CN111675958A - 一种船舶、舰艇、海上钻井平台防护涂装材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的船舶、舰艇、海上钻井平台防护涂装材料及制备方法涉及涂料领域，其原料包括A组分和B组分，其中A组分包括端羟基聚醚多元醇425‑450份、异氰酸酯180‑210份、阻燃剂190份、抗氧化剂45份；B组分包括端羟基聚醚多元醇330‑355份、固化剂120份、阻燃剂130‑180份、硅烷偶联剂1‑5份、紫外线吸收剂21‑27份、多功能助剂24‑34份、颜料适量。该涂料具有较高的粘接强度、硬度、还具有柔韧性，不易开裂，起到长期防水、防腐、防火作用。长期泡水材料性能无变化，耐水性好，还具有防火功能，氧指数达到30以上。烟气无毒，不会给人员造成二次伤害。

Description

一种船舶、舰艇、海上钻井平台防护涂装材料及制备方法
技术领域
本发明涉及涂料领域，具体为一种船舶、舰艇、海上钻井平台防护涂装材料及制备方法。
背景技术
目前国内船舶、舰艇、海上钻井开发，处于上升阶段。而所用的涂装防护材料，大多是使用国外进口的材料，价格昂贵，国内没有相关技术。
现在船舶、舰艇、海上钻井平台多数使用的是环氧树脂类材料，材料发硬，碰撞下容易开裂，造成涂装层破坏，使船体、平台受到海水腐蚀，造成经济损失。因此，增大拉伸强度，提高涂层的耐磨性，而且保证材料具有一定的柔韧性，对于该类材料的开发具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种拉伸强度高、硬度高、耐磨性好、柔韧性佳、防火、防水、防腐的船舶、舰艇、海上钻井平台防护涂装材料及制备方法，以解决上述技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种船舶、舰艇、海上钻井平台防护涂装材料，其原料包括A组分和B组分，其中A组分包括：
端羟基聚醚多元醇425-450份、异氰酸酯180-210份、阻燃剂190份、抗氧化剂45份；
B组分包括：
端羟基聚醚多元醇330-355份、固化剂120份、阻燃剂130-180份、硅烷偶联剂1-5份、紫外线吸收剂21-27份、多功能助剂24-34份、颜料适量。
优选地，所述端羟基聚醚多元醇包括聚环氧丙烷聚醚多元醇和聚环氧丙烷醚二元醇，所述聚环氧丙烷聚醚多元醇的羟值为54.5-57.5，分子量为3000，官能度为3；所述聚环氧丙烷醚二元醇的羟值为26.5-29.5，分子量为4000，官能度为2。
优选地，所述A组分中聚环氧丙烷聚醚多元醇为230-255份、聚环氧丙烷醚二元醇为195份；所述B组分中聚环氧丙烷聚醚多元醇为90份、聚环氧丙烷醚二元醇为240-265份。
优选地，所述阻燃剂为氮系阻燃剂，该阻燃剂不含磷，不含卤素，极氧指数不低于30，并且燃烧后不产生有毒气体。
优选地，所述抗氧化剂为过氧化物分解型抗氧化剂。
优选地，所述异氰酸酯为4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或两种的混合物。
优选地，所述固化剂为4，4，-甲撑二(2-氯苯胺)或固化交联剂E300中的一种或两种的混合物。
优选地，所述A组分和B组分的重量份数之比为1:(1-2)。
另外，本发明还提供了上述船舶、舰艇、海上钻井平台防护涂装材料的制备方法，
A组分的制备方法包括以下步骤：
步骤一、在真空条件下将聚环氧丙烷聚醚多元醇和聚环氧丙烷醚二元醇混合并加热，降低聚环氧丙烷聚醚多元醇和聚环氧丙烷醚二元醇的粘度；
步骤二、真空条件下继续加入阻燃剂和抗氧化剂，边混合边升温，然后保温，真空条件下脱水；
步骤三、停止加热，关闭真空，降温；
步骤四、打开真空，继续加入异氰酸酯，加热后保温，聚合反应一段之间；
步骤五、降低真空度，继续聚合反应，直到充分反应完全；
步骤六、停止加热，降温，关闭真空，得到A组分，对物料进行称重、灌装，入库；
B组分的制备方法包括以下步骤：
步骤一、在真空条件下将聚环氧丙烷聚醚多元醇和聚环氧丙烷醚二元醇混合并加热，降低聚环氧丙烷聚醚多元醇和聚环氧丙烷醚二元醇的粘度；
