CN112300617A

CN112300617A - 一种功能化有机皂稠化剂复合防腐涂料及其制备方法

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Publication number: CN112300617A
Application number: CN202011222788.2A
Authority: CN
Inventors: 樊小强; 严涵; 黄宇; 李�浩; 李文; 孙奇; 朱旻昊
Original assignee: Southwest Jiaotong University
Current assignee: Southwest Jiaotong University
Priority date: 2020-11-05
Filing date: 2020-11-05
Publication date: 2021-02-02
Anticipated expiration: 2040-11-05
Also published as: CN112300617B

Abstract

本发明公开了一种功能化有机皂稠化剂复合防腐涂料及其制备方法，该复合防腐涂料以树脂为基体、功能化有机皂稠化剂为填料制成。本发明利用功能化有机皂稠化剂纤维状结构和优异的油溶性，在涂层中形成交织的网络结构，提高涂层的致密度，降低涂层的孔隙率，延长腐蚀介质的扩散路径，从而实现提高防腐涂料的防腐效果；本发明的制备工艺简单，条件温和，成本低，操作方便；本发明与现有产品相比，具有良好的耐腐蚀性能以及强度。本发明的新型有机皂稠化剂复合防腐涂料工艺简洁、耐候性好、防腐性能优良、使用寿命长。

Description

一种功能化有机皂稠化剂复合防腐涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及防腐涂料制备技术领域，具体涉及一种功能化有机皂稠化剂复合防腐涂料及其制备方法。

背景技术

作为基材常用的防腐蚀手段之一，防腐涂料被广泛应用于海洋工程、交通运输、能源工业、建筑工程和市政设施等。防腐涂料涂覆在基材表面后，由于屏蔽作用能够大幅度地降低材料的腐蚀速率，延长了材料的服役周期。但是，为了满足材料全服役周期的安全可靠性要求以及面对越来越复杂服役环境和工况条件，单一的防腐涂料并不能很好地胜任对基材保护职责。一般来说，向涂料中加入填料能够提高防腐涂料对基材的保护功能。

现有的填料主要包括无机填料和稠化剂填料，无机填料的综合性能较差，稠化剂填料虽然综合性能较好，但是极大可能引入杂质和缺陷，有引发裂纹和加速破坏的副作用，进而不利于涂料的保护作用。

综上，现有的防腐涂料均存在防腐效果较差的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功能化有机皂稠化剂复合防腐涂料，解决现有的防腐涂料的防腐效果较差的问题。

此外，本发明还提供上述复合防腐涂料的制备方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种功能化有机皂稠化剂复合防腐涂料，该复合防腐涂料以树脂为基体、功能化有机皂稠化剂为填料制成。

功能化有机皂稠化剂是一种纤维状材料，可以在涂料中形成交叉网络结构，提升防腐涂料的保护性能。同时，由于这种纤维状功能化有机皂稠化剂的尺寸稳定性好，在涂料界面区域内的分子链运动受到限制，使玻璃化转变温度上升。

本发明以树脂为基体，功能化有机皂稠化剂为填料，充分利用了功能化有机皂稠化剂纤维状结构、高的比表面积、好的油溶性，优异的化学稳定性、良好的热稳定性和强的耐腐蚀性等的优点。功能化有机皂稠化剂能在涂料中形成交织的网络结构，提高了涂层的致密度，降低了孔隙率，构建出物理阻隔网络，阻止了腐蚀的纵向深入发展。同时，功能化有机皂稠化剂降低了涂料的收缩率，提高涂料的尺寸稳定性、表面光洁度、平滑性等。功能化有机皂稠化剂复合的防腐涂料也可以满足不同性能要求，比如提高耐磨性、改善导电性及导热性等。

