CN113416487A - 一种船舶复合材料防护用高耐候面漆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种船舶复合材料防护用高耐候面漆，该面漆按照重量份数，由以下组分构成：改性环氧有机硅树脂80‑100份、云母粉20‑60份、BYK110 1‑3份、二甲苯15‑25份、有机膨润土1‑2.5份和胺类固化剂15‑20份。本发明采用改性环氧有机硅树脂和片状云母粉作为主原料，利用两者之间的复配协同作用，使片状云母粉在树脂基材中形成复杂多样的多层均匀分布状态，从而有效延长了水分及腐蚀因子在复合材料表面的侵入路径，并使成品高耐候面漆具有优异的力学性能和高耐候特性，在涂装于船舶复合材料结构部位使用时，能够较好地提高复合材料和船舶的耐海洋环境性，进而有效提高船舶运行的稳定性和可靠性。

Description

一种船舶复合材料防护用高耐候面漆及其制备方法
技术领域
本发明涉及特种功能防护涂料技术领域，具体地说是一种船舶复合材料防护用高耐候面漆及其制备方法。
背景技术
复合材料在海洋环境下的实际使用过程中，随着时间的推移会产生老化现象，即复合材料受外界自然环境因素影响，其化学组成和结构发生一系列变化，物理性能也随之下降。外在表现为褪色、变脆、发硬等；内在表现为由于物理结构或化学结构的改变导致力学性能下降甚至失效，影响复合材料在船舶上的使用。老化现象是一个持续的复杂过程，有多种影响因素且互相作用(在海洋环境中，阳光、温度、氧(臭氧)及海水是影响复合材料桅杆老化的主要因素)，使得复合材料表层发生高聚合物吸能、氧化等作用，由表及里引起其基体、增强体黏连结构破坏，从而引发、促进其拉伸、弯曲、冲击等力学性能变化。
复合材料与金属件一样，容易受到介质的侵害，水及其它腐蚀性介质与树脂基体产生变质现象。当介质侵入树脂基体与增强纤维之间的界面时,界面的树脂产生溶涨，导致树脂和纤维之间的脱胶和分层。另外，由于阳光对天线外表面的照射，紫外线会使基体材料发生老化或机械性能降低。因此，复合材料的外表面需要涂覆防护性涂层进行相应的保护。目前广泛使用的防护装饰性涂层是环氧类涂料和聚氨酯类涂料。环氧类涂料的优点是附着力强，收缩性好，耐介质性好、韧性及稳定性高、能与多种面漆相容，但环氧类涂料成膜后保光性差，易粉化，因此常用作底漆。而现有技术中的其他防护涂料也均存在不同程度的耐盐雾性差，抗氧化能力弱，致密度不足的缺陷。
因此，如何设计并开发一种环保性好、施工方便、且抗腐蚀、抗磨损性和耐候性优异的高耐候面漆，对于海洋环境中船舶复合材料的有效防护来说实为必要。
发明内容
本发明的技术目的为：采用改性环氧有机硅树脂和片状云母粉作为主原料，利用两者之间的复配协同作用，使片状云母粉在树脂基材中形成复杂多样的多层均匀分布状态，从而有效延长了水分及腐蚀因子在复合材料表面的侵入路径，获得较好的耐候效果。
本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种船舶复合材料防护用高耐候面漆，该面漆按照重量份数，由以下组分构成：改性环氧有机硅树脂80-100份、云母粉20-60份、BYK110 1-3份、二甲苯15-25份、有机膨润土1-2.5份和胺类固化剂15-20份。
优选的，所述的云母粉呈片状结构，且粒径大小为3-8μm。
优选的，所述的改性环氧有机硅树脂为勃姆石改性环氧有机硅树脂。
优选的，所述的胺类固化剂为聚酰胺固化剂、硅烷改性胺类固化剂和酚醛胺固化剂中的至少一种。
一种船舶复合材料防护用高耐候面漆的制备方法，包括以下步骤：
