CN110157293A - 一种无溶剂环氧重防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及防腐涂料领域，具体涉及一种无溶剂环氧重防腐涂料及其制备方法，无溶剂环氧重防腐涂料包括甲组分和乙组分；甲组分包括无溶剂环氧树脂100份，活性稀释剂8～16份，颜填料70～115份，偶联剂1.5～2.6份，分散剂1.5～2.6份，触变剂0.8～1.3份；乙组分为固化剂，且乙组分与甲组分中液体环氧树脂的质量比为（1.5：1）～（3.5：1）。该重防腐涂料的固含量高达98%以上，是环境友好型涂料；涂料中只含有极少量的可挥发性有机溶剂，因此涂层固化以后只产生很少的缩孔和针眼，涂料的致密性有效地增加了防腐涂层的阻隔性和抗渗透能力。

Description

一种无溶剂环氧重防腐涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及防腐涂料领域，具体涉及一种用于海洋钢结构的无溶剂环氧重防腐涂料及其制备方法。
背景技术
金属材料在经济生活中扮演着非常重要的角色；然而，金属和钢筋混凝土的腐蚀给人类带来巨大的经济损失和社会危害。据统计，我国近年来钢铁腐蚀造成的经济损失接近5000亿元，已经占到了国民经济生产总值的5％。钢铁材料在腐蚀环境中发生物理变化、化学变化和电化学变化而使得性能变化直至最后完全损坏的现象称为钢铁腐蚀。给钢铁设备涂覆防腐涂料是目前最快捷且最有效的方法。涂料主要是通过化学机制和阻隔作用对钢铁材料进行保护。
传统防腐涂料一般都含有大量的有机溶剂，溶剂的挥发会对涂层的致密性造成损害，同时易形成针眼和缩孔，使得水和介质离子很容易通过扩散和传递到达基底表面，产生腐蚀物质膨胀后使涂层破裂，最终致使涂层脱落，从而失去防护作用。涂料中的溶剂不仅造成了浪费，还对环境造成了伤害。因此开发无溶剂型的涂料是涂料工业的重点发展方向。
现有的防腐涂料还存在以下缺陷：一是防腐涂料与钢铁之间的附着力有待提高；二是无溶剂防腐涂料的防腐效果还有待进一步提高；三是在施工时都需要多次涂装，工作效率低，成本高。因此，需要对无溶剂防腐涂料进行改进，以解决上述技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种无溶剂环氧重防腐涂料及其制备方法，该重防腐涂料具有优良的耐化学药品性能、机械性能和耐腐蚀性能。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种无溶剂环氧重防腐涂料，包括甲组分和乙组分；甲组分包括无溶剂环氧树脂100份，活性稀释剂8～16份，颜填料70～115份，偶联剂1.5～2.6份，分散剂1.5～2.6份，触变剂0.8～1.3份；乙组分为固化剂，且乙组分与甲组分中液体环氧树脂的质量比为(1.5：1)～(3.5：1)。
优选地，甲组分还包括石墨烯0.15～0.5份和成膜助剂0.8～1.3份。
优选地，无溶剂环氧树脂为E-51环氧树脂或E-44环氧树脂。
优选地，活性稀释剂为501活性稀释剂或699活性稀释剂。
优选地，颜填料包括云母氧化铁7.5～25份、硫酸钡30～50份、磷酸锌15～30份和锌粉10～20份。
优选地，颜填料还包括云母粉，颜填料中云母粉与云母氧化铁的总含量为15～25份且云母粉与云母氧化铁的含量相等；云母氧化铁的粒径为200～325目、云母粉的粒径为800目、硫酸钡的粒径为400～800目、磷酸锌的粒径为300～600目和锌粉的粒径为300～600目。
