CN105440880A - 一种海洋用钢管桩防护环氧涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种海洋用钢管桩防护环氧涂料。该涂料由A、B两部分组成，A、B部分的重量分别以100份计，A部分包括25～50份液体环氧树脂、25～50份填料与1～2.5份偶联剂，B部分包括20～60份改性胺固化剂与2.5～20份带有活性官能团的增韧剂。施工使用时A、B两组份按照环氧基与活泼氢的摩尔量之比为0.8∶1～1.2∶1混合后涂敷在海洋用钢管桩表面，制得的涂层不仅具有良好的防腐性能，而且具有优异的耐冲击强度，对钢管桩具有良好的防护效果。

Description

一种海洋用钢管桩防护环氧涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种环氧防护涂料，具体为一种海洋用钢管桩防护环氧涂料及其制备方法。

背景技术

钢管桩是海港码头和近海海洋基础工程中广泛使用的金属结构支撑材料。这些承力结构在海洋环境中，特别是在浪花飞溅区域，长期受到紫外线辐射、海水高氯腐蚀、氧气充足、干湿交替等多种因素共同作用，因此其防腐性能直接关系到海洋建筑设施的可靠性和安全性。

采用高效耐久性的钢管桩防腐材料以及相应的防腐蚀措施至关重要。近30年来采用涂层加阴极保护的方法对钢管桩进行保护，取得了一定的防护效果。例如，专利文献CN10172433A公开了一种海洋用钢管桩外防腐环氧粉末涂料，采用该防腐环氧粉末涂料对钢管桩外表面进行涂装，形成的涂层表面的粗糙度满足钢管桩与所在海水地质条件所需的嵌固强度，具有良好的抗划伤性。专利文献CN102492347A中公开了一种海洋平台钢管桩三层防护系统底油及制造方法，其中采用的三层防护系统为：底油直接涂抹至钢管桩表面形成底油膜，防腐冷缠带作为第二层，最后安装外层防护套。该底油具有阻隔水分、缓蚀、抑制微生物生长，良好的粘结力等性能，实现钢管桩的防腐保护作用。

然而，在实际应用中，除了考虑钢管桩的防腐性能外，还需要考虑其耐冲击性能，例如当钢管桩在运输及安装过程中受到外力冲击时极易造成破损破坏，这就要求其具有较高的冲击强度韧性。目前，钢管桩表面多使用环氧粉末涂料形成涂层，但是由于环氧粉末涂料的快速固化工艺，涂层内应力大，在外力的冲击下极易发生破损，破损部位的钢管桩需要进行维修才能正常使用，不仅增加了维护成本，延长了工期，而且使其防护性能大大降低。

发明内容

本发明的技术目的是针对上述技术现状，提供一种海洋用钢管桩防护环氧涂料，其不仅具有良好的防腐性能，而且具有优异的耐冲击强度。

本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种海洋用钢管桩防护环氧涂料，由A、B两部分组成，A部分包括液体环氧树脂、填料与偶联剂，B部分包括改性胺固化剂与增韧剂，A、B部分的重量分别为100份计，以下组分的重量份数为：

A部分：

液体环氧树脂25～50

填料25～50

偶联剂1～2.5

B部分：

改性胺固化剂20～60

增韧剂2.5～20

并且，施工时A、B两部分以环氧基与活泼氢的摩尔量之比为0.8:1～1.2:1混合使用。

所述的液体环氧树脂带有环氧基团，具体种类不限，优选为双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、酚醛环氧树脂、改性双酚A环氧树脂，或其他带有环氧基团的环氧树脂中的一种或者几种的混合物。其中，改性双酚A环氧树脂包括橡胶改性环氧树脂、聚氨酯改性环氧树脂、丙烯酸改性环氧树脂等。

所述的填料优选自硫酸钡、滑石粉、氧化铝、凹凸棒、石英砂等中的一种或几种以上的混合物。

所述的偶联剂用于改善填料粒子与环氧树脂之间的粘结力，同时用于强涂料的界面性能，作为优选，所述的偶联剂为硅烷偶联剂，进一步优选为γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ―氨丙基三乙氧基硅烷、γ―氨丙基三甲氧基硅烷等中的一种。

