CN107199167A - 一种水下钢结构复合防护涂层及制备方法 - Google Patents

Abstract

一种水下钢结构复合防护涂层及制备方法，属于腐蚀与防护领域。该复合防护涂层包括三层结构，从内到外依次为烷氧基硅环氧涂层底漆、环氧中间层、聚氨酯环氧面漆。采用本发明的复合防护涂层所制备的底漆可提高涂层与基材的附着力，增加交联度；环氧中间层是可实现超厚涂覆的无溶剂环氧涂料，减少了溶剂挥发形成的针孔，增强了物理隔绝效果，面漆层既具有聚氨酯树脂良好的耐磨性，耐候性，又具有环氧树脂良好的耐蚀性。本发明也可以在部分带锈金属表面施工，寿命可以达到20年以上，致密性好，施工方法简单，成本低，容易推广，可应用于水下钢结构的防护。

Description

一种水下钢结构复合防护涂层及制备方法

技术领域

本发明属于海洋重防腐涂料技术领域，特别涉及一种水下钢结构复合防护涂层及制备方法。

背景技术

近年来，海洋工程建设日益增多，各种已建、在建的海上勘测平台、采油平台、海上集油气管道、船舶、港口码头、跨海桥梁等海洋工程如雨后春笋出现。其中这些工程的部分钢结构需要长期在海水中服役，长期浸泡在海水中要求其防护涂层不仅要有良好的耐蚀性，抗渗透性，而且需要具备一定的抗冲刷性能。目前主要采用重防腐涂料对海洋钢结构进行保护，主要有环氧、聚酯、聚氨酯、醇酸树脂、酚醛树脂、氟碳树脂、过氯乙烯树脂、氯化橡胶、氯化聚乙烯等多种涂层应用于海洋防腐蚀工程中。中国专利（200810190125.X）介绍了一种混凝土结构重防腐纳米复合涂层及防护方法，涂层由纳米改性环氧封闭涂料、纳米改性环氧云铁中间漆及纳米改性含氟聚氨酯等面漆组成，比传统防腐寿命有所提高。中国专利（201010580437.9）介绍了一种利用二异氰酸酯将含羧基有机化合物接枝在环氧树脂上制备带羧基官能团的环氧树脂及其制备方法，中国专利（201010580494.7）介绍了一种含烷氧基硅官能团的环氧树脂，以提高其与金属的化学键合。目前多项国家重大工程都采用多层环氧涂层进行防护，取得了较佳的防腐效果。其中涂层与金属界面间的结合力、耐蚀性、抗渗透性、耐磨性不足依然是限制涂层水下服役的关键因素，但以上问题在现有专利和公开文献中仍没有得到有效的解决。因此，研制开发一种水下钢结构复合防护涂层，使其具有优异结合力，良好耐蚀性及耐磨性，提高服役寿命，适用于海洋水下服役环境，已成为海洋工程防腐的迫切需要。

发明内容

本发明的目的在于为了克服以上现有技术的不足，提供一种三层结构的水下钢结构复合防护涂层，其中底层与钢结构结合力强，中间层可以实现超厚涂覆且具有良好的物理屏蔽效果，表面层耐磨、耐蚀、耐候且与环氧中间层相容性好。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种水下钢结构复合防护涂层，该涂层由三层结构复合而成，从内到外依次为烷氧基硅环氧底漆、环氧中间层、聚氨酯环氧面漆；

所述烷氧基硅环氧底漆为烷氧基硅改性环氧树脂施工固化后获得，所述烷氧基硅改性环氧树脂通过以下方法制备：按质量份计，取环氧树脂5-8份，硅烷偶联剂1-3份，先用无水溶剂将环氧树脂溶解，充入氮气保护；然后用无水溶剂将硅烷偶联剂溶解，在氮气保护下，以20-80滴/分钟的速度加入环氧树脂溶液中，滴加完成后于室温反应2小时，随后升温至80℃-120℃反应5-10小时，最后减压蒸馏，除去无水溶剂，获得烷氧基硅改性环氧树脂；所得的烷氧基硅环氧树脂经充分交联固化，形成了多维立体网状分子结构。

