CN111500143A - 一种兼具防腐和过渡连接功能有机硅改性环氧涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种兼具防腐和过渡连接功能有机硅改性环氧涂层的制备方法，将其作为污损释放型防污涂料的中间连接层。有机硅改性环氧涂层采用有机硅改性环氧乙烯基酯树脂和环氧树脂作为基体树脂，实现与防腐底漆较好的相容性，同时复配有机硅氧烷低聚物，其中有机硅氧烷低聚物中氨基与基体树脂中环氧基团开环反应，构筑中间连接漆的基本网络结构，而有机硅改性环氧乙烯基酯树脂中硅烷氧基能够与污损释放型防污涂料中基体有机硅树脂进行缩合反应，提升中间连接层与污损释放型防污涂料的附着强度。

Description

一种兼具防腐和过渡连接功能有机硅改性环氧涂层及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种兼具防腐和过渡连接功能有机硅改性环氧涂层，可作为污损释放型防污涂料中间连接层，它属于化工材料技术领域。
背景技术
污损释放型防污涂料是未来环保型防污涂料的发展方向之一，其作用机理主要依赖于涂层表面的物理性能，不存在毒料释放损耗问题，在达到长效防污效果的同时，对海洋生态环境无任何污染。污损释放型防污涂料一般具有较低的表面能，从而使海洋污损生物难以粘附或附着不牢，海洋工程装备及海洋设施在涂装污损释放型防污涂料抵御污损生物粘附的同时一般与防腐底漆匹配使用，由于海洋腐蚀环境苛刻，因而需要一定漆膜厚度的防腐底漆实现对海洋工程装备及设施的腐蚀防护，单道成膜达到预期膜厚往往存在性能缺陷，而多道涂装造成人力、物力及财力的浪费，延误工期。而在海洋工程装备设施上使用的防腐底漆及污损释放型防污涂料功能不同，因此在配方选材、生产制备及施工工艺上各有不同。这些差异会在涂料匹配使用过程中引起涂层界面形貌及性能缺陷，而中间过渡层的引入能够有效实现防腐底漆及污损释放型防污涂料的连接，实现整个涂层体系的有效匹配。目前，污损释放型防污涂料的中间过渡层多采用防污涂料同样的基体树脂体系，可以保证与防污涂料的良好附着，但与防腐底漆的附着行为难以满足实际应用的需求。为此，结合实际使用情况，在防腐底漆及污损释放型防污涂料中引入一种兼具防腐和过渡连接功能的有机硅改性环氧涂层，有机硅改性环氧涂层具有良好的封闭性能和抗渗透性，提供一定的腐蚀保护功能，与防腐底漆共同组建对基材的腐蚀防护屏障，减少防腐底漆的涂装道数，优化施工工艺。而有机硅改性环氧涂层化学键入硅烷氧基团同时能够有效保证与污损释放型防污涂料的附着力，并能保证在长期浸泡下与防腐底漆和污损释放型防污涂料之间的附着力。使防腐底漆、有机硅改性环氧涂层和污损释放型防污涂料形成一个有机的整体，实现整个涂料体系良好的匹配性，并使各涂层性能得到最大发挥。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种兼具防腐和过渡连接功能有机硅改性环氧涂层的制备方法，将其作为污损释放型防污涂料的中间连接层。有机硅改性环氧涂层采用有机硅改性环氧乙烯基酯树脂和环氧树脂作为基体树脂，实现与防腐底漆较好的相容性，同时复配有机硅氧烷低聚物，其中有机硅氧烷低聚物中氨基与基体树脂中环氧基团开环反应，构筑中间连接漆的基本网络结构，而有机硅改性环氧乙烯基酯树脂中硅烷氧基能够与污损释放型防污涂料中基体有机硅树脂进行缩合反应，提升中间连接层与污损释放型防污涂料的附着强度。
为达到上述目的，在本发明中提供了有机硅改性环氧涂层的制备方法，由重量比为100：5～15的甲组份和乙组份组成，其中甲组份由30～50％基体树脂、 3～7％附着力促进剂、0.1～0.7％流变助剂、25～35％颜填料及25～45％溶剂组成，乙组份由2～5％有机硅氧烷低聚物和1～3％硅烷偶联剂组成：
所述基体树脂为有机硅改性环氧乙烯基酯树脂和环氧树脂的混合物，有机硅改性环氧乙烯基酯树脂为环氧乙烯基酯树脂与含有双键的硅烷偶联剂自由基聚合获得的聚合物树脂，其有机硅改性环氧乙烯基酯树脂反应方程式如下式所示：
Figure BDA0002522129020000031
其中R为甲基，乙基中的一种，R1为苯基，-COOC3H6，R2为-H，-CH3。所述环氧乙烯基酯树脂为双酚A环氧乙烯基酯树脂、双酚F环氧乙烯基酯树脂和酚醛环氧乙烯基酯树脂中的一种，所述含有双键的硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、p-苯乙烯三甲氧基硅烷、3-异丁烯丙基三甲氧基硅烷、3-异丁烯丙基三乙氧基硅烷、3-丙烯基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。其有机硅改性环氧乙烯基酯树脂具体制备过程为：装有温度计、冷凝装置及搅拌装置的四口烧瓶中加有30～45％的有机溶剂，将体系升至90～110℃，滴加装置中加有35～45％的环氧乙烯基酯树脂、15～20％含有双键的硅烷偶联剂及 0.3～0.7％的引发剂，并于一定的滴加速度于2h之内加入到四口烧瓶中，保温1h，之后进行0.05～0.07％的引发剂和2～5％溶剂的二次补加，于0.5h内滴加完毕，保温2h，降温出料得有机硅改性环氧乙烯基酯树脂。基体树脂中有机硅改性环氧乙烯基酯树脂和环氧树脂的重量比为1：0.5～1.6；
