CN107163826A - 一种纳米陶瓷聚合物重防腐涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于防腐涂料技术领域，尤其涉及一种纳米陶瓷聚合物重防腐涂料及其制备方法。本发明将聚苯胺防腐蚀组分和锌粉结合起来，起到双重的协同防腐蚀作用，防腐蚀性能明显增强。并且能大幅度的降低锌粉的用量；在聚氨酯预聚体中加入浓磷酸，能够控制制备的防腐涂料的酸碱度保持中性，有利于防腐涂料的广泛应用；涂料中使用的复合粉体以氧化石墨烯、五氧化二钒和蒙脱石等无机物作为基体材料，从而大大降低有机物质的使用，制得水溶性环保型防腐涂料；此外，氧化石墨烯、五氧化二钒和蒙脱石均具有良好的耐环境性能和力学性能，从而提高防腐涂料的使用寿命；聚苯胺与氧化石墨烯产生协同效应，具有良好的金属防腐功能。
Description
技术领域
本发明属于防腐涂料技术领域，尤其涉及一种纳米陶瓷聚合物重防腐涂料及其制备方法。
背景技术
传统涂层由于受自身材料性质及工艺的限制，对基体金属的腐蚀防护作用不甚理想，而且有相当一部分涂层因含铅或铬酸盐等毒害物质，在制备及使用过程中存在污染环境的危险，这与社会经济可持续发展战略的要求不相适应。目前应用较为普遍的防腐蚀涂料大多为环氧富锌漆，但在现有技术中，基于环氧富锌底漆的干膜金属锌含量在80％以上，涂层的附着力、耐冲击的机械性能会随着锌含量的提高而降低，耐盐雾性能亦会有所降低，这样在施工过程中涂层易被外力破坏而影响涂层的防腐蚀性能。传统环氧富锌漆的锌含量较高，不但经济成本较高，而且在焊接时产生的氧化锌雾气较大。低锌型环氧富锌漆的防腐蚀效果又不甚理想。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种纳米陶瓷聚合物重防腐涂料及其制备方法。
一种纳米陶瓷聚合物重防腐涂料，其组分按如下重量份数组成：30-40份聚氨酯预聚体、15-25份改性丙烯酸酯、10-16份聚苯胺、20-55份复合粉体、10-15份环氧树脂、15-25份纳米陶瓷、6-10份二氧化锆、3-6份氧化钇、5-8份玻璃丝绵、1-6份瓷粉、1-10份高岭土、1-8份云母粉、8-12份锌粉、2-5份颜料和0.5-1.0份硅类消泡剂。
其中，所述的颜料为钛白粉、炭黑或氧化铁红。
其中，所述的聚氨酯预聚体制备方法为：
(1)将80-90份聚醚二元醇加入反应釜，设定油浴加热装置的温度为110℃，开启真空泵，真空度达到-0.09MPa后开启搅拌装置，脱水处理4h；
(2)向反应釜中加入0.002-0.005份、98wt％浓磷酸，保持-0.09MPa的真空度和搅拌状态，关闭油浴加热装置，开启冷凝水将反应釜内温度降至45±5℃,停止搅拌，关闭真空阀，开启氮气保护；
(3)继续向反应釜中加入14.5-18份异氰酸酯，开启真空泵，真空度达到-0.09MPa后开启搅拌装置，关闭冷凝水，在80℃条件下反应1.5h后，开启冷凝水将反应釜内胶液温度降至50±5℃；
(4)最后，向反应釜中加入0.8-1.5份脱水剂Ti，冷凝水将反应釜内胶液温度降至35±5℃后，停止搅拌，制成聚氨酯预聚体。
其中，所述复合粉体的制备方法为：将0.5-5份氧化石墨烯、10-20份五氧化二钒、10-25份蒙脱石和3-10份苯胺混合，再加入5-20份十二烷基苯磺酸和1.5-7份硫酸铵，发生聚合反应后，去除反应悬浮液中的溶液，得到复合粉体。
上述纳米陶瓷聚合物重防腐涂料的制备方法，步骤如下：
(1)将30-40份聚氨酯预聚体、15-25份改性丙烯酸酯、10-16份聚苯胺、20-55份复合粉体、10-15份环氧树脂、15-25份纳米陶瓷、5-8份玻璃丝绵和0.5-1.0份硅类消泡剂混合；
