CN109627936A - 一种长效水性船舶内舱漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种长效水性船舶内舱漆及其制备方法，该船舶内舱漆包括水性醇酸树脂40～60份、介孔二氧化硅空心球1～2份、氨基硅烷偶联剂10～20份、润湿分散剂0.5～0.7份、颜填料15～23份、硝酸铈缓蚀剂(5％水溶液)0.1～0.5份、紫外光吸收剂0.1～0.3份、pH调节剂0.2～0.5份、附着力促进剂0.1～0.3％份、催干剂1～2％、增稠剂0.3～0.7份、消泡剂0.2～0.6份、水10～15份。其VOC仅8g/L、耐人工老化性达300h、配套涂层耐盐雾性达1000h、耐水性达21d，并已通过低播焰性、烟气及毒性试验，满足船舶与海洋平台的生活舱室及建筑钢结构的长效防护要求。

Description

一种长效水性船舶内舱漆及其制备方法

技术领域

本发明涉及化工材料领域，尤其涉及到一种长效水性船舶内舱漆及其制备方法。

背景技术

船舶制造过程中需要使用大量的内舱漆，用于内舱钢板表面的装饰和防护。由于船体内舱空间狭小、涂装操作不便、通风不畅，因此在施工过程中存在易产生火灾、中毒等安全事故的隐患。目前造船业中应用最多的内舱漆是溶剂型醇酸漆。而溶剂型醇酸漆含有约50％的有机溶剂，易在施工时产生火灾危险、污染内舱环境，并给舱内工作人员的身体健康造成威胁。

新型的水性醇酸船舶内舱漆以水为分散介质，具有挥发性有机物(VOC)排放少、环境污染少、施工时火灾和中毒风险低的特点，可显著改善内舱室环境。此外，水性醇酸树脂在制备过程中采用了天然的油脂作为制造原料，相比以合成化工材料为原料水性环氧和水性聚氨酯等树脂，水性醇酸不含卤素等毒性物质、具有燃烧烟气毒性小的特点，因而更适用于内舱涂料。而水性醇酸船舶内舱漆虽是环保型材料，但却由于树脂的亲水性使其耐水性差，树脂结构中的苯环结构又使其在服役过程中，易因可见光的紫外线辐射而黄变、粉化等，并最终影响涂层的使用寿命，这在很大程度上限制了水性船舶内舱漆的应用。

专利CN102603991A通过丙烯酸改性醇酸乳液，提高树脂的防腐性，并以之为基料，制备了一种环保型水性内舱漆涂料，将水性醇酸内舱漆的耐水性由24h提高至48h。专利CN106750355A通过溶胶-凝胶法制备了水性醇酸-纳米二氧化硅杂化树脂，提高了树脂的防腐性能，将树脂的耐盐雾性提高至96h。

上述两种工艺的实施，虽在一定程度上提高了水性醇酸的防腐性能，但却仍未满足在海洋大气环境下，船舶内舱的防腐要求。

发明内容

为解决上述提到的现有技术中存在的不足和问题，本发明提供一种长效水性船舶内舱漆，按照重量配比的组分包括：

进一步地，所述水性醇酸树脂的固含量为65％～90％，酸值40～80mgKOH/g。

进一步地，所述介孔二氧化硅空心球为空心球结构，外径1～6μm，具有中空结构，壁厚30～200nm。

进一步地，所述氨基硅烷偶联剂为KH-550。

进一步地，所述润湿分散剂包括BYK180、BYK-190、SN5040、X-405、FX600、FN265中的一种或几种。

进一步地，所述颜填料包括滑石粉、钛白粉、沉淀硫酸钡、重晶石粉、云母粉、绢云母粉、磷酸锌、三聚磷酸铝、长石粉及硅灰石粉中的一种或几种。

进一步地，所述紫外光吸收剂为纳米氧化锌分散体，粒径为20～80nm，颗粒含量为20～80％。

进一步地，所述pH调节剂包括氨水、三乙胺、AMP-95、AMP-19、N,N-二甲基乙醇胺、乙醇胺的一种或多种。

进一步地，所述附着力促进剂为改性硅氧烷，包括BYK-348、BYK-349、Tego Wet260、Levelol W-469的一种或几种。

进一步地，所述催干剂为环烷酸钴、环烷酸锆、环烷酸钙、环烷酸锌为有效成份的乳液，包括VXW、Octa-Soligen 421、Octa-Soligen 123和Cobalt Hydrocure中的一种或几种。