步骤二、真空条件下继续加入固化剂、阻燃剂、硅烷偶联剂、紫外线吸收剂、多功能助剂和颜料，边混合边升温，然后保温，真空条件下脱水，同时使固化剂完全融化并混合均匀；
步骤三、停止加热，降温，关闭真空，得到B组分，对物料进行称重、灌装，入库。
优选地，所述A组分的制备方法中步骤四中真空度为-0.09Mpa，聚合反应时间为2小时；步骤五中真空度低于-0.095Mpa，聚合反应时间为3小时。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果为：
(1)本发明中的船舶、舰艇、海上钻井平台防护涂装材料在A组分和B组分中均加入阻燃剂作为填充料，以替换常见聚氨酯涂料中的滑石粉、重钙、高岭土等填充料，起到防止涂料燃烧的作用，即使在特殊环境下发生燃烧也不会释放有毒气体。另外在A组分中添加抗氧化剂可以减缓涂料涂层老化速度，延长涂层寿命。还在B组分中添加硅烷偶联剂，可以增大涂料涂层与钢板的粘结力。此外还在B组分中添加紫外线吸收剂可以提高涂料涂层的耐老化性能。
(2)本发明的船舶、舰艇、海上钻井平台防护涂装材料中的端羟基聚醚多元醇包括聚环氧丙烷聚醚多元醇和聚环氧丙烷醚二元醇，其中聚环氧丙烷聚醚多元醇的羟值为54.5-57.5，分子量为3000，官能度为3。聚环氧丙烷醚二元醇的羟值为26.5-29.5，分子量为4000，官能度为2。选用这两种聚醚，由于柔性链段少，可以提高涂膜的强度和硬度，降低断裂伸长率。
(3)本发明的船舶、舰艇、海上钻井平台防护涂装材料具有较高的粘接强度、硬度、还具有柔韧性，不易开裂，起到长期防水、防腐、防火作用。长期泡水材料性能无变化，耐水性好，还具有防火功能，氧指数达到30以上。烟气无毒，不会给人员造成二次伤害。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步说明。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
本发明提供了一种船舶、舰艇、海上钻井平台防护涂装材料，包括A组分和B组分，其中A组分包括：
端羟基聚醚多元醇425-450份、异氰酸酯180-210份、阻燃剂190份、抗氧化剂45份；
B组分包括：
端羟基聚醚多元醇330-355份、固化剂120份、阻燃剂130-180份、硅烷偶联剂1-5份、紫外线吸收剂21-27份、多功能助剂24-34份、颜料适量。
所述端羟基聚醚多元醇包括聚环氧丙烷聚醚多元醇MN-3050DF和聚环氧丙烷醚二元醇DL-4000D，所述聚环氧丙烷聚醚多元醇的羟值为54.5-57.5，分子量为3000，官能度为3；所述聚环氧丙烷醚二元醇的羟值为26.5-29.5，分子量为4000，官能度为2。
所述A组分中聚环氧丙烷聚醚多元醇为230-255份、聚环氧丙烷醚二元醇为195份；所述B组分中聚环氧丙烷聚醚多元醇为90份、聚环氧丙烷醚二元醇为240-265份。
所述阻燃剂为购于石家庄格燃化工产品有限公司的氮系阻燃剂1#-01，该阻燃剂不含磷，不含卤素，极氧指数不低于30，并且燃烧后不产生有毒气体。阻燃剂起到防止涂料燃烧的作用，即使在特殊环境下发生燃烧也不会释放有毒气体。所述抗氧化剂为过氧化物分解型抗氧化剂AO-1010。抗氧化剂可以减缓涂料涂层老化速度，延长涂层寿命。
所述异氰酸酯为4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯50或异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或两种的混合物。
所述固化剂为4，4，-甲撑二(2-氯苯胺)II或固化交联剂E300中的一种或两种的混合物。
硅烷偶联剂为KH-550，该硅烷偶联剂对无机物具有反应性，有机官能基对有机物具有反应性或相容性。因此,当硅烷偶联剂介于无机和有机界面之间，可形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的结合层。
