CN106893441A - 一种环氧树脂-纳米钛界面化学键合防腐涂料及制备方法 - Google Patents

一种环氧树脂-纳米钛界面化学键合防腐涂料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属涂料技术领域，具体涉及一种环氧树脂-纳米钛界面化学键合防腐涂料及其制备方法。首先，接枝环氧树脂的纳米钛填料易与涂料树脂充分的互溶和润湿，纳米钛填料不仅可均匀分散在涂料的环氧树脂中，还能与涂料树脂、固化剂交联在一起，获得环氧树脂-纳米钛界面化学键合防腐涂层。其次，接枝环氧树脂的金属钛颗粒尺寸处于纳米级，具有巨大的比表面积和表面纳米效应，可与涂层内的树脂形成牢固的界面结合力，极大地消除防腐涂层的缺陷和孔隙，抑制防腐涂层发生脆化开裂、膜下腐蚀等现象，提升涂层的防腐蚀能力。最后，纳米钛填料耐磨损、强度高、热稳定性好、从而显著提高防腐涂层的耐磨性能、机械性能和耐热能。

Description

一种环氧树脂-纳米钛界面化学键合防腐涂料及制备方法
技术领域
本发明属涂料技术领域，具体涉及一种环氧树脂-纳米钛界面化学键合防腐涂料及其制备方法。
背景技术
国内外大量的防腐工程和科学实验证明，环氧树脂基涂料具有优异的防腐性能，是防腐涂料的主要品种，其产量约占防腐涂料的一半以上，然而不加填料的环氧清漆的防腐蚀寿命较短，而且环氧清漆不耐磨、不耐热、强度低，因此无法满足对金属基材的腐蚀防护要求。纳米钛填料是钛金属的纳米级颗粒，具有颗粒尺寸小、比表面积大、化学性质稳定、耐高温、密度低、强度高、耐酸碱、耐湿氯气腐蚀等特点。可见若将纳米钛填料均匀分散在环氧涂层中，势必大幅提高涂层的综合性能。但纳米钛颗粒与环氧树脂的分子结构差异较大，彼此间的界面相容性不佳，纳米钛颗粒作为填料极易在环氧涂料中发生团聚、析出、沉淀等问题，势必造成涂料储存稳定性差，涂料涂装固化所制备的涂层性能劣化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环氧树脂-纳米钛界面化学键合防腐涂料及其制备方法，利用涂料的研磨过程在纳米钛填料表面接枝环氧树脂，解决纳米钛填料与环氧树脂界面相容性不佳的技术难题。
本发明的技术方案是：
一种环氧树脂-纳米钛界面化学键合防腐涂料，该涂料由A组份和B组份组成，按质量份计，包括如下组分和用量：
(1)A组份：
(2)B组份：
固化剂 0.1～100。
所述的环氧树脂-纳米钛界面化学键合防腐涂料，优选的，按质量份计，包括如下组分和用量：
(1)A组份：
(2)B组份：
固化剂 1～60。
所述的环氧树脂-纳米钛界面化学键合防腐涂料，其中：
A组份中环氧树脂的分子上带有两个以上的环氧官能团，环氧树脂分子为脂肪族结构或芳香族结构；
A组份中纳米钛填料的纯度>95wt％，纳米钛填料的颗粒尺寸<100nm；
A组份中钛酸酯的分子上至少带一个有烷氧基，或者带有羧基、烷基、磺酸基或磷基；
A组份中助剂为消泡剂、流平剂、附着力促进剂、催干剂、增韧剂、增稠剂、抗结皮剂、消光剂、光稳定剂、防霉剂、抗静电剂中的一种或两种以上的任意组合；
A组份中稀释剂为甲苯、二甲苯、正丁醇、乙醇、异丙醇、丙酮中的一种或两种以上的任意组合。
所述的环氧树脂-纳米钛界面化学键合防腐涂料，B组份的固化剂分为两类：第一类是胺类化合物，且胺类化合物的分子上带有两个以上的N-H结构，固化剂分子为脂肪族结构或芳香族结构；第二类是二元酸、多元酸或其酸酐，固化剂分子为脂肪族结构或芳香族结构。
所述的环氧树脂-纳米钛界面化学键合防腐涂料的制备方法，将环氧树脂、纳米钛填料、稀释剂加入至涂料分散设备中分散均匀，分散后的物料加入涂料研磨设备中开启研磨；接着加入钛酸酯继续在室温至120℃研磨20～180分钟，使钛酸酯同时与纳米钛填料以及环氧树脂反应，得到接枝环氧树脂的纳米钛填料；最后加入助剂研磨5～30分钟，得到涂料的A组份；将涂料的A组份、B组份均匀混合在一起，调配成待涂装的涂料。
