35％～40％，数量占整套装置的30％～50％。换热器是石化生产中重要的工艺设备，也可以把它看成是节能设备。由此可见石化装置中换热设备的性能对整个装置的安全、产品质量、节能减排起着非常重要的作用。从设计到制造，从使用到维护，换热器的防腐蚀问题已成为企业经营者与技术开发、工艺设计、设备管理者共同关注的焦点。因为换热器不仅承担物料与物料，物料与水、空气或其它冷却介质的热交换，而且还受到物料与冷却介质的侵蚀与冲刷，投入运行的换热器在一段时间以后，壳程和管程便会有腐蚀产物和污垢沉积，所以有腐蚀介质流经的换热器在投入运行前要进行防腐处理，投入运行后要进行定期清洗，因此开发一种环保涂料非常重要。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明针对换热器设备开发了一种双组份水性环保防腐涂料。它具有常规油性换热器防腐涂料所具备的物理性能和化学性能，最大的优点就是在生产和涂装的过程中实现了水性化。即放弃常规涂料在生产和施工过程中所使用的大量的有机溶剂，转而用水做有机溶剂的替代品。避免了在生产和施工过程中由于大量的有机溶剂挥发对环境和从业者所带来的污染和伤害。
为了克服上述现有技术的不足，本发明针对换热器设备开发了一种双组份水性环保防腐涂料。它具有常规油性换热器防腐涂料所具备的物理性能和化学性能，最大的优点就是在生产和涂装的过程中实现了水性化。即放弃常规涂料在生产和施工过程中所使用的大量的有机溶剂，转而用水做有机溶剂的替代品。避免了在生产和施工过程中由于大量的有机溶剂挥发对环境和从业者所带来的污染和伤害。
本发明的技术方案是：一种双组份水性环保防腐涂料，其特征是，由甲组分和乙组分组成；
所述甲组分的组分及重量份为：脂肪族聚酰胺改性共聚物40-50、无机颜料15-20、惰性体质颜料5-10、纳米石墨粉3-6、纳米二氧化硅0.5-1、纳米氧化铝0.5-1、水15-25、纳米二氧化硅分散剂0-0.1；
所述乙组分的组分及重量份为：环氧改性耐高温酚醛树脂80-90、缩水甘油醚18-22；
按质量比计，甲组份：乙组份＝100:50-60。
优选配比为：
甲组分：脂肪族聚酰胺改性共聚物50、无机颜料20、惰性体质颜料5、纳米石墨粉3、纳米二氧化硅0.5、纳米氧化铝0.5、水21；
乙组分：环氧改性耐高温酚醛树脂80、缩水甘油醚20；
按质量比计，甲组份：乙组份＝100:50。
制备方法：首先将纳米石墨粉、纳米二氧化硅、纳米氧化铝和纳米二氧化硅分散剂加入水中进行充分搅拌预分散处理(防止离子的团聚)后，再加入其他原料混合后得到甲组分；将环氧改性耐高温酚醛树脂和缩水甘油醚混合后拌匀，得到乙组分；使用前将甲组分和乙组分混合在一起使用。
由于纳米二氧化硅的表面羟基多，相比纳米石墨粉和纳米氧化铝容易团聚，必要时需要使用分散剂(如果搅拌、超声波分散等方式可以分散，则不必使用)。上述纳米二氧化硅分散剂为：能将纳米二氧化硅分散在水中的分散剂，如纳米氧化硅专用分散剂(南京天行新材料有限公司生产)，型号为TAZ-ND 1，它可以分散纳米二氧化硅、纳米石墨粉、纳米二氧化硅和纳米氧化铝等粉体。上述纳米二氧化硅分散剂还可以为质量比为1：1的低分子量多元羧酸聚合物和有机改性聚丙烯酸酯；使用时，将纳米级二氧化硅与水混合，然后加入0.1倍质量的低分子量多元羧酸聚合物和0.1倍质量的有机改性聚丙烯酸酯，也可以起到预分散的效果。
上述脂肪族聚酰胺改性共聚物为美国气体化学公司生产的水性环氧树脂固化剂WH-900，是脂肪族树脂与聚胺类树脂在改性合成的过程中在其分子侧链上引入亲水基团，合成得到的一种多官能团树脂。它是一种低粘度、高分子量的固化剂。
上述无机颜料主要采用钴蓝、钴绿、钛镍黄、铜铬黑或氧化铬绿中的一种或几种(有色彩要求需要调色时)。
上述惰性体质颜料包括滑石粉、云母粉、石墨粉、硫酸钡、云母氧化铁、高品质铁钛粉或经水性化处理的金属铝粉中的一种或几种。
上述环氧改性耐高温酚醛树脂：是由台湾南亚集团生产的双酚F型NPEF-170环氧树脂，是苯酚与甲醛在酸性环境下合成后再与环氧氯丙烷在碱性的环境下经由一系列复杂工艺后制得。
上述缩水甘油醚采用的是由乙二醇与环氧氯丙烷反应制得的乙二醇二缩水甘油醚。
应用范围：石油、化工、化肥、农药、化纤、海洋化工等领域的换热器防腐。