上述所用环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂中的一种或两种，且分子上含有羟基官能团。

上述所用硅烷偶联剂需含有羟基、羧基、伯氨基、仲氨基中的一种或多种活性官能团，或者所用硅烷偶联剂含有R-SiX3结构，其中X为甲氧基或乙氧基，R为脂肪族、芳香族或脂环族结构；上述所用无水溶剂为丙酮、丁酮、甲苯、正丁醇、异丁醇、环己酮、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种混合；

所述环氧中间层为无溶剂环氧涂料施工固化后获得。

所述聚氨酯环氧面漆为市售的聚氨酯环氧类防腐涂料产品施工固化后获得。

所述一种水下钢结构复合防护涂层的烷氧基硅环氧底漆干膜厚度为30-200 μm，环氧中间层干膜厚度为200-800 μm，聚氨酯环氧面漆干膜厚度为100-400 μm。

所述无溶剂环氧涂料是双酚A型环氧树脂防腐涂料、酚醛改性环氧树脂防腐涂料、双酚F型环氧树脂防腐涂料、丙烯酸改性环氧树脂防腐涂料、羧酸改性环氧树脂防腐涂料和烷氧基硅烷改性环氧树脂防腐涂料中的一种或多种混合，可以选用市售的该类防腐涂料产品。

所述烷氧基硅环氧树脂、无溶剂环氧涂料和聚氨酯环氧防腐涂料，在涂覆前需要搅拌1-10分钟，混合均匀后采用喷涂或刷涂方式进行涂覆。

一种水下钢结构复合防护涂层的制备方法，包括下述步骤：

1）对将要施涂的钢结构进行打磨除锈除污处理，除去疏松层，获得合格预处理表面；

2）在钢结构表面涂覆烷氧基硅环氧树脂1-2道，常温固化24小时后形成烷氧基硅环氧树脂底漆，涂层干膜厚度为30-200 μm ；

3）随后，再涂覆2-8道无溶剂环氧涂料，常温固化后得到环氧中间涂层，涂层干膜厚度为200-800 μm ；

4）最后，涂覆2-3道聚氨酯环氧防腐涂料，常温固化后得到聚氨酯环氧面漆，涂层干膜厚度为100-400 μm，即得所述水下钢结构复合防护涂层。

本发明中，底涂层主要成膜物质为烷氧基硅环氧树脂，是按照本发明所提供的方法自制；中涂层的主要成膜物质为无溶剂环氧防腐涂料，无溶剂环氧防腐涂料可以选用双酚A型环氧、酚醛改性环氧、双酚F型环氧、丙烯酸改性环氧、羧酸改性环氧或烷氧基硅烷改性环氧防腐涂料中的一种或多种，可以为市售防腐涂料产品，如优龙ES 301，YL101，阿克苏诺贝尔E-12，604，华润、立邦、多乐士、三棵树、紫荆花及其他品牌的无溶剂环氧涂料。面涂层为聚氨酯环氧面漆，主要成膜物质为聚氨酯环氧防腐涂料，可以为市售的聚氨酯环氧防腐涂料产品，例如可以从立邦、多乐士、杜邦、三棵树、华润、阿克苏诺贝尔及其他任一相关企业的防腐涂料产品中购得。

本发明采用三层环氧结构，每层环氧树脂各有特点，协同增强涂层的综合性能。烷氧基硅环氧树脂作为底层，可与金属表面羟基发生化学键合，显著提高涂层附着力，还可增加涂层交联度、致密性，在含有部分锈蚀的钢材表面，依然可以获得良好的涂层结合力，从而提高防护涂层的稳定性。中涂层采用可以实现超厚涂覆无溶剂环氧树脂涂料，减少了涂层固化过程溶剂挥发形成的针孔，增加了涂层致密性，在水下具有很强的物理屏蔽作用；面涂层选用聚氨酯环氧涂层，一方面该涂层具有聚氨酯涂层耐磨耐冲刷性好的优点，也具有环氧涂层耐蚀性好的优点，同时由于环氧组分的存在，与中间环氧层具有很好的相容性。

