CN112646430A - 超疏水防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超疏水防腐涂料及其制备方法，属于化工涂料技术领域，本发明通过采用氟碳树脂和长链硅烷制成的防腐涂料所生成的超疏水面层，达到水的接触角大于等于150°，厚度超过50微米，且具有较强的耐久性，整体具有超疏水效果的技术效果，具有良好的经济效益和社会效益。

Description

超疏水防腐涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及化工涂料技术领域，具体说，涉及一种超疏水防腐涂料及其 制备方法。

背景技术

金属构件和混凝土构件的防腐蚀工作比较重要，比如，油套管、油管及 钻杆遭到腐蚀破损，将导致严重后果，甚至整个油井报废，从而带来高额的 经济损失。而现有的防腐涂料当遇到水汽凝结时，水膜会在表面铺展，水膜 中的离子、氧等腐蚀介质通过漆膜透至基材，导致防腐效果大大减弱。

现有技术中，利用模板法、相分离法、软蚀刻法、化学气相沉积法、静 电纺丝法和自组装法等技术制备超疏水表面。但是，存在的弊端如下：

1、现有技术制备的超疏水表面厚度只有几微米，而防腐蚀涂层的面层厚 度要求超过50微米，因此现有技术中的超疏水表面制备技术无法用于制备防 腐蚀涂层；

2、现有的涂层无法达到整体超疏水效果，现有的涂层经过打磨减薄10 微米后，其超疏水效果消失；

3、现有的超疏水表面的制备技术复杂，无法在防腐蚀涂料施工领域进行 大面积推广应用。

因此，亟需一种施工简单方便、超疏水效果好的防腐涂料。

发明内容

本发明的目的在于，为了解决目前采用的防腐涂料疏水性有待提高以及 耐久性较差的问题，提供一种利用长链硅烷和氟碳树脂配合生成的超疏水防 腐涂料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种超疏水防腐涂料，原料组成包括：

氟碳树脂、改性材料、长链硅烷、消泡剂、偶联剂、防沉剂、促进剂、 溶剂、颜填料。

进一步，优选的，原料的重量份配比为：

进一步，优选的，所述含氟碳树脂的氟含量在20-55％，羟值为15-125 mgKOH/g。

进一步，优选的，所述长链硅烷为十六烷基三甲氧基硅烷、全氟癸基三 乙氧基硅烷、十六烷基二甲基氯硅烷中的一种或几种。

进一步，优选的，所述改性材料为热塑性丙烯酸树脂、二甲苯甲醛树脂、 邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二丁酯、硅溶胶中的一种或几种。

进一步，优选的，所述颜填料为滑石粉、云母粉、硫酸钡、重晶石粉、硅 微粉、硅灰石粉、重钙、轻钙、石英粉、立德粉、高岭土、钛白粉、铬黄、 铬红、铬绿、氧化锌、炭黑中的一种或几种。

进一步，优选的，所述消泡剂为二甲基硅油、聚硅氧烷溶液中的一种。

进一步，优选的，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂中的一种；所 述防沉剂是有机膨润土、气相二氧化硅、氢化蓖麻油中的一种。

进一步，优选的，所述溶剂是二甲苯、混合三甲苯、醋酸丁酯、乙二醇乙 醚、乙二醇丁醚、乙二醇乙醚醋酸酯、碳酸二甲酯中的一种或几种。

本发明还保护一种超疏水防腐涂料的制备方法，方法包括：

按重量份配比称取原料：

氟碳树脂100份；改性材料10-140份；长链硅烷10-150份；颜填料 50-1400份；消泡剂0.1-10.5份；偶联剂0.1-15份；防沉剂0.3-10.5份；促进 剂0.01-5份；溶剂50-2000份；

在-5℃至30℃范围内，将溶剂倒入溶解罐中，边搅拌边加入长链硅烷；

加入颜填料和改性材料，搅拌均匀；

缓慢加入促进剂，搅拌15-60分钟；

加入氟碳树脂和消泡剂，搅拌至均匀；其中，搅拌速度为400-1500r/min；

经过砂磨机研磨至细度小于200μm；

加入防沉剂和偶联剂，搅拌均匀。

如上所述，本发明的一种超疏水防腐涂料及其制备方法，通过碳氟树脂 和长链硅烷产生高疏水性以及高耐久性的防腐涂料；有益效果如下：

1)本发明通过对防腐涂料的原料及含量进行选择，防腐涂料施工干燥后 得到一种微纳米乳突式超疏水膜，水的接触角为大于等于150°，从而实现提 高防腐涂料的疏水性的技术效果。