使用方法：
(1)表面准备和处理
对金属表面应采用喷砂(丸)或其它机械方法除锈，使表面呈金属灰白色，采用化学处理时，需经除油、除锈、磷化、钝化、风干步骤，务必提供良好表面。
(2)涂装
本发明应在15℃以上的环境的下施工。一次性施工25μm，重涂施工24小时以上。涂层总厚度保持在200μm-300μm以上。换热管内宜采用灌涂法；换热管外宜采用淋涂或喷涂法；管板、管箱、壳体表面宜采用刷涂或喷涂法；在15℃的环境下可自行固化无需烘烤。
本发明中，甲组分的脂肪族聚酰胺改性共聚物是由脂肪族树脂与聚胺类树脂在改性合成的过程中在其分子侧链上引入亲水基团，即保证的脂肪族类树脂所具备的物理性能又兼顾了聚胺类树脂的防腐性能，合成后的树脂是一种多官能团树脂。乙组分是由苯酚与甲醛在酸性环境下合成后再与环氧氯丙烷在碱性的环境下经由一系列复杂工艺后再配以缩水甘油醚进行冷拼制得获取的。合成后的树脂的内部结构具有多官能团分子链长交联密度高的特点。并利用自身所携带的环氧基团不仅防腐效果好而且物理性能也十分优越。甲乙组分混合施工后会形成网络互传结构并通过进一步的固化加强会显现出各种优良的性能。
本发明涂层中又引入了部分纳米材料。纳米石墨粉在涂层中的嵌入提高了涂层本身的传导热性能，更进一步利用石墨本身的纳米特点有效的增强了涂层的防污阻垢的的效果。另外石墨本身的耐酸碱和耐各类有机溶剂的防腐效果也十分优越。纳米氧化铝的嵌入能使涂层在成膜后的抗划伤能力和表面硬度的物理性能有很大程度的提高。将纳米石墨粉、纳米二氧化硅和纳米氧化铝首先进行预分散，以保证预分散体组合的稳定性。然后再与树脂进行冷拼，最终会在所得到成膜物质的表面以均匀的合理的有序的密度进行排列。对成膜物的表面强度和防污阻垢的性能都有很大的提高。由于纳米二氧化硅和纳米氧化铝在涂层表面的存在，水或水蒸气在通过涂层表面时与这两种材料相遇时会形成160度角以上的接触面，所以就会形成荷叶效应，这也就在根本上解决了防污阻垢的问题。
本发明涂层中引入了耐高温性能、化学性能和物理性能优越的无机颜料和稳定性极高的惰性体质颜料。这两种材料的引入有效的巩固了涂层在成膜后的各种复杂环境下的稳定性和持续性，进一步缩短了成膜物质的失效过程。
本发明的涂料的主要特点是：水性、纳米、防腐、耐温和常温固化(在15℃的环境下可自行固化无需烘烤)。其表面涂层成膜以后具有疏水、憎油、防污、阻垢的性能。其性能指标如下所示。
表1本发明产品的性能指标
本发明的有益效果是：本发明的水性涂料从根本上解决了在涂料的生产、运输、储存、施工和最终的使用过程中的环保问题，并大大提高了涂料自身的安全性。以水替代传统的有机溶剂从而解决了涂料的污染问题并进一步减少了对有限资源的消耗。对传统工业涂料的影响是革命性的，对传统高耗能高污染的化工产业的创新、升级、转型起到了示范作用。
具体实施方式
其中，美国气体化学公司生产的水性环氧树脂固化剂WH-900，其粘度(cps/25℃)为：10,000～20,000；酸值<10；胺值150～180；色值(G/H)<10；固体份(％)60±2；比重(kg/m3,20℃)1.08；活性氢当量225。双酚F型NPEF-170环氧树脂：环氧当量EEW(g/eq)：160～180；黏度(cps/25℃)2000～5000；色相(G)：3.0MAX。纳米氧化硅(SiO2)专用分散剂，南京天行新材料有限公司，型号为TAZ-ND 1。
实施例1
甲组分配比(重量份)：水性环氧树脂固化剂WH-90050、无机颜料(钴绿)20、惰性体质颜料(滑石粉)5、纳米石墨粉3、纳米二氧化硅0.5、纳米氧化铝0.5、水21；
乙组分配比(重量份)：双酚F型NPEF-170环氧树脂80、乙二醇二缩水甘油醚20；
甲组分：乙组分(重量比)＝100:50。
制备方法：首先将纳米石墨粉、纳米二氧化硅和纳米氧化铝加入水中进行超声波预分散处理(防止离子的团聚)后，再加入其他原料混合后得到甲组分；将双酚F型NPEF-170环氧树脂和乙二醇二缩水甘油醚混合后拌匀，得到乙组分；使用前将甲组分和乙组分混合在一起使用。产品的性能如表1所示。
使用方法：
(1)表面准备和处理
对金属表面应采用喷砂(丸)或其它机械方法除锈，使表面呈金属灰白色，采用化学处理时，需经除油、除锈、磷化、钝化、风干步骤，务必提供良好表面。