紫外线吸收剂为UV-234，该紫外线吸收剂具有如下特点：(1)可强烈地吸收紫外线(尤其是波长为290-400nm)。(2)热稳定性好，即使在加工中也不会因热而变化，热挥发性小。(3)化学稳定性好，不与制品中材料组分发生不利反应。(4)混溶性好，可均匀地分散在材料中，不喷霜，不渗出。(5)吸收剂本身的光化学稳定性好，不分解，不变色。(6)无色、无毒、无臭。(7)耐浸洗。(8)价廉、易得。(9)不溶，或难溶于水。(10)无毒，不易燃，不腐蚀，贮存稳定性性好。
多功能助剂DSX-410，该多功能助剂具有消泡、分散、流平功能，可以改善产品的性能。
所述A组分和B组分的重量份数之比为1:(1-2)。
上述船舶、舰艇、海上钻井平台防护涂装材料的制备方法中，A组分的制备方法包括以下步骤：
步骤一、打开真空系统，使反应釜内的真空度达到-0.09MPa。打开反应釜的搅拌系统，打开反应釜底部的吸料阀门，按照配方量吸取聚环氧丙烷聚醚多元醇MN-3050DF和聚环氧丙烷醚二元醇DL-4000D，开启反应釜供热体系，边搅拌边加热，使物料温度提升至80℃，降低聚环氧丙烷聚醚多元醇和聚环氧丙烷醚二元醇的粘度。
步骤二、然后开启真空系统，使反应釜内真空度达到-0.09MPa，然后打开反应釜底部的吸料阀门，按配方量吸取阻燃剂、抗氧化剂。关闭反应釜底部的吸料阀门，在搅拌状态下，物料继续升温至120℃，保温。真空系统持续工作，使真空度维持在-0.095MPa，脱水2h。
步骤三、然后关闭供热系统，关闭真空系统。在搅拌状态下，使物料温度降至70℃±5℃。
步骤四、开启真空系统，使反应釜内真空度达到-0.09MPa，打开反应釜底部的吸料阀门，按配方量吸入异氰酸酯，关闭反应釜底部的吸料阀门，开启供热系统，使物料升温至80℃±5℃，保温，进行聚合反应2h。
步骤五、反应釜内的真空度保持在-0.095MPa以下。进行聚合反应3h。
步骤六、关闭供热系统，使物料降温至50℃，关闭真空系统，解除真空，将物料灌装系统连接到反应釜的底部放料阀门，打开放料阀，对物料进行称重、灌装，入库。
B组分的制备方法包括以下步骤：
步骤一、开启真空系统，使反应釜内真空度达到-0.09MPa，开启反应釜的搅拌系统，打开反应釜底部的吸料阀门，按配方量吸取聚环氧丙烷聚醚多元醇MN-3050DF和聚环氧丙烷醚二元醇DL-4000D，开启反应釜供热系统，边搅拌边加热，使物料温度升至80℃，降低聚环氧丙烷聚醚多元醇和聚环氧丙烷醚二元醇的粘度。
步骤二、然后开启真空系统，使反应釜内真空度达到-0.09MPa，然后打开反应釜底部的吸料阀门，按配方量吸取固化剂、阻燃剂、硅烷偶联剂、紫外线吸收剂、多功能助剂和颜料，关闭反应釜底部的吸料阀门，在搅拌状态下，物料继续升温至120℃，保温。真空系统持续工作，使真空度维持在-0.095MPa，脱水3h，同时使固化剂完全融化并混合均匀。
步骤三、停止加热，在搅拌状态下，使物料温度降至50℃，关闭真空系统，解除真空，将物料灌装系统，连接到反应釜的底部放料阀门，打开放料阀，对物料进行称重、灌装，入库。
本发明中先利用二异氰酸酯与聚醚多元醇进行加成聚合，得到端基为异氰酸酯的预聚体。反应机理如下：
Figure BDA0002574290490000051
然后预聚体与含有活泼氢的二元胺发生固化反应，生成聚氨酯防水涂膜。反应机理如下：
Figure BDA0002574290490000061
表1为各实施例中的原料及其用量。
Figure BDA0002574290490000062
对比例1
以实施例4作为实验组，设置对比例1作为对照组。该对比例中，将A组分和B组分中的阻燃剂同时替换为等量的800目的滑石粉，其余与实施例4相同。
将实施例1-6制得的船舶、舰艇、海上钻井平台防护涂装材料，参照GB/T16777-2008《建筑防水涂料试验方法》进行测试，但是将涂料涂覆在相同尺寸的钢板上，而不是涂覆在水泥试件上。测试结果如表2所示。
Figure BDA0002574290490000063
Figure BDA0002574290490000071
由表2可知，本发明实施例1-6的船舶、舰艇、海上钻井平台防护涂装材料均符合相关技术指标，具体地，拉伸强度为18-22N/mm，硬度为62-66，同时断裂伸长率为50％-53％，耐磨性为47mg，耐冲击性为3.0kg.m，耐腐蚀，不容易老化。
