CN106381013A - 一种重防腐涂层及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种重防腐涂层及其应用，所述重防腐涂层包括石墨烯底漆、环氧云铁漆中间漆、聚天门冬氨酸酯聚脲面漆。该重防腐涂料成本适中、储存稳定、施工方便、性能优异，适用于各种海洋工程中钢材质的防腐。

Description

一种重防腐涂层及其应用

技术领域

本发明涉及一种重防腐涂层及其应用，属于重防腐涂料技术领域。

背景技术

据统计，全球船舶、桥梁、码头等钢材质海洋工程每年因腐蚀造成的经济损失高达几千亿美元。各国的防腐实践证明：涂覆重防腐涂料是海洋工程最有效、最经济的防腐手段。

目前，国内常用的重防腐涂料体系有环氧树脂涂料、聚氨酯树脂涂料、玻璃鳞片涂料等。环氧树脂拥有良好的成膜性能和较高的附着力，但环氧树脂不耐老化，易粉化，高温下承受强腐蚀介质能力差；聚氨酯树脂涂料附着力优异、力学性能好、抗化学腐蚀性好，但施工性能和储存稳定性差，漆膜容易起泡，此外，聚氨酯涂料生产过程中使用的原材料异氰酸酯对人有很大的毒性；玻璃鳞片涂料理论上具有优异的耐化学腐蚀性、抗渗水、水蒸气、腐蚀性离子、耐温度性能，但此种涂料对于鳞片的厚度、鳞片的排列方式、鳞片与成膜物质的粘合力具有很高的要求。

综上所述，开发一种质量稳定、成本可控、施工方便、性能优异的海洋重防腐涂料不仅具有极大的经济效益，而且可以极大的推进我国海洋装备的升级改造。

发明内容

本发明的目的是针对现有重防腐涂料性能上的不足，提供一种质量稳定、施工方便、力学性能和老化性能兼优的重防腐涂料。

本发明的技术方案是，提供一种重防腐涂层，所述重防腐涂层包括石墨烯底漆、环氧云铁漆中间漆、聚天门冬氨酸酯聚脲面漆。

进一步地，所述重防腐涂层的整体厚度为300-400μm，其中石墨烯底漆厚度为70-100μm，环氧云铁中间漆厚度为120-180μm，聚天门冬氨酸酯聚脲面漆厚度为70-100μm。

进一步地，所述石墨烯底漆由A组分和B组分固化得到，按照重量百分数计：

所述A组分包括20％-30％环氧树脂、1％-3％石墨烯、0.1％-0.3％硅烷偶联剂KH-550、15％-25％云母氧化铁粉、15％-25％鳞片状锌粉；

所述B组分包括8％-13％的650低分子聚酰胺、1％-5％间苯二胺。

进一步地，所述环氧树脂由质量比为1:0.8-1.2的环氧树脂E-44和环氧树脂E-51组成。

进一步地，石墨烯的D50为7-20μm、层数＜10。

进一步地，所述石墨烯是由鳞片石墨经氧化处理后球磨剥离再还原制备得到。

进一步地，所述聚天门冬氨酸酯聚脲面漆由A组分和B组分组成，按照重量百分数计：

所述A组分包括50％-60％聚天门冬氨酸酯、2％-5％酞青绿、5％-20％滑石粉；

所述B组分包括70％-80％多异氰酸酯及其预聚体。

进一步地，所述聚天门冬氨酸酯由马来酸二甲酯、马来酸二乙酯、马来酸二异丁酯、马来酸二丁酯中的一种或多种与4,4-二环己基甲烷二胺，3,3-二甲基-4,4-二环己基甲烷二胺、六亚甲基二胺、聚环氧丙烷二胺中的一种或多种反应得到。

进一步地，所述多异氰酸酯为二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或者多种复配得到。

进一步地，多异氰酸酯预聚体为二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯的一种或多种与聚四氢呋喃醚二醇合成的预聚体，预聚体中NCO质量分数为8％-20％。

本发明进一步提供所述的重防腐涂层在海洋工程防腐领域的应用。

本发明中的重防腐涂料由石墨烯底漆、环氧云铁中间漆、聚天门冬氨酸酯聚脲面漆组成。涂料整体厚度为300-400μm，其中石墨烯底漆厚度为70-100μm，环氧云铁中间漆厚度为120-180μm，聚天门冬氨酸酯聚脲面漆厚度为70-100μm。如果石墨烯底漆厚度过低，则会导致其防腐蚀效果变差，而底漆厚度过高，则会导致涂层成本过高。环氧云铁中间漆厚度过低，导致成本过高，厚度过高，则会导致漆膜厚度过大，重量增加。聚天门冬氨酸酯厚度过低，导致面漆的耐磨、防水效果差，厚度过高则导致成本增加。通过将石墨烯底漆、环氧云铁中间漆、聚天门冬氨酸酯面漆三种漆膜的配合，大幅度增加了漆膜的附着力、耐腐蚀性能、耐磨性等性能，远远优于其他漆膜的性能。通过进一步精确控制各个膜层的厚度，实现了降低了成本，实现了优秀的性能。

