CN110872468B - 抗冲蚀面漆及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗冲蚀面漆及其制备方法和应用。所述的抗冲蚀面漆包括按重量份计的如下组分：线型饱和聚酯树脂40～60份、改性酰亚胺树脂1～10份、二氧化钛25～35份、碳化硅微粉10～25份、流变助剂0.1～2份、消泡剂0.1～0.5份、溶剂5～15份、异氰酸酯固化剂。本发明提供的抗冲蚀面漆易于制备，成本低廉，且形成的涂层(漆膜)与基材的附着力好、综合防腐性能优异，同时可以对螺栓等配件进行防腐涂装。

Description

抗冲蚀面漆及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种金属防护涂料，特别涉及一种抗冲蚀面漆及其制备方法和应用，属于金属防护技术领域。
背景技术
扣件是铁路轨道系统中不可缺少的重要组成部分，在轨道系统中联结钢轨和轨枕，同时扣件还有保持轨距、提供轨道弹性等作用。现代高速铁路运行速度不断提高，扣件中的金属零部件在使用过程中长期暴露在露天环境中，并且承受道砟及风砂冲击、安装及养护磨损的恶劣工况，现有涂层抗冲蚀性欠佳，很快涂层会被击穿，很快出现锈蚀现象，尤其是在沿海地区、酸雨地区和隧道内，锈蚀情况更为严重。这些金属部件的锈蚀会造成较多安全隐患。例如轨距挡板和螺旋道钉的锈蚀，轨距挡板在扣件系统中主要是保持轨距的作用，而螺旋道钉起到联结扣件与轨枕和调整轨道高低的作用。这两个部件的锈蚀除了影响部件的使用寿命，还会造成难以控制适宜的拧紧力、影响扣件拆卸更换等问题。
因此，提供一种耐候性、耐冲蚀性的防腐面漆，对于延长铁路轨道系统的配件寿命，降低维护成本并提高安全保障具有重要意义。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种抗冲蚀面漆及其制备方法和应用，以克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例一方面提供了一种抗冲蚀面漆，其包括按重量份计的如下组分：线型饱和聚酯树脂40～60份、改性酰亚胺树脂1～10份、二氧化钛25～35份、碳化硅微粉10～25份、流变助剂0.1～2份、消泡剂0.1～0.5份、溶剂5～15份、异氰酸酯固化剂。
本发明实施例还提供了所述的抗冲蚀面漆的制备方法，其包括：
将线型饱和聚酯树脂、改性酮亚胺树脂、二氧化钛、碳化硅微粉和流变助剂混合形成第一混合物；
将消泡剂于溶剂中溶解形成第二混合物；
将第一混合物和第二混合物混合形成第三混合物，将所述第三混合物与异氰酸酯固化剂混合形成所述抗冲蚀面漆。
本发明实施例还提供了一种抗冲蚀涂层，所述抗冲蚀涂层由所述的抗冲蚀面漆形成。
本发明实施例还提供了所述的抗冲蚀面漆或所述的抗冲蚀涂层于金属基材防护领域的应用。
本发明实施例还提供了一种金属基材防护方法，其包括：在金属基材表面形成底漆，之后在所述底漆表面涂覆权所述的抗冲蚀面漆形成抗冲蚀涂层。
与现有技术相比，本发明提供的抗冲蚀面漆易于制备，成本低廉，且形成的涂层(漆膜)与基材的附着力好、综合防腐性能优异，同时可以对螺栓等配件进行防腐涂装。
附图说明
图1是采用本发明实施例2的抗冲蚀面漆在钢材底材上涂覆后，采用喷砂法测试涂膜在喷砂冲击前后的膜厚的照片。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例一方面提供了一种抗冲蚀面漆，其包括按重量份计的如下组分：线型饱和聚酯树脂40～60份、改性酰亚胺树脂1～10份、二氧化钛25～35份、碳化硅微粉10～25份、流变助剂0.1～2份、消泡剂0.1～0.5份、溶剂5～15份、异氰酸酯固化剂。
进一步的，所述线型饱和聚酯树脂由新戊二醇与己二酸进行酯化反应形成。
