CN112980290A - 一种溶剂型环氧树脂底漆及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种溶剂型环氧树脂底漆及其制备方法与应用。该溶剂型环氧树脂底漆由基料﹑固化剂及稀释剂组成，三者质量比为12:1:(6‑12)；基料包括如下组分：环氧树脂40‑55份，功能填料20‑35份，润湿分散剂0.5‑1.0份，消泡剂0.1‑0.3份，流平剂0.1‑0.2份，防霉剂0.2‑0.5份，光稳定剂0.1‑0.5份，酮类溶剂15‑30；固化剂包括如下组分：胺类固化剂70‑80份，苯类溶剂5‑10份，酮类溶剂10‑15；稀释剂包括如下组分：酯类溶剂25‑35份，酮类溶剂45‑55份，醇类溶剂10‑15份，苯类溶剂5‑10份，附着力促进剂5‑10份。该底漆附着力高、机械性能良好、耐介质、防腐性优异，适用于复合材料表面的防护。

Description

一种溶剂型环氧树脂底漆及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于防护涂料技术领域，具体涉及一种溶剂型环氧树脂底漆及其制备方法与应用。

背景技术

随着现代对飞机机动性能的要求不断提高，特别是要求重量不断减轻，复合材料的使用量逐渐增加。传统的合金发动机材料显得不能满足航空发动机的发展需要，复合材料在发动机中使用的比例开始逐渐增加。

复合材料相比于金属材料，具有密度低、比拉伸强度高、比拉伸模量高、抗振动性好、抗疲劳损伤能力强、抗裂纹扩展能力强、耐腐蚀、寿命长等优点。现有的复合材料有：R.R公司的玻璃纤维增强的树脂基复合材料，GE公司的碳纤维增强的PMR-15聚酰亚胺树脂基复合材料，GE公司的GE90发动机采用的树脂基复合材料等。经过数十年的发展，纤维增强树脂基复合材料已成为大多数航空发动机高性能冷端部件的候选材料，在飞机发动机的外涵机匣、转子和静子叶片、包容机匣、发动机短舱以及反推力装置中都有重要应用。

发动机中叶片、管路、机匣等部件直接与大气环境接触，容易受到大气中水分、盐和硫的侵蚀，在气流的作用下，涂层产生磨损，这些都降低了发动机的使用寿命，相对于金属基材，复合材料存在着表面缺陷多、耐蚀性差、耐气流冲刷差等问题，需要在辅材表面涂覆涂层来解决这些问题。而现有涂料在用于复合材料时，存在附着力不足，容易脱落等问题。从航空材料的发展趋势来看，飞机上复合材料使用的比重会越来越大，而复材表面的防护涂层的研究愈发重要，因此，需要提供一种新的溶剂型环氧树脂底漆及其制备方法与应用以解决现有问题。

发明内容

为解决针对复合材料的底漆性能仍有待提升的问题，本发明的目的是提供一种溶剂型环氧树脂底漆及其制备方法与应用。

为了实现上述目的，本发明的方案如下：

一种溶剂型环氧树脂底漆，其由基料﹑固化剂及稀释剂组成，所述基料﹑所述固化剂与所述稀释剂的质量比为12:1:(6-12)；

所述基料按重量份包括如下组分：

所述固化剂按重量份包括如下组分：

所述稀释剂按重量份包括如下组分：

本发明中，环氧树脂为南亚901环氧树脂、聚氨酯改性环氧树脂和新华6360树脂中的一种或多种。

本发明中，所述聚氨酯改性环氧树脂的制备原料按重量份包括如下组分：

所述溶剂为质量比为1:1的乙酸丁酯和二甲苯。

所述聚氨酯改性环氧树脂由如下方法制备得到：

将二苯基甲烷二异氰酸酯与配方量一半的溶剂混合，在40～50℃下，加入羟基聚醚(分子量为2000-3000)，在氮气保护下缓慢升温(升温速度2℃/min)到75～80℃反应1-1.5小时后，加入二月桂酸二丁基锡催化剂，75-80℃下反应4-5小时；然后加入环氧树脂(环氧值为0.41-0.47)，升温至85～90℃反应4-5小时后，加入剩余的溶剂，降温到40℃以下，过滤放料包装。

