CN109535927A - 一种环保导电型环氧树脂防腐涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种环保导电型环氧树脂防腐涂料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种环保导电型环氧树脂防腐涂料及其制备方法和应用，其包括A组分和B组分，其中A组分包括环氧树脂、改性碳纳米管和活性稀释剂，B组分包括常规固化剂和湿固化剂；所述改性碳纳米管为碳纳米管、纳米铁粉和偶联剂；各组分均需要经过干燥处理；该涂料具有优异的环保、导电、防腐性能，其可用于在管道或罐体或地下设备或水下设备上。

Description

一种环保导电型环氧树脂防腐涂料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及涂料领域，具体涉及具有环保、导电和防腐性能的环氧涂料领域，还涉及到涂料的制备方法和应用。
背景技术
随着社会的发展，地面上的线路和管道越来越少，线路、管道、设备入地成为了城市设计的基本思路。环境的大幅度变化，管道设备的雨水、空气侵蚀也越来越明显了，如何减少外界环境的腐蚀成为研发热点。
在金属类设备、罐体和管道表面涂料处理时，大量的电荷积累有很大的危险性，容易导致重大的事故，因此，导电的涂料广泛应用。
环氧类树脂涂料是近年来快速发展的一类涂料，其防腐性、稳定性和耐久性十分优异，在上述的领域中广泛的应用，基于此目的，发明人进行了系列的研究，得到了本发明具有优异性能的环保导电型环氧树脂防腐涂料。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种环保导电型环氧树脂防腐涂料，通过改性碳纳米管的使用，提高了导电性但不形成孔道结构，避免了防腐性能的损失，同时，不采用挥发性有机溶剂，环保无污染。配合特定的固化剂组成，保证了防腐性和附着力。
本发明还提供了一种环保导电型环氧树脂防腐涂料的制备方法及其具体应用。
为了实现上述效果，采用如下的技术方案：
发明概述
本发明提供一种环保导电型环氧树脂防腐涂料，其包括A组分和B组分，其中A组分包括环氧树脂、改性碳纳米管和活性稀释剂，B组分包括常规固化剂和湿固化剂；所述改性碳纳米管为碳纳米管、纳米铁粉和偶联剂制备得到；各组分均需要经过干燥处理。
作为进一步优选技术方案，所述环氧树脂选自双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、双酚E环氧树脂、酚醛环氧树脂或芳杂环氧树脂中的一种或几种的混合物。
作为进一步优选技术方案，所述活性稀释剂选自丙烯基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、双环氧基的乙二醇双缩水甘油醚、间苯二酚双缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、蓖麻油多缩水甘油醚的一种或几种的混合物。
作为进一步优选技术方案，所述改性碳纳米管为碳纳米管与纳米铁粉充分混合均匀，浸入液态偶联剂或分散于活性稀释剂中的偶联剂，整个过程保证无水。
作为进一步优选技术方案，所述碳纳米管、纳米铁粉的质量比为100：20-200。
作为进一步优选技术方案，所述固化剂可以为脂肪胺、脂环胺、聚酰胺、聚醚胺、聚醚脂酰胺或酸酐的一种或几种的混合物。
作为进一步优选技术方案，所述湿固化剂为酮亚胺固化剂。
作为进一步优选技术方案，所述环氧树脂、改性碳纳米管和活性稀释剂的质量比为100：1-20：20-100；
作为进一步优选技术方案，所述常规固化剂和湿固化剂的质量比为100：
5-20；
本发明还提供一种环保导电型环氧树脂防腐涂料的方法：包括：
A组分：包括将环氧树脂和活性稀释剂混合均匀，进而加入改性碳纳米管，搅拌均匀，包装；
B组分：包括将常规固化剂和湿固化剂混合均匀，包装；
上述物料需干燥处理，制备过程隔绝水分。
作为进一步优选技术方案，所述改性碳纳米管为碳纳米管与纳米铁粉充分混合均匀，浸入液态偶联剂或分散于活性稀释剂中的偶联剂，整个过程保证无水。
本发明还提供上述环保导电型环氧树脂防腐涂料在管道或罐体或地下设备或水下设备上的应用。
发明详述
为了本领域技术人员可以充分理解本发明技术方案的设计机理，下面对技术方案进行详细的介绍。