与纯的防腐涂料相比，本发明以功能化有机皂稠化剂为填料，这种纤维状的稠化剂具有高强度、高模量、尺寸稳定性，而涂料是低密度和强韧性的材料。功能化有机皂稠化剂和涂料两者取长补短，复合的效果不但拓展了功能化有机皂稠化剂的应用，而且提高了涂料基体的强度、刚度、耐蠕变和耐热性，极大地减低了腐蚀速率，延长了基材使用寿命，即本发明所述防腐涂料具有较高的综合性能，明显提高了防腐性能，同时具有一定的经济优势，能够广泛应用于海洋工程、交通运输、能源工业、建筑工程和市政设施等。

本发明利用功能化有机皂稠化剂纤维状结构和优异的油溶性，在涂层中形成交织的网络结构，提高涂层的致密度，降低涂层的孔隙率，延长腐蚀介质的扩散路径，从而实现提高防腐涂料的防腐效果。

进一步地，功能化有机皂稠化剂在树脂中的质量百分比为0.25％～10％。

上述质量比使得功能化有机皂稠化剂能更好的在树脂内形成交织的阻隔网络结构。如果含量太少，功能化有机皂稠化剂不能在树脂内形成这种有效的网络结构。如果含量太高，功能化有机皂稠化剂大概率会团聚，引起团聚区域缺陷的发生，缺陷会成为腐蚀介质扩散的便捷路径，恶化涂料的保护能力。

进一步地，功能化有机皂稠化剂在树脂中的质量百分比为0.5％～1％。

进一步地，功能化有机皂稠化剂为金属有机皂粉或非皂基有机皂稠化剂或二者的组合。

进一步地，金属有机皂粉至少包括钙皂基有机皂稠化剂、钠皂基有机皂稠化剂、铝皂基有机皂稠化剂、锂皂基有机皂稠化剂、复合磺酸钙皂基有机皂稠化剂和复合锂皂基有机皂稠化剂中的一种。

优选为锂皂基有机皂稠化剂，锂皂基有机皂稠化剂具有强的抗水性、粘附性、耐高温、耐腐蚀、抗氧化稳定性和防辐射性能。

进一步地，非皂基有机皂稠化剂至少包括黏土、硅基有机皂稠化剂、聚四氟乙烯有机皂稠化剂、聚脲有机皂稠化剂、聚乙烯有机皂稠化剂和聚丙烯有机皂稠化剂中的一种。

优选为聚脲有机皂稠化剂，聚脲有机皂稠化剂具有优异的防锈、抗腐蚀抗水性、稳定性和耐高温性能，不容易发生反应而变性。

进一步地，树脂至少包括香树脂、醇酸树脂、酚醛树脂、氨基树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯、聚脲树脂、氯化聚烯烃树脂、硝酸纤维素、有机硅树脂和氟碳树脂中的一种。

进一步地，树脂为双酚A型环氧树脂，所述功能化有机皂稠化剂为复合锂基有机皂稠化剂或聚脲有机皂稠化剂，所述功能化有机皂稠化剂在树脂中的质量百分比为0.5％～1％。

一种功能化有机皂稠化剂复合防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将功能化有机皂稠化剂添加到水或有机溶剂中，使用分散技术使其均匀分散获得混合溶液；

S2、将树脂加入步骤S1获得的混合溶液中，然后在室温下以2000rpm～5000rpm的搅拌速率搅拌5min-120min得到功能化有机皂稠化剂/树脂混合浆料；

S3、向步骤S2获得的功能化有机皂稠化剂/树脂混合浆料加入稀释剂，调节浆料的稠度；

S4、向步骤S3获得的料浆中加入固化剂，在室温下以2000rpm～5000rpm的搅拌速率搅拌5min-20min，然后室温除气获得功能化有机皂稠化剂复合防腐涂料。

本发明所述复合防腐涂料的制备方法简单，产率高，能够实现大规模制造，且制备功能化有机皂稠化剂所用原料便宜且易得，它也在涂料中有增容作用，可降低了防腐涂料的成本，提高产品在市场上的竞争能力。

