CN107841238B - 一种高原寒旱区桥梁钢结构防护面漆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高原寒旱区桥梁钢结构防护面漆及其制备方法，属于化工领域，以解决传统面漆产品存在的极端环境下耐候性降低，机械性能变差，涂膜起泡、开裂、脱落、变色问题。一种高原寒旱区桥梁钢结构防护面漆，由两个组分组成，其中组分一由下述质量份的原料组成:高羟丙烯酸树脂58‑60份、分散剂0.8‑1.5份、颜料21‑24份、聚四氟乙烯微粉5‑8份、消泡剂0.05‑0.1份、流平剂0.1‑0.2份、氟取代乙氧基硅烷0.3‑0.5份、二月桂酸二丁基锡催化剂0.01‑0.02份和混合溶剂9‑12份；其中组分二由下述质量份的原料组成:固化剂，聚酯树脂，丙二醇甲醚醋酸酯，醋酸仲丁酯。本发明防护面漆表现出优异的丰满度、光泽、耐化学品性、低温机械性能和耐候性。

Description

一种高原寒旱区桥梁钢结构防护面漆及其制备方法
技术领域
本发明属于化工领域，具体涉及一种高原寒旱区桥梁钢结构防护面漆及其制备方法。
背景技术
随着科技的不断创新和路桥行业的迅速发展，钢结构桥梁由于其自身独特的机械性能、强覆载能力、安装便捷等特点广泛应用于桥梁建设中。然而由于气候等条件的影响，桥梁钢结构长时间暴露在外易受到腐蚀，影响桥梁钢结构的稳定性，进而影响桥梁的使用寿命与年限，甚至成为重大的安全隐患。涂料作为一种涂敷于基材成膜后起到保护装饰作用的高分子材料，普遍用于桥梁钢结构增加钢结构的防腐蚀性能，其防腐涂层能够降低桥梁钢结构受侵蚀的程度，增强桥梁钢结构耐久性与安全性，有效地保护钢结构。
我国北方因地理环境特殊，具有高海拔、低气压、昼夜温差大，日照长、紫外线强等高原寒旱区特征，因此在这种极端环境下，传统的面涂层由于直接接触外界环境，极易出现耐候性降低，低温机械性能变差，涂膜发生起泡、开裂、脱落、变色现象，严重影响桥梁的使用寿命，存在较大的安全隐患。
根据JT/T 722-2008《公路桥梁钢结构防腐涂装技术》行业标准，钢结构桥梁防护涂层主要采用环氧富锌底漆、环氧云母氧化铁中间漆和丙烯酸聚氨酯面漆配套体系，目前我国现代化桥梁钢结构主体面漆一般采用丙烯酸脂肪族聚氨脂面漆/氟碳面漆，主要适用于气候温和的南方和沿海地区的桥梁涂装或维修，但在北方高原寒旱区下存在低温下耐冲击、层间附着力等物理性能变差、强紫外线下耐候性也相应降低等弊端，严重制约着桥梁的长效使用，此外其频繁的二次修复工程，不仅施工工序复杂困难，而且造成了能源浪费，不符合节约型主题格调。
发明内容
本发明的目的是提供一种高原寒旱区桥梁钢结构防护面漆,以解决传统面漆产品存在的极端环境下耐候性降低，机械性能变差，涂膜起泡、开裂、脱落、变色问题。
本发明的另一个目的是提供一种高原寒旱区桥梁钢结构防护面漆的制备方法。
本发明技术方案如下：一种高原寒旱区桥梁钢结构防护面漆，由两个组分组成，其中组分一由下述质量份的原料组成: 高羟丙烯酸树脂58-60份、分散剂0.8-1.5份、颜料21-24份、聚四氟乙烯微粉5-8份、消泡剂0.05-0.1份、流平剂0.1-0.2份、氟取代乙氧基硅烷0.3-0.5份、二月桂酸二丁基锡催化剂0.01-0.02份和混合溶剂9-12份；其中组分二由下述质量份的原料组成:HDI缩二脲固化剂30-35份、HDI三聚体固化剂22-26份、IPDI三聚体固化剂5-8份、聚酯树脂8-10份、丙二醇甲醚醋酸酯12-16份和醋酸仲丁酯11-15份。
进一步的，所述高羟丙烯酸树脂为纽佩斯的Setalux1161、同德化工的ACR6730或三木集团的BS962中的一种。