本发明提供的环保导电型环氧树脂防腐涂料，其包括A组分和B组分，其中A组分包括环氧树脂、改性碳纳米管和活性稀释剂，B组分包括常规固化剂和湿固化剂；所述改性碳纳米管为碳纳米管、纳米铁粉和偶联剂制备得到；各组分均需要经过干燥处理。
对于该技术方案，采用双组分的结构设计，可以满足涂料稳定长期保存的使用，同时还可以根据实际使用需要选择使用C组分，可以包含颜填料等。
在A组分设置中，环氧树脂没有明确的限制，作为基体树脂可以选择双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、双酚E环氧树脂、酚醛环氧树脂或芳杂环氧树脂中的一种或几种的混合物。
常规条件下可以选择双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、双酚E环氧树脂，如E44、E51、E20等。如果使用环境温度较高，可以选择加入酚醛环氧树脂或芳杂环环氧树脂，可以与上述任何树脂混合使用，提高耐热性能，其中芳杂环氧树脂的加入性能更佳。
对于活性稀释剂的选择，也没有明确的限制，根据涂膜硬度选择单官能度、双官能度和三官能及以上官能度的活性稀释剂。所述活性稀释剂选自丙烯基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、双环氧基的乙二醇双缩水甘油醚、间苯二酚双缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、蓖麻油多缩水甘油醚的一种或几种的混合物。由于该稀释剂属于可固化，后续不挥发的，环保性得以保证。
所述改性碳纳米管为碳纳米管、纳米铁粉和偶联剂；各组分均需要经过干燥处理。该改性碳纳米管的使用是本发明核心的技术要点，碳纳米管是具有孔道结构大孔碳纳米管，其孔径约20-50nm，其具有良好的电荷电子传递效果，提高涂层的导电性。如果直接使用会导致涂层中慢速渗透，影响耐腐蚀性，本发明加入了具有导电性能的纳米级铁粉(15nm以下)，铁粉会进去碳纳米管，对水渗透的通道进行了堵塞，会作为补充提高导电性，可以作为防腐剂减少腐蚀。
为了提高碳纳米管和基体树脂、碳纳米管和纳米铁粉的连接稳定性，避免纳米铁粉的快速损失，碳纳米管和纳米铁粉混合均匀后，充分浸渍在液态偶联剂或分散于溶剂中的偶联剂中，两种填料在偶联剂中由于界面作用，短时间不会分散，长期使用会有分散。为了避免偶联剂导致填料使用前接触水分黏连，在填料混合中，原料除水，制备过程绝对隔水，隔水包装，避免水分的不良影响。
该填料加入到环氧树脂中，隔水充分混合，在最终涂层中起到了导电剂的作用，与被涂物表面接触的层，即使表面有微量水，与偶联剂作用，也可以具有良好的附着力。最外层与空气接触面，与水接触充分固化，偶联剂交联，提高了交联密度和填料接触的稳定性。同时，长期接触，铁作为防腐剂，缓慢氧化形成三氧化二铁，发生膨胀，堵塞孔道，更好的防腐。中间层可以稳定的存在，达到长期防腐，导电的效果。该结构设计尚未见到报道，实际测试使用效果优异，后续有实验数据验证。
所述碳纳米管、纳米铁粉的质量比为100：20-200，纳米铁粉用量根据碳纳米管的中空部分直径大小选定控制。
对于各组分用量的控制，所述环氧树脂、改性碳纳米管和活性稀释剂的质量比为100：1-20：20-100；进一步优选所述环氧树脂、改性碳纳米管和活性稀释剂的质量比为100：3-10：30-50，更进一步优选100：5：35。
对于固化剂的选择，本发明采用了复配的固化剂，分别为普通的固化剂和湿固化剂的混合，普通固化剂实现常规的固化，没有特别的限定；根据本发明目标使用环境和需求，特别加入了湿固化剂，是现在后续使用中进一步固化。
作为示例性描述，所述固化剂可以为脂肪胺、脂环胺、聚酰胺、聚醚胺、聚醚脂酰胺或酸酐。所述湿固化剂为酮亚胺固化剂。
对于固化剂用量的选择，所述常规固化剂和湿固化剂的质量比为100：5-20，湿固化剂的用量不宜过多，过多可能导致后期交联程度过大，涂膜脆性过大，影响附着力和抗冲击性；但也不宜过小，过小无法充分发挥后期湿固化提高水分渗透的抵抗性。
同时，固化剂和偶联剂都会影响后期交联，故偶联剂的用量也需要控制，填料在充分浸渍于偶联剂后，采用20℃左右的风吹拂15分钟，控制偶联剂在填料中无大滴保留，但该方法不做特别要求，偶联剂适当即可。
本发明中，A组分和B组分的质量比为2-5：1，B组分需要进行控制，平衡硬度、附着力和防腐性。
对于制备方法，没有特别要求，要求全过程无水操作。