(2)将6-10份二氧化锆、3-6份氧化钇、1-6份瓷粉、1-10份高岭土、1-8份云母粉、8-12份锌粉和2-5份颜料采用纳米超细化处理，使粒度达到100-500nm，得到混合纳米粉料；
(3)将步骤(1)的混合与步骤(2)的混合纳米粉料混合，充分分散，搅拌均匀，经过过滤后，得到涂料。
本发明的优点和有益效果在于：
1、本发明将聚苯胺防腐蚀组分和锌粉结合起来，起到双重的协同防腐蚀作用，防腐蚀性能明显增强。并且能大幅度的降低锌粉的用量，制备简易施工方便，可应用于石油化工设备、管道、码头设施和船舶等的防腐工程。
2、本发明在聚氨酯预聚体中加入浓磷酸，能够控制制备的防腐涂料的酸碱度保持中性，有利于防腐涂料的广泛应用。
3、本发明涂料中使用的复合粉体以氧化石墨烯、五氧化二钒和蒙脱石等无机物作为基体材料，从而大大降低有机物质的使用，制得水溶性环保型防腐涂料；此外，氧化石墨烯、五氧化二钒和蒙脱石均具有良好的耐环境性能和力学性能，从而提高防腐涂料的使用寿命；聚苯胺与氧化石墨烯产生协同效应，具有良好的金属防腐功能。
4、本发明使用稀土氧化物和玻璃丝绵，使制得的涂料隔热效果好，提高防火性能。
5、本发明制得的防腐涂料为纳米粉体，能够降低金属材料表面的涂装厚度，制备方法简单，生产成本低，易于工业化批量生产。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
一种纳米陶瓷聚合物重防腐涂料，其组分按如下重量份数组成：30g聚氨酯预聚体、15g改性丙烯酸酯、10g聚苯胺、30g复合粉体、15g环氧树脂、20g纳米陶瓷、6g二氧化锆、3g氧化钇、7g玻璃丝绵、1g瓷粉、6g高岭土、5g云母粉、8g锌粉、2g钛白粉和0.5g硅类消泡剂。
其中，所述的聚氨酯预聚体制备方法为：
(1)将80g聚醚二元醇加入反应釜，设定油浴加热装置的温度为110℃，开启真空泵，真空度达到-0.09MPa后开启搅拌装置，脱水处理4h；
(2)向反应釜中加入0.002g、98wt％浓磷酸，保持-0.09MPa的真空度和搅拌状态，关闭油浴加热装置，开启冷凝水将反应釜内温度降至45±5℃,停止搅拌，关闭真空阀，开启氮气保护；
(3)继续向反应釜中加入18g异氰酸酯，开启真空泵，真空度达到-0.09MPa后开启搅拌装置，关闭冷凝水，在80℃条件下反应1.5h后，开启冷凝水将反应釜内胶液温度降至50±5℃；
(4)最后，向反应釜中加入1g脱水剂Ti，冷凝水将反应釜内胶液温度降至35±5℃后，停止搅拌，制成聚氨酯预聚体。
其中，所述复合粉体的制备方法为：将0.5g氧化石墨烯、20g五氧化二钒、10g蒙脱石和5g苯胺混合，再加入10g十二烷基苯磺酸和5g硫酸铵，发生聚合反应后，去除反应悬浮液中的溶液，得到复合粉体。
上述纳米陶瓷聚合物重防腐涂料的制备方法，步骤如下：
(1)将30g聚氨酯预聚体、15g改性丙烯酸酯、10g聚苯胺、30g复合粉体、15g环氧树脂、20g纳米陶瓷、7g玻璃丝绵和0.5g硅类消泡剂混合；
(2)将6g二氧化锆、3g氧化钇、1g瓷粉、6g高岭土、5g云母粉、8g锌粉和2g钛白粉采用纳米超细化处理，使粒度达到100-500nm，得到混合纳米粉料；
(3)将步骤(1)的混合与步骤(2)的混合纳米粉料混合，充分分散，搅拌均匀，经过过滤后，得到涂料。
实施例2
一种纳米陶瓷聚合物重防腐涂料，其组分按如下重量份数组成：35g聚氨酯预聚体、20g改性丙烯酸酯、13g聚苯胺、20g复合粉体、10g环氧树脂、15g纳米陶瓷、10g二氧化锆、6g氧化钇、5g玻璃丝绵、3g瓷粉、1g高岭土、1g云母粉、12g锌粉、4g炭黑和0.8g硅类消泡剂。