本发明通过聚氨酯改性能有效增加涂层的附着力和交联密度，引入柔性链段能增加涂层的抗冲击性能和低温柔韧性。

本发明中，所述功能填料为超细滑石粉，细度≥4000目。

所述润湿分散剂为改性聚氨酯类高分子量分散剂，重均分子量400～1000；具体可为AFCONA 4071、AFCONA 4050、AFCONA 4010。

所述消泡剂为改性聚硅氧烷溶液或丙烯酸酯溶液；具体可为BYK 066N、BYK 052。

所述流平剂为改性聚硅氧烷。具体可为AFCONA 3280，其在本底漆体系中不会影响涂层间的层间附着力。

所述防霉剂为霍夫曼广谱干膜杀菌剂或海明斯抑菌防霉剂；具体可为DefrosM11S、DeuADD MB-16等。

所述光稳定剂为紫外线吸收剂和/或受阻胺类光稳定剂。具体可为质量比为1:1:2的IRGANOX 1010:TINUVIN 328:TINUVIN 400或质量比为1:1:2的IRGANOX 1010:TINUVIN328:TINUVIN 5151。

本发明中，所述胺类固化剂为改性聚酰胺类固化剂和/或改性脂肪族多元胺类固化剂，胺值为300-500mgKOH/g，粘度为2500-3500mPa.s(25℃温度下)。

本发明中胺类固化剂为成膜光泽度高、硬化能力强、柔韧性好、抗冲击性能良好的改性聚酰胺或改性脂肪族多元胺等中的一种或几种的混合物。具体可为Ancamide 2353、EH-451K、T33。

本发明中，所述酯类溶剂为乙酸乙酯，乙酸正丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或多种所述酮类溶剂为甲基异丁基甲酮、丁酮、丙酮中的一种或多种；

所述醇类溶剂为异丙醇和/或正丁醇；

所述苯类溶剂为二甲苯，100号溶剂油﹑150号溶剂油中的一种或多种。

本发明中，所述附着力促进剂为硅烷偶联剂。具体可为KH-560、KH-550。

本发明还提供一种制备上述溶剂型环氧树脂底漆的方法，其包括以下步骤：

(1)所述基料的制备：

混合：将所述基料中除防霉剂外的其他组分在搅拌下充分混合，搅拌转速为300～1200r/min；

研磨：研磨的转速为1500～2000r/min，研磨时温度控制在60℃以下，研磨后细度≤20μm；

加入防霉剂后，调整固含量为58％-62％；

(2)所述固化剂的制备：

将所述固化剂的各组分进行混合，混合转速为150～500r/min，之后调整固含量为70％-72％；

(3)所述稀释剂的制备：

将所述稀释剂的各组分进行混合，混合转速为150～500r/min。

固含量测定、调整方式为：称取(1.0±0.1)g样品放置在(105±5)℃的烘箱中60min，通过添加稀料或搅拌蒸发稀料对漆料固含量进行调整。

具体地，上述底漆的制备方式如下：

基料的制备方法如下：将原料依次加入到预混罐中，控制搅拌转速在300～1200r/min，搅拌时间为充分搅拌均匀为宜，一般搅拌时间为30min左右；搅拌分散均匀后开始研磨，研磨采用篮式砂磨机，研磨机转速控制在1500～2000r/min研磨过程中接通冷却水，注意物料研磨时温度变化，物料温度控制在60℃以下，研磨4h后每一个小时测量一次细度，要求细度≤20μm，待细度达到要求后停止研磨，进入调漆环节，过程检验合格后出厂检验，出厂检验合格后过滤包装、入成品库，标注表识；