2)通过提高防腐涂料的疏水性，当遇到水汽凝结在涂层表面时，水膜不 易发生铺展，会大大降低水汽、离子和氧的渗透性，从而提高涂层的防腐效 果；

3)采用氟碳树脂和长链硅烷制成的涂料所生成的超疏水面层厚度超过50 微米，适于制备防腐蚀涂层，且具有较强的物理性能和耐久性，整体具有超 疏水效果；

4)该防腐涂料制备简单、可在-20℃-40℃环境中施工且干燥迅速，原材 料性价比高，市场竞争力强，适合在防腐蚀涂料施工领域进行大面积推广。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细 说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明详细说明了本发明的某些 示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式 中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限 定本发明。实施例中未注明具体技术或者条件者，按照本领域内的文献所描 述的技术或条件，或者按照产品说明书进行，所用试剂或仪器未注明生产厂 商，均可通过正规渠道商购买得到的常规产品。

本发明的一种超疏水防腐涂料及其制备方法，通过对防腐涂料的原料及 含量进行选择，防腐涂料施工干燥后得到一种微纳米乳突式超疏水膜，水的 接触角大于等于150°，且具有良好的物理性能和耐老化性能，适用于海洋、 潮湿大气等各种腐蚀环境的钢结构和混凝土防护场景。

本发明提供一种超疏水防腐涂料的原料组成包括：氟碳树脂100份；改 性材料10-140份；长链硅烷10-150份；颜填料50-1400份；消泡剂0.1-10.5 份；偶联剂0.1-15份；防沉剂0.3-10.5份；促进剂0.01-5份；溶剂50-2000 份。本发明将原料的组分限制在上述范围内，可以得到稳定性高以及疏水性 符合要求的防腐涂料。

其中，氟碳树脂的氟含量在20-55％，羟值为15-125mgKOH/g。

氟碳树脂是近十几年发展起来的一种耐候性优异的防腐涂料用树脂，用 于大气防腐环境下，具有长久的耐久性，防腐效果可到20年以上。本发明将 氟碳树脂和超疏水技术结合起来，利用二者的优点制成具有优异屏蔽性的重 防腐涂料，对于提高涂层的保护质量、延长涂层保护时间、节约资源和提高 生产效率、促进国家经济建设和腐蚀科学具有积极意义。

根据本发明的一种优选实施方式，改性材料为热塑性丙烯酸树脂、二甲 苯甲醛树脂、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二丁酯、硅溶胶中的一种或几 种。改性材料是根据用户要求，通过增韧、增强、添加阻燃和添加抗静电剂 等方法改善材料的原有性能，使其满足客户的使用要求。选择上述材料作为 改性材料主要是考虑到这些树脂具有与氟碳树脂相容性好且改性效果好的优 势，是制备超疏水防腐涂料的较佳选择。

根据本发明的一种优选实施方式，长链硅烷为十六烷基三甲氧基硅烷、 全氟癸基三乙氧基硅烷、十六烷基二甲基氯硅烷中的一种或几种。长链硅烷 具有超长烷基链可赋予无机表面显著的改性效果，选择长链硅烷主要是考虑 到上述长链硅烷具有良好的疏水性和水解性等原因，而且这些长链硅烷具有 成本低、所组成的涂料疏水效果好的优势，是制备超疏水防腐涂料的较佳选 择。

根据本发明的一种优选实施方式，改性颜填料为滑石粉、云母粉、硫酸 钡、重晶石粉、硅微粉、硅灰石粉、重钙、轻钙、石英粉、立德粉、高岭土、 钛白粉、铬黄、铬红、铬绿、氧化锌、炭黑中的一种或几种。需要说明的是， 在本技术领域中，颜填料是作为颜料和填料的总称。选择上述材料作为改性 颜填料主要是考虑到上述材料具有与树脂相容性好以及耐候性佳等原因，而 且这些改性颜填料具有成本低的优势，是制备超疏水防腐涂料的较佳选择。

进一步，优选的，所述消泡剂为二甲基硅油、聚硅氧烷溶液中的一种。 选择上述材料作为消泡剂主要是考虑到氟碳树脂体系中的上述原料具有消泡 效果好的原因，是制备超疏水防腐涂料的较佳选择。

进一步，优选的，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂中的一种；上 述材料作为偶联剂都能在氟碳体系形成良好的桥接效应，达到提高树脂的附 着力的技术效果。