进一步的，所述聚四氟乙烯微粉采用嘉善申嘉的SJF381/SJF203。
进一步的，所述氟取代乙氧基硅烷为乙烯基三（2,2,2-三氟）乙氧基硅烷。
进一步的，所述分散剂为BYK-2025或陶氏化学CA6000中的一种。
进一步的，所述消泡剂为BYK-052或海名斯6800中的一种。
进一步的，所述流平剂为BYK-306或海名斯837中的一种。
进一步的，所述混合溶剂为100#溶剂油7-9份和二甲苯2-3份的混合物。
上述一种高原寒旱区桥梁钢结构防护面漆的制备方法，将组分一和组分二按质量比3-5.5:1混合，搅拌均匀，调整粘度；
其中组分一的制备包括如下步骤，
A、在干净的配料釜中加入三分之二的高羟丙烯酸树脂，300-500r/min搅拌下加入分散剂，搅拌均匀；
B、在300-500r/min搅拌下依次加入颜料，600-800r/min搅拌至均匀无干粉；
C、在1600-1800r/min下研磨40-60min,研磨温度小于60℃；
D、在300-500r/min搅拌下加入剩余三分之一的高羟丙烯酸树脂，以及聚四氟乙烯微粉、消泡剂、流平剂、氟取代乙氧基硅烷、二月桂酸二丁基锡催化剂，之后加入混合溶剂调整粘度，丝绢过滤包装。
进一步的，所述组分二的制备步骤为，氮气保护下，在反应釜中加入HDI缩二脲固化剂、聚酯树脂、丙二醇甲醚醋酸酯，搅拌下缓慢升温至78-80℃，保持110-120min；降温至52-54℃，搅拌下加入含HDI三聚体固化剂和IPDI三聚体固化剂的醋酸仲丁酯溶液，保持39-41min，过滤。
本发明产品配方设计时充分考虑高原寒旱区极端环境因素，防护面漆组分一配方中引入聚四氟乙烯微粉，可显著提高涂层的耐化学品性、耐候性和低温机械性能，达到氟碳树脂的效果，同时该产品粒径分布均匀，为7.0±0.5μm，无须研磨，直接后期加入即可，操作方便，节省能耗。
此外组分一配方中加入氟取代乙氧基硅烷（优选乙烯基三（2,2,2-三氟）乙氧基硅烷），其反应性官能团可与基材和涂层反应牢固结合，提高附着力，且具有氟硅功能元素，能明显改善表面抗污效果，有效起到消泡和流平作用，减少消泡剂、流平剂的使用量。
本发明高原寒旱区桥梁钢结构防护面漆组分二将传统固化剂进行化学改性，首先采用有线性的十二烷基酸、芳香族苯酐和多反应活性位点的季戊四醇结构单元的聚酯树脂与HDI缩二脲进行聚合反应，得到具有很好低温柔韧性和耐候性的预聚体，之后与含有芳香环的高官能度和高活性的的HDI三聚体和IPDI三聚体进行改性，最终得到同时兼有低温柔韧性、高硬度和反应性的弹性耐候固化剂，有效的提供低温下的机械性能。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1. 本发明高原寒旱区桥梁钢结构防护面漆，高羟丙烯酸树脂和聚四氟乙烯微粉共同作用，表现出优异的丰满度、光泽、耐化学品性、低温机械性能和耐候性；
2. 本发明高原寒旱区桥梁钢结构防护面漆引入氟取代乙氧基硅烷，显著提高层间附着力，同时起到消泡和流平作用，减少助剂使用量；
3. 本发明高原寒旱区桥梁钢结构防护面漆，制备了具有有低温柔韧性、高硬度和反应性特点的弹性耐候固化剂，满足高原寒旱区极端环境下性能需求；
4.本发明高原寒旱区桥梁钢结构防护面漆组分一和组分二配比使用按标准要求所制得复合涂层，有以下特性：耐化学品性方面：耐酸性（50g/L H2SO4）和耐碱性（50g/LNaOH）均＞260 h，耐盐水（3%NaCL）、耐水性均＞400 h，远超标准要求的168 h；耐候性方面：耐人工加速老化性（标准1000 h）：＞1900 h无变色、失光等现象，耐盐雾性（标准1000 h）：＞2900 h漆膜不生锈、不起泡、不开裂、不脱落；低温机械性能（-40℃）：耐冲击50cm、耐弯曲1mm、附着力＞10MPa。