优选地，组分B为650固化剂、593固化剂和T-31固化剂中的一种或任意两种组合；偶联剂为KH-550硅烷偶联剂或磷酸酯偶联剂或其组合物。
优选地，组分B为650固化剂和593固化剂的组合物，且650固化剂和593固化剂的质量比为(1.5：1)～(4：1)。
一种无溶剂环氧重防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备甲组分，将无溶剂环氧树脂和活性稀释剂在200r/min的转速下搅拌5～30min后，加入颜填料继续搅拌；然后加入偶联剂、分散剂和触变剂在500r/min的转速下搅拌1h后，封闭贮存，即得甲组分；颜填料的添加顺序为先加入吸油值大的颜填料，后加入吸油值小的颜填料；
(2)制备乙组分，将固化剂和消泡剂在200r/min的转速下搅拌5～30min；
将上述甲组份和乙组分混合搅拌，即得无溶剂环氧防腐涂料。
一种上述无溶剂环氧重防腐涂料的用途，用于海洋钢结构工件。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)由于该涂料只含基料、活性稀释剂和助剂，需选用分子量低、粘度小且常温下呈粘稠液态的E-51和E-44环氧树脂作为基料；E-51环氧树脂分子量小，成膜交联密度大，耐水性和抗冲击性较好，同时羟基含量少，故反应活性小，固化时间长；因此，E-51环氧树脂效果更佳。
(2)501和699活性稀释剂粘度低，均含有环氧基团，既能起到稀释作用，又与固化剂发生交联作为成膜物质；因为缩水甘油醚属于挥发性物质，当有活性稀释剂未参与交联反应时，涂层表面出现气孔的概率增加，因此不宜过高。
(3)云母氧化铁呈薄片状，能够提高涂料的阻隔性和对水分的抗渗透性，且对阳光的反射能力强，可以减缓涂层老化；云母粉具有良好的弹性、韧性、耐高温、耐腐蚀性，与云母氧化铁起到协同作用；硫酸钡价格低廉，且能提高涂层的耐酸碱性；磷酸锌在金属表面发生反应形成高价络合物，提高涂层防腐能力及涂层与金属基底的附着力；锌粉是活泼的金属，能起到很好的电化学保护作用；因此，本发明选取云母氧化铁、硫酸钡、磷酸锌和锌粉作为颜填料。
(4)硅烷偶联剂中氨基官能团呈碱性，活化度高，可以增加涂料和钢结构之间的附着力和粘结性；磷酸酯偶联剂具有显著地分散效果，防花防沉。
(5)石墨烯是功能纳米材料，化学稳定优异、力学性能突出、超大的比表面积；0.01g石墨烯能替代30％锌粉，防腐性能更为卓越，也降低了锌粉的污染。
(6)该涂料的固含量高达98％，由于不含有机溶剂，因此涂层固化后只产生很少的缩孔和针眼；该涂料中的环氧基团与界面钢铁原子形成牢固的化学键，使得涂层与基材间产生优异的附着力，加之涂层具有良好的致密性，使得该涂料具有优良的耐化学性、机械性和耐腐蚀性。
(7)该涂料属于厚浆型涂料，且一次性涂刷不流挂，节省工序，提高工作效率；该涂料的干膜总厚度可达300以上，适用于海洋钢结构的防护。
附图说明
图1为不同活性稀释剂添加量对E-51环氧树脂粘度的影响；
图2为E-51环氧树脂与固化剂固化前后的红外谱图；
图3为试验序号1～9对应涂料的固含量；
图4为试验序号1～9对应涂料的层耐洗刷性；
图5为试验序号1～9对应涂料的防腐性能。
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，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