步骤（1）、按照重量份数，分别称取80-100份的改性环氧有机硅树脂、1-3份的BYK110和1-2.5份的有机膨润土进行混合，并向其中加入7.5-12.5份的二甲苯，之后，将所得混配物料置于分散机中，于700-1000r/min的转速条件下进行分散处理10-25min，制得分散料A，备用；
步骤（2）、按照重量份数，依次称取15-20份的胺类固化剂和20-60份的云母粉加入到步骤（1）制得的分散料中，并于1200-1500r/min的转速条件下进行分散处理20-40min，制得分散料B，备用；
步骤（3）、将步骤（2）制得的分散料B转置于研磨机中研磨至物料粒径小于40μm，之后，再次称取7.5-12.5份的二甲苯，调节所得混配涂料的粘度至1800-2300cP，然后经过滤、出料、包装后，即得成品高耐候面漆。
优选的，步骤（2）中，所述的云母粉在添加使用前需置于温度为100-110℃的干燥箱内进行烘干处理3-5h，且烘干处理后需装袋密封保存。
本发明的有益效果：
1、本发明的一种船舶复合材料防护用高耐候面漆，采用改性环氧有机硅树脂和片状云母粉作为主原料，结合胺类固化剂的固化作用，可使片状云母粉负载于改性环氧有机硅树脂基材的表面，不仅能够实现片状云母粉在涂料体系中的均匀分布，还能使片状云母粉在改性环氧有机硅树脂基材的表面形成复杂多样、且密集交错的片层防护态结构，从而有效延长了水分及腐蚀因子在复合材料表面的侵入路径，并使成品高耐候面漆具有优异的力学性能和高耐候特性，在涂装于船舶复合材料结构部位使用时，能够较好地提高复合材料和船舶的耐海洋环境性，进而有效提高船舶运行的稳定性和可靠性。
2、本发明的制备方法步骤简单、操作方便，制备得到的高耐候面漆具有环保性好，施工便捷，耐高温性强，抗氧化，耐紫外、盐雾性能优异等特性，可在船舶表面进行大面积涂装施工，起到耐候防护作用，可有效避免船舶复合材料结构因恶劣海洋环境而引起的性能衰减，还可以推广到海洋平台及相关应用于海洋环境下的复合材料结构装备中进行使用，耐候防护效果优异，可有效延长相关设备装置的服役寿命，市场前景广阔。经测定：本发明的高耐候面漆在复合材料表面涂装使用后，涂层结构致密，且成膜性好，涂层附着力可达5.5Mpa以上；柔韧性可达3 mm以上；2000h耐盐雾性试验后，涂层表面无起泡、无变色、无脱落；1000h耐紫外人工老化性试验后，表面无粉化、无变色、无开裂；综合性能优异，实用效果较好。
附图说明
图1为实施例1所制备的高耐候面漆在2000h涂层耐盐雾性测试前后的样板对比照片；
图2为实施例1所制备的高耐候面漆在1000h涂层耐紫外人工老化性测试前后的样板对比照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细的解释和说明：
一种船舶复合材料防护用高耐候面漆，该面漆按照重量份数，由以下组分构成：改性环氧有机硅树脂80-100份、云母粉20-60份、BYK110 1-3份、二甲苯15-25份、有机膨润土1-2.5份和胺类固化剂15-20份。其中云母粉呈片状结构，粒径大小为3-8μm；改性环氧有机硅树脂为勃姆石改性环氧有机硅树脂；胺类固化剂为聚酰胺固化剂、硅烷改性胺类固化剂和酚醛胺固化剂中的至少一种。
一种船舶复合材料防护用高耐候面漆的制备方法，包括以下步骤：
步骤（1）、按照重量份数，分别称取80-100份的改性环氧有机硅树脂、1-3份的BYK110和1-2.5份的有机膨润土置于料桶中进行混合，并向其中加入7.5-12.5份的二甲苯，之后，将所得混配物料置于分散机中，于700-1000r/min的转速条件下进行分散处理10-25min，制得分散料A，备用；
步骤（2）、按照重量份数，依次称取15-20份的胺类固化剂和20-60份的云母粉加入到步骤（1）制得的分散料中，并于1200-1500r/min的转速条件下进行分散处理20-40min，制得分散料B，备用；