所述促进剂为盐酸、醋酸、苯酚、水中的一种或几种。选择上述材料作为 促进剂主要是考虑到氟碳树脂体系中的上述原料具有促进效果好的原因，是 制备超疏水防腐涂料的较佳选择。

所述防沉剂是有机膨润土、气相二氧化硅、氢化蓖麻油中的一种。选择上 述材料作为防沉剂主要是考虑到氟碳树脂体系中的上述原料具有防沉效果好 的原因，是制备超疏水防腐涂料的较佳选择。

所述溶剂是二甲苯、混合三甲苯、醋酸丁酯、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、 乙二醇乙醚醋酸酯、碳酸二甲酯中的一种或几种。上述溶剂能够较好地溶解 氟碳树脂体系，形成完全均匀的树脂溶液，且具有挥发速度适中，漆膜表现 较好的特点，是制备超疏水防腐涂料的较佳选择。

具体地说，通过选用上述原料以及具体配比，防腐涂料施工干燥后得到 一种微纳米乳突式聚合物膜，通过扫描电子显微镜观察发现该聚合物膜表面 分布了许多乳突状突起和微孔洞，并具有微米和纳米尺度相结合的复合杂化 结构。该聚合物膜具有超疏水性，该类超疏水表面的形成是由适度粗糙的表 面和低表面能相互结合引起的。因此，适于制备防腐蚀涂层，且所制备的防 腐蚀涂层具有较强的耐久性，且整体具有超疏水效果。

根据本发明的另一方面，提供了超疏水性防腐涂料的制备方法，包括以 下步骤：

S1、按重量份配比称取原料的：

氟碳树脂100份；改性材料10-140份；长链硅烷10-150份；颜填料 50-1400份；消泡剂0.1-10.5份；偶联剂0.1-15份；防沉剂0.3-10.5份；促进 剂0.01-5份；溶剂50-2000份；

S2、在-5℃至30℃范围内，将溶剂倒入溶解罐中，边搅拌边加入长链硅 烷；

S3、加入颜填料和改性材料，搅拌均匀；

S4、缓慢加入促进剂，搅拌15-60分钟；

S5、加入氟碳树脂和消泡剂，搅拌至均匀；其中，搅拌速度为400-1500 r/min；

S6、经过砂磨机研磨至细度小于200μm；

S7、加入防沉剂和偶联剂，搅拌均匀。

下面将对本发明的各个实施例进行详细描述。

实施例一

S1、称取原料的重量份配比为：溶剂为二甲苯10份，醋酸丁酯10份， 乙二醇乙醚醋酸酯70份；长链硅烷为十六烷基三甲氧基硅烷5份，全氟癸基 三乙氧基硅烷5份；改性材料为二甲苯甲醛树脂5份，邻苯二甲酸二甲酯5 份；颜填料为滑石粉10份，云母10份，硫酸钡30份；促进剂为醋酸0.01份； 氟碳树脂100份；消泡剂为二甲基硅油溶液0.1份；偶联剂为钛酸酯偶联剂 0.5份；防沉剂为气相二氧化硅0.3份；

S2、在-5℃至30℃范围内，将溶剂倒入溶解罐中，边搅拌边加入十六烷 基三甲氧基硅烷；

S3、加入滑石粉10份、云母10份和硫酸钡30份组成的颜填料和二甲苯 甲醛树脂，搅拌均匀；

S4、缓慢加入醋酸，搅拌一小时；

S5、加入氟碳树脂和二甲基硅油溶液，高速搅拌至均匀；

S6、经过砂磨机研磨至所需细度；

S7、加入气相二氧化硅和钛酸酯偶联剂，搅拌均匀，最终得到超疏水防 腐涂料。

实施例二

原料的重量份配比为：

溶剂为乙二醇乙醚500份，乙二醇丁醚500份，乙二醇乙醚醋酸酯500 份，碳酸二甲酯500份；长链硅烷为十六烷基二甲基氯硅烷150份；改性材 料为邻苯二甲酸二甲酯50份，邻苯二甲酸二丁酯50份，硅溶胶50份；颜填 料为重晶石粉100份，硅微粉100份，硅灰石100份，重钙100份，轻钙100 份，石英粉100份，立德粉100份，高岭土100份，钛白粉100份，铬黄100 份，铬红100份，铬绿100份，氧化锌100份，炭黑100份；促进剂为盐酸 0.01份，水4.99份；氟碳树脂100份；消泡剂为聚硅氧烷溶液10.5份；偶联 剂为硅烷偶联剂15份；防沉剂为机膨润土10.5份。最终得到超疏水防腐涂料。