所述的环氧树脂-纳米钛界面化学键合防腐涂料的制备方法，涂料的涂装工艺包括以下步骤：①对金属基材进行喷砂或砂纸打磨处理，除去金属基材表面的锈和其他杂物，然后采用无水乙醇或丙酮清洗金属基体除去油污，晾干后得到洁净的金属基体放入干燥器内保存或直接使用；②采用刷涂、喷涂或浸渍制备涂层，涂层厚度由涂装次数控制，每次喷涂厚度为10～150μm；③涂装后的涂层在室温下固化或者在加热的条件下固化。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明环氧树脂-纳米钛界面化学键合防腐涂料，由A组份、B组份组成，其中A组份中含有接枝环氧树脂的纳米钛填料可与涂料中的环氧树脂、固化剂交联在一起，获得环氧树脂-纳米钛界面化学键合防腐涂层；B组份为固化剂，主要特点是该涂料生产工艺简单，涂料涂装获得的涂层兼有环氧树脂的耐腐蚀性能以及纳米钛填料耐磨损、强度高、热稳定性好等优点。
2、与直接添加纳米钛填料的涂层相比，本发明涂层附着力可提高3～30％，涂层的吸水率可降低5～25％，涂层的强度可提高10～30％，涂层的耐盐雾时间可提高15～70％，涂层的耐磨性可提高10～55％。
3、本发明所涉及涂料的原料广泛易得，可在通用的涂料制造设备上生产，涂料可采用涂刷、喷涂、浸渍等多种方法涂装。涂料涂装固化后的防腐涂层可以单独使用，也可以与相应的中间漆或面漆配套使用。涂料涂装后获得的涂层，具有防腐蚀、耐磨损、强度高、热稳定性好等特点。
具体实施方式
在具体实施过程中，防腐涂料内含有接枝环氧树脂的纳米钛填料，该填料无需预处理工艺，直接通过钛酸酯为桥接在涂料的研磨过程中让纳米钛填料与环氧树脂反应制备。纳米钛表面接枝的环氧树脂与涂料中的环氧树脂之间相容性良好，解决了无机纳米钛填料在有机环氧树脂中因表面分子结构差异较大导致的界面相容性不佳的问题，避免了防腐涂料中填料团聚、析出、沉淀等弊病。首先，接枝环氧树脂的纳米钛填料易与涂料树脂充分的互溶和润湿，纳米钛填料不仅可均匀分散在涂料的环氧树脂中，还能与涂料树脂、固化剂交联在一起，获得环氧树脂-纳米钛界面化学键合防腐涂层。其次，接枝环氧树脂的金属钛颗粒尺寸处于纳米级，具有巨大的比表面积和表面纳米效应，可与涂层内的树脂形成牢固的界面结合力，极大地消除防腐涂层的缺陷和孔隙，抑制防腐涂层发生脆化开裂、膜下腐蚀等现象，提升涂层的防腐蚀能力。最后，纳米钛填料耐磨损、强度高、热稳定性好、从而显著提高防腐涂层的耐磨性能、机械性能和耐热能。
下面，结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
将100克环氧当量160～180(g.mol-1)的双酚F型环氧树脂、1克粒径为50nm的纳米钛填料加入至涂料分散设备中分散均匀，分散后的物料加入涂料研磨设备中开启研磨，接着加入1克钛酸四丁酯继续在室温研磨180分钟，让钛酸四丁酯同时与纳米钛填料以及环氧树脂反应，制备接枝环氧树脂的纳米钛填料。最后加入19克增韧剂、0.2克抗结皮剂、0.2克消光剂、0.2克光稳定剂、0.2克防霉剂、0.2克抗静电剂研磨30分钟得到涂料的A组份，注入罐装储存。接着向涂料A组份中加入60克腰果壳胺作为固化剂，搅拌均匀后用刷子将涂料涂装于金属试片表面，于室温下固化两周。以相同质量的未接枝环氧树脂的纳米钛添加到相同配方的涂料内做对比。涂层附着力可提高3％，涂层的吸水率可降低5％，涂层的强度可提高10％，涂层的耐盐雾时间可提高15％，涂层的耐磨性可提高10％。
实施例2