对于上述涂料的用途，该环保导电型环氧树脂防腐涂料在管道或罐体或地下设备或水下设备上的应用，绝大部分部分均可使用，没有特别要求。
有益的技术效果
本发明提供了一种环保导电型环氧树脂防腐涂料，通过碳纳米管和纳米铁粉混合浸渍于偶联剂中作为改性碳纳米管，可以作为导电剂和耐腐蚀剂，还可以在接触水后进一步加强防腐性；结合固化剂的选择，湿固化加强了耐腐蚀性。本发明不采用挥发性有机溶剂，环保无污染。
具体实施方式
下面示例性的给出一些实施例和对比例，旨在帮助技术人员更加深入的理解本发明的技术方案，这些实施例不构成对权利要求保护范围的限定，任何不背离权利要求技术构思的技术方案都落在本发明的保护范围。
【制备例部分】
制备例1
将100重量份的单壁碳纳米管(中空直径约45nm)和30重量份纳米铁粉(直接约20nm)混合均匀，加入溶于200重量份三羟甲基丙烷三缩水甘油醚的50重量份的KH550，浸渍1小时，采用20℃左右的风吹拂15分钟，控制偶联剂在填料中无大滴保留，备用，命名F1。
制备例2
将100重量份的单壁碳纳米管(中空直径约20nm)和30重量份纳米铁粉(直接约20nm)混合均匀，加入溶于200重量份三羟甲基丙烷三缩水甘油醚的50重量份的KH550，浸渍1小时，采用20℃左右的风吹拂15分钟，控制偶联剂在填料中无大滴保留，备用，命名F2。
制备例3
将130重量份的单壁碳纳米管(中空直径约45nm)和30重量份纳米铁粉(直接约20nm)混合均匀，备用，命名F3。
制备例4
将130重量份纳米铁粉(直接约20nm)混合均匀，加入溶于200重量份三羟甲基丙烷三缩水甘油醚的50重量份的KH550，浸渍1小时，采用20℃左右的风吹拂15分钟，控制偶联剂在填料中无大滴保留，备用，命名F4。
制备例5
将100重量份的多壁碳纳米管(中空直径约45nm)和30重量份纳米铁粉(直接约20nm)混合均匀，加入溶于200重量份三羟甲基丙烷三缩水甘油醚的50重量份的KH550，浸渍1小时，采用20℃左右的风吹拂15分钟，控制偶联剂在填料中无大滴保留，备用，命名F5。
制备例6
将100重量份的单壁碳纳米管(中空直径约45nm)和30重量份微米铁粉(直接约1微米)混合均匀，加入溶于200重量份三羟甲基丙烷三缩水甘油醚的50重量份的KH550，浸渍1小时，采用20℃左右的风吹拂15分钟，控制偶联剂在填料中无大滴保留，备用，命名F6。
【实施例部分】
实施例1
A组分的制备方法：包括将100重量份双酚A环氧树脂E44和35重量份活性稀释剂苯基缩水甘油醚混合均匀，进而加入5重量份填料F1，搅拌均匀，进一步加入流平剂1重量份和1重量份消泡剂，包装，即可；
B组分的制备方法，将固化剂三乙烯四胺和湿固化剂酮亚胺以重量比100：10混合均匀，包装，即可；
使用时，隔水以重量比3：1混合A组分和B组分，涂布，固化，即可。
实施例2
A组分的制备方法：包括将100重量份双酚A环氧树脂E44和35重量份活性稀释剂苯基缩水甘油醚混合均匀，进而加入5重量份填料F1，搅拌均匀，进一步加入流平剂1重量份和1重量份消泡剂，包装，即可；
B组分的制备方法，将固化剂三乙烯四胺包装，即可；
使用时，隔水以重量比3：1混合A组分和B组分，涂布，固化，即可。
实施例3
A组分的制备方法：包括将100重量份双酚A环氧树脂E44和35重量份活性稀释剂苯基缩水甘油醚混合均匀，进而加入5重量份填料F1，搅拌均匀，进一步加入流平剂1重量份和1重量份消泡剂，包装，即可；
B组分的制备方法，将固化剂三乙烯四胺和湿固化剂酮亚胺以重量比100：100混合均匀，包装，即可；
使用时，隔水以重量比3：1混合A组分和B组分，涂布，固化，即可。
实施例4-8
使用制备例2-6的填料F2-F6替换实施例的填料F1。使用时，隔水以重量比3：1混合A组分和B组分，涂布，固化，即可。
实施例9
A组分的制备方法：包括将80重量份双酚A环氧树脂E44、20重量份的海因环氧树脂和35重量份活性稀释剂苯基缩水甘油醚混合均匀，进而加入5重量份填料F1，搅拌均匀，进一步加入流平剂1重量份和1重量份消泡剂，包装，即可；
B组分的制备方法，将固化剂三乙烯四胺和湿固化剂酮亚胺以重量比100：10混合均匀，包装，即可；
使用时，隔水以重量比3：1混合A组分和B组分，涂布，固化，即可。
实验测试方法
1.附着力测试
本发明实施例和对比例采用GB/T9286-1998进行测试，其中0-5级，0级最好，5级最差。
分别测试固化后1天后的附着力1和浸水100天后的附着力2(水温20℃)。