本发明中的石墨烯底漆由A组分和B组分组成，按照重量百分比计，所述A组分包括20％-30％环氧树脂(E-44和E-51混合比例为1:0.8—1:1.2)、1％-3％石墨烯、0.1％-0.3％硅烷偶联剂KH-550、15％-25％云母氧化铁粉、15％-25％鳞片状锌粉、0.2％-0.5％流平剂、0.2％-0.4％消泡剂，其余为溶剂二甲苯；所述B组分包括8％-13％650低分子聚酰胺、1％-5％间苯二胺，其余为溶剂二甲苯。所述石墨烯底漆的制备方法，具体步骤如下：

1)制备A组分

a.称取所需量的云母氧化铁粉和鳞片状锌粉，混匀；

b.将所需量的环氧树脂、石墨烯、硅烷偶联剂KH-550、流平剂和消泡剂和二甲苯加入高剪切混合乳化机中，控制温度30—40℃、转速2000rpm-2500rpm，剪切10-20min至混合均匀；

c.将步骤b得到的混合物转移至砂磨机中，研磨至细度≤60μm；

d.将步骤a得到的混合物加入步骤c得到的混合物中混合均匀得到A组分。

2)制备B组分

将650低分子聚酰胺、间苯二胺和二甲苯在室温下按照所述配比混合均匀得到B组分。

本发明制备的石墨烯底漆相比环氧富锌底漆具有以下性能优势：1、本发明使用高剪切混合乳化机制备石墨烯底漆，通过高剪切对流分散，石墨烯不但能保持原有结构，而且在漆料中分散均匀，此方法方便、高效地解决了石墨烯在环氧树脂集体中易团聚、分散困难的难题，有利于大规模工业生产；2、片层结构的石墨烯均匀分散在树脂基体中可以提高漆膜的抗渗水能力；3、高模量的石墨烯作为刚性粒子可以增加环氧树脂的耐热性和拉伸率，进而提高漆膜的柔韧性；4、高导电的石墨烯的加入可以克服普通富锌涂料以牺牲锌粉为代价的防腐方式，减少漆膜表面锌盐的含量，增加涂层的结合力和兼容性；5、通过合理的搭配三种漆膜，实现了优异的附着性、防腐、力学等性能；6、通过合理的控制膜层厚度，实现了成本更低、技术效果最优的技术效果。

本发明选用市场通用的环氧云铁漆作为中间漆。环氧云铁漆具有良好的附着力、柔韧性、封闭性能和涂层相容性，并且成本较低，使用环氧云铁中间漆可以以较低的成本，增加漆膜的厚度，有效保护底漆、钢材减缓腐蚀，提供面漆坚牢的附着力和优良的附着基层，增加整体涂层的使用寿命。

本发明中的聚天门冬氨酸酯聚脲面漆由A组分和B组分组成，按照重量百分比计，所述A组分包括50％-60％聚天门冬氨酸酯、2％-5％酞青绿、5％-20％滑石粉、0.2％-0.5％流平剂BYK-344、0.2％-0.4％消泡剂Dabco DC5169，其余为溶剂二甲苯。所述B组分包括70％-80％多异氰酸酯及其预聚体，其余为溶剂二甲苯。涂料稀释剂选用正丁酯。所述聚天门冬氨酸酯聚脲面漆的制备方法，具体步骤如下：

1)制备A组分

a.将所需量的聚天门冬氨酸酯、填料、颜料、流平剂和消泡剂和溶剂加入高速搅拌分散机中，控制温度30—40℃、转速300rpm-400rpm，搅拌5-10min至混合均匀；

b.将步骤a得到的混合物转移至砂磨机中，研磨至细度≤60μm，静置消泡得到A组分；

2)制备B组分

将所需量的多异氰酸酯及其预聚体在室温下与溶剂混合均匀得到B组分。

本发明制备的聚天门冬氨酸酯聚脲面漆，弹性、附着力、耐磨性等力学性能优异，耐酸碱、耐盐耐水等耐化学介质性能优异，耐高低温、耐紫外等抗老化性能优异，综合性能优于聚氨酯涂料。此外，聚天门冬氨酸酯聚脲面漆相比聚氨酯涂料还具有以下性能优势：1、使用多异氰酸酯预聚体替代部分多异氰酸酯，减小了涂料制备过程中对生产者的毒害；2、本发明中的聚天门冬氨酸酯是由马来酸二乙酯与多种伯胺复配加成反应得到，产品粘度低，反应速度可控，凝胶时间可调节在几分钟至几十分钟范围内，极大的延长了聚脲的施工使用期；3、本发明中的聚天门冬氨酸聚脲施工方便，可以喷涂、刷涂、辊涂、自流平等方式施工。