一种无溶剂环氧重防腐涂料，包括甲组分和乙组分；甲组分包括E-44环氧树脂100份，699活性稀释剂16份，云母氧化铁15份，硫酸钡50份，磷酸锌15份，锌粉15份，KH-550硅烷偶联剂1.5份，分散剂2.2份，触变剂1.1份，石墨烯0.22份和成膜助剂1.1份；乙组分包括质量比为2.0：1的650固化剂和593固化剂；乙组分与甲组分中液体环氧树脂的质量比为1.5：1。
一种上述无溶剂环氧重防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
制备甲组分，将无溶剂环氧树脂和活性稀释剂在200r/min的转速下搅拌10min后，加入颜填料继续搅拌；再加入偶联剂、分散剂和触变剂在500r/min的转速下搅拌1h后，封闭贮存；颜填料的添加顺序为先加入吸油值大的颜填料，后加入吸油值小的颜填料；制备乙组分，将固化剂和消泡剂在200r/min的转速下搅拌分散20min；将上述甲组份和乙组分混合搅拌，即得无溶剂环氧防腐涂料。
实施例2
一种无溶剂环氧重防腐涂料，包括甲组分和乙组分；甲组分包括E-51环氧树脂100份，699活性稀释剂16份，云母氧化铁15份，硫酸钡50份，磷酸锌15份，锌粉15份，KH-550硅烷偶联剂1.5份，分散剂2.2份，触变剂1.1份，石墨烯0.22份和成膜助剂1.1份；乙组分包括质量比为1.5：1的650固化剂和593固化剂；乙组分与甲组分中液体环氧树脂的质量比为1.5：1。
一种上述无溶剂环氧重防腐涂料的制备方法，参照实施例1。
实施例3
一种无溶剂环氧重防腐涂料，包括甲组分和乙组分；甲组分包括E-51环氧树脂100份，699活性稀释剂12份，云母氧化铁7.5份，云母粉7.5份，硫酸钡50份，磷酸锌15份，锌粉15份，KH-550硅烷偶联剂2.2份，分散剂1.5份，触变剂0.8份，石墨烯0.3份和成膜助剂0.8份；乙组分包括质量比为2.0：1的650固化剂和593固化剂；乙组分与甲组分中液体环氧树脂的质量比为2.0：1。
一种上述无溶剂环氧重防腐涂料的制备方法，参照实施例1。
实施例4
一种无溶剂环氧重防腐涂料，包括甲组分和乙组分；甲组分包括E-51环氧树脂100份，699活性稀释剂8份，云母氧化铁7.5份，云母粉7.5份，硫酸钡30份，磷酸锌15份，锌粉10份，KH-550硅烷偶联剂2.6份，分散剂1.8份，触变剂0.9份，石墨烯0.3份和成膜助剂0.9份；乙组分包括质量比为3.0：1的650固化剂和593固化剂；且乙组分与甲组分中液体环氧树脂的质量比为2.5：1。
一种上述无溶剂环氧重防腐涂料的制备方法，参照实施例1。
实施例5
一种无溶剂环氧重防腐涂料，包括甲组分和乙组分；甲组分包括E-51环氧树脂100份，501活性稀释剂16份，云母氧化铁10份，云母粉10份，硫酸钡50份，磷酸锌15份，锌粉15份，磷酸酯偶联剂1.5份，分散剂2.0份，触变剂1.0份，石墨烯0.2份和成膜助剂1.0份；乙组分包括质量比为4.0：1的650固化剂和593固化剂；且乙组分与甲组分中液体环氧树脂的质量比为3.0：1。
一种上述无溶剂环氧重防腐涂料的制备方法，参照实施例1。
实施例6
一种无溶剂环氧重防腐涂料，包括甲组分和乙组分；甲组分包括E-51环氧树脂100份，501活性稀释剂12份，云母氧化铁12.5份，云母粉12.5份，硫酸钡50份，磷酸锌20份，锌粉10份，磷酸酯偶联剂2.2份，分散剂2.4份，触变剂1.2份，石墨烯0.2份和成膜助剂1.2份；乙组分包括质量比为2.0：1的650固化剂和593固化剂；且乙组分与甲组分中液体环氧树脂的质量比为3.5：1。
一种上述无溶剂环氧重防腐涂料的制备方法，参照实施例1。
实施例7