进一步的，所述新戊二醇和己二酸的当量比为1∶0.8～0.8～1，优选为1∶0.95～0.95∶1。
进一步的，所述酯化反应的反应温度为180～240℃，优选为190～220℃；反应时间为8～16h，优选为10～12h。
优选的，所述线型饱和聚酯树脂的数均分子量为1000～10000，优选为1000～3000。
进一步的，所述线型饱和聚酯树脂的羟值为10～200mgKOH/g，优选为40～100mgKOH/g。
进一步的，所述线型饱和聚酯树脂的酸值为1～20mgKOH/g，优选为5～10mgKOH/g。
进一步的，所述抗冲蚀面漆中线型饱和聚酯树脂的含量为40wt％～60wt％，优选为45wt％～55wt％。
进一步的，所述改性酮亚胺树脂由多元胺环氧固化剂和酮类溶剂进行脱水反应形成；和/或，所述多元胺环氧固化剂包括脂肪胺或脂环胺。
优选的，所述脂肪胺包括二乙烯三胺和/或三乙烯四胺，但不限于此。
优选的，所述脂环胺包括异佛尔酮二胺和/或甲基环己二胺，但不限于此。
进一步的，所述酮类溶剂包括丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、环己酮中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步的，所述脂肪胺和酮类溶剂的当量比为1∶0.5～1∶2，优选为1∶1～1∶1.5。
进一步的，所述改性酮亚胺树脂的反应温度为110～200℃，优选为140～160℃。
进一步的，所述改性酮亚胺树脂的反应时间为2～10h，优选为4～8h。
进一步的，所述抗冲蚀面漆中改性酮亚胺树脂的含量为1wt％～10wt％，优选为1wt％～5wt％。
进一步的，所述二氧化钛的平均粒径为1000～1500目。
进一步的，所述二氧化钛为金红石型。
进一步的，所述抗冲蚀面漆中二氧化钛的含量为15wt％～25wt％，优选为18wt％～22wt％。
进一步的，所述碳化硅微粉作为功能性填料与线型饱和聚酯树脂搭配使用，所述碳化硅微粉的粒径为800-1200目。
进一步的，所述抗冲蚀面漆中碳化硅微粉的含量为10wt％～25wt％，优选为12wt％～20wt％。
进一步的，所述流变助剂包括有机膨润土、聚乙烯蜡、聚酰胺蜡中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步的，所述消泡剂包括有机硅消泡剂BYK066N、丙烯酸酯消泡剂BYK054中的任意一种或两种的组合，但不限于此。
进一步的，所述抗冲蚀面漆中消泡剂的含量为0.1wt％～0.5wt％，优选为0.2wt％～0.4wt％。
进一步的，所述溶剂包括乙酸丁酯、乙酸乙酯、丙二醇甲醚醋酸酯中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步的，所述异氰酸酯固化剂包括异氰酸酯多聚体、无水乙酸丁酯中的任意一种或两种的组合，但不限于此。
优选的，所述氰酸酯多聚体包括六亚甲基二异氰酸酯的二聚体、三聚体、多聚体中的任意一种或两种以上组合，但不限于此。
本发明实施例还提供了所述的抗冲蚀面漆的制备方法，其包括：
将线型饱和聚酯树脂、改性酮亚胺树脂、二氧化钛、碳化硅微粉和流变助剂混合形成第一混合物；
将消泡剂于溶剂中溶解形成第二混合物；
将第一混合物和第二混合物混合形成第三混合物，将所述第三混合物与异氰酸酯固化剂混合形成所述抗冲蚀面漆。
进一步的，所述的制备方法还包括：将新戊二醇和己二酸混合后，以5～10℃/min的升温速率升至180～240℃，酯化反应8～16h后冷却至室温，从而获得所述的线型饱和聚酯树脂；优选的，新戊二醇和己二酸的当量比为1∶0.8～0.8∶1。
进一步的，所述的制备方法还包括：将多元胺环氧固化剂和酮类溶剂混合后，以5～10℃/min的升温速率升至110～200℃，脱水反应2～10h后冷却至室温，从而获得改性酮亚胺树脂；优选的，所述多元胺环氧固化剂和酮类溶剂的当量比1∶0.5～1∶2。
