CN106433258A - 一种金属重防腐用电子束辐射固化涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属重防腐用电子束辐射固化涂料，其各组分按以下质量分数配比：齐聚物50‑80％、活性稀释剂0.1‑5％、功能填料1‑10％、防锈染料5‑20％、辅助填料5‑15％，各组分的质量分数之和为100％。本发明的固化涂料采用电子束辐射固化，具有高效节能、环境友好、操作方便等优点，涂层固化深度高，厚度大，与底材之间具有较强的附着力。固化涂料中掺杂导电碳材料，在解决金属重防腐问题的同时避免吸收电子束能量，保证固化效率不受影响。本发明所述涂料具有优异的耐磨性和防腐性能，可用于金属重防腐领域，特别适用于海工重防腐领域。

Description

一种金属重防腐用电子束辐射固化涂料
技术领域
本发明属于辐射固化涂料技术领域，具体涉及一种金属重防腐用电子束辐射固化涂料。
背景技术
目前，随着人们环保意识的逐渐提高，光固化涂料作为新一代环境友好型涂料应用广泛。紫外(UV)光固化涂料是通过UV光照射使树脂固化，体系中不含有机挥发物(VOC)，固化速度较快，效率较高。但是UV能耗较大，对于形状复杂工件存在辐射“盲区”，不能有效固化，并且UV涂料固化厚度仅限于20～40μm，存在深层固化不彻底，同时在腐蚀介质存在的情况下涂层与底材的附着力不强，防腐性能和机械性能下降，目前只能用于轻防腐领域。电子束固化(EB)是以电子加速器产生的高能电子束为辐射源，诱导液体低聚物经过交联聚合而快速形成固体产物的过程。EB固化是一种室温固化技术，其固化厚度在100～1000μm，能耗低，不含VOC，不会对环境产生污染。与其他固化方式相比，EB技术具有固化速度快、穿透能力强、能耗低、涂膜性能优良等优点，在涂料、胶黏剂及油墨等领域应用广泛。EB产品在辐射固化后可立刻处理，大大提高了生产效率，固化产品的物理性能得以改善。因此，EB固化成为UV固化之后发展起来的新型环保固化技术。
关于EB固化涂料应用的领域，国内外报道较多的是在塑料、木材和纸张等基材上取代部分热固化型涂料并主要用于包装领域。专利CN 102665938 A提供一种用于在真空室中固化的电子束可固化组合物，只提到该组合物可用于涂覆金属基板，但并没有提到该电子束固化组合物的应用领域及性能测试结果。专利CN 104342011 A公开了一种无氮气保护的电子束固化的涂料/油墨、制备及固化方法，其配方中含有15-40％的稀释剂，需要先在基材上实现UV的初步固化，然后进行无氮气保护的电子束辐照固化成型，该发明提供的涂料/油墨具有一定的耐腐蚀性能，但是涂覆时需要洁净的表面环境，且采用UV-EB顺次辐射固化实际上降低了固化效率。
在EB固化防腐领域，日本、欧洲等国家也只是做到制备金属涂料用于家用铁制品带色涂层、烟道内壁不锈钢保护层等。基于EB固化的金属重防腐用涂料，特别是在国家战略性海洋工程重防腐领域中的应用几乎没有报道。
发明内容
为解决固化涂料深层固化不彻底，固化效率低，涂层与底材的附着力不强，防腐性能和机械性能不佳，无法用于条件严苛的金属重防腐领域的问题，本发明提供了一种金属重防腐用电子束辐射固化涂料。本发明基于微电池理论掺杂导电功能助剂，有效实现金属重防腐，同时基于载流子理论及隧道导电效应避免吸收电子束能量，从而保证电子束辐射固化效率不受影响。该涂料具有优异的耐磨性和防腐性能，可用于金属重防腐领域，特别适用于海工重防腐领域。
本发明的技术方案如下：
一种金属重防腐用电子束辐射固化涂料，按质量分数包含以下组分：
优选的，一种金属重防腐用电子束辐射固化涂料，按质量分数包含以下组分：
本发明所述的齐聚物为环氧树脂齐聚物、丙烯酸树脂齐聚物、石墨烯改性环氧树脂齐聚物、有机硅改性环氧树脂齐聚物、环氧丙烯酸脂、脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、氟碳树脂、有机硅改性丙烯酸脂、丙烯酸聚硅氧烷树脂中的一种或几种。环氧树脂、丙烯酸酯树脂以及聚氨酯丙烯酸酯都是综合性能优良的电子束固化预聚物，具有良好的耐磨性、耐老化性和耐腐蚀性，经过高能电子束辐射后能轻易地实现交联聚合，经石墨烯、有机硅掺杂改性后的树脂具有更好的防腐性能。上述齐聚物配合使用得到的电子束辐射固化涂料，能够有效的提高防腐性能。
