CN109321082A - 一种低表面处理环氧涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低表面处理环氧涂料及其制备方法，属于涂料技术领域。本发明的低表面处理环氧涂料，A组分由以下重量份数的原料制成：改性环氧树脂20‑25份，叔碳酸缩水甘油酯5‑8份，润湿分散剂0.5‑1.5份，消泡剂0.2‑0.5份，触变剂0.5‑1份，防锈颜料10‑18份，腐蚀抑制剂0.5‑1份，填料32‑40份，片状颜料5‑10份，流平剂0.5‑0.8份，溶剂8‑12份；B组分由以下重量份数的原料制成：改性聚酰胺70‑80份，非活性稀释剂13‑20份，固化促进剂5‑7份，附着力促进剂2‑3份。本发明的环氧涂料，可以在已经固化的醇酸、环氧酯、聚氨酯表面重涂，适合于局部存在修饰的钢结构的维保。

Description

一种低表面处理环氧涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种低表面处理环氧涂料及其制备方法，属于涂料技术领域。

背景技术

目前，涂料防护是一种被广泛采用且经济有效的金属结构防腐方法。对常规的重防腐涂料，基材的表面处理质量和施工涂装环境对涂膜综合防护性能的影响是至关重要的。为获得优良的防腐性能，在对钢结构进行涂料施工时，必须对金属基材采用喷砂处理达到Sa2.5级(GB/T 8923《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》)，并在相对空气湿度≤85％情况下施工。但是，首先，对很多新建钢结构的焊缝、狭小空间区域，现场无法进行喷砂处理达到Sa2.5级，对这些区域一般都是手动打磨到St2或St3级；其次，对于一些旧项目的维修保养，如码头、桥梁、港机、电力、石化炼化、船舶及海洋石油平台等的维保，现场受施工条件下及作业环境限制无法进行喷砂除锈处理，基材表面无法处理达到Sa2.5级的技术要求，对这些锈蚀的钢结构表面一般都是采用电动打磨进行除锈表面处理的；同时，对沿海石油石化钢结构、LNG设施、海洋环境下船舶及平台的维保一般都是在户外进行的，而户外环境的湿度一般都是远超过85％的相对湿度，在这种条件下经过处理后的钢结构表面一般都处于潮湿状态，因此要求涂料在高湿环境下能够正常施工、固化，不会产生发粘及发白等问题并且在潮湿表面具有良好的涂装性能和防腐性能；最后，在对各类钢结构的维保中还会经常遇到原有的醇酸、环氧酯、聚氨酯涂料存在完好的区域，而维保过程会经常遇到新的维保涂层在原有的醇酸、环氧酯、聚氨酯等涂层上重涂的情况。

目前针对打磨处理、潮湿基材等低表面处理条件下采用涂料防腐的需求，一般都是采用环氧及改性环氧类的低表面处理涂料，该类环氧涂料在这些低表面处理条件下具有良好的防腐性能。但是，越来越多的调查研究显示，在手动打磨处理、打磨处理的锈蚀表面、潮湿基材上低表面处理环氧涂料的防腐失效形态并不同于传统的在喷砂处理基材上有机涂层防腐失效形态，传统的在喷砂基材上有机涂层防腐失效形态一般是首先出现点锈或局部锈蚀(腐蚀介质透过有机涂层到达基材表面，有机涂层失去屏蔽作用或者腐蚀抑制作用)；而在低表面处理基材上有机涂层(特别是环氧类涂料)其主要失效形式是由于在后续使用中涂层的后固化应力及环境条件导致的湿热应力大于漆膜的附着力或者内聚力导致涂层产生开裂或脱落而使得涂层提前失效的；同时传统的低表面处理环氧涂料在已有的醇酸、环氧酯、聚氨酯等涂层上重涂后由于后固化应力及环境条件导致的湿热应力比较大会导致已有醇酸、环氧酯、聚氨酯等涂层出现咬底、起皱、开裂及脱落等问题，因此导致整个维保体系提前失效。

为了保证在低表面处理条件下的长效防腐蚀效果、避免由于涂层在后续固化及使用过程中由于后固化应力及湿热应力导致的漆膜开裂、脱落等提前失效行为，有必要开发一种可以在手动打磨处理表面、打磨处理的锈蚀基材表面及潮湿基材表面涂装的低表面处理环氧涂料。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种低表面处理环氧涂料，该涂料用于手动打磨处理表面、打磨处理的锈蚀表面及潮湿表面具有优异的防腐性能，同时该环氧涂料可以在已经固化的醇酸、环氧酯、聚氨酯表面重涂，不会出现起皱、咬底等。