进一步，所述附着力促进剂为50～750mPa.s聚二甲基硅氧烷；
进一步，所述流变助剂为有机膨润土、氢化蓖麻油、气相二氧化硅和聚酰胺类中的一种或几种；
进一步，所述颜填料分为颜料和填料，颜料为炭黑、铁红和钛白中的一种或几种，填料为硫酸钡、滑石粉、云母粉、二氧化硅和碳酸钙中的一种或几种；
进一步，所述溶剂为二甲苯、甲基异丁基甲酮、醋酸丁酯、正丁醇和环己酮中的一种或几种；
进一步，所述的有机硅氧烷低聚物，其结构式如下式所示：
Figure BDA0002522129020000041
进一步，所述硅烷偶联剂为N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，三氨基官能硅烷，N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或几种；采用上述方案后，通过本发明方法制得的一种有机硅改性环氧涂层，能够与防腐底漆及污损释放型防污涂料均具有较好的附着行为。
本发明的有益效果在于：有机硅改性环氧涂层中有机硅氧烷低聚物的引入，通过化学键合作用连接防腐底漆及污损释放型防污涂料，乙组份功能固化剂中氨基与环氧树脂交联固化构成三维空间网络，并与有机硅改性环氧乙烯基酯树脂实现互穿网络，增强交联密度，而有机硅改性环氧乙烯基酯树脂中烷氧基能够与污损释放型防污涂料中硅羟基实现化学交联，建立更加优异的界面结合作用。最终实现从防腐底漆到污损释放型防污涂料有效过渡的同时，将防腐底漆、中间连接层及污损释放型防污涂料有效结合为同一体系，有效解决涂料匹配使用过程中引起的不同涂层间附着力差，涂层体系界面形貌、性能缺陷及大面积脱落的问题。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明的具体实施例如下，其中，有机硅改性环氧乙烯基酯树脂的制备方法详见实施例1-3：
实施例1：在装有搅拌装置、冷凝装置、温度计的500mL的四口烧瓶中，加入60.5g二甲苯/正丁醇(二甲苯与正丁醇的质量比为1：1)的混合溶剂，向反应体系通氮气，升温至90℃，另称取55g双酚A环氧乙烯基酯树脂、25.5 g 3-异丁烯丙基三甲氧基硅烷和0.7g偶氮二异丁腈混合均匀，并于2h之内均匀滴加至反应体系，滴加完毕，保温1h后，继续在0.5h内滴加0.1g偶氮二异丁腈和4.5g二甲苯的混合溶液，保温2h，降温出料，获得淡黄色有机硅改性环氧乙烯基酯树脂。
实施例2：在装有搅拌装置、冷凝装置、温度计的500mL的四口烧瓶中，加入50.5g二甲苯/甲基异丁基甲酮(二甲苯与醋酸丁酯的质量比为1：1)的混合溶剂，向反应体系通氮气，升温至110℃，另称取65g双酚F环氧乙烯基酯树脂、25.5g乙烯基三甲氧基硅烷和0.8g过氧化-2-乙基己酸叔丁酯混合均匀，并于2h之内均匀滴加至反应体系，滴加完毕，保温1h后，继续在0.5h 内滴加0.1g偶氮二异丁腈和4.5g二甲苯的混合溶液，保温2h，获得淡黄色有机硅改性环氧乙烯基酯树脂。
实施例3：在装有搅拌装置、冷凝装置、温度计的500mL的四口烧瓶中，加入50.5g二甲苯/甲基异丁基甲酮(二甲苯与甲基异丁基甲酮的质量比为1： 1)的混合溶剂，向反应体系通氮气，升温至90℃，另称取55g酚醛环氧乙烯基酯树脂、24.5g 3-丙烯基丙基三甲氧基硅烷和0.7g偶氮二异戊腈混合均匀，并于2h之内均匀滴加至反应体系，滴加完毕，保温1h后，继续在0.5h内滴加0.1g偶氮二异戊腈和4.5g二甲苯的混合溶液，保温2h，获得淡黄色有机硅改性环氧乙烯基酯树脂。
而有机硅改性环氧涂层的制备方法详见表1。
表1
Figure BDA0002522129020000061
Figure BDA0002522129020000071
兼具防腐和过渡连接功能有机硅改性环氧涂层的制备：按照涂料制备方法，依次称取树脂、溶剂、附着力促进剂、颜料和填料。高速分散1h后用卧式砂磨机研磨至细度小于60μm，加入流变助剂，再次进行分散0.5h，过滤得到该涂料的甲组分；依次称取功能固化剂和硅烷偶联剂，并混匀得到该涂料的乙组份。使用时由重量比为100：5～15的甲组份和乙组份混合均匀，在适用期内采用刷涂、喷涂及辊涂的方式施工于海洋工程装备及海洋设施需要进行污损防护的部位，与防腐底漆配套使用。