固化剂的制备方法如下：

将原料依次加入到预混罐中，预混合转速控制在150～500r/min，搅拌时间为10min左右，搅拌均匀后进行过程检验、出厂检验，出厂检验合格后过滤包装、入成品库，标注表识；

稀释剂的制备方法如下：

将原料依次加入到预混罐中，预混合转速控制在150～500r/min，搅拌时间为10min左右，搅拌均匀后进行过程检验、出厂检验，出厂检验合格后过滤包装、入成品库，标注表识。

本发明另提供一种上述溶剂型环氧树脂底漆或方法在飞机发动机结构件表面防护中的应用。

本发明中，应用的方法包括如下步骤：

(1)对待防护基材表面进行预处理；所述预处理包括采用脱模剂清洗、打磨和再次清洗；

(2)采用所述的溶剂型环氧树脂底漆对预处理后的所述待防护基材表面进行喷涂；

其中，在喷涂前，先将所述基料、所述固化剂和所述稀释剂进行混合，施工粘度为12～20s，之后静置熟化5～15分钟后过滤、喷涂。

本发明上述底漆(溶剂型环氧透明底漆)的施工工艺具体如下：首先对基材进行表面处理，基材的表面处理主要包括脱模剂的清洗、基材表面打磨和表面清洗三个部分。脱模剂的清洗是用脱漆剂清洗试件表面残留的脱模剂和油脂等，脱模剂清洗干净后用水冲洗干净，对基材表面用砂纸进行打磨，打磨完成后用醇类溶剂或酮类溶剂对试样表面进行清洗，待清洗干净后喷涂本产品。

施工前先将基料混合均匀，然后将基料、固化剂和稀释剂按比例混合均匀，产品的施工粘度一般在12～20s之间，喷涂时先静置熟化5～15分钟，然后用200目以上滤网进行过滤后喷涂，干膜厚度控制在单道20μm左右，采用空气动力喷涂，喷枪口尺寸优选1.2～1.5mm，喷枪雾化压力为2～3bar为宜。

具体喷涂时，喷枪应匀速移动，距离适中，垂直于涂装面喷涂。涂装过程中，手臂应该保持稳定以确保每一部分都喷涂量相同。漆膜喷涂完成后可在室温环境下2h表干，24h实干，完全固化需要7天；涂膜也可加热固化，但需要在室温环境下至少放置2h后再放入60℃烘箱中至少保持4h。

本发明的有益效果至少在于：

本发明的底漆具有附着力高、机械性能良好、耐介质、防腐性优异等特点，可以涂覆复合材料表面，也可涂覆在铝合金、钛合金、不锈钢等材料表面，尤其是在金属镍合金表面也具有良好的附着。可打磨重涂，重涂后与原漆膜层间附着力良好。本发明的底漆尤其适用于飞机发动机(复合材料)结构部件表面的防护，能够显著提升航空涂料的技术水平，促进复合材料在航空构件上的应用。

具体可达到对性能指标见表1。

表1

其中，A、B、C分别代表基料、固化剂、稀释剂。

具体实施方式

以下为本发明的一些代表性实施例，但本发明不局限于这些实例中。

实施例1

本实施例提供一种本发明的溶剂型环氧透明底漆。

基料组份按重量份计，配方见表2：

表2

聚氨酯改性环氧树脂的制备方法为：

聚氨酯改性环氧树脂的制备原料按重量份包括如下组分：

溶剂为质量比为1:1的乙酸丁酯和二甲苯。

将二苯基甲烷二异氰酸酯与配方量一半的溶剂混合，在50℃下，加入羟基聚醚，在氮气保护下缓慢升温(升温速度2℃/min)到75℃反应1.5小时后，加入二月桂酸二丁基锡催化剂，80℃下反应4小时；然后加入环氧树脂，升温至85℃反应5小时后，加入剩余溶剂，降温到40℃以下，过滤待用。