其中，所述的聚氨酯预聚体制备方法为：
(1)将90g聚醚二元醇加入反应釜，设定油浴加热装置的温度为110℃，开启真空泵，真空度达到-0.09MPa后开启搅拌装置，脱水处理4h；
(2)向反应釜中加入0.004g、98wt％浓磷酸，保持-0.09MPa的真空度和搅拌状态，关闭油浴加热装置，开启冷凝水将反应釜内温度降至45±5℃,停止搅拌，关闭真空阀，开启氮气保护；
(3)继续向反应釜中加入14.5g异氰酸酯，开启真空泵，真空度达到-0.09MPa后开启搅拌装置，关闭冷凝水，在80℃条件下反应1.5h后，开启冷凝水将反应釜内胶液温度降至50±5℃；
(4)最后，向反应釜中加入0.8g脱水剂Ti，冷凝水将反应釜内胶液温度降至35±5℃后，停止搅拌，制成聚氨酯预聚体。
其中，所述复合粉体的制备方法为：将3g氧化石墨烯、10g五氧化二钒、25g蒙脱石和3g苯胺混合，再加入5g十二烷基苯磺酸和1.5g硫酸铵，发生聚合反应后，去除反应悬浮液中的溶液，得到复合粉体。
上述纳米陶瓷聚合物重防腐涂料的制备方法，步骤如下：
(1)将35g聚氨酯预聚体、20g改性丙烯酸酯、13g聚苯胺、20g复合粉体、10g环氧树脂、15g纳米陶瓷、5g玻璃丝绵和0.8g硅类消泡剂混合；
(2)将10g二氧化锆、6g氧化钇、3g瓷粉、1g高岭土、1g云母粉、12g锌粉和4g炭黑采用纳米超细化处理，使粒度达到100-500nm，得到混合纳米粉料；
(3)将步骤(1)的混合与步骤(2)的混合纳米粉料混合，充分分散，搅拌均匀，经过过滤后，得到涂料。
实施例3
一种纳米陶瓷聚合物重防腐涂料，其组分按如下重量份数组成：40g聚氨酯预聚体、25g改性丙烯酸酯、16g聚苯胺、50g复合粉体、13g环氧树脂、25g纳米陶瓷、8g二氧化锆、4g氧化钇、8g玻璃丝绵、6g瓷粉、10g高岭土、8g云母粉、10g锌粉、5g氧化铁红和1g硅类消泡剂。
其中，所述的聚氨酯预聚体制备方法为：
(1)将85g聚醚二元醇加入反应釜，设定油浴加热装置的温度为110℃，开启真空泵，真空度达到-0.09MPa后开启搅拌装置，脱水处理4h；
(2)向反应釜中加入0.005g、98wt％浓磷酸，保持-0.09MPa的真空度和搅拌状态，关闭油浴加热装置，开启冷凝水将反应釜内温度降至45±5℃,停止搅拌，关闭真空阀，开启氮气保护；
(3)继续向反应釜中加入16g异氰酸酯，开启真空泵，真空度达到-0.09MPa后开启搅拌装置，关闭冷凝水，在80℃条件下反应1.5h后，开启冷凝水将反应釜内胶液温度降至50±5℃；
(4)最后，向反应釜中加入1.5g脱水剂Ti，冷凝水将反应釜内胶液温度降至35±5℃后，停止搅拌，制成聚氨酯预聚体。
其中，所述复合粉体的制备方法为：将5g氧化石墨烯、15g五氧化二钒、15g蒙脱石和10g苯胺混合，再加入20g十二烷基苯磺酸和7g硫酸铵，发生聚合反应后，去除反应悬浮液中的溶液，得到复合粉体。
上述纳米陶瓷聚合物重防腐涂料的制备方法，步骤如下：
(1)将40g聚氨酯预聚体、25g改性丙烯酸酯、16g聚苯胺、50g复合粉体、13g环氧树脂、25g纳米陶瓷、8g玻璃丝绵和1g硅类消泡剂混合；
(2)将8g二氧化锆、4g氧化钇、6g瓷粉、10g高岭土、8g云母粉、10g锌粉和5g氧化铁红采用纳米超细化处理，使粒度达到100-500nm，得到混合纳米粉料；
(3)将步骤(1)的混合与步骤(2)的混合纳米粉料混合，充分分散，搅拌均匀，经过过滤后，得到涂料。