有益效果：

1、本发明采用烷氧基硅环氧涂层作为底漆，可提高与基材的附着力，同时树脂内部可以充分交联固化，形成多维立体网状分子结构，提高交联度、改善致密性；

2、本发明采用无溶剂环氧涂层做为中涂层，实现了超厚涂装，同时减少了固化过程溶剂挥发形成的针孔，提高了涂层物理屏蔽性能；

3、本发明采用聚氨酯环氧面漆，既满足一定的耐磨性、耐候性要求，又满足耐蚀性要求，同时与中间层的相容性也好。

具体实施方式：

下面结合实施例，对本发明的上述技术方案作进一步的描述，但绝不限制本发明的范围，本发明中除非特别指明外，所涉及的比例均为质量比，所涉及的份数均为质量份。

实施例1

将环己酮、环氧树脂和硅烷偶联剂除水、干燥提纯。在装有温度计，搅拌器、冷凝器的反应容器中，用300 ml无水环己酮将50 g E51环氧树脂溶解，充入氮气保护；用150 ml无水环己酮将28 g 3- 氨丙基三甲氧基硅烷溶解，在氮气保护下移至恒压滴液漏斗，以每分钟20滴/分钟的速度加入环氧树脂的环己酮溶液中，滴加完成后于室温搅拌2小时，随后升温至100 ℃继续反应5小时，冷却，最后减压蒸馏，除去环己酮，获得烷氧基硅改性环氧树脂；

采用砂纸逐级打磨钢Q235钢板表面，去除表面疏松物，锈蚀和油污，然后喷涂烷氧基硅环氧树脂1道，常温固化24小时，干膜厚度为70 μm；再喷涂ES301无溶剂环氧树脂涂料5道，常温固化48小时，涂层干膜厚度450 μm；最后再喷涂2道聚氨酯环氧防腐涂料，得到聚氨酯环氧面漆，常温固化一个星期，涂层干膜厚度为200 μm。

经过上述涂装施工，漆膜总厚度约720 μm，防腐效果良好。经过检测，防护涂层与基材的结合力大于12MPa、耐候性、防腐性能满足防护要求。

实施例2

将甲苯、环氧树脂和硅烷偶联剂除水、干燥提纯。在装有温度计，搅拌器、冷凝器的反应容器中，用450 ml无水甲苯将70g E44环氧树脂溶解，充入氮气保护；用220 ml无水甲苯将26 g 3-氨丙基三乙氧基硅烷溶解，在氮气保护下移至恒压滴液漏斗，以每分钟45滴/分钟的速度加入环氧树脂的甲苯溶液中，滴加完成后于室温搅拌2小时，随后升温至80 ℃继续反应3小时，冷却，最后减压蒸馏，除去甲苯，获得烷氧基硅改性环氧树脂；

对某港口TSC管桩Q345钢试涂装，采用电动角磨机打磨去除锈蚀和污垢，去除表面疏松物，获得清洁的预处理表面，然后喷涂2道本实施例制备的烷氧基硅改性环氧树脂，常温固化24小时，干膜厚度为150 μm；再喷涂8道ES301无溶剂环氧树脂涂料，常温固化48小时，涂层干膜厚度800 μm；最后再喷涂3道聚氨酯环氧防腐涂料，得到聚氨酯环氧面漆，常温固化一个星期，涂层干膜厚度为300 μm。

经过上述涂装施工，漆膜总厚度达到1250 μm，防腐效果优异。经过检测，防护涂层与基材的结合力大于12MPa、涂层耐候性、防腐性能满足满足防护要求。

实施例3

将甲苯、环氧树脂和硅烷偶联剂除水、干燥提纯。在装有温度计，搅拌器、冷凝器的反应容器中，用200 ml无水甲苯将50g E44环氧树脂溶解，充入氮气保护；用80 ml无水甲苯将25g 3-氨丙基三乙氧基硅烷溶解，在氮气保护下移至恒压滴液漏斗，以每分钟20滴/分钟的速度加入环氧树脂的甲苯溶液中，滴加完成后于室温搅拌2小时，随后升温至90 ℃继续反应2小时，冷却，最后减压蒸馏，除去溶剂，获得烷氧基硅改性环氧树脂；