进一步的，所述第一混合物的细度≤20μm。
进一步的，所述的制备方法包括：于搅拌条件下将所述第二混合物加入第一混合物中形成所述第三混合物。
进一步的，所述改性酮亚胺树脂与异氰酸酯固化剂反应生成聚脲结构，大大增强涂膜的强度、韧性、内聚力；以及采用硬度高的碳化硅微粉作为功能性填料与线型饱和聚酯树脂搭配使用。
本发明实施例还提供了一种抗冲蚀涂层，所述抗冲蚀涂层由所述的抗冲蚀面漆形成。
本发明实施例还提供了所述的抗冲蚀面漆或抗冲蚀涂层于金属基材防护领域的应用。
本发明实施例还提供了一种金属基材防护方法，其包括：在金属基材表面形成底漆，之后在所述底漆表面涂覆所述的抗冲蚀面漆形成抗冲蚀涂层。
在一些较为具体的实施方案中，所述的金属基材防护方法具体包括：待底漆表干后在所述底漆表面涂覆所述的抗冲蚀面漆，复合涂层的干燥条件为：室温下自然干燥18～24h，或者于110～180℃烘烤20～50min。
优选的，所述涂覆的方式包括抹涂、旋涂、刮涂、喷涂等等业界已知的方式。
优选的，所述底漆包括溶剂型环氧聚酰胺底漆。
优选的，所述金属基材包括钢构件或渗锌件。
优选的，所述金属基材包括铁路扣件或螺纹紧固件。
优选的，藉由所述的抗冲蚀面漆形成的涂层，可以起到抗砂砾冲击的物理保护作用和防腐蚀作用。
在一些较为具体的实施方案中，一种抗冲蚀面漆的制备方法可以包括如下步骤：
(1)将新戊二醇和己二酸投入容器中，加热回流脱水后，得到线型饱和聚酯树脂；
(2)将多元胺和酮类溶剂投入容器中，加热回流脱水后，用旋转蒸发仪脱去多余溶剂，得到改性酮亚胺树脂；
(3)将线型饱和聚酯树脂、改性聚酰亚胺树脂、二氧化钛、碳化硅微粉和流变助剂于1000～2000r/min搅拌约20～60min，分散均匀后形成第一混合物，并将所述第一混合物研磨至细度20um以下；
(4)将消泡剂于溶剂中溶解均匀混合形成第二混合物；
(5)在搅拌条件下将步骤(3)中的第二混合物和缓慢加入至步骤(2)中的第一混合物中，以1000～2000r/min的搅拌速度搅拌约20～60min，即可得到油漆主剂(即第三混合物)，向油漆主剂中添加异氰酸酯固化剂，混合均匀后，形成所述的抗冲蚀面漆。
在一些较为具体的实施方案中，一种钢铁基材的防护方法包括如下步骤：
将钢铁底材喷砂处理后，喷涂溶剂型环氧聚酰胺底漆，待底漆表干后，喷涂所述的抗冲蚀面漆，自然干燥18～24h或110～180℃烘烤20～60min，使所述的抗冲蚀面漆固化成膜。
与现有铁路扣件用抗冲蚀面漆相比，本发明提供的抗冲蚀面漆制备工艺简单、与基材的附着力好、抗冲蚀性能、防腐性能优异，同时可以对螺栓等配件进行防腐涂装。
以下结合若干实施例和附图等对本发明做更详细的描述，但所述实施例不构成对本发明的限制。
实施例1：将40g新戊二醇和52g己二酸加入三口烧瓶中，加热至190℃回流脱水8h后，得到线型饱和聚酯树脂，其酸值6mgKOH/g，羟值100mgKOH/g，分子量1100。将30g甲基异丁基酮和10g异佛尔酮二胺加入100ml三口烧瓶中，加热至140℃回流脱水1.5h后，用旋转蒸发仪脱去多余溶剂，得到改性酮亚胺树脂；将48g上述线型饱和聚酯树脂、2g上述改性酮亚胺树脂、25g金红石型钛白粉、15g碳化硅微粉、0.5g有机膨润土于1500r/min搅拌30min，然后砂磨至细度20微米以下；将0.3g丙烯酸酯消泡剂和9.2g丙二醇甲醚醋酸酯溶解均匀后，在搅拌下加入上述砂磨后的半成品中，过滤即可得到面漆主剂；在使用时配合17g TKA-100异氰酸酯面漆固化剂(购自旭化成，NCO含量21.8％)，搅拌均匀，即可得到铁路扣件用抗冲蚀面漆成品。将钢铁底材喷砂处理后，喷涂溶剂型环氧聚酰胺底漆，待其表干后，喷涂上述面漆，自然干燥24h。由其形成的复合涂层(即所述抗冲蚀涂层)之附着力、耐盐雾、耐候性和耐冲蚀性能见表1。