(2)涂装
本发明应在15℃以上的环境的下施工。一次性施工25μm，重涂施工24小时以上。涂层总厚度保持在200μm-300μm以上。换热管内宜采用灌涂法；换热管外宜采用淋涂或喷涂法；管板、管箱、壳体表面宜采用刷涂或喷涂法；在15℃的环境下可自行固化无需烘烤。
实施例2
甲组分配比(重量份)：水性环氧树脂固化剂WH-90040、无机颜料(钛镍黄)15、惰性体质颜料(云母粉)6、纳米石墨粉3、纳米二氧化硅0.5、纳米氧化铝0.5、水20、纳米氧化硅专用分散剂0.05；
乙组分配比(重量份)：双酚F型NPEF-170环氧树脂85、乙二醇二缩水甘油醚15。
甲组份：乙组份＝100:52，使用前混合在一起使用。
制备方法：首先将纳米石墨粉、纳米二氧化硅、纳米氧化铝和纳米氧化硅专用分散剂加入水中搅拌均匀，进行预分散处理(防止离子的团聚)后，再加入其他原料混合后得到甲组分；将双酚F型NPEF-170环氧树脂和乙二醇二缩水甘油醚混合后拌匀，得到乙组分；使用前将甲组分和乙组分混合在一起使用。
使用方法：同实施例1。
实施例3
甲组分配比(重量份)：水性环氧树脂固化剂WH-90045、无机颜料(钴蓝)18、惰性体质颜料(滑石粉：云母粉＝1：1)5、纳米石墨粉3、纳米二氧化硅0.5、纳米氧化铝0.5、水20、纳米二氧化硅分散剂(质量比为1：1的低分子量多元羧酸聚合物和有机改性聚丙烯酸酯)0.1；
乙组分配比(重量份)：双酚F型NPEF-170环氧树脂88、乙二醇二缩水甘油醚12。
甲组份：乙组份＝100:53，使用前混合在一起使用。
制备方法：首先将纳米级二氧化硅与水混合并加入低分子量多元羧酸聚合物和有机改性聚丙烯酸酯，对纳米二氧化硅进行预分散；然后加入纳米石墨粉和纳米氧化铝搅拌均匀，预分散于水中，再加入其他原料混合后得到甲组分；将双酚F型NPEF-170环氧树脂和乙二醇二缩水甘油醚混合后拌匀，得到乙组分；使用前将甲组分和乙组分混合在一起使用。
使用方法：同实施例1。

Claims (8)

1.一种双组份水性环保防腐涂料，其特征是，由甲组分和乙组分组成；
所述甲组分的组分及重量份为：脂肪族聚酰胺改性共聚物40-50、无机颜料15-20、惰性体质颜料5-10、纳米石墨粉3-6、纳米二氧化硅0.5-1、纳米氧化铝0.5-1、水15-25、纳米二氧化硅分散剂0-0.1；
所述乙组分的组分及重量份为：环氧改性耐高温酚醛树脂80-90、缩水甘油醚18-22；
按质量比计，甲组份：乙组份＝100:50-60。
2.如权利要求1所述的一种双组份水性环保防腐涂料，其特征是，
所述甲组分的组分及重量份为：：脂肪族聚酰胺改性共聚物50、无机颜料20、惰性体质颜料5、纳米石墨粉3、纳米二氧化硅0.5、纳米氧化铝0.5、水21；
所述乙组分的组分及重量份为：环氧改性耐高温酚醛树脂80、缩水甘油醚20；
按质量比计，甲组份：乙组份＝100:50。
3.如权利要求1或2所述的一种双组份水性环保防腐涂料，其特征是，所述脂肪族聚酰胺改性共聚物为水性环氧树脂固化剂WH-900。
4.如权利要求1或2所述的一种双组份水性环保防腐涂料，其特征是，所述无机颜料为钴蓝、钴绿、钛镍黄、铜铬黑或氧化铬绿中的一种或几种。
5.如权利要求1或2所述的一种双组份水性环保防腐涂料，其特征是，所述惰性体质颜料包括滑石粉、云母粉、石墨粉、硫酸钡、云母氧化铁、铁钛粉或经水性化处理的金属铝粉中的一种或几种。
6.如权利要求1或2所述的一种双组份水性环保防腐涂料，其特征是，所述环氧改性耐高温酚醛树脂为双酚F型NPEF-170环氧树脂。
7.如权利要求1或2所述的一种双组份水性环保防腐涂料，其特征是，所述缩水甘油醚为乙二醇二缩水甘油醚。
8.一种制备权利要求1所述的双组份水性环保防腐涂料的方法，其特征是，首先将纳米石墨粉、纳米二氧化硅、纳米氧化铝和纳米二氧化硅分散剂加入水中进行预分散处理，再加入甲组分的其他原料混合后得到甲组分；将环氧改性耐高温酚醛树脂和缩水甘油醚混合后拌匀，得到乙组分；使用前将甲组分和乙组分混合在一起使用。
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