对某船厂压载舱局部进行防护实验，采用电动角磨机打磨去除严重锈蚀或污垢处，去除表面疏松物，获得清洁的预处理表面，然后喷涂本实施例制备的烷氧基硅改性环氧树脂1道，常温固化24小时，干膜厚度为90 μm；再喷涂2道阿克苏诺贝尔无溶剂环氧型粉末涂料，固化后涂层干膜厚度200 μm；最后再喷涂2道PN-968T-52聚氨酯环氧防腐涂料，得到聚氨酯环氧面漆，常温固化一个星期，涂层干膜厚度为100 μm。

经过上述涂装施工，漆膜总厚度达到390 μm，防腐效果良好。经过检测，防护涂层与基材的结合力大于11.5 MPa、耐候性、防腐性能满足防护要求。

实施例4

将丁酮、环氧树脂和硅烷偶联剂除水、干燥提纯。在装有温度计，搅拌器、冷凝器的反应容器中，用350ml无水丁酮将50g E21环氧树脂溶解，充入氮气保护；用120ml无水丁酮将11g N-（β氨乙基）-γ- 氨丙基甲基- 二甲氧基硅烷溶解，在氮气保护下移至恒压滴液漏斗，以每分钟50滴/分钟的速度加入环氧树脂的丁酮溶液中，滴加完成后于室温搅拌2小时，随后升温至110 ℃继续反应3小时，冷却，最后减压蒸馏，除去丁酮，获得烷氧基硅改性环氧树脂；

在实验室内，对冷轧普通A3钢板进行防护，采用砂纸打磨钢板表面除去锈蚀和油污，用毛刷刷去表面疏松灰尘和碎屑，然后喷涂1道本实施例制备的烷氧基硅环氧树脂，常温固化24小时，干膜厚度为30 μm；再喷涂6道叶氏化工无溶剂环氧树脂涂料，常温固化48小时，涂层干膜厚度650 μm；最后再喷涂3道聚氨酯环氧防腐涂料，得到聚氨酯环氧面漆，常温固化一个星期，涂层干膜厚度为400 μm。

经过上述涂装施工，漆膜总厚度达到1080 μm，防腐效果良好。经过检测，防护涂层与基材的结合力大于10 MPa、耐候性、防腐性能满足满足防护要求。

实施例5

将异丁醇、环氧树脂和硅烷偶联剂除水、干燥提纯。在装有温度计，搅拌器、冷凝器的反应容器中，用400 ml无水异丁醇将50g E44环氧树脂溶解，充入氮气保护；用200 ml无水异丁醇将28 g N-2-（氨乙基）-3- 氨丙基三甲氧基硅烷溶解，在氮气保护下移至恒压滴液漏斗，以每分钟60滴/分钟的速度加入环氧树脂的异丁醇溶液中，滴加完成后于室温搅拌2小时，随后升温至120 ℃继续反应6小时，冷却，最后减压蒸馏，除去异丁醇，获得烷氧基硅改性环氧树脂；

对某船厂的侧板进行防护，首先砂纸打磨去除锈蚀和污垢，处理后表面无锈蚀或油污。然后喷涂2道本实施例制备的烷氧基硅环氧树脂，常温固化24小时，干膜厚度为200 μm；再喷涂3道YL101无溶剂环氧涂料，常温固化36小时，涂层干膜厚度300 μm；最后再喷涂3道聚氨酯环氧防腐涂料，得到聚氨酯环氧树脂面漆，常温固化一个星期，涂层干膜厚度为350 μm。

经过上述涂装施工，漆膜总厚度达到850 μm，防腐效果良好。经过检测，防护涂层与基材的结合力大于12 MPa、耐候性、防腐性能满足防护要求。

实施例6

将丙酮、环氧树脂和硅烷偶联剂除水、干燥提纯。在装有温度计，搅拌器、冷凝器的反应容器中，用200 ml无水丙酮将50g E51环氧树脂溶解，充入氮气保护；用150 ml无水丙酮将22 g 3-氨丙基三甲氧基硅烷溶解，在氮气保护下移至恒压滴液漏斗，以每分钟30滴/分钟的速度加入环氧树脂的丙酮溶液中，滴加完成后于室温搅拌2小时，随后升温至85 ℃继续反应4小时，冷却，最后减压蒸馏，除去丙酮，获得烷氧基硅改性环氧树脂；