所述的增韧剂带有活性官能团，可与环氧基发生交联固化，并且在固化过程中形成微相分离结构。作为优选，所述的增韧剂为端氨基聚醚胺、端异氰酸酯超支化聚氨酯、端羟基超支化聚酯等中的一种或者两种以上的混合物。

考虑到环保性能以及海洋环境的应用性能等因素，所述的改性胺固化剂优选为改性脂环胺、改性芳香胺中的一种或者几种的混合物。其中，改性脂环胺优选为经过环氧化合物加成改性的脂环胺，更优选为环氧化合物加成改性异佛尔酮二胺。

A部分还包括A部分其他添加料。

作为优选，A部分其他添加料包括活性稀释剂，用于降低涂料粘度，同时能够与液体环氧树脂进行固化反应，成为环氧树脂固化物交联网络的一部分，以增强环氧树脂的性能。A部分的重量为100份计，所述的活性稀释剂的重量份数优选为0.1～5份。所述的活性稀释剂优选为含有单个环氧基团的化合物，进一步优选为苯基缩水甘油醚、1,2-环氧环戊烷、丁基缩水甘油醚、辛基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、甲苯基缩水甘油醚、C12-14烷基缩水甘油醚等中的一种或者一种以上的混合物。

作为优选，A部分其他添加料包括石油树脂，用于提供涂层更好的耐水性能。A部分的重量为100份计，所述的石油树脂的重量份数优选为2.5～10份。所述的石油树脂优选为熔点为50～150℃的C9石油树脂。

作为优选，A部分其他添加料包括颜料。A部分的重量为100份计，所述的颜料的重量份数优选为10～30份。颜料优选为钛白粉、铁黑等。

作为优选，A部分其他添加料包括消泡剂，可采用市售消泡剂。A部分的重量为100份计，所述的消泡剂的重量份数优选为0.05～0.3份。

B部分还包括B部分其他添加料。

作为优选，B部分其他添加料包括填料。B部分的重量为100份计，所述的填料的重量份数优选为25～50份。所述的填料包括但不限于滑石粉、氧化铝、石英砂。

作为优选，B部分其他添加料包括促进剂。B部分的重量为100份计，所述的促进剂的重量份数优选为2.5～10份。所述的促进剂包括但不限于三-(二甲胺基甲基)苯酚(DMP-30)。

作为优选，B部分其他添加料包括气相二氧化硅，用于改善涂料的触变性。B部分的重量为100份计，所述的气相二氧化硅的重量份数优选为1～5份。

本发明还提供了一种制备该海洋用钢管桩防护环氧涂料的方法，包括下述步骤：

(1)在A部分反应体系中加入液体环氧树脂，加热至50～100℃，搅拌溶解、分散均匀后降低反应釜温度至室温，然后加入填料、硅烷偶联剂，搅拌均匀后即得到A部分；当A部分还包括石油树脂、活性稀释剂时，石油树脂、活性稀释剂与液体环氧树脂一起混合加入反应体系，在反应体系中进行加热至50～100℃，搅拌溶解、分散均匀，然后加入填料、硅烷偶联剂等；

(2)在B部分反应体系中加入改性胺固化剂、增韧剂，搅拌溶解、混合均匀后即得到B部分；

(3)将A部分、B部分按一定比例混合均匀。

作为一种优选的实现方式，所述的海洋用钢管桩防护环氧涂料由A、B两部分组成，A部分由液体环氧树脂、填料、偶联剂、石油树脂、活性稀释剂、消泡剂以及颜料组成，B部分由改性胺固化剂、增韧剂、促进剂、填料以及气相二氧化硅组成，A、B部分的重量分别为100份计，各组分的重量份数为：

A部分：

B组分：

制备上述优选的海洋用钢管桩防护环氧涂料的方法包括下述步骤：

(1)在A部分反应体系中加入液体环氧树脂、石油树脂、活性稀释剂，加热至50～100℃，搅拌溶解、分散均匀后降低反应体系温度至室温，然后加入填料、硅烷偶联剂、消泡剂、填料、颜料，搅拌均匀后即为A部分；