基料的制备：

(1)将环氧树脂、润湿分散剂、消泡剂、流平剂、光稳定剂、超细滑石粉和酮类溶剂(丁酮)在1000r/min的转速下充分搅拌，搅拌时间30min；

(2)将步骤(1)中分散均匀的物料用篮式砂磨机研磨，转速控制在1500r/min，研磨时间6小时，细度为20um；

(3)向步骤(2)中得到的漆料加入防霉剂并分散均匀；

(4)对步骤(3)得到的漆料测量固含量，称取(1.0±0.1)g样品放置在(105±5)℃的烘箱中60min，通过添加稀料调整基料的固含量为60％。

固化剂的制备：

将胺类固化剂和苯类溶剂、酮类溶剂在250r/min的转速下充分搅拌，搅拌时间10min。搅拌充分后调整固含量为70％，进行出厂检验，合格后过滤包装。

胺类固化剂为Ancamide 2353。

苯类溶剂为二甲苯，酮类溶剂为甲基异丁基甲酮。

胺类固化剂与苯类溶剂、酮类溶剂的质量比为16:1:3(即胺类固化剂80份、苯类溶剂5份、酮类溶剂15份)。

稀释剂的制备：

稀释剂的配方为：乙酸正丁酯：甲基异丁基甲酮：正丁醇：二甲苯：KH-560＝5:9:3:2:1(质量比)。即乙酸正丁酯25份、甲基异丁基甲酮45份、正丁醇15份、二甲苯10份、KH-5605份。

稀释剂的制备：将各组分在300r/min的转速下充分搅拌，搅拌时间为10min。搅拌充分后进行出厂检验，合格后过滤包装。

底漆的制备：将上述制备得到的三组分按照基料：固化剂：稀释剂＝12:1:12(质量比)混合，用高速分散机下用500r/min分散均匀，静置熟化5min过200目滤网后进行空气喷涂，喷涂粘度14s，干膜厚度20μm，表面光滑平整透明。

喷涂基材为T300碳纤维复合材料，喷涂前首先用丁酮清理复材表面油脂，用320目砂纸轻轻打磨，打磨完成后用乙醇擦洗复材表面，基材处理干净后再喷涂底漆。

漆膜干燥条件：室温(25℃)，表干时间1.5h；室温放置2h后在60℃烘箱中保温6小时，取出后室温放置12小时后进行性能测量。

实施例2

本实施例提供一种本发明的溶剂型环氧透明底漆。

基料组份按重量份计，配方见表3：

表3

聚氨酯改性环氧树脂与实施例1相同。

基料的制备方法同实施例1。基料的固含量为60％。

固化剂的制备：

将胺类固化剂和苯类溶剂、酮类溶剂在250r/min的转速下充分搅拌，搅拌时间10min。搅拌充分后调整固含量为70％，进行出厂检验，合格后过滤包装。

胺类固化剂为EH-451K。

苯类溶剂为二甲苯，酮类溶剂为丁酮。

胺类固化剂与苯类溶剂、酮类溶剂的质量比为8:1:1(即胺类固化剂80份、苯类溶剂10份、酮类溶剂10份)。

稀释剂的制备：

稀释剂的配方为：乙酸乙酯：丁酮：异丙醇：二甲苯：KH-560＝5:9:3:2:1(质量比)。

稀释剂的制备方法同实例1。

底漆的制备：将上述制备得到的三组分按照基料：固化剂：稀释剂＝12:1:9(质量比)混合，用高速分散机下用500r/min分散均匀，静置熟化5min过200目滤网后进行空气喷涂，喷涂粘度14s，干膜厚度20μm，表面光滑平整透明。

喷涂基材为镍合金材料，喷涂前首先用丁酮清理基材表面油脂，用320目砂纸轻轻打磨，打磨完成后用乙醇擦洗基材表面，基材处理干净后再喷涂底漆。

漆膜干燥条件同实施例1。

实验例1

本实验例对实施例1-2形成的漆膜性能进行测试，测试结果见表4。

表4

本发明所述内容并不仅限于本发明所述实施例内容。

本文中应用了具体个例对本发明结构及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种溶剂型环氧树脂底漆，其特征在于，由基料﹑固化剂及稀释剂组成，所述基料﹑所述固化剂与所述稀释剂的质量比为12:1:(6-12)；