本发明的第二个目的在于提供一种上述低表面处理环氧涂料的制备方法。

为实现以上目的，本发明的技术方案是：

一种低表面处理环氧涂料，由A组分和B组分配制而成，所述A组分由以下重量份数的原料制成：改性环氧树脂20-25份，叔碳酸缩水甘油酯5-8份，润湿分散剂0.5-1.5份，消泡剂0.2-0.5份，触变剂0.5-1份，防锈颜料10-18份，腐蚀抑制剂0.5-1份，填料32-40份，片状颜料5-10份，流平剂0.5-0.8份，溶剂8-12份；所述B组分由以下重量份数的原料制成：改性聚酰胺70-80份，非活性稀释剂13-20份，固化促进剂5-7份，附着力促进剂2-3份；所述A组分和B组分的重量比为4～6:1。

本发明的低表面处理环氧涂料，组分A以改性环氧树脂为主，添加适当比例的叔碳酸缩水甘油酯作为底漆的基体树脂。首先，本发明选择的改性环氧树脂具有较低的环氧值(环氧值在0.22-0.23mol/g)，因此可以使得整个漆膜体系的交联密度比较小，降低了涂层体系的后固化应力；同时，所选择的树脂为改性环氧树脂，通过改性增加了树脂柔韧性，降低固化漆膜的脆性，避免了漆膜在使用中产生较大的内应力；另外，所选的改性环氧树脂粘度较低，非常适合研制高固含低VOC涂料。

所述改性环氧树脂为柔性环氧树脂YD-171。所述柔性环氧树脂YD-171购自于kukdo(国都)公司。

所述叔碳酸缩水甘油酯为Cardura E10P。所述Cardura E10P购自于HEXION公司。

本发明选择的叔碳酸缩水甘油酯为单环氧官能度且含有空间位阻保护酯键的缩水甘油酯，具有以下优势：

1)降低体系的粘度：叔碳酸缩水甘油酯在25℃的粘度大约在5-10mPa.s，对降低体系的粘度、研制高固含涂料至关重要；2)提高低表面施工性能：叔碳酸缩水甘油酯可以降低体系的表面张力、提高低表面处理环氧涂料在低表面基材上的润湿性、铺展性和涂装施工性能；3)提高防腐性能：常规的缩水甘油酯稀释剂由于酯键的水解性会明显降低体系的防腐性能，而叔碳酸缩水甘油酯由于大体积长碳链对酯键的空间保护作用，使得酯键不易水解、非常稳定，同时长碳链的疏水作用，可以进一步提高体系的防腐性能。

所述触变剂为改性膨润土、聚酰胺蜡中的任意一种或两种。优选的，所述改性膨润土为G-1958有机膨润土。

所述防锈颜料为改性三聚磷酸铝。优选的，所述改性三聚磷酸铝为K-WHITE105。改性三聚磷酸铝相比于磷酸锌具有更高的磷酸根含量和防锈活性，可以快速在基材表面形成钝化层，提供长效防腐作用。

所述腐蚀抑制剂为RZ。所述RZ购自于德国凯伯。本发明选择的腐蚀抑制剂为锌的有机盐螯合物，该腐蚀抑制剂与防锈颜料配合协同使用可以提高防锈颜料在低表面上的早期防锈作用和对低表面的钝化作用。

所述填料为硫酸钡和滑石粉的混合物，所述硫酸钡和滑石粉的质量比为1～3:1。

所述润湿分散剂为BYK 110。

所述消泡剂为BYK 066。

所述流平剂为AFCONA 3777。所述AFCONA 3777为氟改性丙烯酸酯的流平剂。该流平剂同时具备流平、降低体系的表面张力、避免缩孔等作用，该流平剂用于低表面处理涂料中可以降低体系的表面张力，提高涂料对低表面基材的润湿铺展作用，防止出现缩孔、鱼眼等涂料对低表面基材的润湿性问题；同时，该流平剂可以提高漆膜的流平性，减少刷涂及滚涂施工中的刷痕、改善膜厚的均一性；另外该流平剂不含有机硅，避免了硅类助剂存在的重涂性问题。

所述片状颜料为非浮型铝粉浆。所述非浮型铝粉浆为片状粉末。所述非浮型铝粉浆的质量固含量为65％。非浮型铝粉浆的片状结构在漆膜中形成的迷宫效应可以延长腐蚀介质到达基材的路径，大幅度提高漆膜的屏蔽作用；同时，非浮型铝粉浆本身的结构特点可以大幅度降低漆膜在固化及使用过程的内应力，避免漆膜产生开裂脱落等问题，这对避免低表面处理环氧涂料在后续使用中出现开裂等提前失效问题非常有利。