2、在B部分反应体系中加入改性胺固化剂、增韧剂，搅拌溶解、混合均匀，然后加入促进剂、填料以及气相二氧化硅，高速搅拌混合均匀后即为B部分。

3、将A部分、B部分混合均匀。

施工时，将本发明制得的海洋用钢管桩防护环氧涂料涂覆在已经过表面处理的钢管桩基材表面，即获得防护涂层，经检测，该涂层的性能结果如下表1所示：

表1：本发明海洋用钢管桩防护环氧涂料的性能检测结果：

综上所述，本发明通过在环氧树脂中加入带有活性官能团的增韧剂以及改性胺固化剂，该增韧剂中含有的活性官能团键合到致密的环氧树脂交联网络中，并在固化的过程中产生微相分离，形成致密、疏松相间的两相网络结构，改变了固化体系的均匀性，有利于应力的分散，使材料内部产生塑性的变形，从而使环氧树脂及涂料的韧性得到改善；同时，微相结构的存在不会改变主体相玻璃化转变温度的变化，在改善冲击强度的同时不会影响涂层的防腐性能与其他的机械性能，因此使用该环氧树脂涂料制得的涂层具有良好的硬度和冲击强度，避免了钢管桩在运输安装等过程中造成的破损破坏，对钢管桩起到良好的防护效果，从而减少了维修护理成本。

另外，本发明提供的环氧涂料具有低VOC，符合绿色环保的需求，减少了溶剂的挥发对环境造成的污染以及对施工人员健康的影响。同时该环氧涂料具有高的固体含量，使得其单道涂装厚度达到500微米以上，单道涂装即可满足对氯离子等腐蚀因子起到良好的屏蔽阻隔作用，有效延长了钢管桩的使用寿命。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

实施例1：

本实施例中，海洋用钢管桩防护环氧涂料由A、B两部分组成，A、B部分的重量分别为100份计，各组分的重量份数为：

A部分：

双酚A环氧树脂E-5122份，聚氨酯改性环氧树脂13份；

C12-14烷基缩水甘油醚1.5份；

石油树脂3.5份；

消泡剂0.3份；

滑石粉11份、硫酸钡30份、氧化铝3.5份、凹凸棒1.2份；

铁黑1份、钛白粉11份；

硅烷偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷2份；

B部分：

改性异佛尔酮二胺固化剂32份、改性间苯二胺固化剂4份；

端羟基聚酯15份；

气相二氧化硅2份；

滑石粉26份、氧化铝11份、石英砂7份；

促进剂三-(二甲胺基甲基)苯酚3份。

上述防护环氧涂料的制备方法如下：

(1)将双酚A环氧树脂E-51、聚氨酯改性环氧树脂、C12-14烷基缩水甘油醚、石油树脂以及消泡剂在反应釜中加热至80℃使其完全溶解，然后逐步降低反应温度，依次加入滑石粉、硫酸钡、氧化铝、凹凸棒、铁黑、钛白粉，最后加入硅烷偶联剂，高速搅拌分散均匀，过筛包装为A部分。

(2)将改性异佛尔酮二胺固化剂、改性间苯二胺固化剂以及端羟基聚酯在反应釜中加热至50℃，使端羟基聚酯完全溶解，然后逐步降低反应温度，依次加入气相二氧化硅、滑石粉、氧化铝、石英砂、促进剂，高速搅拌均匀，过筛即得B部分。

