CN110484114A - 电力钢结构用纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了电力钢结构用纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料，包括以下两组分：按重量份数计，组分一包括以下组分和含量：羟基树脂40～60份，助剂0.5～5份，溶剂10～20份，改性磷酸锆粉体0.1～2份，组分二包括以下组分和含量：溶剂0～30份，固化剂60～80份；组分一与组分二的质量配比为100：10～30；采用本发明，得到的几种纳米材料在聚氨酯涂料中有很好地分散性和相容性，本发明制备的纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料可以作为各种环境室内、外钢结构的面漆涂装使用，对钢结构有较好的防护。

Description

电力钢结构用纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料领域，具体是电力钢结构用纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料及其制备方法。
背景技术
我国电力设施主要为钢结构材料，钢结构在大气环境下，很容易腐蚀，腐蚀造成了严重的经济损失。国内通过对5个行业的调查分析得出每年由于腐蚀造成的损失占国民经济的5%～6%。各国腐蚀防护专家普遍认为，合理应用腐蚀防护技术，会降低因腐蚀造成的经济损失25%～30%。目前，采用的防腐蚀技术是涂覆防腐蚀涂料，在新型防腐蚀涂料的研究中最重要的是对新型防锈颜料的研究。在防腐蚀涂料中替代铬酸盐颜料的主要是含锌或含铝的磷酸盐，但是磷酸盐颜料防腐蚀性能还不及铬酸盐颜料的水平。因此，研究高性能的磷酸盐颜料是一项非常具有挑战性的工作，亟待研究者开展研究。
本发明应用上述原理设计了一套非常科学的方法来综合分析进行设备寿命的预估。
发明内容
本发明的目的在于提供电力钢结构用纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
电力钢结构用纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料，包括以下两组分：按重量份数计，组分一包括以下组分和含量：羟基树脂40～60份，助剂0.5～5份，溶剂10～20份，改性磷酸锆粉体0.1～2份，组分二包括以下组分和含量：溶剂0～30份，固化剂60～80份；组分一与组分二的质量配比为100：10～30。
在使用时，将组分二加入组分一中，混合搅拌均匀，喷涂在钢基体上，室温下固化并干燥1～7天形成纳米复合聚氨酯防腐蚀涂层。
作为本发明的进一步技术方案：所述羟基树脂为羟基丙烯酸树脂或羟基聚酯树脂。
作为本发明的进一步技术方案：所述固化剂为异氰酸酯类固化剂。固化剂是异氰酸酯类，该固化剂应用范围广泛，是高活性、低粘度固化剂，具有优异的耐化学性、耐冲击性、耐磨性、耐候性和保光性。目前市售的固化剂如N75、3390等均属于异氰酸酯类。
作为本发明的进一步技术方案：所述改性磷酸锆为经稀土金属盐和有机缓蚀剂处理后的纳米粉体。稀土金属盐可以选择镧、铈、镨、钕、钪、钇的硫酸盐、盐酸盐、硝酸盐之一或它们的混合物。有机缓蚀剂可以选择氯化苄基喹啉、溴化苯甲酰甲基喹啉季铵盐以及溴化乙酸乙酯基喹啉季铵盐之一或它们的混合物。
作为本发明的进一步技术方案：所述助剂为分散剂、流平剂、消泡剂、防沉剂中的一种或多种，所述的分散剂为亲和基团高分子聚合物类分散剂，流平剂为能显著降低表面张力的有机硅流平剂或改性丙烯酸流平剂，消泡剂为有机硅类消泡剂，分散剂如BYK公司的BYK110、Anti-Terra-204、Disperbyk-161、Disperbyk-106；消泡剂如Henkel公司的PerenolS4、Perenol S400、Perenol S43和BYK公司的BYK066N和TEGO 980；流平剂如TEGO公司的TEGO 450、TEGO Flow 370、BYK354。
作为本发明的进一步技术方案：所述的溶剂是制备聚氨酯涂料中常用的溶剂，如甲苯、二甲苯、醋酸丁酯。