本发明所述的活性稀释剂为双官能度不饱和聚酯单体、三官能度不饱和聚酯单体、四官能度不饱和聚酯单体，可选自烷氧基己二醇二丙烯酸酯、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、三(2-羟乙酯基)异氰脲酸三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯中的一种或几种。通常情况下电子束固化涂料不需要溶剂，但是为进一步调节电子束固化涂料的粘度，需要加入适量的活性稀释剂，同时赋予涂层更加优异的性能，提高涂层与基材之间的附着力，降低涂料树脂的表面张力，并改善齐聚物/聚合物与填料之间的润湿性等。
本发明所述的功能填料为导电碳材料，可以是炭黑(CB)、聚苯胺(PAn)、石墨烯(Graphene)、类石墨相氮化碳(g-C3N4)、纳米碳纤维(CNF)、碳纳米管(CNT)中的一种或几种。导电功能填料在电子束固化时，其内部特殊的分子结构起到电子传输的作用，即便是吸光性较强的炭黑材料，也不会对电子束固化的效率产生明显影响。因此，通过掺杂导电功能填料，可以在实现金属防腐的同时保证固化效率。
本发明所述的防锈染料为云母氧化铁、磷酸锌、三聚磷酸铝、硼酸锌、ST防锈粉、玻璃鳞片中的一种或几种。所述的防锈染料能强烈吸收紫外线，起到耐腐防锈作用。更重要的是，本发明所述的防锈染料在满足防锈的功能下还能保证电子束的穿透能力，对电子束的穿透不产生影响，保证固化效率。
本发明所述的辅助填料为活性硅微粉、纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米硅酸盐、纳米碳酸钙、纳米氧化锌、气相二氧化硅、气相白炭黑中的一种或几种。
本发明所述的金属重防腐用电子束辐射固化涂料采用本领域常规方法制备，将功能填料、防锈染料、辅助填料和活性稀释剂按比例混合，采用机械或超声的方法搅拌混合均匀，再加入齐聚物继续搅拌至完全混合均匀，即可制得金属重防腐用电子束辐射固化涂料。
本发明所述的金属重防腐用电子束辐射固化涂料在真空或氮气环境下经过充足的高能电子束辐射而固化。本发明所得产品固含量为100％，粘度(涂4杯@25℃)为50-70s左右，膜厚(清漆)为100-300μm，固化速度为600-1200m/min，附着力为4-5B，中性盐雾为220-350h，抗冲击性能保证两辐射固化产品对碰不起白、不开裂，且无刺激气味，无流平时间。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明的金属重防腐用电子束辐射固化涂料固化效率高，能耗低，环境友好；
(2)本发明的金属重防腐用电子束辐射固化涂料固化深度高、附着力强、涂层厚度大、防腐能力强，可用于金属重防腐领域，特别适用于海工重防腐领域；
(3)本发明的金属重防腐用电子束辐射固化涂料可以做到带锈涂装，扩大应用范围。
具体实施方式
为了更好地说明本发明，附实施例如下。需要强调的是，实施例并不意味着本发明的范围限制在实施例叙述的条件内，实施例的目的是进一步阐述本发明的内容及其可行性。
实施例1
一种金属重防腐用电子束辐射固化涂料，其各组分按以下质量分数配比：
环氧树脂齐聚物 40g
有机硅改性环氧树脂齐聚物 20g
烷氧基己二醇二丙烯酸酯 5g
炭黑 10g
云母氧化铁 5g
磷酸锌 10g
纳米氧化铝 10g
实施例2
一种金属重防腐用电子束辐射固化涂料，其各组分按以下质量分数配比：
环氧丙烯酸脂 35g
有机硅改性环氧树脂齐聚物 35g
三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯 2g
三(2-羟乙酯基)异氰脲酸三丙烯酸酯 1g
炭黑 0.5g