(3)将A部分、B部分按照重量比2.1:1(对应A、B两部分中的环氧基与活泼氢的摩尔量之比为0.9:1)混合均匀，即得到环氧涂料。

施工时，将上述制得的海洋用钢管桩防护环氧涂料涂覆在已经过表面处理的钢管桩基材表面，获得防护涂层，经检测，该涂层的性能结果满足表1中的性能要求。

实施例2：

本实施例中，海洋用钢管桩防护环氧涂料由A、B两部分组成，A、B部分的重量分别为100份计，各组分的重量份数为：

A部分：

双酚A环氧树脂E-4422份、丙烯酸改性环氧树脂10份；

C12-14烷基缩水甘油醚4.5份；

石油树脂3.5份；

消泡剂0.2份；

滑石粉11份、硫酸钡30份、氧化铝3.5份、凹凸棒1份；

铁黑1.3份、钛白粉11份；

硅烷偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷2份；

B部分：

改性异佛尔酮二胺固化剂40份；

端氨基聚醚胺11份；

气相二氧化硅2份；

滑石粉26份、氧化铝11份、石英砂7份；

促进剂三-(二甲胺基甲基)苯酚3份；

上述防护环氧涂料的制备方法如下：

(1)双酚A环氧树脂E-44、丙烯酸改性环氧树脂、C12-14烷基缩水甘油醚、石油树脂、消泡剂在反应釜中加热至80℃使其完全溶解；然后逐步的降低反应温度，依次加入滑石粉、硫酸钡、氧化铝、凹凸棒、铁黑、钛白粉，最后加入硅烷偶联剂，高速搅拌分散均匀，过筛包装为A部分。

(2)将改性异佛尔酮二胺、端氨基聚醚胺在反应釜中加热至50℃，使端氨基聚酯完全溶解；然后逐步降低反应温度，依次加入气相二氧化硅、滑石粉、氧化铝、石英砂、促进剂，高速搅拌均匀，过筛即得B部分。

(3)将A组份、B组份按照重量比2.3:1(对应A、B两部分中的环氧基与活泼氢的摩尔量之比为1:1)混合均匀，即得到环氧涂料。

施工时，将上述制得的海洋用钢管桩防护环氧涂料涂覆在已经过表面处理的钢管桩基材表面，获得防护涂层，经检测，该涂层的性能结果满足表1中的性能要求。

实施例3：

本实施例中，海洋用钢管桩防护环氧涂料由A、B两部分组成，A、B部分的重量分别为100份计，各组分的重量份数为：

A部分：

双酚A环氧树脂E-4422份、丙烯酸改性环氧树脂10份；

C12-14烷基缩水甘油醚4.5份；

石油树脂3.5份；

消泡剂0.3份；

滑石粉11份、硫酸钡30份、氧化铝3.5份、凹凸棒1.5份；

铁黑0.7份、钛白粉11份；

硅烷偶联剂、γ―氨丙基三甲氧基硅烷2份；

B部分：

改性间苯二胺固化剂45份；

端异氰酸酯超支化聚氨酯6份；

气相二氧化硅2份；

滑石粉26份、氧化铝11份、石英砂7份；

促进剂三-(二甲胺基甲基)苯酚3份；

上述防护环氧涂料的制备方法如下：

(1)将双酚A环氧树脂E-44、丙烯酸改性环氧树脂、C12-14烷基缩水甘油醚、石油树脂、消泡剂在反应釜中加热至80℃使其完全溶解；然后逐步降低反应温度，依次加入滑石粉、硫酸钡、氧化铝、凹凸棒、铁黑、钛白粉，最后加入硅烷偶联剂，高速搅拌分散均匀，过筛包装为A部分。

(2)改性间苯二胺固化剂、端异氰酸酯超支化聚氨酯，在反应釜中加热至50℃，使端羟基聚酯完全溶解；然后逐步降低反应温度，依次加入气相二氧化硅、滑石粉、氧化铝、石英砂、促进剂，高速搅拌均匀，过筛即得B部分。

(3)将A组份、B组份按照重量比2.2:1(对应A、B两部分中的环氧基与活泼氢的摩尔量之比为1.05:1)混合均匀，即得到环氧涂料。

施工时，将上述制得的海洋用钢管桩防护环氧涂料涂覆在已经过表面处理的钢管桩基材表面，获得防护涂层，经检测，该涂层的性能结果满足表1中的性能要求。

实施例4：

本实施例中，海洋用钢管桩防护环氧涂料由A、B两部分组成，A、B部分的重量分别为100份计，各组分的重量份数为：

A部分：

双酚A环氧树脂E-4427份；

C12-14烷基缩水甘油醚5份；

石油树脂8份；

消泡剂0.2份；

滑石粉11份、硫酸钡30份、氧化铝3.5份、凹凸棒1.5份；

铁黑0.8份、钛白粉11份；

硅烷偶联剂、γ―氨丙基三乙氧基硅烷2份；

B部分：

改性间苯二胺固化剂45份；

端异氰酸酯超支化聚氨酯6份；

气相二氧化硅2份；

滑石粉26份、氧化铝11份、石英砂7份；

促进剂三-(二甲胺基甲基)苯酚3份；

上述防护环氧涂料的制备方法如下：

(1)将双酚A环氧树脂E-44、C12-14烷基缩水甘油醚、石油树脂、消泡剂在反应釜中加热至80℃使其完全溶解；然后逐步降低反应温度，依次加入滑石粉、硫酸钡、氧化铝、凹凸棒、铁黑、钛白粉，最后加入硅烷偶联剂，高速搅拌分散均匀，过筛包装为A部分。