本发明效果如下：通过本发明产品实施，其性能均符合行业标准要求，其优异的低温机械性能、耐化学品性、老化性及耐盐雾性能更好的满足高原寒旱区下钢结构桥梁的要求，延长桥梁的使用寿命。可有效减少修复工序、节省工程费用、降低施工成本，符合节约型发展的主调，具有很高的经济及社会效益。
具体实施方式
下面的实施例可以进一步说明本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例中聚酯树脂采用本申请单位西北永新涂料有限公司公开销售产品GH12-70，其具有线性的十二烷基酸、芳香族苯酐和多反应活性位点的季戊四醇结构单元。颜料包括金红石型钛白粉、碳黑、中铬黄、柠檬黄、氧化铁红、立索尔紫或酞青兰均为任意厂家的合格产品即可，其使用种类和用量根据用户颜色需求所定，其它所用各原料厂家如表1。
实施例1
高原寒旱区桥梁钢结构防护面漆制备：
组分一按下述用量准备原料：ACR6730高羟丙烯酸树脂60kg，CA6000分散剂0.8kg，颜料（金红石型钛白粉）22 kg，聚四氟乙烯微粉SJF381/SJF2037 kg，BYK-052消泡剂0.06 kg，BYK-306流平剂0.12 kg，乙烯基三（2,2,2-三氟）乙氧基硅烷0.4 kg，二月桂酸二丁基锡催化剂0.01 kg，混合溶剂（100#溶剂油7.61 kg和二甲苯2 kg）。
组分二按下述用量准备原料：HDI缩二脲22A-75PX固化剂30 kg，HDI三聚体HT-75B固化剂25 kg，IPDI三聚体Desmodur Z4470MPA/X固化剂8 kg，聚酯树脂8 kg，丙二醇甲醚醋酸酯16 kg，醋酸仲丁酯13 kg。
制备方法包括以下步骤：
组分一的制备方法：
A、在干净的配料釜中加入三分之二的ACR6730高羟丙烯酸树脂，300r/min搅拌下加入CA6000分散剂，搅拌均匀；
B、在300r/min搅拌下加入颜料（金红石型钛白粉），600r/min搅拌20min至均匀无干粉；
C、在1600r/min下研磨60min,研磨温度小于60℃；
D、细度小于20μm后，300r/min搅拌下加入剩余三分之一的ACR6730高羟丙烯酸树脂，以及聚四氟乙烯微粉SJF381/SJF203、BYK-052消泡剂、BYK-306流平剂、乙烯基三（2,2,2-三氟）乙氧基硅烷、二月桂酸二丁基锡催化剂，之后加入混合溶剂调整粘度，丝绢过滤包装。
组分二的制备方法：
氮气保护下，在反应釜中加入HDI缩二脲22A-75PX固化剂、聚酯树脂、丙二醇甲醚醋酸酯，搅拌下缓慢升温至78℃，保持110min；降温至52℃，搅拌下加入HDI三聚体HT-75B固化剂和IPDI三聚体Desmodur Z 4470 MPA/X固化剂的醋酸仲丁酯溶液，保持41min，过滤即可。
施工方法：
组分一：组分二 = 4:1（质量比）混合，搅拌均匀，调至粘度为20秒/T-4杯（25℃），采用刷涂、辊涂、喷涂等施工方式下施工即可。
实施例2
高原寒旱区桥梁钢结构防护面漆制备：
组分一按下述用量准备原料：Setalux1161高羟丙烯酸树脂59 kg，BYK-2025分散剂1.5 kg，颜料（金红石型钛白粉、碳黑和氧化铁红）21 kg，聚四氟乙烯微粉8 kg，BYK-052消泡剂0.05 kg，837流平剂0.1 kg，乙烯基三（2,2,2-三氟）乙氧基硅烷0.5 kg，二月桂酸二丁基锡催化剂0.02 kg，混合溶剂(100#溶剂油7 kg和二甲苯3 kg)。