优选的，上述非浮型铝粉浆为Lansford 243。

所述溶剂由二甲苯、丙二醇甲醚组成，所述二甲苯、丙二醇甲醚的重量比为4:1。

本发明的低表面处理环氧涂料，其A组分将改性环氧树脂与叔碳酸缩水甘油酯结合使用，并协同片状非浮型铝粉与防锈颜料、腐蚀抑制剂、AFCONA 3777流平剂，可以大幅度提高涂料的防腐作用，提高涂料对低表面基材的润湿铺展作用。

所述改性聚酰胺为Aradur 422XW70。所述Aradur 422XW70为低密度的聚酰胺加成物，采用Aradur 422XW70具有以下优势：1)可以确保漆膜具有优异的柔韧性和较低的玻璃化温度，降低固化漆膜的后固化内应力，避免漆膜用于低表面上提前出现开裂、脱落等失效行为；2)该聚酰胺加成物采用环氧树脂进行加成改性不但可以提高与环氧树脂的相容性，而且可以降低固化剂中的游离活性胺含量，防止在高湿度环境下涂装施工导致漆膜表面出现发白、发粘等问题。

所述非活性稀释剂为Cardolite NX-2021。本发明使用的非活性稀释剂CardoliteNX-2021，其中含有的腰果酚分子的长疏水脂肪侧链赋予了Cardolite NX-2021较低的粘度，并提供了早期耐水性和防腐保护，具有类似腰果酚固化剂的作用，可以确保低表面处理涂料具有良好的低表面涂装性能、提高防腐性能、提供固化促进作用及防止漆膜在高湿度环境下的出现发白等问题，同时又避免了采用腰果酚酚醛胺固化剂存在的漆膜发脆、开裂及脱落等问题。

所述固化促进剂为N-氨乙基哌嗪。

为了提高涂料的低温固化速度，传统的低表面处理环氧涂料配方一般使用DMP-30作为促进剂，虽然DMP-30的固化促进效果比较优异，但是也存在着固化的漆膜发脆、在高湿度条件下容易发粘等问题。

本发明采用N-氨乙基哌嗪固化促进剂，具有以下优点：

1)N-氨乙基哌嗪含有三个活泼氢与环氧基团发生交联反应，因此最终是以化学键参与成膜反应的，不会以游离态存在于漆膜中，不会对漆膜的耐水性产生影响；2)提高固化速度，N-氨乙基哌嗪由于其分子结构特点，其本身与环氧基团的固化速度快，采用N-氨乙基哌嗪可以提高固化体系的固化速度；3)N-氨乙基哌嗪不同于间苯二甲胺等常见的活性胺(间苯二甲胺在高湿度环境下容易产生铵盐而发白)，N-氨乙基哌嗪在高湿条件下不产生发白问题，因此可以避免在高湿度环境下施工存在的发白发粘等问题、非常适合用于高湿度环境下的涂装施工；4)N-氨乙基哌嗪由于分子中三个活泼氢的分布及分子结构中含有的长碳链使得固化的漆膜柔韧性和耐冲击性非常优异，适合用于低表面处理环氧涂料用作固化促进剂。

所述附着力促进剂为KH-792。所述KH-792的化学名称为N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷。

上述低表面处理环氧涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)将改性环氧树脂与叔碳酸缩水甘油酯混合后加入溶剂混合，得原液；向所述原液中加入润湿分散剂、消泡剂及触变剂，得中间液；向所述中间液中加入防锈颜料、腐蚀抑制剂及填料，混合、分散、研磨后，得混合液；边搅拌边向所述混合液中加入片状颜料及流平剂，继续搅拌，得A组分；

2)将改性聚酰胺、非活性稀释剂、固化促进剂混合，之后加入附着力促进剂，混合，得B组分；

3)将A组分和B组分按照4～6:1的重量比混匀，即得。

本发明的低表面处理环氧涂料，可用于手动打磨处理表面、打磨处理的锈蚀表面及潮湿表面，不但具有优异的防腐性能，而且涂料的后固化应力及湿热应力非常小，不会出现在打磨及潮湿表面上的开裂、脱落等提前失效行为；同时，该涂料不但可以在传统的环氧涂料上进行重涂，还可以在已经固化的醇酸、环氧酯、聚氨酯表面重涂，不会出现起皱、咬底等与原有防腐涂层的兼容性问题，非常适合于局部存在修饰的钢结构的维保。

本发明的低表面处理环氧涂料的制备方法简单易行，适合工业化生产。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