本发明中由石墨烯底漆、环氧云铁中间漆和聚天门冬氨酸酯聚脲面漆组成的海洋重防腐涂料成本适中、储存稳定、施工方便、性能优异，适用于各种钢材质海洋工程。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明海洋重防腐涂料作进一步说明。其中，对比例为一种三层漆膜，其底漆为环氧富锌底漆，面漆为丙烯酸树脂面漆，中间漆为环氧云铁漆。

本发明对比例和实施例1-5中的底漆原料配方分别列于表1和表2。

表1对比例中环氧富锌底漆配方

注：如无具体说明，本专利中含量单位均为质量分数。A组分和B组分分别以100％的含量计。

表2实施例1-5中石墨烯底漆配方

环氧富锌底漆的制备方法，具体步骤如下：

1)制备A组分

将配方量的环氧树脂、环氧稀释剂和部分有机溶剂混合，再依次加入加配方用量的着色颜料、体质颜料、耐腐蚀颜料锌粉、触变剂、分散剂和除水剂混合，控制温度在45-50度之间，1500-3000转/分条件下高速分散30min，然后再加入剩余配方用量的有机溶剂，搅拌均匀后，熟化一天；

2)制备B组分

将配方用量的胺固化剂、环氧促进剂和有机溶剂混合，再常温下搅拌均匀。

石墨烯底漆的制备方法，具体步骤如下：

1)制备A组分

a.称取所需量的云母氧化铁粉和鳞片状锌粉，混匀；

b.将所需量的环氧树脂、石墨烯、硅烷偶联剂KH-550、流平剂和消泡剂和二甲苯加入高剪切混合乳化机中，控制温度30-40℃、转速2300rpm，剪切13min至混合均匀；

c.将步骤b得到的混合物转移至砂磨机中，研磨至细度50μm；

d.将步骤a得到的混合物加入步骤c得到的混合物中混合均匀得到A组分。

2)制备B组分

将650低分子聚酰胺、间苯二胺和二甲苯在室温下按照所述配比混合均匀得到B组分。

本发明对比例和实施例1-5中面漆的原料配方分别列于表3和表4。其中，实施例1中使用的聚天门酸酯是由马来酸二乙酯、马来酸二异丁酯与4,4-二环己基甲烷二胺、3,3-二甲基4,4-二环己基甲烷二胺(摩尔比2.5:1.5:1:1)反应得到，多异氰酸酯预聚体是由二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯与聚四氢呋喃醚二醇(摩尔比1:1:1)反应得到，预聚体NCO质量分数为10％；实施例2中使用的聚天门冬氨酸酯是由马来酸二乙酯与4,4-二环己基甲烷二胺，3,3-二甲基4,4-二环己基甲烷二胺，六亚甲基二胺，聚环氧丙烷二胺(摩尔比4:0.5:0.5:0.5:0.5)反应得到，多异氰酸酯预聚体是由二环己基甲烷二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯与聚四氢呋喃醚二醇(摩尔比1:1:1)反应得到，预聚体NCO质量分数为13％；实施例3中使用的聚天门冬氨酸酯是由马来酸二异丁酯、马来酸二丁酯与4,4-二环己基甲烷二胺、六亚甲基二胺(摩尔比1:1:0.5:0.5)反应得到，多异氰酸酯预聚体是由异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯与聚四氢呋喃醚二醇(摩尔比1:1:1.5)反应得到，预聚体NCO质量分数为16％；实施例4中使用的聚天门冬氨酸酯是由马来酸二甲酯、马来酸二乙酯、马来酸二异丁酯、马来酸二丁酯与六亚甲基二胺(摩尔比0.5:0.5:0.5:0.5:1)反应得到，多异氰酸酯预聚体是由二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯与聚四氢呋喃醚二醇(摩尔比1:0.5:1:1.5)反应得到，预聚体NCO质量分数为16％；实施例5中使用的聚天门冬氨酸酯是由马来酸二甲酯、马来酸二乙酯、马来酸二异丁酯与4,4-二环己基甲烷二胺、3,3-二甲基4,4-二环己基甲烷二胺(摩尔比2:1:1:1:1)反应得到，多异氰酸酯预聚体是由二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯与聚四氢呋喃醚二醇(摩尔比1:0.5:0.5:1.5)反应得到，预聚体NCO质量分数为20％。