电力钢结构用纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：1）纳米磷酸锆粉体的制备和改性；2）涂料基料的制备；3）将步骤1）改性的纳米磷酸锆粉体按量加入步骤2）制备的基料中，再加入适量的助剂和溶剂，高速分散后，再用球磨机或砂磨机研磨到一定细度，过滤，得到纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料组分一；4）将组分二的固化剂用溶剂溶解；使用时，将组分二加入组分一中，混合搅拌均匀；5）采用喷涂、刷涂或滚涂的方法将上述方法制备的纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料涂覆到钢基材上，干燥后得到纳米复合聚氨酯防腐蚀涂层。
作为本发明的进一步技术方案：步骤1）具体过程是：称取一定质量的氧氯化锆，缓慢加入到装有0.5～10 mol/L磷酸溶液的单口烧瓶中，在100 ℃下回流5～48 h，将生成的白色反应产物离心、用去离子水洗涤，干燥，研磨，过325目筛，得到纳米磷酸锆粉体；将得到的纳米磷酸锆粉体含量50～200 g/L与稀土金属盐 0.1～5 g/L，在25℃搅拌进行离子交换，反应1～15 h后，进行离心、清洗、干燥和研磨，制备成稀土金属盐改性的纳米磷酸锆粉体。然后将该粉体溶于去离子水，制备成稀土金属盐改性的纳米磷酸锆粉体含量50～200g/L的水溶液，加入含量为1～100 g/L的有机缓蚀剂水溶液，并搅拌10～120分钟，进行抽真空，保持真空条件1～15 h，然后离心、清洗、干燥和研磨，得到稀土金属盐和有机缓蚀剂改性的纳米磷酸锆粉体。
作为本发明的进一步技术方案：步骤2）具体过程是：将羟基树脂、溶剂混合，高速分散，得到基料。
本发明采用有片层结构的纳米磷酸锆粉体、用稀土金属盐进行离子交换，并用有机缓蚀剂进行改性，三者结合提高涂层的性的报道还没发现。
搅拌、高速分散、研磨可以使用通用的混合分散和球磨设备，如高速分散机、砂磨机、球磨机等。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.采用本发明可得到几种纳米材料：稀土金属盐处理的磷酸锆、有机缓蚀剂处理的磷酸锆、稀土金属盐和有机缓蚀剂同时处理的磷酸锆，提高涂层的物理屏蔽性能。2.采用本发明，得到的几种纳米材料在聚氨酯涂料中有很好地分散性和相容性。3.本发明制备的纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料可以作为各种环境室内、外钢结构的面漆涂装使用，对钢结构有较好的防护。
附图说明
图1为本发明纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料制备方法的流程图。
图2为涂层的电化学阻抗模值曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
本发明中除非特别指明外，所涉及的比例均为重量百分比或重量比。
本发明通过电化学阻抗谱试验，评价涂层的防腐蚀性能。涂层制备利用喷涂方法把纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料喷涂到150mm×75mm×3mm的Q235钢板上，干燥后，涂层厚度为70±10μm。
以下是具体实施例：
纳米磷酸锆的制备及改性：
比较例1：称取100 g的氧氯化锆，缓慢加入到装有5 mol/L磷酸溶液的单口烧瓶中，在100 ℃下回流24 h，将生成的白色反应产物离心、用去离子水洗涤，干燥，研磨，过325目筛，得到纳米磷酸锆粉体；
比较例2：称取100 g的氧氯化锆，缓慢加入到装有5 mol/L磷酸溶液的单口烧瓶中，在100 ℃下回流24 h，将生成的白色反应产物离心、用去离子水洗涤，干燥，研磨，过325目筛，得到纳米磷酸锆粉体；将得到的纳米磷酸锆粉体含量100 g/L与硝酸镨 3 g/L，在25℃搅拌进行离子交换，反应8 h后，进行离心、清洗、干燥和研磨，制备成镨盐改性的纳米磷酸锆粉体；
比较例3：称取100 g的氧氯化锆，缓慢加入到装有5 mol/L磷酸溶液的单口烧瓶中，在100 ℃下回流24 h，将生成的白色反应产物离心、用去离子水洗涤，干燥，研磨，过325目筛，得到纳米磷酸锆粉体；在纳米磷酸锆粉体含量100 g/L的水溶液中，加入含量为50 g/L的溴化乙酸乙酯基喹啉季铵盐水溶液，并搅拌30分钟，进行抽真空，保持真空条件8 h，然后离心、清洗、干燥和研磨，得到溴化苯甲酰甲基喹啉季铵盐改性的纳米磷酸锆粉体；