组分二按下述用量准备原料：HDI缩二脲22A-75PX固化剂35 kg，HDI三聚体HT-75B固化剂22 kg，IPDI三聚体Desmodur Z4470MPA/X固化剂7 kg，聚酯树脂10 kg，丙二醇甲醚醋酸酯15 kg，醋酸仲丁酯11 kg。
制备方法包括以下步骤：
组分一的制备方法：
A、在干净的配料釜中加入三分之二的Setalux1161高羟丙烯酸树脂， 500r/min搅拌下加入BYK-2025分散剂，搅拌均匀；
B、在500r/min搅拌下依次加入颜料（金红石型钛白粉、碳黑和氧化铁红），800r/min搅拌20min至均匀无干粉；
C、在1800r/min下研磨40min,研磨温度小于60℃；
D、细度小于20μm后，500r/min搅拌下加入剩余三分之一的Setalux1161高羟丙烯酸树脂，以及聚四氟乙烯微粉、BYK-052消泡剂、837流平剂、乙烯基三（2,2,2-三氟）乙氧基硅烷、二月桂酸二丁基锡催化剂，之后加入混合溶剂调整粘度，丝绢过滤包装。
组分二的制备方法：
氮气保护下，在反应釜中加入HDI缩二脲22A-75PX固化剂、聚酯树脂、丙二醇甲醚醋酸酯，搅拌下缓慢升温至80℃，保持120min；降温至54℃，搅拌下加入HDI三聚体HT-75B固化剂和IPDI三聚体Desmodur Z4470MPA/X固化剂的醋酸仲丁酯溶液，保持40min，过滤即可。
施工方法：
组分一：组分二 = 3:1（质量比）混合，搅拌均匀，调至粘度为18秒/T-4杯（25℃），采用刷涂、辊涂、喷涂等施工方式下施工即可。
实施例3
高原寒旱区桥梁钢结构防护面漆制备：
组分一按下述用量准备原料：BS962高羟丙烯酸树脂58 kg，BYK-2025分散剂1.2kg，颜料（金红石型钛白粉、碳黑和中铬黄）24 kg，聚四氟乙烯微粉5 kg，6800消泡剂0.1kg，BYK-306流平剂0.2 kg，乙烯基三（2,2,2-三氟）乙氧基硅烷0.3 kg，二月桂酸二丁基锡催化剂0.02 kg，混合溶剂（100#溶剂油9 kg和二甲苯2.18 kg）。
组分二按下述用量准备原料：HDI缩二脲22A-75PX固化剂33 kg，HDI三聚体HT-75B固化剂26 kg，IPDI三聚体Desmodur Z4470MPA/X固化剂5 kg，聚酯树脂9 kg，丙二醇甲醚醋酸酯12 kg，醋酸仲丁酯15 kg。
制备方法包括以下步骤：
组分一的制备方法：
A、在干净的配料釜中加入三分之二的BS962高羟丙烯酸树脂，400r/min搅拌下加入BYK-2025分散剂，搅拌均匀；
B、在400r/min搅拌下依次加入颜料（金红石型钛白粉、碳黑和中铬黄），700r/min搅拌20min至均匀无干粉；
C、在1700r/min下研磨52min,研磨温度小于60℃；
D、细度小于20μm后，400r/min搅拌下加入剩余三分之一的BS962高羟丙烯酸树脂，以及聚四氟乙烯微粉、6800消泡剂、BYK-306流平剂、乙烯基三（2,2,2-三氟）乙氧基硅烷、二月桂酸二丁基锡催化剂，之后加入混合溶剂调整粘度，丝绢过滤包装。
组分二的制备方法：
氮气保护下，在反应釜中加入HDI缩二脲22A-75PX固化剂、聚酯树脂、丙二醇甲醚醋酸酯，搅拌下缓慢升温至79℃，保持116min；降温至53℃，搅拌下加入HDI三聚体HT-75B固化剂和IPDI三聚体Desmodur Z4470MPA/X固化剂的醋酸仲丁酯溶液，保持39min，过滤即可。
施工方法：
组分一：组分二 = 5.5:1（质量比）混合，搅拌均匀，调至粘度为22秒/T-4杯（25℃），采用刷涂、辊涂、喷涂等施工方式下施工即可。