将100克环氧当量165～185(g.mol-1)的双酚F型环氧树脂、200克粒径为20nm的纳米钛填料、210克二甲苯、90克正丁醇加入至涂料分散设备中分散均匀，分散后的物料加入涂料研磨设备中开启研磨，接着加入30克钛酸四异丙酯继续在室温研磨80分钟，让钛酸四异丙酯同时与纳米钛填料以及环氧树脂反应，制备接枝环氧树脂的纳米钛填料。最后加入1克消泡剂、0.2克流平剂、0.2克增稠剂研磨10分钟得到涂料的A组份，注入罐装储存。接着向涂料A组份中加入1克二乙三烯作为固化剂，搅拌均匀后用喷枪将涂料涂装于金属试片表面，于室温下固化一周。以相同质量的未接枝环氧树脂的纳米钛添加到相同配方的涂料内做对比。涂层附着力可提高5％，涂层的吸水率可降低10％，涂层的强度可提高20％，涂层的耐盐雾时间可提高25％，涂层的耐磨性可提高55％。
实施例3
将100克环氧当量200～220(g.mol-1)的脂肪族环氧树脂、10克粒径为70nm的纳米钛填料、30克丙酮、20克异丙醇加入至涂料分散设备中分散均匀，分散后的物料加入涂料研磨设备中开启研磨，接着加入5克异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯继续在室温研磨150分钟，让异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯同时与纳米钛填料以及环氧树脂反应，制备接枝环氧树脂的纳米钛填料。最后加入0.7克消泡剂、0.2克流平剂、0.8克增稠剂研磨10分钟得到涂料的A组份，注入罐装储存。接着向涂料A组份中加入17克四乙烯五胺作为固化剂，搅拌均匀后用浸渍法将涂料涂装于金属试片表面，于室温下固化二周。以相同质量的未接枝环氧树脂的纳米钛添加到相同配方的涂料内做对比。涂层附着力可提高30％，涂层的吸水率可降低5％，涂层的强度可提高30％，涂层的耐盐雾时间可提高30％，涂层的耐磨性可提高35％。
实施例4
将100克环氧当量185～195(g.mol-1)的酚醛环氧树脂、70克粒径为40nm的纳米钛填料、60克乙醇加入至涂料分散设备中分散均匀，分散后的物料加入涂料研磨设备中开启研磨，接着加入5克异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯继续在室温研磨180分钟，让异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯同时与纳米钛填料以及环氧树脂反应，制备接枝环氧树脂的纳米钛填料。最后加入0.3克增稠剂、0.3克抗结皮剂、0.2克消光剂、0.2克防霉剂研磨20分钟得到涂料的A组份，注入罐装储存。接着向涂料A组份中加入35克曼尼希多胺作为固化剂，搅拌均匀后用喷枪将涂料涂装于金属试片表面，于室温下固化二周。以相同质量的未接枝环氧树脂的纳米钛添加到相同配方的涂料内做对比。涂层附着力可提高19％，涂层的吸水率可降低17％，涂层的强度可提高25％，涂层的耐盐雾时间可提高20％，涂层的耐磨性可提高40％。
实施例5
将100克环氧当量210～244(g.mol-1)的双酚A型环氧树脂、15克粒径为25nm的纳米钛填料、100克甲苯加入至涂料分散设备中分散均匀，分散后的物料加入涂料研磨设备中开启研磨，接着加入5克异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯继续在120℃研磨20分钟，让异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯同时与纳米钛填料以及环氧树脂反应，制备接枝环氧树脂的纳米钛填料。最后加入1克增韧剂、0.2克消泡剂、0.2克流平剂研磨5分钟得到涂料的A组份，注入罐装储存。接着向涂料A组份中加入21克均苯四酸二酐作为固化剂，搅拌均匀后用喷枪将涂料涂装于金属试片表面，于200℃下固化24小时。以相同质量的未接枝环氧树脂的纳米钛添加到相同配方的涂料内做对比。涂层附着力可提高29％，涂层的吸水率可降低17％，涂层的强度可提高13％，涂层的耐盐雾时间可提高52％，涂层的耐磨性可提高29％。