进一步地，向步骤S2获得的功能化有机皂稠化剂/树脂混合浆料加入助剂，搅拌混合均匀后再进行步骤S3，所述助剂包括消泡剂、流平剂、消光剂、增韧剂和催干剂。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明利用功能化有机皂稠化剂纤维状结构和优异的油溶性，在涂层中形成交织的网络结构，提高涂层的致密度，降低涂层的孔隙率，延长腐蚀介质的扩散路径，从而实现提高防腐涂料的防腐效果。

2、本发明所述复合防腐涂料的制备方法简单，条件温和，成本低，操作方便，能够实现大规模制造，且制备功能化有机皂稠化剂所用原料便宜且易得，它也在涂料中有增容作用，可降低了防腐涂料的成本，提高产品在市场上的竞争能力。

3、本发明为防腐涂料领域提出了一种更加新颖的防腐蚀材料及制备方法。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为实施例1中使用的复合锂基有机皂稠化剂粉末扫描电镜照片；

图2为实施例1中使用的复合锂基有机皂稠化剂粉末x射线衍射图谱；

图3为实施例1中使用的复合锂基有机皂稠化剂粉末傅里叶红外光谱图；

图4为实施例1中使用的复合锂基有机皂稠化剂粉末热重图谱；

图5为实施例1中使用的复合锂基有机皂稠化剂粉末压片测得的静态水接触角值；

图6为实施例1制备的复合锂基有机皂稠化剂复合环氧涂料放置1个月的照片；

图7为实施例1中制备的复合锂基有机皂稠化剂复合环氧涂料固化后涂层的截面扫描电镜照片。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1所示，一种功能化有机皂稠化剂复合防腐涂料，该复合防腐涂料以树脂为基体、功能化有机皂稠化剂为填料制成。

在本实施例中，所述功能化有机皂稠化剂为复合锂基有机皂稠化剂，所述树脂为E44双酚A型环氧树脂，所述功能化有机皂稠化剂在树脂中的质量百分比为1％。

复合防腐涂料具体制备过程如下：

包括以下步骤：

S1、将0.5g的复合锂基有机皂稠化剂粉末分散在水/乙醇混合溶液中(水与乙醇的质量比为1:1)，搅拌使其均匀分散获得混合溶液；

S2、将50g的E44双酚A型环氧树脂加入步骤S1获得的混合溶液中，然后在室温下以4000rpm的搅拌速率搅拌60min得到功能化有机皂稠化剂/树脂混合浆料；

S3、向步骤S2获得的功能化有机皂稠化剂/树脂混合浆料加入稀释剂，稀释剂为40g水/乙醇混合溶液(水与乙醇的质量比为1:1)，降低溶液的粘度；

S4、向步骤S3获得的料浆中加入25g的胺类固化剂，在室温下以4000rpm的搅拌速率搅拌120min，接着将涂料放入真空干燥箱中室温除气30min；最后将得到的复合锂基有机皂稠化剂/树脂防腐涂料涂覆在1.5cm×1.5cm×3mm的铝合金上室温固化待检测。

图6给出了复合锂基有机皂稠化剂在E44树脂中分散一个月的照片，可观察到复合锂基有机皂稠化剂在树脂中能够稳定的分散。图7给出了复合锂基有机皂稠化剂复合环氧涂层的截面扫描电镜图片，可观察到复合锂基有机皂稠化剂在树脂中能够均匀地混合。

其中，复合锂基有机皂稠化剂的制备过程如下：

S11、使用十二羟基硬脂酸、葵二酸和氢氧化锂为原料，摩尔配比为(1:1:3)。首先将十二羟基硬脂酸在110℃下溶解于去离子水中，再把葵二酸使用同样的温度溶于水和乙醇的混合溶液中(水与乙醇的质量比为1:1)，最后将上述两种混合溶液混合；

S12、将氢氧化锂与热水混合，使其全部溶解；

S13、将氢氧化锂水溶液逐滴加入步骤S11中的混合溶液中，在35min内加完。接着在110℃反应50min，得到复合锂基有机皂稠化剂液；

S14、将步骤S13得到的复合锂基有机皂稠化剂液在60℃下真空干燥24h得到复合锂基有机皂稠化剂粉末。

制备的复合锂基有机皂稠化剂粉末的扫描电镜图片如图1所示，可明显观察到一种纤维状结构通过图2、图3和图4进一步确认了复合锂基有机皂稠化剂粉末。图5表明制得的复合锂基有机皂稠化剂疏水性很好，能很好的在涂料中抵抗腐蚀液的入侵。