表3对比例中丙烯酸树脂面漆配方

表4实施例1-5中聚天门冬氨酸酯聚脲面漆配方

丙烯酸酯面漆的制备方法，具体步骤如下：

制备A组分

在丙烯酸树脂中加入配方用量的着色颜料、体质颜料、光稳定剂、触变剂、分散剂和消泡剂，在55-65度之间，2000-3000转/分条件下分散30min，然后再加入有机溶剂，搅拌均匀后，熟化一天。

聚天门冬氨酸酯聚脲面漆的制备方法，具体步骤如下：

1)制备A组分

a.将所需量的聚天门冬氨酸酯、填料、颜料、流平剂和消泡剂和溶剂加入高速搅拌分散机中，控制温度30-40℃、转速330rpm，搅拌7min至混合均匀；

b.将步骤a得到的混合物转移至砂磨机中，研磨至细度50μm，静置消泡得到A组分；

2)制备B组分

将所需量的多异氰酸酯及其预聚体在室温下与溶剂混合均匀得到B组分。

将分散好的底漆A组分和B组分按当量配比混合均匀后，熟化20min，喷涂在测试样板表面，待底漆实干后，分别喷涂环氧云铁中间漆和面漆一道。各实施例中漆膜总厚度均为320μm，其中底漆厚度80μm，环氧云铁中间漆170μm，面漆膜厚度70μm。将喷涂漆膜的样板置于恒温恒湿环境下养护7天后，参照相关标准测试其综合性能，对比例和实施例1-5制备的海洋重防腐涂料性能见表5。

表5各实施例制备的海洋重防腐涂料综合性能

本发明制备的海洋重防腐涂料安全环保、成本适中、储存稳定、施工方便，在钢底材上附着力优异，柔韧性和耐磨性能等力学性能优异，且吸水率低，在高低温、强紫外、强酸碱、高盐度等极端苛刻环境下仍能保持优异的性能，为钢材质海洋工程防腐提供了新的解决方案。

以上是对本发明一种海洋重防腐涂料及其制备方法的详细阐述，用于帮助理解本发明，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背离本发明原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种重防腐涂层，其特征在于，所述重防腐涂层包括石墨烯底漆、环氧云铁漆中间漆、聚天门冬氨酸酯聚脲面漆。

2.如权利要求1所述的重防腐涂层，其特征在于，所述重防腐涂层的整体厚度为300-400μm，其中石墨烯底漆厚度为70-100μm，环氧云铁中间漆厚度为120-180μm，聚天门冬氨酸酯聚脲面漆厚度为70-100μm。

3.如权利要求1或2所述的重防腐涂层，其特征在于，所述石墨烯底漆由A组分和B组分固化得到，按照重量百分数计：

所述A组分包括20％-30％环氧树脂、1％-3％石墨烯、0.1％-0.3％硅烷偶联剂KH-550、15％-25％云母氧化铁粉、15％-25％鳞片状锌粉；

所述B组分包括8％-13％的650低分子聚酰胺、1％-5％间苯二胺。

4.如权利要求3所述的重防腐涂层，其特征在于，所述环氧树脂由质量比为1:0.8-1.2的环氧树脂E-44和环氧树脂E-51组成。

5.如权利要求3或4所述的重防腐涂层，其特征在于，石墨烯的D50为7-20μm、层数＜10，优选的，所述石墨烯是由鳞片石墨经氧化处理后球磨剥离再还原制备得到。

6.如权利要求1或2所述的重防腐涂层，其特征在于，所述聚天门冬氨酸酯聚脲面漆由A组分和B组分组成，按照重量百分数计：

所述A组分包括50％-60％聚天门冬氨酸酯、2％-5％酞青绿、5％-20％滑石粉；

所述B组分包括70％-80％多异氰酸酯及其预聚体。

7.如权利要求6所述的重防腐涂层，其特征在于，所述聚天门冬氨酸酯由马来酸二甲酯、马来酸二乙酯、马来酸二异丁酯、马来酸二丁酯中的一种或多种与4,4-二环己基甲烷二胺，3,3-二甲基-4,4-二环己基甲烷二胺、六亚甲基二胺、聚环氧丙烷二胺中的一种或多种反应得到。

8.如权利要求6所述的重防腐涂层，其特征在于，所述多异氰酸酯为二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或者多种复配得到。

9.如权利要求6所述的重防腐涂层，其特征在于，多异氰酸酯预聚体为二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯的一种或多种与聚四氢呋喃醚二醇合成的预聚体，预聚体中NCO质量分数为8％-20％。

10.如权利要求1-9任一项所述的重防腐涂层在海洋工程防腐领域的应用。