所述基料按重量份包括如下组分：

所述固化剂按重量份包括如下组分：

所述稀释剂按重量份包括如下组分：

2.根据权利要求1所述的溶剂型环氧树脂底漆，其特征在于，环氧树脂为南亚901环氧树脂、聚氨酯改性环氧树脂和新华6360树脂中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的溶剂型环氧树脂底漆，其特征在于，所述聚氨酯改性环氧树脂的制备原料按重量份包括如下组分：

所述溶剂为质量比为1:1的乙酸丁酯和二甲苯；

所述羟基聚醚的分子量为2000-3000；所述环氧树脂的环氧值为0.41-0.47。

4.根据权利要求3所述的溶剂型环氧树脂底漆，其特征在于，所述聚氨酯改性环氧树脂由如下方法制备得到：

将二苯基甲烷二异氰酸酯与配方量一半的溶剂混合，在40～50℃下，加入羟基聚醚，在氮气保护下缓慢升温到75～80℃反应1-1.5小时后，加入二月桂酸二丁基锡催化剂，75-80℃下反应4-5小时；然后加入环氧树脂，升温至85～90℃反应4-5小时后，加入剩余的溶剂，降温到40℃以下。

5.根据权利要求1所述的溶剂型环氧树脂底漆，其特征在于，所述功能填料为超细滑石粉；

所述润湿分散剂为改性聚氨酯类高分子量分散剂，重均分子量为400～1000；

所述消泡剂为改性聚硅氧烷溶液或丙烯酸酯溶液；

所述流平剂为改性聚硅氧烷；

所述防霉剂为霍夫曼广谱干膜杀菌剂或海明斯抑菌防霉剂；

所述光稳定剂为紫外线吸收剂和/或受阻胺类光稳定剂；

所述胺类固化剂为改性聚酰胺类固化剂和/或改性脂肪族多元胺类固化剂。

6.根据权利要求1所述的溶剂型环氧树脂底漆，其特征在于，

所述酯类溶剂为乙酸乙酯，乙酸正丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或多种；

所述酮类溶剂为甲基异丁基甲酮、丁酮、丙酮中的一种或多种；

所述醇类溶剂为异丙醇和/或正丁醇；

所述苯类溶剂为二甲苯，100号溶剂油﹑150号溶剂油中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的溶剂型环氧树脂底漆，其特征在于，所述附着力促进剂为硅烷偶联剂。

8.一种制备权利要求1-7任一项所述的溶剂型环氧树脂底漆的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)所述基料的制备：

混合：将所述基料中除防霉剂外的其他组分在搅拌下充分混合，搅拌转速为300～1200r/min；

研磨：研磨的转速为1500～2000r/min，研磨时温度控制在60℃以下，研磨后细度≤20μm；

加入防霉剂后，调整固含量为58％-62％；

(2)所述固化剂的制备：

将所述固化剂的各组分进行混合，混合转速为150～500r/min，之后调整固含量为70％-72％；

(3)所述稀释剂的制备：

将所述稀释剂的各组分进行混合，混合转速为150～500r/min。

9.权利要求1-7任一项所述的溶剂型环氧树脂底漆或权利要求8所述的方法在飞机发动机结构件表面防护中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，应用的方法包括如下步骤：

(1)对待防护基材表面进行预处理；所述预处理包括采用脱模剂清洗、打磨和再次清洗；

(2)采用所述的溶剂型环氧树脂底漆对预处理后的所述待防护基材表面进行喷涂；

其中，在喷涂前，先将所述基料、所述固化剂和所述稀释剂进行混合，施工粘度为12～20s，之后静置熟化5～15分钟后过滤、喷涂。