聚苯胺 0.5g
磷酸锌 7g
三聚磷酸铝 7g
气相二氧化硅 4g
纳米氧化铝 4g
纳米碳酸钙 4g
实施例3
一种金属重防腐用电子束辐射固化涂料，其各组分按以下质量分数配比：
丙烯酸树脂齐聚物 15g
有机硅改性环氧树脂齐聚物 25g
有机硅改性丙烯酸脂 30g
烷氧基己二醇二丙烯酸酯 0.2g
三(2-羟乙酯基)异氰脲酸三丙烯酸酯 0.2g
二季戊四醇六丙烯酸酯 0.1g
石墨烯 4.5g
ST防锈粉 10g
纳米硅酸盐 5g
气相白炭黑 10g
实施例4
一种金属重防腐用电子束辐射固化涂料，其各组分按以下质量分数配比：
环氧树脂齐聚物 40g
石墨烯改性环氧树脂齐聚物 20g
二季戊四醇五丙烯酸酯 0.5g
二季戊四醇六丙烯酸酯 0.5g
聚苯胺 3g
纳米碳纤维 1g
云母氧化铁 10g
三聚磷酸铝 10g
铁红粉 10g
纳米氧化铝 2.5g
纳米氧化锌 2.5g
实施例5
一种金属重防腐用电子束辐射固化涂料，其各组分按以下质量分数配比：
丙烯酸聚硅氧烷树脂 40g
脂肪族聚氨酯丙烯酸树脂 40g
二季戊四醇六丙烯酸酯 0.1g
类石墨相氮化碳 2.45g
聚苯胺 2.45g
磷酸锌 5g
ST防锈粉 5g
纳米硅酸盐 5g
实施例6
一种金属重防腐用电子束辐射固化涂料，其各组分按以下质量分数配比：
氟乙烯-烃基乙烯基醚共聚物 60g
烷氧基己二醇二丙烯酸酯 2.5g
三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯 2.5g
类石墨相氮化碳 2g
碳纳米管 2g
云母氧化铁 7g
三聚磷酸铝 7g
磷酸锌 7g
气相二氧化硅 7.5g
气相白炭黑 2.5g
实施例7
一种金属重防腐用电子束辐射固化涂料，其各组分按以下质量分数配比：
环氧树脂 25g
石墨烯改性的环氧树脂 25g
二季戊四醇五丙烯酸酯 2g
二季戊四醇六丙烯酸酯 2g
聚苯胺 4.5g
纳米碳纤维 4.5g
玻璃鳞片 25g
纳米氧化铝 4g
纳米氧化锌 8g
对比例1
一种电子束辐射固化涂料，其各组分按以下质量分数配比：
环氧树脂齐聚物 40g
有机硅改性环氧树脂齐聚物 20g
炭黑 10g
云母氧化铁 5g
磷酸锌 10g
纳米氧化铝 10g
对比例2
一种电子束辐射固化涂料，其各组分按以下质量分数配比：
环氧丙烯酸脂 35g
有机硅改性环氧树脂齐聚物 35g
三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯 2g
三(2-羟乙酯基)异氰脲酸三丙烯酸酯 1g
磷酸锌 7g
三聚磷酸铝 7g
气相二氧化硅 4g
纳米氧化铝 4g
纳米碳酸钙 4g
对比例3
一种电子束辐射固化涂料，其各组分按以下质量分数配比：
丙烯酸树脂齐聚物 15g
有机硅改性环氧树脂齐聚物 25g
有机硅改性丙烯酸脂 30g
烷氧基己二醇二丙烯酸酯 0.2g
三(2-羟乙酯基)异氰脲酸三丙烯酸酯 0.2g
二季戊四醇六丙烯酸酯 0.1g
ST防锈粉 10g
纳米硅酸盐 5g
气相白炭黑 10g
对比例4
一种电子束辐射固化涂料，其各组分按以下质量分数配比：
环氧树脂齐聚物 40g
石墨烯改性环氧树脂齐聚物 20g
二季戊四醇五丙烯酸酯 0.5g
二季戊四醇六丙烯酸酯 0.5g
聚苯胺 3g
纳米碳纤维 1g
纳米氧化铝 2.5g
纳米氧化锌 2.5g
对比例5
一种电子束辐射固化涂料，其各组分按以下质量分数配比：
氟乙烯-烃基乙烯基醚共聚物 60g
烷氧基己二醇二丙烯酸酯 2.5g
三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯 2.5g
类石墨相氮化碳 5g
碳纳米管 5g
云母氧化铁 5g
三聚磷酸铝 5g
磷酸锌 5g
经过对各实施例以及对比例样品进行检测表征，得到性能数据如下表所示：