实施例6
将100克环氧当量455～556(g.mol-1)的双酚A型环氧树脂、30克粒径为50nm的纳米钛填料、150克二甲苯加入至涂料分散设备中分散均匀，分散后的物料加入涂料研磨设备中开启研磨，接着加入7克双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯和三乙醇胺的螯合物继续在80℃研磨120分钟，让双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯和三乙醇胺的螯合物同时与纳米钛填料以及环氧树脂反应，制备接枝环氧树脂的纳米钛填料。最后加入5克增韧剂、0.2克消泡剂、0.2克流平剂研磨10分钟得到涂料的A组份，注入罐装储存。接着向涂料A组份中加入33克聚酰胺(650)作为固化剂，搅拌均匀后用喷枪将涂料涂装于金属试片表面，于室温下固化两周。以相同质量的未接枝环氧树脂的纳米钛添加到相同配方的涂料内做对比。涂层附着力可提高20％，涂层的吸水率可降低5％，涂层的强度可提高17％，涂层的耐盐雾时间可提高70％，涂层的耐磨性可提高15％。
实施例7
将100克环氧当量210～244(g.mol-1)的双酚A型环氧树脂、20克粒径为40nm的纳米钛填料、50克丙酮加入至涂料分散设备中分散均匀，分散后的物料加入涂料研磨设备中开启研磨，接着加入6克双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯继续在60℃研磨120分钟，让双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯同时与纳米钛填料以及环氧树脂反应，制备接枝环氧树脂的纳米钛填料。最后加入8克增韧剂、0.2克消泡剂、0.3克流平剂研磨10分钟得到涂料的A组份，注入罐装储存。接着向涂料A组份中加入30克腰果壳胺作为固化剂，搅拌均匀后用喷枪将涂料涂装于金属试片表面，于室温下固化两周。以相同质量的未接枝环氧树脂的纳米钛添加到相同配方的涂料内做对比。涂层附着力可提高10％，涂层的吸水率可降低15％，涂层的强度可提高28％，涂层的耐盐雾时间可提高55％，涂层的耐磨性可提高20％。
实施例8
将100克环氧当量455～556(g.mol-1)的双酚F型环氧树脂、5克粒径为90nm的纳米钛填料、30克乙醇加入至涂料分散设备中分散均匀，分散后的物料加入涂料研磨设备中开启研磨，接着加入2克钛酸四异丙酯继续在60℃研磨120分钟，让钛酸四异丙酯同时与纳米钛填料以及环氧树脂反应，制备接枝环氧树脂的纳米钛填料。最后加入5克增韧剂、0.2克消泡剂、0.3克流平剂研磨10分钟得到涂料的A组份，注入罐装储存。接着向涂料A组份中加入32克腰果壳胺作为固化剂，搅拌均匀后用喷枪将涂料涂装于金属试片表面，于室温下固化两周。以相同质量的未接枝环氧树脂的纳米钛添加到相同配方的涂料内做对比。涂层附着力可提高8％，涂层的吸水率可降低12％，涂层的强度可提高25％，涂层的耐盐雾时间可提高35％，涂层的耐磨性可提高12％。
实施例9
将100克455～556(g.mol-1)的双酚A型环氧树脂、65克粒径为70nm的纳米钛填料、30克甲苯、30克异丙醇加入至涂料分散设备中分散均匀，分散后的物料加入涂料研磨设备中开启研磨，接着加入5克钛酸四丁酯继续在室温研磨100分钟，让钛酸四丁酯同时与纳米钛填料以及环氧树脂反应，制备接枝环氧树脂的纳米钛填料。最后加入12克增韧剂、0.2克消泡剂、0.3克流平剂研磨10分钟得到涂料的A组份，注入罐装储存。接着向涂料A组份中加入35克腰果壳胺作为固化剂，搅拌均匀后用喷枪将涂料涂装于金属试片表面，于室温下固化两周。以相同质量的未接枝环氧树脂的纳米钛添加到相同配方的涂料内做对比。涂层附着力可提高12％，涂层的吸水率可降低8％，涂层的强度可提高18％，涂层的耐盐雾时间可提高32％，涂层的耐磨性可提高10％。