实施例1：称取100 g的氧氯化锆，缓慢加入到装有5 mol/L磷酸溶液的单口烧瓶中，在100 ℃下回流24 h，将生成的白色反应产物离心、用去离子水洗涤，干燥，研磨，过325目筛，得到纳米磷酸锆粉体；将得到的纳米磷酸锆粉体含量100 g/L与硝酸镨 3 g/L，在25℃搅拌进行离子交换，反应8 h后，进行离心、清洗、干燥和研磨，制备成镨盐改性的纳米磷酸锆粉体。然后将该粉体溶于去离子水，制备成镨盐改性的纳米磷酸锆粉体含量100 g/L的水溶液，加入含量为50 g/L的溴化乙酸乙酯基喹啉季铵盐水溶液，并搅拌30分钟，进行抽真空，保持真空条件8 h，然后离心、清洗、干燥和研磨，得到镨盐和溴化苯甲酰甲基喹啉季铵盐改性的纳米磷酸锆粉体。
基料的制备：
实施例2：将Desmophen® A365羟基丙烯酸树脂2 kg、溶剂[二甲苯和醋酸丁酯（质量比为8:2）]0.4 kg，按质量数混合，高速分散均匀，得到基料组分一；将异氰酸酯1 kg和溶剂1kg混合，高速分散均匀，得到基料组分二。
纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料的制备
比较例4：在球磨罐中将按实施例2的未改性的纳米磷酸锆粉体按占干膜质量百分比1%的量加入到基料一中，再加入0.5 g BYK110分散剂、0.4 gTEGO980消泡剂、0.6 gBYK354流平剂和24 g二甲苯和醋酸丁酯（质量比为8:2）混合溶剂中，搅拌30分钟；再把得到的混合物进行研磨4 h，得到纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料的组分一；
比较例5: 在球磨罐中将按实施例2的硝酸镨处理的磷酸锆粉体按占干膜质量百分比1%的量加入到基料一中，再加入0.5 g BYK110分散剂、0.4 gTEGO980消泡剂、0.6 gBYK354流平剂和24 g二甲苯和醋酸丁酯（质量比为8:2）混合溶剂中，搅拌30分钟；再把得到的混合物进行研磨4 h，得到纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料的组分一；
比较例6: 在球磨罐中将按实施例2的有机缓蚀剂处理的磷酸锆粉体按占干膜质量百分比1%的量加入到基料一中，再加入0.5 g BYK110分散剂、0.4 gTEGO980消泡剂、0.6gBYK354流平剂和24 g二甲苯和醋酸丁酯（质量比为8:2）混合溶剂中，搅拌30分钟；再把得到的混合物进行研磨4 h，得到纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料的组分一；
实施例3: 在球磨罐中将按实施例2的硝酸镨和有机缓蚀剂同时处理的磷酸锆粉体按占干膜质量百分比1%的量加入到基料一中，再加入0.5gBYK110分散剂、0.4 gTEGO980消泡剂、0.6 gBYK354流平剂和24 g二甲苯和醋酸丁酯（质量比为8:2）混合溶剂中，搅拌30分钟；再把得到的混合物进行研磨4 h，得到纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料的组分一；
上述比较例4～6和实施例3得到的纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料，按组分一：组分二=100：20的比例混合搅拌均匀，再加入适量的溶剂（二甲苯和醋酸丁酯（质量比为8:2））喷涂在钢基体上，常温下固化并干燥1～7天形成纳米复合聚氨酯防腐蚀涂层。
对以上涂层进行电化学阻抗谱试验，图2为得到的四种涂层在3.5%NaCl溶液浸泡500 h后涂层阻抗模值曲线，可以看出按照实施例3制备的纳米复合聚氨酯防腐蚀涂层与比较例4～6涂层相比具有较大的涂层阻抗模值，说明实施例3制备的纳米复合聚氨酯防腐蚀涂层具有较好的防腐蚀性。本发明中具有磷酸根阴离子、稀土金属阳离子、有机缓蚀剂三元缓蚀因子的磷酸锆粉体提高了涂层的防腐蚀性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.电力钢结构用纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料，其特征在于，包括以下两组分：按重量份数计，组分一包括以下组分和含量：羟基树脂40～60份，助剂0.5～5份，溶剂10～20份，改性磷酸锆粉体0.1～2份，组分二包括以下组分和含量：溶剂0～30份，固化剂60～80份；组分一与组分二的质量配比为100：10～30。