与对比例1相比，实施例4的拉伸强度、撕裂强度、粘结强度、硬度均有较大提升。由于滑石粉内部的晶体结构十分松散，受摩擦很容易破碎。而阻燃剂的分子结构稳定，从而使实例4的拉伸强度，撕裂强度、粘结强度方面的性能得以提高。在氧指数方面，实施例4需要氧指数达到32才可以点燃，并且是离开火源自动熄灭。而对比例1则在自然条件下，就可以点燃，离开火源，也可自行燃烧，对比例1不具备阻燃功能。以上各实施例仅用于对本发明进行解释说明，并不构成对权利要求范围的限定，本领域技术人员根据本发明说明书内容可以想到的其他替代手段，均应在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种船舶、舰艇、海上钻井平台防护涂装材料，其特征在于，其原料包括A组分和B组分，其中A组分包括：
端羟基聚醚多元醇425-450份、异氰酸酯180-210份、阻燃剂190份、抗氧化剂45份；
B组分包括：
端羟基聚醚多元醇330-355份、固化剂120份、阻燃剂130-180份、硅烷偶联剂1-5份、紫外线吸收剂21-27份、多功能助剂24-34份、颜料适量。
2.根据权利要求1所述的船舶、舰艇、海上钻井平台防护涂装材料，其特征在于：所述端羟基聚醚多元醇包括聚环氧丙烷聚醚多元醇和聚环氧丙烷醚二元醇，所述聚环氧丙烷聚醚多元醇的羟值为54.5-57.5，分子量为3000，官能度为3；所述聚环氧丙烷醚二元醇的羟值为26.5-29.5，分子量为4000，官能度为2。
3.根据权利要求2所述的船舶、舰艇、海上钻井平台防护涂装材料，其特征在于：所述A组分中聚环氧丙烷聚醚多元醇为230-255份、聚环氧丙烷醚二元醇为195份；所述B组分中聚环氧丙烷聚醚多元醇为90份、聚环氧丙烷醚二元醇为240-265份。
4.根据权利要求1所述的船舶、舰艇、海上钻井平台防护涂装材料，其特征在于：所述阻燃剂为氮系阻燃剂，该阻燃剂不含磷，不含卤素，极氧指数不低于30，并且燃烧后不产生有毒气体。
5.根据权利要求1所述的船舶、舰艇、海上钻井平台防护涂装材料，其特征在于：所述抗氧化剂为过氧化物分解型抗氧化剂。
6.根据权利要求1所述的船舶、舰艇、海上钻井平台防护涂装材料，其特征在于：所述异氰酸酯为4，4，-二苯基甲烷二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或两种的混合物。
7.根据权利要求1所述的船舶、舰艇、海上钻井平台防护涂装材料，其特征在于：所述固化剂为4，4，-甲撑二（2-氯苯胺）或固化交联剂E300中的一种或两种的混合物。
8.根据权利要求1所述的船舶、舰艇、海上钻井平台防护涂装材料，其特征在于：所述A组分和B组分的重量份数之比为1:（1-2）。
9.一种如权利要求1-8任意一项所述的船舶、舰艇、海上钻井平台防护涂装材料的制备方法，其特征在于，
A组分的制备方法包括以下步骤：
步骤一、在真空条件下将聚环氧丙烷聚醚多元醇和聚环氧丙烷醚二元醇混合并加热，降低聚环氧丙烷聚醚多元醇和聚环氧丙烷醚二元醇的粘度；
步骤二、真空条件下继续加入阻燃剂和抗氧化剂，边混合边升温，然后保温，真空条件下脱水；
步骤三、停止加热，关闭真空，降温；
步骤四、打开真空，继续加入异氰酸酯，加热后保温，聚合反应一段时间；
步骤五、降低真空度，继续聚合反应，直到充分反应完全；
步骤六、停止加热，降温，关闭真空，得到A组分，对物料进行称重、灌装，入库；
B组分的制备方法包括以下步骤：
步骤一、在真空条件下将聚环氧丙烷聚醚多元醇和聚环氧丙烷醚二元醇混合并加热，降低聚环氧丙烷聚醚多元醇和聚环氧丙烷醚二元醇的粘度；
步骤二、真空条件下继续加入固化剂、阻燃剂、硅烷偶联剂、紫外线吸收剂、多功能助剂和颜料，边混合边升温，然后保温，真空条件下脱水，同时使固化剂完全融化并混合均匀；
步骤三、停止加热，降温，关闭真空，得到B组分，对物料进行称重、灌装，入库。
10. 根据权利要求9所述的船舶、舰艇、海上钻井平台防护涂装材料的制备方法，其特征在于：所述A组分的制备方法中步骤四中真空度为-0.09Mpa，聚合反应时间为2小时；步骤五中真空度低于-0.095 Mpa，聚合反应时间为3小时。
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