实施例2：将40g新戊二醇和59g己二酸加入三口烧瓶中，加热至240℃回流脱水6h后，得到线型饱和聚酯树脂，其酸值5mgKOH/g，羟值60mgKOH/g，分子量1900；将20g甲基异丁基酮和10g二乙烯三胺加入100ml三角烧瓶中，加热至140℃回流脱水1.5h后，用旋转蒸发仪脱去多余溶剂，得到改性酮亚胺树脂；将50g上述线型饱和聚酯树脂、5g上述改性酮亚胺树脂、20g金红石型钛白粉、15g碳化硅微粉、0.5g有机膨润土于1500r/min搅拌30min，然后砂磨至细度20微米以下；将0.5g丙烯酸酯消泡剂和9g丙二醇甲醚醋酸酯溶解均匀后，在搅拌下加入上述砂磨后的半成品中，过滤即可得到面漆主剂；在使用时配合12g TKA-100异氰酸酯固化剂(购自旭化成，NCO含量21.8％)，搅拌均匀，即可得到铁路扣件用抗冲蚀面漆成品。将钢铁底材喷砂处理后，喷涂溶剂型环氧聚酰胺底漆，待其表干后，喷涂上述面漆，在110℃下烘烤30min。由其形成的复合涂层之附着力、耐盐雾、耐候性和耐冲蚀性能见表1，采用本发明实施例的抗冲蚀面漆在钢材底材上涂覆后，采用喷砂法测试涂膜在喷砂冲击前后的膜厚的照片如图1所示，其中冲砂区域膜厚90μm，未冲砂区域膜厚90μm；喷砂压力为0.3Mpa，间距为30cm。
实施例3：将40g新戊二醇和59g己二酸加入三口烧瓶中，加热至240℃回流脱水6h后，得到线型饱和聚酯树脂，其酸值8mgKOH/g，羟值100mgKOH/g，分子量1100；将30g甲基异丁基酮和10g甲基环己二胺加入100ml三角烧瓶中，加热至140℃回流脱水1.5h后，用旋转蒸发仪脱去多余溶剂，得到改性酮亚胺树脂；将58g上述线型饱和聚酯树脂、2g上述改性酮亚胺树脂、20g金红石型钛白粉、10g碳化硅微粉、0.5g有机膨润土于1500r/min搅拌30min，然后砂磨至细度20微米以下；将0.6g丙烯酸酯消泡剂和8.9g丙二醇甲醚醋酸酯溶解均匀后，在搅拌下加入上述砂磨后的半成品中，过滤即可得到面漆主剂；在使用时配合20g TKA-100异氰酸酯面漆固化剂(购自旭化成，NCO含量21.8％)，搅拌均匀，即可得到铁路扣件用抗冲蚀面漆成品。将钢铁底材喷砂处理后，喷涂溶剂型环氧聚酰胺底漆，待其表干后，喷涂上述面漆，自然干燥24h。由其形成的复合涂层之附着力、耐盐雾、耐候性和耐冲蚀性能见表1，其在应用时的形态和性能可参阅图1。
对比例1：该实施例与实施例1基本相同，不同之处在于将50g线型饱和聚酯换成50g市售饱和聚酯树脂，制备面漆，由其形成的复合涂层的附着力、耐盐雾和耐盐水浸泡性能见表1。
对比例2：该对比例与实施例1基本相同，区别之处在于：以同等用量的上述线型饱和聚酯树脂替代了其中的改性酰亚胺树脂，制备面漆，由其形成的复合涂层的附着力、耐盐雾和耐盐水浸泡性能见表1。
表1本发明实施例1-3及对比例1-2中复合涂层的综合物理性能
Figure BDA0001781190230000081
本发明实施例提供的抗冲蚀面漆使用了线型饱和聚酯树脂，大大提高聚酯聚氨酯结构的柔韧性、耐候性；通过原料配比、温度和反应时间的调节来改变线型饱和聚酯树脂的分子量、酸值、羟值。使用了改性酮亚胺树脂，在涂料加入异氰酸酯组分后，能形成聚脲/聚氨酯互穿网络，提高涂层的强度、耐磨性和附着力。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种抗冲蚀面漆，其特征在于包括按重量份计的如下组分：线型饱和聚酯树脂40～60份、改性酮亚胺树脂1～10份、二氧化钛25～35份、碳化硅微粉10～25份、流变助剂0.1～2份、消泡剂0.1～0.5份、溶剂5～15份、异氰酸酯固化剂；
其中，所述线型饱和聚酯树脂由新戊二醇与己二酸进行酯化反应形成，所述新戊二醇和己二酸的当量比为1:0.8～0.8：1；所述改性酮亚胺树脂由多元胺环氧固化剂和酮类溶剂进行脱水反应形成，所述多元胺环氧固化剂和酮类溶剂的当量比为1:0.5~1:2。