对江苏某货运港口储罐进行防护，首先采用电动角磨机打磨去除锈蚀和污垢，去除表面疏松物及锈蚀，然后喷涂2道本实施例制备的烷氧基硅环氧树脂，常温固化24小时，固化后干膜厚度为110 μm；再喷涂7道HCH01-18无溶剂环氧涂料，常温固化48小时，干膜厚度700μm；最后再喷涂2道聚氨酯环氧防腐涂料，得到聚氨酯环氧面漆，常温固化一个星期，涂层干膜厚度为150 μm。

经过上述涂装施工，漆膜总厚度达到960 μm，防腐效果良好。经过检测，防护涂层与基材的结合力大于11 MPa、耐候性、防腐性能满足防护要求。

以上所述，仅是本发明可行的实施例，不能以此局限本发明之权利范围，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。

Claims (5)

1.一种水下钢结构复合防护涂层，其特征在于：该涂层由三层结构复合而成，从内到外依次为烷氧基硅环氧底漆、环氧中间层、聚氨酯环氧面漆；

所述烷氧基硅环氧底漆为烷氧基硅改性环氧树脂施工固化后获得，所述烷氧基硅改性环氧树脂通过以下方法制备：按质量份计，取环氧树脂5-8份，硅烷偶联剂1-3份，先用无水溶剂将环氧树脂溶解，充入氮气保护；然后用无水溶剂将硅烷偶联剂溶解，在氮气保护下，以20-80滴/分钟的速度加入环氧树脂溶液中，滴加完成后于室温反应2小时，随后升温至80℃-120 ℃反应5-10小时，最后减压蒸馏，除去无水溶剂，获得烷氧基硅改性环氧树脂；

上述所用环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂中的一种或两种混合；上述所用硅烷偶联剂含有羟基、羧基、伯氨基、仲氨基中的一种或多种活性官能团，或者所用硅烷偶联剂含有R-SiX3结构，其中X为甲氧基或乙氧基，R为脂肪族、芳香族或脂环族结构；上述所用无水溶剂为丙酮、丁酮、甲苯、正丁醇、异丁醇、环己酮、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种混合；

所述环氧中间层为无溶剂环氧涂料施工固化后获得；

所述聚氨酯环氧面漆为聚氨酯环氧防腐涂料施工固化后获得。

2.根据权利要求1所述一种水下钢结构复合防护涂层，其特征在于：所述一种水下钢结构复合防护涂层的烷氧基硅环氧底漆干膜厚度为30-200 μm，环氧中间层干膜厚度为200-800 μm，聚氨酯环氧面漆干膜厚度为100-400 μm。

3.根据权利要求1所述一种水下钢结构复合防护涂层，其特征在于：所述无溶剂环氧涂料是双酚A型环氧树脂防腐涂料、酚醛改性环氧树脂防腐涂料、双酚F型环氧树脂防腐涂料、丙烯酸改性环氧树脂防腐涂料、羧酸改性环氧树脂防腐涂料和烷氧基硅烷改性环氧树脂防腐涂料中的一种或多种混合。

4.根据权利要求1所述一种水下钢结构复合防护涂层，其特征在于：所述烷氧基硅环氧树脂、无溶剂环氧涂料和聚氨酯环氧防腐涂料，在涂覆前需要搅拌1-10分钟，混合均匀后采用喷涂或刷涂方式进行涂覆。

5.根据权利要求1所述一种水下钢结构复合防护涂层的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

1）对将要施涂的钢结构进行打磨除锈除污处理，除去疏松层；

2）在钢结构表面涂覆烷氧基硅环氧树脂，常温固化24小时后形成烷氧基硅环氧树脂底漆，涂层干膜厚度为30-200 μm ；

3）再涂覆无溶剂环氧涂料，常温固化后得到环氧中间涂层，涂层干膜厚度为200-800 μm ；

4）涂覆聚氨酯环氧防腐涂料，常温固化后得到聚氨酯环氧面漆，涂层干膜厚度为100-400 μm，即得所述水下钢结构复合防护涂层。