表2为本发明的一种兼具防腐和过渡连接功能有机硅改性环氧涂层达到的性能指标。
表2
Figure BDA0002522129020000072
Figure BDA0002522129020000081
试验结果表明，添加有有机硅改性环氧乙烯基酯树脂的有机硅改性环氧涂层在附着力方面具有较大的提升。

Claims (10)

1.一种兼具防腐和过渡连接功能有机硅改性环氧涂层，其特征在于，由重量比为100：5～15的甲组份和乙组份组成，甲组份由30～50％基体树脂、3～7％附着力促进剂、0.1～0.7％流变助剂、25～35％颜填料及25～45％溶剂组成，乙组份由2～5％有机硅氧烷低聚物和1～3％硅烷偶联剂组成。
2.根据权利要求1所述的一种兼具防腐和过渡连接功能有机硅改性环氧涂层，其特征在于，所述基体树脂为有机硅改性环氧乙烯基酯树脂与环氧树脂混合物，所述有机硅改性环氧乙烯基酯树脂为环氧乙烯基酯树脂与含有双键的硅烷偶联剂自由基聚合获得的聚合物树脂，所述环氧乙烯基酯树脂为双酚A环氧乙烯基酯树脂、双酚F环氧乙烯基酯树脂和酚醛环氧乙烯基酯树脂中的一种，所述含有双键的硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、p-苯乙烯三甲氧基硅烷、3-异丁烯丙基三甲氧基硅烷、3-异丁烯丙基三乙氧基硅烷、3-丙烯基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的一种兼具防腐和过渡连接功能有机硅改性环氧涂层，其特征在于，有机硅改性环氧乙烯基酯树脂具体制备过程为：装有温度计、冷凝装置及搅拌装置的四口烧瓶中加有30～45％的有机溶剂，将体系升至90～110℃，滴加装置中加有35～45％的环氧乙烯基酯树脂、15～20％含有双键的硅烷偶联剂及0.3～0.7％的引发剂，并于一定的滴加速度于2h之内加入到四口烧瓶中，保温1h，之后进行0.05～0.07％的引发剂和2～5％溶剂的二次补加，于0.5h内滴加完毕，保温2h，降温出料得有机硅改性环氧乙烯基酯树脂。
4.根据权利要求2所述的一种兼具防腐和过渡连接功能有机硅改性环氧涂层，其特征在于，所述基体树脂中有机硅改性环氧乙烯基酯树脂和环氧树脂的重量比为1：0.5～1.6。
5.根据权利要求1所述的一种兼具防腐和过渡连接功能有机硅改性环氧涂层，其特征在于，所述附着力促进剂为50～750mPa.s聚二甲基硅氧烷，所述流变助剂为有机膨润土、氢化蓖麻油、气相二氧化硅和聚酰胺类中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种兼具防腐和过渡连接功能有机硅改性环氧涂层，其特征在于，所述颜填料分为颜料和填料，颜料为炭黑、铁红和钛白中的一种或几种，填料为硫酸钡、滑石粉、云母粉、二氧化硅和碳酸钙中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种兼具防腐和过渡连接功能有机硅改性环氧涂层，其特征在于，所述溶剂为二甲苯、甲基异丁基甲酮、醋酸丁酯、正丁醇和环己酮中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的一种兼具防腐和过渡连接功能有机硅改性环氧涂层，其特征在于，所述的有机硅氧烷低聚物，其结构式如下式所示：
Figure FDA0002522129010000021
9.根据权利要求1所述的一种兼具防腐和过渡连接功能有机硅改性环氧涂层，其特征在于，所述硅烷偶联剂为N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，三氨基官能硅烷，N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或几种。
10.根据权利要求1所述的一种兼具防腐和过渡连接功能有机硅改性环氧涂层制备方法，其特征在于:甲组份制备方法为：依次称取30～50％基体树脂、25～45％溶剂、3～7％附着力促进剂、0.1～0.7％流变助剂和25～35％颜填料，在2500rpm转速下分散15min，置于快速研磨机下研磨至细度在60μm以下；乙组份制备方法为：将2～5％有机硅氧烷低聚物和1～3％硅烷偶联剂混合搅拌均匀，使用时由重量比为100：5～15的甲组份和乙组份混合均匀，在适用期内采用刷涂、喷涂及辊涂的方式施工于海洋工程装备及海洋设施需要进行污损防护的部位，与防腐底漆配套使用。
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