(2)改性间苯二胺固化剂、端异氰酸酯超支化聚氨酯，在反应釜中加热至50℃，使端羟基聚酯完全溶解；然后逐步降低反应温度，依次加入气相二氧化硅、滑石粉、氧化铝、石英砂、促进剂，高速搅拌均匀，过筛即得B部分。

(3)将A部分、B部分按照重量比2.7:1(对应A、B两部分中的环氧基与活泼氢的摩尔量之比为0.98:1)混合均匀使用，即得到环氧涂料。

施工时，将上述制得的海洋用钢管桩防护环氧涂料涂覆在已经过表面处理的钢管桩基材表面，获得防护涂层，经检测，该涂层的性能结果满足表1中的性能要求。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种海洋用钢管桩防护环氧涂料，由A、B两部分组成，A部分包括液体环氧树脂、填料与偶联剂，B部分包括改性胺固化剂与增韧剂，A、B部分的重量分别为100份计，各组分的重量份数如下：

A部分：

液体环氧树脂25～50

填料25～50

偶联剂1～2.5

B部分：

改性胺固化剂20～60

增韧剂2.5～20

施工时，A、B两部分以环氧基与活泼氢的摩尔当量比0.8:1～1.2:1混合使用。

2.根据权利要求1所述的海洋用钢管桩防护环氧涂料，其特征在于，所述的液体环氧树脂为双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、酚醛环氧树脂、改性双酚A环氧树脂中的一种或两种以上的混合物。

3.根据权利要求1所述的海洋用钢管桩防护环氧涂料，其特征在于，所述的填料为硫酸钡、滑石粉、氧化铝、石英砂、凹凸棒中的一种或者两种以上的混合物。

4.根据权利要求1所述的海洋用钢管桩防护环氧涂料，其特征在于，所述的偶联剂为硅烷偶联剂。

5.根据权利要求1所述的海洋用钢管桩防护环氧涂料，其特征在于，所述的增韧剂为端氨基聚醚胺、端异氰酸酯超支化聚氨酯、端羟基超支化聚酯中的一种或者两种以上的混合物。

6.根据权利要求1所述的海洋用钢管桩防护环氧涂料，其特征在于，所述的改性胺固化剂为改性脂环胺、改性芳香胺中的一种或者几种的混合物。

7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的海洋用钢管桩防护环氧涂料，其特征在于，所述的A部分中还包括A部分其他添加料，所述的A部分其他添加料包括活性稀释剂，A部分的重量为100份计，所述的活性稀释剂的重量份数为0.1～5份。

8.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的海洋用钢管桩防护环氧涂料，其特征在于，所述的A部分中还包括A部分其他添加料，所述的A部分其他添加料包括石油树脂，A部分的重量为100份计，所述的石油树脂的重量份数为2.5～10份。

9.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的海洋用钢管桩防护环氧涂料，其特征在于，所述的B部分包括B部分其他添加料，所述的B部分其他添加料包括填料，B部分的重量为100份计，所述的填料的重量份数为25～50份。

10.制备权利要求1至6中任一权利要求所述的海洋用钢管桩防护环氧涂料的方法，其特征是：包括下述步骤：

(1)在A部分反应体系中加入液体环氧树脂，加热至50～100℃，搅拌溶解、分散均匀后降低反应釜温度至室温，然后加入填料、硅烷偶联剂，搅拌均匀后即得到A部分；

(2)在B部分反应体系中加入改性胺固化剂、增韧剂，搅拌溶解、混合均匀后即得到B部分；

(3)将A部分、B部分混合均匀。