2.导电性测试
样品涂层采用GB/T6739-2006中表面电阻率的测试方法进行测试(Ω.m)，测试为浸20℃30天后测试。
3.耐腐蚀测试
本发明实施例和对比例耐水采用GB 1733-1993-T漆膜耐水性测定法中的乙法(沸水)，记录出现起泡、起皱时间(h)；
耐酸雾测试(盐酸酸雾)，记录出现表面腐蚀(变色和失光)的时间(h)。上述测试至少平行3次，记录最短时间，时间，记录时间10h间隔。
【测试结果】
编号 附着力1 附着力2 耐水测试 耐酸雾 电阻率
实施例1 0 0 520 240 1.1×10<sup>5</sup>
实施例2 0 2 330 180 1.0×10<sup>5</sup>
实施例3 0 4 290 170 1.7×10<sup>5</sup>
实施例4 1 3 390 150 2.9×10<sup>5</sup>
实施例5 0 3 410 170 2.7×10<sup>5</sup>
实施例6 1 2 270 110 4.2×10<sup>5</sup>
实施例7 1 3 390 160 3.1×10<sup>5</sup>
实施例8 2 4 360 140 3.7×10<sup>5</sup>
实施例9 1 1 500 270 0.9×10<sup>5</sup>
通过上述实验数据可以发现，改性碳纳米管是核心的技术要点，其改性方式和组成都对最终的导电和防腐以及附着力有重要影响，同时，固化剂的复配也对最终产品性能有影响。本发明得到的涂料在本领域中性能优异，没有相关的技术报道。

Claims (10)

1.一种环保导电型环氧树脂防腐涂料，其特征在于：包括A组分和B组分，其中A组分包括环氧树脂、改性碳纳米管和活性稀释剂，B组分包括常规固化剂和湿固化剂；所述改性碳纳米管为碳纳米管、纳米铁粉和偶联剂制备得到；各组分均需要经过干燥处理。
2.根据权利要求1所述的环保导电型环氧树脂防腐涂料，其特征在于：所述环氧树脂选自双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、双酚E环氧树脂、酚醛环氧树脂或芳杂环氧树脂中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的环保导电型环氧树脂防腐涂料，其特征在于：所述活性稀释剂选自丙烯基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、双环氧基的乙二醇双缩水甘油醚、间苯二酚双缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、蓖麻油多缩水甘油醚的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的环保导电型环氧树脂防腐涂料，其特征在于：所述改性碳纳米管为碳纳米管与纳米铁粉充分混合均匀，浸入液态偶联剂或分散于活性稀释剂中的偶联剂，整个过程保证无水。
5.根据权利要求1所述的环保导电型环氧树脂防腐涂料，其特征在于：所述固化剂可以为脂肪胺、脂环胺、聚酰胺、聚醚胺、聚醚脂酰胺或酸酐的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的环保导电型环氧树脂防腐涂料，其特征在于：所述湿固化剂为酮亚胺固化剂。
7.根据权利要求1所述的环保导电型环氧树脂防腐涂料，其特征在于：所述环氧树脂、改性碳纳米管和活性稀释剂的质量比为100：1-20：20-100；所述常规固化剂和湿固化剂的质量比为100：5-20；所述碳纳米管、纳米铁粉的质量比为100：20-200。
8.制备权利要求1-7所述的环保导电型环氧树脂防腐涂料的方法，其特征在于：包括：
A组分：包括将环氧树脂和活性稀释剂混合均匀，进而加入改性碳纳米管，搅拌均匀，包装；
B组分：包括将常规固化剂和湿固化剂混合均匀，包装；
上述物料需干燥处理，制备过程隔绝水分。
9.根据权利要求8所述的环保导电型环氧树脂防腐涂料的制备方法，其特征在于：所述改性碳纳米管为碳纳米管与纳米铁粉充分混合均匀，浸入液态偶联剂或分散于活性稀释剂中的偶联剂，整个过程保证无水。
10.权利要求1-7所述的环保导电型环氧树脂防腐涂料在管道或罐体或地下设备或水下设备上的应用。
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