实施例2：

本实施例基于实施例1，与实施例的区别在于：

在制成复合锂基有机皂稠化剂/树脂防腐涂料的过程中，向步骤S2获得的功能化有机皂稠化剂/树脂混合浆料加入助剂，搅拌混合均匀后再进行步骤S3，所述助剂包括消泡剂、流平剂、消光剂、增韧剂和催干剂。

实施例3：

本实施例基于实施例1，与实施例的区别在于：

所述功能化有机皂稠化剂在树脂中的质量百分比为0.25％。

实施例4：

本实施例基于实施例1，与实施例的区别在于：

所述功能化有机皂稠化剂在树脂中的质量百分比为0.5％。

实施例5：

本实施例基于实施例1，与实施例的区别在于：

所述功能化有机皂稠化剂在树脂中的质量百分比为2％。

实施例6：

本实施例基于实施例1，与实施例的区别在于：

所述功能化有机皂稠化剂在树脂中的质量百分比为5％。

实施例7：

本实施例基于实施例1，与实施例的区别在于：

所述功能化有机皂稠化剂在树脂中的质量百分比为10％。

实施例8：

本实施例基于实施例1，与实施例的区别在于：

所述功能化有机皂稠化剂为聚脲有机皂稠化剂，所述树脂为E44双酚A型环氧树脂。

实施例9：

本实施例基于实施例1，与实施例的区别在于：

所述功能化有机皂稠化剂为铝皂基有机皂稠化剂，所述树脂为丙烯酸树脂。

实施例10：

本实施例基于实施例1，与实施例的区别在于：

所述功能化有机皂稠化剂为复合磺酸钙皂基有机皂稠化剂，所述树脂为聚氨酯。

实施例11：

本实施例基于实施例1，与实施例的区别在于：

所述功能化有机皂稠化剂为硅基有机皂稠化剂，所述树脂为双酚A型环氧树脂。

实施例12：

本实施例基于实施例1，与实施例的区别在于：

所述功能化有机皂稠化剂为聚四氟乙烯有机皂稠化剂，所述树脂为双酚有机硅树脂。

对比例1：

本对比例基于实施例1，与实施例的区别在于：

所述功能化有机皂稠化剂在树脂中的质量百分比为0.2％。

对比例2：

本对比例基于实施例1，与实施例的区别在于：

所述功能化有机皂稠化剂在树脂中的质量百分比为0.1％。

对比例3：

本对比例基于实施例1，与实施例的区别在于：

所述功能化有机皂稠化剂在树脂中的质量百分比为15％。

对比例4：

本对比例基于实施例1，与实施例的区别在于：

所述功能化有机皂稠化剂在树脂中的质量百分比为20％。

对比例5：

本对比例基于实施例1，与实施例的区别在于：

所述功能化有机皂稠化剂为炭黑，所述树脂为双酚A型环氧树脂。

对比例6：

本对比例基于实施例1，与实施例的区别在于：

所述功能化有机皂稠化剂为硅胶，所述树脂为双酚A型环氧树脂。

将实施例1-实施例12、对比例1-对比例6制备的涂层进行检测，检测标准如表1所示，检测结果如表2-表6所示：

表1涂料检验标准

表2

表3

表4

表5

表6

由表2-表6的数据对比可知：

1)、由实施例1-实施例12的数据可知：

采用本发明所述方法制备的复合防腐涂料不仅各项物理性能满足国标，且耐热性、耐酸性、耐碱性、耐盐雾性均均能满足国标，其中，耐热性、耐酸性、耐碱性、耐盐雾性是能沟通体现防腐性能的指标。