一种无溶剂环氧重防腐涂料，包括甲组分和乙组分；甲组分包括E-51环氧树脂100份，501活性稀释剂8份，云母氧化铁7.5份，云母粉7.5份，硫酸钡50份，磷酸锌30份，锌粉20份，磷酸酯偶联剂2.6份，分散剂2.6份，触变剂1.3份，石墨烯0.3份和成膜助剂1.3份；乙组分包括质量比为3.0：1的650固化剂和593固化剂；且乙组分与甲组分中液体环氧树脂的质量比为3.0：1。
一种上述无溶剂环氧重防腐涂料的制备方法，参照实施例1。
实施例8～16
一种无溶剂环氧重防腐涂料，采用实施例2的组分，仅改变颜填料的组成，颜填料的组成与试验序号及实施例的对应关系如下：
表1颜填料组成与试验序号及实施例的对应关系
涂料性能测试与分析
(1)粘度
将涂料倒入250ml的烧杯内，然后将粘度计的转子逐渐浸没于涂料中，直到转子上的标记与涂料持平，进行涂料粘度的测定。
如图1所示，E-51环氧树脂的粘度为142000mPa·s，当699和501活性稀释剂的添加量均为E-51环氧树脂质量12％时，E-51环氧树脂的粘度分别为3400mPa·s和1800mPa·s，复合施工要求；当699活性稀释剂的添加量为E-51环氧树脂质量的16％时，E-51环氧树脂粘度小于3000mPa·s；由此可知，501活性稀释剂对E-51环氧树脂的稀释效果优于699活性稀释剂。
(2)红外谱图
如图2所示，曲线A是E-51环氧树脂的红外光谱，在916cm-1处出现明显的环氧基团特征峰；曲线B是E-51环氧树脂与650固化剂固化后的红外光谱，曲线B中出现较低的特征峰，表明环氧基团并没有反应完全；曲线C是E-51环氧树脂与593固化剂固化后的红外光谱，在916cm-1处没有环氧基团特征峰，表明环氧基团已经被反应，也表明593固化剂具有非常高的反应活性和固化效果；在曲线B和曲线C中，3448cm-1均出现了羟基峰，表明固化后产物上羟基依然存在，也证明了环氧树脂与胺类物质之间的反应主要是环氧基团参与的胺固化。
(3)固含量
将甲、乙两组分混合、称重，然后在100℃干燥箱内烘干，取出冷却并称重，再置于干燥箱内，当两次重量差不大于0.01g为止，用最后一次的重量除以未固化前的重量再乘以100％即可。
如图3所示，试验序号1～9对应涂料的固含量均大于95％，这是因为该涂料中可挥发性溶剂很少，并且活性稀释剂也参与交联反应中而变为成膜物质；该涂料具有非常高的固含量，属于环境友好型涂料。
(4)涂层物理性能
表2试验序号1～9对应涂料的物理性能
如表2所示，试验序号1～9对应涂料的表干时间均大于1h，方便涂刷，而完全固化时间均小于24h，故保证了涂料的正常使用；并且，硬度均大于2H，光泽度大于40，保证了涂层的美观性。
(5)耐洗刷性
如图4所示，试验序号1～9对应涂料固化洗刷10000次后，涂层依然光亮如新，没有留下丝毫刮痕，表明该涂料具有优良的耐洗刷性和耐磨性。
(6)防腐性能
采用中性盐雾法来测定涂层的防腐性能，即用标准规定的划刀在试验样板划出两道垂直的划痕，然后将样板在盐雾气氛中放置一段时间，根据铁锈在划痕处的扩散程度来评定涂层的耐腐蚀能力。
如图5所示，试验序号1和5对应涂料分别有不同程度的涂层脱落现象，其中试验序号5对应涂层的脱落现象最严重，涂层鼓起已经和基底脱离，而试验序号1只有轻微的涂层脱落现象；除此之外，试验序号2、4和8样板出现轻微的的铁锈扩散；而试验序号6和9样板几乎没有铁锈产生，也没有鼓泡，表明涂层对电解质的扩散具有良好的阻隔性，抗渗透性能良好，耐盐雾性能优异。
实施例17～24