2.根据权利要求1所述的抗冲蚀面漆，其特征在于：所述新戊二醇和己二酸的当量比为1:0.95～0.95:1；
和/或，酯化反应的温度为180～240℃；反应时间为8～16h；
和/或，所述线型饱和聚酯树脂的数均分子量为1000～10000；
和/或，所述线型饱和聚酯树脂的羟值为10～200mgKOH/g；
和/或，所述线型饱和聚酯树脂的酸值为1～20mgKOH/g；
和/或，所述抗冲蚀面漆中线型饱和聚酯树脂的含量为40wt%～60wt%。
3.根据权利要求1所述的抗冲蚀面漆，其特征在于：所述多元胺环氧固化剂包括脂肪胺或脂环胺，所述脂肪胺包括二乙烯三胺和/或三乙烯四胺，所述脂环胺包括异佛尔酮二胺和/或甲基环己二胺；
和/或，所述酮类溶剂包括丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、环己酮中的任意一种或两种以上的组合；
和/或，所述多元胺环氧固化剂和酮类溶剂的当量比为1:1～1:1.5。
4.根据权利要求1所述的抗冲蚀面漆，其特征在于：所述脱水反应的反应温度为110～200℃，反应时间为2～10h。
5.根据权利要求1所述的抗冲蚀面漆，其特征在于：所述抗冲蚀面漆中改性酮亚胺树脂的含量为1wt%～10wt%。
6.根据权利要求1所述的抗冲蚀面漆，其特征在于：所述二氧化钛的平均粒径为1000～1500目；
和/或，所述碳化硅微粉的粒径为800-1200目；
和/或，所述抗冲蚀面漆中碳化硅微粉的含量为10wt%～25wt%；
和/或，所述流变助剂包括有机膨润土、聚乙烯蜡、聚酰胺蜡中的任意一种或两种以上的组合；
和/或，所述消泡剂为有机硅消泡剂BYK066N；
和/或，所述抗冲蚀面漆中消泡剂的含量为0.1wt%～0.5wt%；
和/或，所述溶剂包括乙酸丁酯、乙酸乙酯、丙二醇甲醚醋酸酯中的任意一种或两种以上的组合；
和/或，所述异氰酸酯固化剂为异氰酸酯多聚体，所述异 氰酸酯多聚体包括六亚甲基二异氰酸酯的二聚体、三聚体中的一种以上。
7.如权利要求1-6中任一项所述的抗冲蚀面漆的制备方法，其特征在于包括：
将线型饱和聚酯树脂、改性酮亚胺树脂、二氧化钛、碳化硅微粉和流变助剂混合形成第一混合物；
将消泡剂于溶剂中溶解形成第二混合物；
将第一混合物和第二混合物混合形成第三混合物，将所述第三混合物与异氰酸酯固化剂混合形成所述抗冲蚀面漆。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于包括：
将新戊二醇和己二酸混合后，以5~10℃/min的升温速率升至180～240℃，反应8～16h获得所述的线型饱和聚酯树脂。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于所述的制备方法还包括：将多元胺环氧固化剂和酮类溶剂混合后，以5~10℃/min的升温速率升至110～200℃，反应2～10h获得改性酮亚胺树脂。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述第一混合物的细度≤20μm。
11.一种抗冲蚀涂层，其特征在于，所述抗冲蚀涂层由权利要求1-6中任一项所述的抗冲蚀面漆形成。
12.如权利要求1-6中任一项所述的抗冲蚀面漆或权利要求11所述的抗冲蚀涂层在金属基材防护领域的应用。
13.一种金属基材防护方法，其特征在于包括：在金属基材表面形成底漆，之后在所述底漆表面涂覆权利要求1-6中任一项所述的抗冲蚀面漆形成抗冲蚀涂层。
14.根据权利要求13所述的金属基材防护方法，其特征在于：所述金属基材包括钢构件或渗锌件。
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