2)、由实施例1和对比例1-对比例2的数据对比可知：

当功能化有机皂稠化剂在树脂中的质量百分比低于本发明所述范围时，耐热性、耐酸性、耐碱性、耐盐雾性均不能满足国标，即防腐性能较差，且划格试验相对国标大1级，弯曲性能性能实现相比国标低1mm～2mm；耐冲击性相对国标低2cm～5cm；拉开法附着力相对国标低2MPa～3MPa。

3)、由实施例1和对比例3-对比例4的数据对比可知：

当功能化有机皂稠化剂在树脂中的质量百分比高于本发明所述范围时，耐热性、耐酸性、耐碱性、耐盐雾性均不能满足国标，即防腐性能较差；且划格试验相对国标大2～3级，弯曲性能性能实现相比国标低3mm～4mm；耐冲击性相对国标低5cm～10cm；拉开法附着力相对国标低1MPa～2MPa。

5)、由实施例1和对比例5-对比例6的数据对比可知：

当不采用本发明所述功能化有机皂稠化剂时，耐热性、耐酸性、耐碱性、耐盐雾性均不能满足国标，即防腐性能较差，尤其是痕处锈蚀宽度相比国标大4mm左右，且划格试验相对国标大4级左右，弯曲性能性能实现相比国标低5mm左右；耐冲击性相对国标低7cm左右；拉开法附着力相对国标低3MPa左右。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种功能化有机皂稠化剂复合防腐涂料，其特征在于，该复合防腐涂料以树脂为基体、功能化有机皂稠化剂为填料制成。

2.根据权利要求1所述的一种功能化有机皂稠化剂复合防腐涂料，其特征在于，所述功能化有机皂稠化剂在树脂中的质量百分比为0.25％～10％。

3.根据权利要求1所述的一种功能化有机皂稠化剂复合防腐涂料，其特征在于，所述功能化有机皂稠化剂在树脂中的质量百分比为0.5％～1％。

4.根据权利要求1所述的一种功能化有机皂稠化剂复合防腐涂料，其特征在于，所述功能化有机皂稠化剂为金属有机皂粉或非皂基有机皂稠化剂或二者的组合。

5.根据权利要求4所述的一种功能化有机皂稠化剂复合防腐涂料，其特征在于，所述金属有机皂粉至少包括钙皂基有机皂稠化剂、钠皂基有机皂稠化剂、铝皂基有机皂稠化剂、锂皂基有机皂稠化剂、复合磺酸钙皂基有机皂稠化剂和复合锂皂基有机皂稠化剂中的一种。

6.根据权利要求4所述的一种功能化有机皂稠化剂复合防腐涂料，其特征在于，所述非皂基有机皂稠化剂至少包括黏土、硅基有机皂稠化剂、聚四氟乙烯有机皂稠化剂、聚脲有机皂稠化剂、聚乙烯有机皂稠化剂和聚丙烯有机皂稠化剂中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种功能化有机皂稠化剂复合防腐涂料，其特征在于，所述树脂至少包括香树脂、醇酸树脂、酚醛树脂、氨基树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯、聚脲树脂、氯化聚烯烃树脂、硝酸纤维素、有机硅树脂和氟碳树脂中的一种。

8.根据权利要求1所述的一种功能化有机皂稠化剂复合防腐涂料，其特征在于，所述树脂为双酚A型环氧树脂，所述功能化有机皂稠化剂为复合锂基有机皂稠化剂或聚脲有机皂稠化剂，所述功能化有机皂稠化剂在树脂中的质量百分比为0.5％～1％。

9.如权利要求1-8任一项所述的一种功能化有机皂稠化剂复合防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S3、向步骤S2获得的功能化有机皂稠化剂/树脂混合浆料加入稀释剂；

10.根据权利要求9所述的一种功能化有机皂稠化剂复合防腐涂料的制备方法，其特征在于，向步骤S2获得的功能化有机皂稠化剂/树脂混合浆料加入助剂，搅拌混合均匀后再进行步骤S3，所述助剂包括消泡剂、流平剂、消光剂、增韧剂和催干剂。