一种无溶剂环氧重防腐涂料，采用实施例3的组分，仅改变乙组分的组成，不同乙组分对应实施例制得涂料的物理性能如下：
表3实施例17～24制得的涂料涂层的物理性能
如表3所示，T-31固化剂的固化时间最快，但因其具有挥发性和毒性，不符合环保主题；650固化剂的表面固化时间和内部固化过程最慢，耗时最长，650固化剂的涂层硬度为2H，表面光泽度为28.5，大于其他两种固化涂层。
随着固化剂比例的增加，涂膜的表干、实干时间在缩短，硬度可达4H，光泽度也较高；复合固化涂层的表干时间为1.5h，能很好的满足施工要求，柔韧性较好，表面光泽度为65.0，硬度为4H，防腐性能也较佳。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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精神和范围。

Claims (10)

1.一种无溶剂环氧重防腐涂料，其特征在于，包括甲组分和乙组分；所述甲组分包括无溶剂环氧树脂100份，活性稀释剂8～16份，颜填料70～115份，偶联剂1.5～2.6份，分散剂1.5～2.6份，触变剂0.8～1.3份；所述乙组分为固化剂，且乙组分与甲组分中液体环氧树脂的质量比为（1.5：1）～（3.5：1）。
2.根据权利要求2所述的无溶剂环氧重防腐涂料，其特征在于，所述甲组分还包括石墨烯0.15～0.5份和成膜助剂0.8～1.3份。
3.根据权利要求1或2所述的无溶剂环氧重防腐涂料，其特征在于，所述无溶剂环氧树脂为E-51环氧树脂或E-44环氧树脂。
4.根据权利要求3所述的无溶剂环氧重防腐涂料，其特征在于，所述活性稀释剂为501活性稀释剂或699活性稀释剂。
5.根据权利要求1所述的无溶剂环氧重防腐涂料，其特征在于，所述颜填料包括云母氧化铁7.5～25份、硫酸钡30～50份、磷酸锌15～30份和锌粉10～20份。
6.根据权利要求5所述的无溶剂环氧重防腐涂料，其特征在于，所述颜填料还包括云母粉，所述颜填料中云母粉与云母氧化铁的总含量为15～25份且云母粉与云母氧化铁的含量相等；所述云母氧化铁的粒径为200～325目、云母粉的粒径为800目、硫酸钡的粒径为400～800目、磷酸锌的粒径为300～600目和锌粉的粒径为300～600目。
7.根据权利要求1所述的无溶剂环氧重防腐涂料，其特征在于，所述组分B为650固化剂、593固化剂和T-31固化剂中的一种或任意两种组合；所述偶联剂为KH-550 硅烷偶联剂或磷酸酯偶联剂或其组合物。
8.根据权利要求7所述的无溶剂环氧重防腐涂料，其特征在于，所述组分B为650固化剂和593固化剂的组合物，且650固化剂和593固化剂的质量比为（1.5：1）～（4：1）。
9.一种无溶剂环氧重防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备甲组分，将无溶剂环氧树脂和活性稀释剂在200r/min的转速下搅拌5～30min后，加入颜填料继续搅拌；然后加入偶联剂、分散剂和触变剂在500r/min的转速下搅拌1h后，封闭贮存，即得甲组分；颜填料的添加顺序为先加入吸油值大的颜填料，后加入吸油值小的颜填料；
制备乙组分，将固化剂和消泡剂在200r/min的转速下搅拌5～30min；
将上述甲组份和乙组分混合搅拌，即得无溶剂环氧防腐涂料。
10.一种如权利要求1或2或5或7所述的无溶剂环氧重防腐涂料的用途，其特征在于：用于海洋钢结构工件。
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