进一步地，所述增稠剂为聚醚聚氨酯型增稠剂或改性膨润土型增稠剂，包括RM2020、BR125P、PUR65、WT105WA、LT、DE及SHV中的一种或几种。

进一步地，所述消泡剂为矿物油、聚醚或有机硅树脂，包括SN1311、1340、NXZ、BYK-024、Tego 810及Tego 901中的一种或几种。

本发明还提供一种上述的长效水性船舶内舱漆制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将介孔二氧化硅空心球按1:10重量比加入氨基硅烷偶联剂中，经超声分散10min后，静置6～12h；通过减压抽滤除去氨基硅烷偶联剂，期间采用无水乙醇冲洗滤饼3～5次，去除残留在二氧化硅表面、未完全反应的氨基硅烷偶联剂，再将滤饼置于110℃对流烘箱中干燥2h，得经表面修饰后的介孔二氧化硅球；

步骤二：500rpm搅拌下，向分散缸中加入水性醇酸树脂和步骤一所得经表面修饰后的介孔二氧化硅球，并在800rpm下分散20min；

步骤三：调节分散机转速至500rpm，向其中加入消泡剂、润湿分散剂和水，再在500rpm下分散10min，随后向其中加入配方量的颜填料、增稠剂，再在1500rpm下高速分散30～60min，直至细度小于40μm；

步骤四：调节分散机转速至500rpm，向其中加入硝酸铈缓蚀剂、紫外光吸收剂、pH调节剂、附着力促进剂及催干剂，再在500rpm下分散10min；

步骤五：过滤包装得成品。

本发明提供的一种长效水性船舶内舱漆，采用了如下的技术方案：

(1)通过氨基硅烷偶联剂、介孔二氧化硅空心球、附着力促进剂和紫外光吸收剂的协同作用，提高涂层耐老化性。氨基硅烷偶联剂中的硅氧键与介孔二氧化硅球表面发生反应，形成稳定的-Si-O-Si-键，并使二氧化硅球内外表面带有-NH2基团，这种碱性基团易与水性醇酸树脂的-COOH发生酸碱中和反应，形成-CONH-结构稳定连接，两者相互作用，使水性醇酸树脂的部分链段被介孔二氧化硅球包覆于腹内，由于减少了暴露在紫外光中不稳定的苯环结构，水性醇酸树脂的耐紫外性得到提升。此外，配方中选用了改性硅氧烷类的附着力促进剂，其中所含-Si-O-Si-键与介孔二氧化硅球表面发生作用相互作用时，附着力促进剂所具备的较低的表面张力将带着耐紫外老化性强的介孔二氧化硅球平铺在涂层表面，得到一种面层无机、底层有机的结构，这将进一步提高水性船舶内舱漆的耐老化性。此外，配方中还添加了可有效吸收紫外线的纳米氧化锌，与上述结构协同作用提高涂层的耐老化性，减少涂层在海洋大气中因老化而导致的粉化、开裂、黄变的情况。

(2)通过氨基硅烷偶联剂、介孔二氧化硅空心球、附着力促进剂、增稠剂和缓蚀剂的协同作用，提高涂层防腐性。通过氨基硅烷偶联剂、介孔二氧化硅空心球和附着力促进剂三者相互作用，将提高涂层的耐老化性，减少涂层在使用过程中出现的粉化和裂纹，避免腐蚀介质从老化产生的裂纹中渗入基材，提高涂层的防腐性能。同时，配方中未选用亲水性较强的丙烯酸类增稠剂，而选用膨润土型和聚氨酯型增稠剂，膨润土形成的卡屋结构及聚氨酯本身，均具有一定的防水效果。此外，配方中还加入部分硝酸铈缓蚀剂，当水分子渗入时，硝酸铈将随着水分子迁移至基材表面、发生相互作用，提高涂层的防腐效果。