2.根据权利要求1所述的电力钢结构用纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料，其特征在于，所述羟基树脂为羟基丙烯酸树脂或羟基聚酯树脂。
3.根据权利要求1所述的电力钢结构用纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料，其特征在于，所述固化剂为异氰酸酯类固化剂。
4.根据权利要求1所述的电力钢结构用纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料，其特征在于，所述改性磷酸锆粉体为改性的纳米磷酸锆粉体，是经过稀土金属盐的离子交换和有机缓蚀剂的改性。
5.根据权利要求1所述的电力钢结构用纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料，其特征在于，所述所述助剂为分散剂、流平剂、消泡剂、防沉剂中的一种或多种，所述的分散剂为亲和基团高分子聚合物类分散剂，流平剂为能显著降低表面张力的有机硅流平剂或改性丙烯酸流平剂，消泡剂为有机硅类消泡剂。
6.根据权利要求4所述的电力钢结构用纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料，其特征在于，所述有机缓蚀剂是氯化苄基喹啉、溴化苯甲酰甲基喹啉季铵盐以及溴化乙酸乙酯基喹啉季铵盐之一或它们的混合物，稀土金属盐为镧、铈、镨、钕、钪、钇的硫酸盐、盐酸盐、硝酸盐之一或它们的混合物。
7.根据权利要求1所述的电力钢结构用纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料，其特征在于，所述溶剂是甲苯、二甲苯或醋酸丁酯。
8.电力钢结构用纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：1）纳米磷酸锆粉体的制备和改性；2）涂料基料的制备；3）将步骤1）改性的纳米磷酸锆粉体按量加入步骤2）制备的基料中，再加入适量的助剂和溶剂，高速分散后，再用球磨机或砂磨机研磨到一定细度，过滤，得到纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料组分一；4）将组分二的固化剂用溶剂溶解；使用时，将组分二加入组分一中，混合搅拌均匀；5）采用喷涂、刷涂或滚涂的方法将上述方法制备的纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料涂覆到钢基材上，干燥后得到纳米复合聚氨酯防腐蚀涂层。
9.根据权利要求8所述的电力钢结构用纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料的制备方法，其特征在于，步骤1）具体过程是：称取一定质量的氧氯化锆，缓慢加入到装有0.5～10 mol/L磷酸溶液的单口烧瓶中，在100 ℃下回流5～48 h，将生成的白色反应产物离心、用去离子水洗涤，干燥，研磨，过325目筛，得到纳米磷酸锆粉体；将得到的纳米磷酸锆粉体含量50～200g/L与稀土金属盐 0.1～5 g/L，在25℃搅拌进行离子交换，反应1～15 h后，进行离心、清洗、干燥和研磨，制备成稀土金属盐改性的纳米磷酸锆粉体，然后将该粉体溶于去离子水，制备成稀土金属盐改性的纳米磷酸锆粉体含量50～200 g/L的水溶液，加入含量为1～100g/L的有机缓蚀剂水溶液，并搅拌10～120分钟，进行抽真空，保持真空条件1～15 h，然后离心、清洗、干燥和研磨，得到稀土金属盐和有机缓蚀剂改性的纳米磷酸锆粉体。
10.根据权利要求8所述的电力钢结构用纳米复合聚氨酯防腐蚀涂料的制备方法，其特征在于，步骤2）具体过程是：将羟基树脂、溶剂混合，高速分散，得到基料。
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