实施例三

称取原料的重量份配比为：溶剂为二甲苯50份，混合三甲苯20份，醋 酸丁酯20份，乙二醇乙醚醋酸酯5份，碳酸二甲5份；长链硅烷为十六烷基 三甲氧基硅烷15份，全氟癸基三乙氧基硅烷5份，十六烷基二甲基氯硅烷10 份；改性材料为热塑性丙烯酸树脂5份，二甲苯甲醛树脂5份，邻苯二甲酸 二甲酯1份、邻苯二甲酸二丁酯1份，硅溶胶10份；颜填料为滑石粉15份， 云母粉15份，硫酸钡30份，高岭土5份，钛白粉15份，炭黑3份；促进剂 为苯酚3份；氟碳树脂100份；消泡剂为二甲基硅油3份；偶联剂为硅烷偶 联剂5份；防沉剂为氢化蓖麻油5份。最终得到超疏水防腐涂料。

将实施例1-3获得的超疏水防腐涂料，进行性能测试；实施例1-3的超疏 水防腐涂料的性能对比参见表1。

表1实施例1-3的超疏水防腐涂料的性能对比表

通过表l可见，本发明通过对原料以及含量进行选择，得到了超高疏水 性涂料，与现有技术中的普通防腐涂料相比，形成的超疏水膜与水接触角大 于等于150°，水滴滚落角小于等于10°，具备超疏水性。

综上，本发明通过采用氟碳树脂和长链硅烷制成防腐涂料，将防腐涂料 施工干燥后得到一种微纳米乳突式超疏水膜，水的接触角为大于等于150°， 水滴滚落角小于等于10°，采用的涂料所生成的超疏水面层厚度超过50微米， 具有较强的耐久性，整体具有超疏水效果；该防腐涂料制备简单、施工性好、 原材料性价比高，市场竞争力强，适合在防腐蚀涂料施工领域进行大面积推 广。

但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提供的超疏水防腐 涂料，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的 保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (10)

1.一种超疏水防腐涂料，其特征在于，原料组成包括：

氟碳树脂、改性材料、长链硅烷、消泡剂、偶联剂、防沉剂、促进剂、溶剂、颜填料。

2.根据权利要求1所述的超疏水防腐涂料，其特征在于，原料的重量份配比为：

3.根据权利要求2所述的超疏水防腐涂料，其特征在于，

所述含氟碳树脂的氟含量在20-55％，羟值为15-125mgKOH/g。

4.根据权利要求2所述的超疏水防腐涂料，其特征在于，

所述长链硅烷为十六烷基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷、十六烷基二甲基氯硅烷中的一种或几种。

5.根据权利要求2所述的超疏水防腐涂料，其特征在于，

所述改性材料为热塑性丙烯酸树脂、二甲苯甲醛树脂、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二丁酯、硅溶胶中的一种或几种。

6.根据权利要求2所述的超疏水防腐涂料，其特征在于，所述颜填料为滑石粉、云母粉、硫酸钡、重晶石粉、硅微粉、硅灰石粉、重钙、轻钙、石英粉、立德粉、高岭土、钛白粉、铬黄、铬红、铬绿、氧化锌、炭黑中的一种或几种。

7.根据权利要求2所述的超疏水防腐涂料，其特征在于，所述消泡剂为二甲基硅油、聚硅氧烷溶液中的一种。

8.根据权利要求2所述的超疏水防腐涂料，其特征在于，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂中的一种；所述防沉剂是有机膨润土、气相二氧化硅、氢化蓖麻油中的一种。

9.根据权利要求2所述的超疏水防腐涂料，其特征在于，所述溶剂是二甲苯、混合三甲苯、醋酸丁酯、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、乙二醇乙醚醋酸酯、碳酸二甲酯中的一种或几种。

10.一种超疏水防腐涂料的制备方法，其特征在于，方法包括：

按重量份配比称取原料：

氟碳树脂100份；改性材料10-140份；长链硅烷10-150份；颜填料50-1400份；消泡剂0.1-10.5份；偶联剂0.1-15份；防沉剂0.3-10.5份；促进剂0.01-5份；溶剂50-2000份；

在-5℃至30℃范围内，将溶剂倒入溶解罐中，边搅拌边加入长链硅烷；

加入颜填料和改性材料，搅拌均匀；

缓慢加入促进剂，搅拌15-60分钟；

加入氟碳树脂和消泡剂，搅拌至均匀；其中，搅拌速度为400-1500r/min；

经过砂磨机研磨至细度小于200μm；

加入防沉剂和偶联剂，搅拌均匀。