本发明提供的一种长效水性船舶内舱漆具有以下特点：

(1)绿色环保，涂料VOC含量低、小于20g/L，并通过低播焰性、烟气及毒性实验，满足内舱的消防安全要求。

(2)耐老化性好，耐人工老化性达300h。

(3)防腐性能好，配套涂层耐盐雾性达1000h，耐水性达21d。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例对技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的提供一种长效水性船舶内舱漆如表1的实施例1-3及对比例1-2(各组分按照重量配比)：

表1

其中，所述水性醇酸树脂的固含量为65％～90％，酸值为40～80mgKOH/g。

所述介孔二氧化硅空心球为空心球结构，外径1～6μm，具有中空结构，壁厚30～200nm。

所述氨基硅烷偶联剂为KH-550。

所述润湿分散剂包括BYK180、BYK-190、SN5040、X-405、FX600、FN265中的一种或几种。

所述颜填料包括滑石粉、钛白粉、沉淀硫酸钡、重晶石粉、云母粉、绢云母粉、磷酸锌、三聚磷酸铝、长石粉及硅灰石粉中的一种或几种。

所述紫外光吸收剂为纳米氧化锌分散体，粒径为20～80nm，颗粒含量为20～80％。

所述pH调节剂包括氨水、三乙胺、AMP-95、AMP-19、N,N-二甲基乙醇胺、乙醇胺的一种或多种。

所述附着力促进剂为改性硅氧烷，包括BYK-348、BYK-349、Tego Wet 260、LevelolW-469的一种或几种。

所述催干剂为环烷酸钴、环烷酸锆、环烷酸钙、环烷酸锌等为有效成份的乳液，如VXW、Octa-Soligen 421、Octa-Soligen 123和Cobalt Hydrocure中的一种或几种。

所述增稠剂为聚醚聚氨酯型增稠剂或改性膨润土型增稠剂，包括RM2020、BR125P、PUR65、WT105WA、LT、DE及SHV中的一种或几种。

所述消泡剂为矿物油、聚醚或有机硅树脂，包括SN1311、1340、NXZ、BYK-024、Tego810及Tego 901中的一种或几种。

以下为上述实施例和对比例的制备方法(按表1重量配比称取各实施例的组分)：

步骤一：将中空介孔二氧化硅球按1:10重量比加入氨基硅烷偶联剂中，经超声分散10min后，静置6～12h，通过减压抽滤除去氨基硅烷偶联剂，期间采用无水乙醇冲洗滤饼3～5次，去除残留在二氧化硅表面、未完全反应的氨基硅烷偶联剂，再将滤饼置于110℃对流烘箱中干燥2h，得经表面修饰后的介孔二氧化硅球；

步骤二：500rpm搅拌下，向分散缸中加入水性醇酸树脂和步骤(1)所得经表面修饰后的介孔二氧化硅球，并在800rpm下分散20min；

步骤三：调节分散机转速至500rpm，向其中加入消泡剂、润湿分散剂和水，再在500rpm下分散10min，随后向其中加入配方量的颜填料、增稠剂，再在1500rpm下高速分散30～60min，直至细度小于40μm；