依据JT/T 722-2008《公路桥梁钢结构防腐涂装技术》行业标准要求，在相同条件下分别采用本发明实施例制备的面漆和外样氟碳面漆制备复合涂层样板进行性能对比，以腐蚀环境C5-I/防腐年限10-15年为例，具体如下表2。

Claims (10)

1.一种高原寒旱区桥梁钢结构防护面漆，其特征在于：由两个组分组成，
其中组分一由下述质量份的原料组成:
高羟丙烯酸树脂58-60份、分散剂0.8-1.5份、颜料21-24份、聚四氟乙烯微粉5-8份、消泡剂0.05-0.1份、流平剂0.1-0.2份、氟取代乙氧基硅烷0.3-0.5份、二月桂酸二丁基锡催化剂0.01-0.02份和混合溶剂9-12份；
其中组分二由下述质量份的原料组成:
HDI缩二脲固化剂30-35份、HDI三聚体固化剂22-26份、IPDI三聚体固化剂5-8份、聚酯树脂8-10份、丙二醇甲醚醋酸酯12-16份和醋酸仲丁酯11-15份；
所述聚酯树脂采用有线性的十二烷基酸、芳香族苯酐和多反应活性位点的季戊四醇结构单元的聚酯树脂。
2.根据权利要求1所述的一种高原寒旱区桥梁钢结构防护面漆，其特征在于：所述高羟丙烯酸树脂为纽佩斯的Setalux1161、同德化工的ACR6730或三木集团的BS962中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种高原寒旱区桥梁钢结构防护面漆，其特征在于：所述聚四氟乙烯微粉采用嘉善申嘉的SJF381/SJF203。
4.根据权利要求3所述的一种高原寒旱区桥梁钢结构防护面漆，其特征在于：所述氟取代乙氧基硅烷为乙烯基三（2,2,2-三氟）乙氧基硅烷。
5.根据权利要求4所述的一种高原寒旱区桥梁钢结构防护面漆，其特征在于：所述分散剂为BYK-2025或陶氏化学CA6000中的一种。
6.根据权利要求5所述的一种高原寒旱区桥梁钢结构防护面漆，其特征在于：所述消泡剂为BYK-052或海名斯6800中的一种。
7.根据权利要求6所述的一种高原寒旱区桥梁钢结构防护面漆，其特征在于：所述流平剂为BYK-306或海名斯837中的一种。
8.根据权利要求7所述的一种高原寒旱区桥梁钢结构防护面漆，其特征在于：所述混合溶剂为100#溶剂油7-9份和二甲苯2-3份的混合物。
9.权利要求1所述一种高原寒旱区桥梁钢结构防护面漆的制备方法，其特征在于：将组分一和组分二按质量比3-5.5:1混合，搅拌均匀，调整粘度；
其中组分一的制备包括如下步骤，
A、在干净的配料釜中加入三分之二的高羟丙烯酸树脂，300-500r/min搅拌下加入分散剂，搅拌均匀；
B、在300-500r/min搅拌下依次加入颜料，600-800r/min搅拌至均匀无干粉；
C、在1600-1800r/min下研磨40-60min,研磨温度小于60℃；
D、在300-500r/min搅拌下加入剩余三分之一的高羟丙烯酸树脂，以及聚四氟乙烯微粉、消泡剂、流平剂、氟取代乙氧基硅烷、二月桂酸二丁基锡催化剂，之后加入混合溶剂调整粘度，丝绢过滤包装。
10.权利要求9所述一种高原寒旱区桥梁钢结构防护面漆的制备方法，其特征在于：所述组分二的制备步骤为，氮气保护下，在反应釜中加入HDI缩二脲固化剂、聚酯树脂、丙二醇甲醚醋酸酯，搅拌下缓慢升温至78-80℃，保持110-120min；降温至52-54℃，搅拌下加入含HDI三聚体固化剂和IPDI三聚体固化剂的醋酸仲丁酯溶液，保持39-41min，过滤。
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