将涂料涂覆于金属件上，金属件为80mm×80mm的板材，在辐射电压400KeV，电子加速器传动车速200m/min，束流100mA，电子束剂量40KGy，氮气浓度200mg/L，固化温度25℃条件下进行固化。参照国家标准GB1725-79《涂料固体含量测定法》进行涂料的固含量测定；参照国家标准GB/T 1723-1993《涂料粘度测定法》，使用涂-4粘度计在25℃下测定所得涂料的粘度；根据国家标准GB/T 13452.2-2008《色漆和清漆漆膜厚度的测定》测定涂料清漆的膜厚；固化速度(m/min)参照国家标准GB/T 9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格实验》进行涂层的附着力测试；参照国家标准GB/T10125-2012《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》进行盐雾试验；根据国家标准GB/T1732-1993《漆膜耐冲击测定法》进行涂料的抗冲击性能测试。
对比实施例与对比例的测试结果可以看出，当涂料体系中缺失某种必要成分时，涂料的各项性能均有不同程度的下降。对比实施例1和对比例1可以发现，体系中不含活性稀释剂时，涂料体系的粘度增加，固化速度和附着力降低，中性盐雾也有所下降。对比实施例2与对比例2以及实施例3与对比例3可以发现，当涂料体系缺少功能填料时，固化速度和附着力依然降低，中性盐雾急剧下降，抗腐蚀能力严重受损。对比实施例4和对比例4可以发现，当涂料体系不含防锈染料时，粘度和附着力有下降，中性盐雾同样受到严重影响。对比实施例7和对比例5可以发现，当涂料体系不含辅助填料时，粘度和固化速度稍有降低，膜厚、附着力以及中性盐雾减小较多，抗腐蚀能力严重削弱。

Claims (9)

1.一种金属重防腐用电子束辐射固化涂料，其特征在于，按质量分数包含以下组分：
2.根据权利要求1所述的金属重防腐用电子束辐射固化涂料，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述的金属重防腐用电子束辐射固化涂料，其特征在于，所述的齐聚物为环氧树脂齐聚物、丙烯酸树脂齐聚物、石墨烯改性环氧树脂齐聚物、有机硅改性环氧树脂齐聚物、环氧丙烯酸脂、脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、氟碳树脂、有机硅改性丙烯酸脂、丙烯酸聚硅氧烷树脂中的一种或几种。
4.根据权利要求1或2所述的金属重防腐用电子束辐射固化涂料，其特征在于，所述的活性稀释剂选自双官能度不饱和聚酯单体、三官能度不饱和聚酯单体或四官能度不饱和聚酯单体的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的金属重防腐用电子束辐射固化涂料，其特征在于，所述的活性稀释剂选自烷氧基己二醇二丙烯酸酯、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、三(2-羟乙酯基)异氰脲酸三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯中的一种或几种。
6.根据权利要求1或2所述的金属重防腐用电子束辐射固化涂料，其特征在于，所述的功能填料为导电碳材料。
7.根据权利要求6所述的金属重防腐用电子束辐射固化涂料，其特征在于，所述的功能填料选自炭黑、聚苯胺、石墨烯、类石墨相氮化碳、纳米碳纤维、碳纳米管中的一种或几种。
8.根据权利要求1或2所述的金属重防腐用电子束辐射固化涂料，其特征在于，所述的防锈染料为云母氧化铁、磷酸锌、三聚磷酸铝、硼酸锌、ST防锈粉、玻璃鳞片中的一种或几种。
9.根据权利要求1或2所述的金属重防腐用电子束辐射固化涂料，其特征在于，所述的辅助填料为活性硅微粉、纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米硅酸盐、纳米碳酸钙、纳米氧化锌、气相二氧化硅、气相白炭黑中的一种或几种。
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