步骤四：调节分散机转速至500rpm，向其中加入硝酸铈缓蚀剂、紫外光吸收剂、pH调节剂、附着力促进剂及催干剂，再在500rpm下分散10min；

步骤五：过滤包装得成品。

将实施例子1-3和对比例1-2以及CN102603991A和CN106750355A公开所得到的长效水性船舶内舱漆进行性能测试，测试结果如表2所示：

表2

从上面的得到的实验数据中可以看出，实施例1～3的各项性能较现有技术CN102603991A和CN106750355A有较大的提升。

本实施例通过氨基硅烷偶联剂、介孔二氧化硅空心球、附着力促进剂和紫外光吸收剂的协同作用，提高涂层耐老化性，并进而影响涂层的防腐性能。因此，与对比例1相比，添加附着力促进剂和紫外光吸收剂的实施例3，由于改性硅氧烷类的附着力促进剂中所含-Si-O-Si-键与介孔二氧化硅球表面发生作用相互作用时，附着力促进剂所具备的较低的表面张力将带着耐紫外老化性强的介孔二氧化硅球平铺在涂层表面，得到面层无机、底层有机的结构，提高涂层耐紫外光老化性，此外其中所添加的纳米氧化锌紫外光吸收剂也可吸收紫外光，提高涂层耐老化性。由于涂层耐老化性提升、不易在使用时产生粉化和裂纹，腐蚀介质较难渗入涂层，因此实施例3除耐人工老化性外，耐盐雾性也得到提高。

本实施例通过氨基硅烷偶联剂、介孔二氧化硅空心球、附着力促进剂、增稠剂和缓蚀剂的协同作用，提高涂层防腐性。因此，与对比例2相比，实施例3添加硝酸铈缓蚀剂，当腐蚀介质水渗入时，硝酸铈将随着水分子迁移至基材表面、发生相互作用，提高涂层的防腐效果。因此实施例3的耐盐雾性较对比例2高。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种长效水性船舶内舱漆，其特征在于，按照重量配比的组分包括：

2.根据权利要求1所述的长效水性船舶内舱漆，其特征在于，所述水性醇酸树脂的固含量为65％～90％，酸值为40～80mgKOH/g。

3.根据权利要求1所述的长效水性船舶内舱漆，其特征在于：所述介孔二氧化硅空心球为空心球结构，外径1～6μm，具有中空结构，壁厚30～200nm。

4.根据权利要求1所述的长效水性船舶内舱漆，其特征在于：所述氨基硅烷偶联剂为KH-550。

5.根据权利要求1所述的长效水性船舶内舱漆，其特征在于：所述润湿分散剂包括BYK180、BYK-190、SN5040、X-405、FX600、FN265中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的长效水性船舶内舱漆，其特征在于：所述紫外光吸收剂为纳米氧化锌分散体，粒径为20～80nm，颗粒含量为20～80％。

7.根据权利要求1所述的长效水性船舶内舱漆，其特征在于：所述附着力促进剂为改性硅氧烷，包括BYK-348、BYK-349、Tego Wet 260、Levelol W-469的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的长效水性船舶内舱漆，其特征在于：所述催干剂为环烷酸钴、环烷酸锆、环烷酸钙、环烷酸锌为有效成份的乳液，包括VXW、Octa-Soligen 421、Octa-Soligen 123和Cobalt Hydrocure中的一种或几种。

9.根据权利要求1所述的长效水性船舶内舱漆，其特征在于：所述增稠剂为聚醚聚氨酯型增稠剂或改性膨润土型增稠剂，包括RM2020、BR125P、PUR65、WT105WA、LT、DE及SHV中的一种或几种。

10.一种如权利要求1所述的长效水性船舶内舱漆制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将介孔二氧化硅空心球按1:10重量比加入氨基硅烷偶联剂中，经超声分散10min后，静置6～12h；通过减压抽滤除去氨基硅烷偶联剂，期间采用无水乙醇冲洗滤饼3～5次，去除残留在二氧化硅表面、未完全反应的氨基硅烷偶联剂，再将滤饼置于110℃对流烘箱中干燥2h，得经表面修饰后的介孔二氧化硅球；

步骤二：500rpm搅拌下，向分散缸中加入水性醇酸树脂和步骤一所得经表面修饰后的介孔二氧化硅球，并在800rpm下分散20min；

步骤三：调节分散机转速至500rpm，向其中加入消泡剂、润湿分散剂和水，再在500rpm下分散10min，随后向其中加入配方量的颜填料、增稠剂，再在1500rpm下高速分散30～60min，直至细度小于40μm；

步骤四：调节分散机转速至500rpm，向其中加入硝酸铈缓蚀剂、紫外光吸收剂、pH调节剂、附着力促进剂及催干剂，再在500rpm下分散10min；

步骤五：过滤包装得成品。