防腐性能测试：将2A12硬铝表面经过处理(5％NaOH 2min浸泡+5％HNO3超声+水洗、干燥)，将50g本发明实施例1-3制得的涂料溶于50mL水中获得水溶性涂料悬浮液，在2A12硬铝表面涂覆水溶性涂料悬浮液，常温干燥5-10天。把涂膜浸在3.5％NaCl水溶液中，用CS12电化学工作站测试其塔菲尔曲线。表1为涂覆实施例1-3制得的防腐涂料和为涂覆涂料的铝合金表面的腐蚀电位对照表，表2为实施例1-3的防腐涂料形成的膜层的物理性能。
表1
| 样品 | 自腐蚀电位(V) | 自腐蚀电流(A) |
| 未涂覆 | -0.682 | 1.720×10-6 |
| 涂覆实施例1 | -0.521 | 1.125×10-7 |
| 涂覆实施例2 | -0.532 | 1.213×10-7 |
| 涂覆实施例3 | -0.528 | 1.301×10-7 |
表2
由表1和表2可以看出，本发明制得的涂料涂敷在金属表面，具有较强的防腐功效，且具有优良的耐高低温循环性能、冲击强度和耐老化性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种纳米陶瓷聚合物重防腐涂料，其特征在于，其组分按如下重量份数组成：30-40份聚氨酯预聚体、15-25份改性丙烯酸酯、10-16份聚苯胺、20-55份复合粉体、10-15份环氧树脂、15-25份纳米陶瓷、6-10份二氧化锆、3-6份氧化钇、5-8份玻璃丝绵、1-6份瓷粉、1-10份高岭土、1-8份云母粉、8-12份锌粉、2-5份颜料和0.5-1.0份硅类消泡剂。
2.根据权利要求1所述的纳米陶瓷聚合物重防腐涂料，其特征在于，所述的颜料为钛白粉、炭黑或氧化铁红。
3.根据权利要求1所述的纳米陶瓷聚合物重防腐涂料，其特征在于，所述的聚氨酯预聚体制备方法为：
(1)将80-90份聚醚二元醇加入反应釜，设定油浴加热装置的温度为110℃，开启真空泵，真空度达到-0.09MPa后开启搅拌装置，脱水处理4h；
(2)向反应釜中加入0.002-0.005份、98wt％浓磷酸，保持-0.09MPa的真空度和搅拌状态，关闭油浴加热装置，开启冷凝水将反应釜内温度降至45±5℃,停止搅拌，关闭真空阀，开启氮气保护；
(3)继续向反应釜中加入14.5-18份异氰酸酯，开启真空泵，真空度达到-0.09MPa后开启搅拌装置，关闭冷凝水，在80℃条件下反应1.5h后，开启冷凝水将反应釜内胶液温度降至50±5℃；
(4)最后，向反应釜中加入0.8-1.5份脱水剂Ti，冷凝水将反应釜内胶液温度降至35±5℃后，停止搅拌，制成聚氨酯预聚体。
4.根据权利要求1所述的纳米陶瓷聚合物重防腐涂料，其特征在于，所述复合粉体的制备方法为：
将0.5-5份氧化石墨烯、10-20份五氧化二钒、10-25份蒙脱石和3-10份苯胺混合，再加入5-20份十二烷基苯磺酸和1.5-7份硫酸铵，发生聚合反应后，去除反应悬浮液中的溶液，得到复合粉体。
5.权利要求1所述纳米陶瓷聚合物重防腐涂料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)将30-40份聚氨酯预聚体、15-25份改性丙烯酸酯、10-16份聚苯胺、20-55份复合粉体、10-15份环氧树脂、15-25份纳米陶瓷、5-8份玻璃丝绵和0.5-1.0份硅类消泡剂混合；
(2)将6-10份二氧化锆、3-6份氧化钇、1-6份瓷粉、1-10份高岭土、1-8份云母粉、8-12份锌粉和2-5份颜料采用纳米超细化处理，使粒度达到100-500nm，得到混合纳米粉料；
(3)将步骤(1)的混合与步骤(2)的混合纳米粉料混合，充分分散，搅拌均匀，经过过滤后，得到涂料。
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