YD-171购自kukdo(国都)公司；Cardura E10P购自HEXION公司；K-WHITE105购自Tayca公司；HEUCORIN RZ购自凯伯公司；Lansford 243购自Silberline公司；AFCONA3777购自AFCONA公司；Aradur 422XW70购自Huntsman公司；Cardolite NX-2021购自Cardolite公司；N-氨乙基哌嗪购自Huntsman公司；KH-792购自南京全希化工有限公司；BYK-110、BYK066及G-1958有机膨润土均购自BYK公司。

实施例1-3

实施例1-3中的低表面处理环氧涂料，由A组分和B组分配制而成，其A组分和B组分的原料组成如表1所示：

表1实施例1-3中的低表面处理环氧涂料的配方

实施例1中的低表面处理环氧涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)将20份YD-171改性环氧树脂与5份Cardura E10P混合后再加入8份溶剂混合后以800转/min分散15分钟，得原液；向原液中加入1.5份BYK-110润湿分散剂、0.5份BYK066消泡剂及0.5份BYK G-1958，混合后以800转/min搅拌分散30分钟，得中间液；向中间液中加入18份Tayca K-WHITE 105、1份HEUCORIN RZ、30份500目硫酸钡、10份500目滑石粉混合、以800转/min搅拌分散30分钟后，采用砂磨研磨，控制细度小于60um后出料，得混合液；在200转/min搅拌下向混合液中加入5份Lansford 243和0.5份AFCONA3777，然后以200转/min分散60分钟，得A组分；

2)先把70份Aradur 422XW70固化剂、20份Cardolite NX-2021非活性稀释剂与7份N-氨乙基哌嗪固化促进剂混合，搅拌均匀后，再加入3份KH-792附着力促进剂，然后以400转/min搅拌30分钟，得B组分；

3)将A组分与B组分按重量比为6:1混合，再经充分搅拌，即得实施例1中的低表面处理环氧涂料。

实施例2中的低表面处理环氧涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)将23份YD-171树脂与7份Cardura E10P混合后再加入10份溶剂混合后以800转/min分散15分钟，得原液；向原液中加入0.7份BYK-110润湿分散剂、0.3份BYK 066消泡剂及0.7份BYK G-1958，混合后以800转/min搅拌分散30分钟，得中间液；向中间液中加入15份Tayca K-WHITE105、0.7份HEUCORIN RZ、22份500目硫酸钡、12份500目滑石粉混合、以800转/min搅拌分散30分钟后，采用砂磨研磨，控制细度小于60um后出料，得混合液；在200转/min搅拌下向混合液中加入8份Lansford 243和0.6份AFCONA 3777，然后以200转/min分散60分钟，得A组分；

2)先把75份Aradur 422XW70固化剂、16.5份Cardolite NX-2021非活性稀释剂与6份N-氨乙基哌嗪固化促进剂混合，搅拌均匀后，再加入2.5份KH-792附着力促进剂，然后以400转/min搅拌30分钟，得B组分；

3)将A组分与B组分按重量比为5:1混合，再经充分搅拌即得实施例2中的低表面处理环氧涂料。

实施例3中的低表面处理环氧涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)将25份YD-171树脂与8份Cardura E10P混合后再加入12份溶剂混合后以800转/min分散15分钟，得原液；向原液中加入0.5份BYK-110润湿分散剂、0.2份BYK 066消泡剂及1份BYK G-1958，混合后以800转/min搅拌分散30分钟，得中间液；向中间液中加入10份TaycaK-WHITE105、0.5份HEUCORIN RZ、16份500目硫酸钡、16份500目滑石粉混合、以800转/min搅拌分散30分钟后，采用砂磨研磨，控制细度小于60um后出料，得混合液；在200转/min搅拌下向混合液中加入10份Lansford 243和0.8份AFCONA 3777，然后以200转/min分散60分钟，得A组分；

2)先把80份Aradur 422XW70固化剂、13份Cardolite NX-2021非活性稀释剂与5份N-氨乙基哌嗪固化促进剂混合，搅拌均匀后，再加入2份KH-792附着力促进剂，然后以400转/min搅拌30分钟，得B组分；