实施例10
将100克环氧当量160～180(g.mol-1)的双酚F型环氧树脂、9克粒径为30nm的纳米钛填料加入至涂料分散设备中分散均匀，分散后的物料加入涂料研磨设备中开启研磨，接着加入3克钛酸四丁酯继续在100℃研磨45分钟，让钛酸四丁酯同时与纳米钛填料以及环氧树脂反应，制备接枝环氧树脂的纳米钛填料。最后加入12克增韧剂、0.2克催干剂、0.5克消泡剂研磨10分钟得到涂料的A组份，注入罐装储存。接着向涂料A组份中加入25克腰果壳胺作为固化剂，搅拌均匀后用刷子将涂料涂装于金属试片表面，于室温下固化两周。以相同质量的未接枝环氧树脂的纳米钛添加到相同配方的涂料内做对比。涂层附着力可提高15％，涂层的吸水率可降低10％，涂层的强度可提高25％，涂层的耐盐雾时间可提高35％，涂层的耐磨性可提高18％。
另外，以上所述，仅是本发明较佳可行的实施例而已，不能以此局限本发明之权利范围，所述一种环氧树脂-纳米钛界面化学键合防腐涂料及其制备方法，还可应用于其它有机涂料。因此，依本发明的技术方案和技术思路做出其它各种相应的改变和变形，仍属本发明所涵盖的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种环氧树脂-纳米钛界面化学键合防腐涂料，其特征在于，该涂料由A组份和B组份组成，按质量份计，包括如下组分和用量：
(1)A组份：
(2)B组份：
固化剂 0.1～100。
2.按照权利要求1所述的环氧树脂-纳米钛界面化学键合防腐涂料，其特征在于，优选的，按质量份计，包括如下组分和用量：
(1)A组份：
(2)B组份：
固化剂 1～60。
3.按照权利要求1或2所述的环氧树脂-纳米钛界面化学键合防腐涂料，其特征在于，其中：
A组份中环氧树脂的分子上带有两个以上的环氧官能团，环氧树脂分子为脂肪族结构或芳香族结构；
A组份中纳米钛填料的纯度>95wt％，纳米钛填料的颗粒尺寸<100nm；
A组份中钛酸酯的分子上至少带一个有烷氧基，或者带有羧基、烷基、磺酸基或磷基；
A组份中助剂为消泡剂、流平剂、附着力促进剂、催干剂、增韧剂、增稠剂、抗结皮剂、消光剂、光稳定剂、防霉剂、抗静电剂中的一种或两种以上的任意组合；
A组份中稀释剂为甲苯、二甲苯、正丁醇、乙醇、异丙醇、丙酮中的一种或两种以上的任意组合。
4.按照权利要求1或2所述的环氧树脂-纳米钛界面化学键合防腐涂料，其特征在于，B组份的固化剂分为两类：第一类是胺类化合物，且胺类化合物的分子上带有两个以上的N-H结构，固化剂分子为脂肪族结构或芳香族结构；第二类是二元酸、多元酸或其酸酐，固化剂分子为脂肪族结构或芳香族结构。
5.一种权利要求1或2所述的环氧树脂-纳米钛界面化学键合防腐涂料的制备方法，其特征在于，将环氧树脂、纳米钛填料、稀释剂加入至涂料分散设备中分散均匀，分散后的物料加入涂料研磨设备中开启研磨；接着加入钛酸酯继续在室温至120℃研磨20～180分钟，使钛酸酯同时与纳米钛填料以及环氧树脂反应，得到接枝环氧树脂的纳米钛填料；最后加入助剂研磨5～30分钟，得到涂料的A组份；将涂料的A组份、B组份均匀混合在一起，调配成待涂装的涂料。
6.按照权利要求5所述的环氧树脂-纳米钛界面化学键合防腐涂料的制备方法，其特征在于，涂料的涂装工艺包括以下步骤：①对金属基材进行喷砂或砂纸打磨处理，除去金属基材表面的锈和其他杂物，然后采用无水乙醇或丙酮清洗金属基体除去油污，晾干后得到洁净的金属基体放入干燥器内保存或直接使用；②采用刷涂、喷涂或浸渍制备涂层，涂层厚度由涂装次数控制，每次喷涂厚度为10～150μm；③涂装后的涂层在室温下固化或者在加热的条件下固化。
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