3)将A组分与B组分按重量比为4:1混合，再经充分搅拌即得实施例3的低表面处理环氧涂料。

实验例1

对实施例1制备的低表面处理环氧涂料的外观及力学性能进行测试，结果如表2所示：

表2实施例1中的低表面处理环氧涂料的外观及力学性能测试数据

从表2可以看出，本发明实施例1制备的长效低表面处理环氧涂料具有优异的附着力、柔韧性、耐冲击性，能够满足海洋及工业重防腐领域低表面处理条件下的防腐及维保需求。

实验例2

对实施例1制备的低表面处理环氧涂料的涂膜性能检测：

采用SSPC-ME 1的方法制备已经锈蚀的基材表面、采用SSPC-SP2手动打磨处理方法制备手动打磨的基材表面，然后采用空气喷涂法分别在已锈蚀表面及手动打磨表面上喷涂实施例1中的低表面处理环氧涂料，漆膜分两道喷涂，涂装间隔为24小时，每道膜厚为125-150μm，总干膜厚为250-300μm，样板在23℃放置固化10天后分别进行冷凝试验、循环腐蚀测试、盐雾/冷热冲击循环测试、耐盐雾性能及耐盐水性性能测试；同时在已固化的醇酸、环氧酯及聚氨酯漆膜上进行重涂兼容性测试，其性能如下表3所示：

表3实施例1中的低表面处理环氧涂料的涂抹性能测试结果

盐雾/冷热冲击循环测试方法：“72小时B117盐雾+-18℃冷冻24小时+66℃烘烤24小时+室温放置48小时”为一个循环。

从表3中可以看出本发明实施例1制备的低表面处理环氧涂料在打磨处理的锈蚀基材表面、手动打磨处理方法制备的基材表面上具有优异的耐冷凝水性、耐循环腐蚀性、耐盐雾/冷热冲击循环性能、耐盐雾性能及耐盐水性。

综上所述，本发明制备的低表面处理环氧涂料与传统的低表面处理环氧涂料相比，本发明的长效低表面处理环氧涂料不但具有长效防腐性能，而且本发明的低表面处理环氧涂料漆膜的后固化应力和在环境条件中形成的湿热应力小，漆膜在低表面处理基材上经过循环腐蚀测试及盐雾/冷热冲击循环测试均不会产生开裂、脱落等提前失效行为；同时，该涂料在已固化的醇酸、环氧酯及聚氨酯漆膜上进行重涂时具有良好的兼容性，这些都是目前现有的低表面处理环氧涂料所不能达到的效果。

实施例2-3中的低表面处理环氧涂料的性能测试方法同实施例1，其测试结果与实施例1基本相同。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低表面处理环氧涂料，由A组分和B组分配制而成，其特征在于，所述A组分由以下重量份数的原料制成：改性环氧树脂20-25份，叔碳酸缩水甘油酯5-8份，润湿分散剂0.5-1.5份，消泡剂0.2-0.5份，触变剂0.5-1份，防锈颜料10-18份，腐蚀抑制剂0.5-1份，填料32-40份，片状颜料5-10份，流平剂0.5-0.8份，溶剂8-12份；所述B组分由以下重量份数的原料制成：改性聚酰胺70-80份，非活性稀释剂13-20份，固化促进剂5-7份，附着力促进剂2-3份；所述A组分和B组分的重量比为4～6:1。

2.根据权利要求1所述的低表面处理环氧涂料，其特征在于，所述改性环氧树脂为柔性环氧树脂YD-171。

3.根据权利要求1所述的低表面处理环氧涂料，其特征在于，所述叔碳酸缩水甘油酯为Cardura E10P。

4.根据权利要求1所述的低表面处理环氧涂料，其特征在于，所述触变剂为改性膨润土、聚酰胺蜡中的任意一种或两种。

5.根据权利要求1所述的低表面处理环氧涂料，其特征在于，所述腐蚀抑制剂为RZ。

6.根据权利要求1所述的低表面处理环氧涂料，其特征在于，所述填料为硫酸钡和滑石粉的混合物，所述硫酸钡和滑石粉的质量比为1～3:1。

7.根据权利要求1所述的低表面处理环氧涂料，其特征在于，所述改性聚酰胺为Aradur422XW70。

8.根据权利要求1所述的低表面处理环氧涂料，其特征在于，所述非活性稀释剂为Cardolite NX-2021。

9.根据权利要求1所述的低表面处理环氧涂料，其特征在于，所述固化促进剂为N-氨乙基哌嗪。

10.一种如权利要求1所述的低表面处理环氧涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将改性环氧树脂与叔碳酸缩水甘油酯混合后加入溶剂混合，得原液；向所述原液中加入润湿分散剂、消泡剂及触变剂，得中间液；向所述中间液中加入防锈颜料、腐蚀抑制剂及填料，混合、分散、研磨后，得混合液；边搅拌边向所述混合液中加入片状颜料及流平剂，继续搅拌，得A组分；

2)将改性聚酰胺、非活性稀释剂、固化促进剂混合，之后加入附着力促进剂，混合，得B组分；

3)将A组分和B组分按照4～6:1的重量比混匀，即得。