步骤（3）、将步骤（2）制得的分散料B转置于研磨机中研磨至物料粒径小于40μm，之后，再次称取7.5-12.5份的二甲苯，调节所得混配涂料的粘度至1800-2300cP，检测粘度合格后，经过滤、出料、包装后，即得成品高耐候面漆。
上述步骤中所使用到的云母粉在添加使用前需先根据生产量的要求准确称量，再置于干燥洁净的托盘中，放入温度为100-110℃的电热烘箱中进行烘干处理3-5h，自然冷却后进行装袋密封保存，并进行相应的标识备用。
本发明的高耐候面漆为了使复合材料涂装后，其表面的涂层具有很好的耐候性，在原料的选择上选用了勃姆石改性环氧有机硅树脂，这种树脂作为基础成膜物质，是影响涂层耐候性能的关键因素之一。本发明选用的勃姆石改性环氧有机硅树脂，通过对环氧有机硅树脂进行勃姆石接枝改性，使勃姆石稳固、可靠地接枝在了环氧树脂的表面，并获得了具有互穿网络结构的树脂分子结构，从而使得树脂成膜更加致密，耐候性得以提高。在填料的选择上，选取具有分层片状结构的云母粉填料，其能够与树脂结合成膜，形成层状致密结构，延长腐蚀路径，提高涂层的耐候性。
本发明的复合材料用高耐候面漆作为一种常温指触的双组份涂料，具有良好的耐热性能，耐紫外和耐盐雾性能，其施工便捷，可于船舶表面进行大面积施工。应用于船舶复合材料结构部位后起到耐候防护作用，避免船舶复合材料结构因恶劣海洋环境而引起复合材料性能衰减，还可以推广到海洋平台及相关应用于海洋环境下的复合材料结构装备等，起到耐候防护作用，市场前景广阔。
实施例1-实施例4
本发明的复合材料用高耐候面漆为常温指干型双组份耐候涂料，涂料可采用喷涂、刷涂、辊涂等多种工艺进行施工，每道涂装干膜厚度为50μm，涂装层数为2-4道。各实施例具体的配料见下表所示。
表1实施例1-实施例4的配料表
Figure 339565DEST_PATH_IMAGE002
其中，实施例1选用的胺固化剂为硅烷改性胺类固化剂；实施例2选用的胺固化剂为聚酰胺固化剂；实施例3选用的胺固化剂为酚醛胺固化剂；实施例4选用的胺固化剂为硅烷改性胺类固化剂和聚酰胺固化剂的混配物。
实施例1的一种船舶复合材料防护用高耐候面漆的制备方法，包括以下步骤：
先勃姆石改性环氧有机硅树脂树脂的制备
a按照1g/2ml的比例，分别取环氧有机硅树脂和二甲苯溶剂置于带有磁力搅拌的反应器中，充分搅拌混匀后，制得环氧树脂稀释料，备用；
b室温下，按照异氰酸酯与环氧有机硅树脂为1mol/20g的比例，取桥接反应物异氰酸酯缓慢加入到步骤（1）制得的环氧有机硅树脂稀释料中，在不断搅拌条件下，于120℃温度环境中进行聚合反应3h，之后，对所得反应产物进行升温至140℃去除二甲苯溶剂处理，制得环氧预聚物，备用；
c按照1g/12ml的比例，分别取勃姆石和二甲苯溶剂置于带有机械搅拌的反应器中进行混合，经超声分散处理后，制得勃姆石乳浊液，之后，向该勃姆石乳浊液中加入无水氯化钙，于80℃条件下进行脱水处理2h，然后，过滤去除无水氯化钙滤渣，制得勃姆石分散液，备用；
d按照质量比为1：7的比例，分别称取步骤（3）制得的勃姆石分散液和步骤（2）制得的环氧预聚物，之后，将称取的环氧预聚物置于带有机械搅拌的反应器中，并向其中缓慢滴加勃姆石分散液，在不断搅拌条件下，控制反应器升温至130℃，在此温度下进行反应5h，自然冷却至室温后，采用水和乙醇对所得反应产物进行多次洗涤，再经干燥处理后，制得勃姆石改性环氧有机硅树脂，备用；
步骤（1）、按照上述表格中的重量份数，分别称取改性环氧有机硅树脂、BYK110和有机膨润土置于料桶中进行混合，并向其中加入一半体积的溶剂二甲苯，之后，将所得混配物料置于分散机中，于800r/min的转速条件下进行分散处理15min，制得分散料A，备用；
步骤（2）、按照重量份数，依次称取胺类固化剂和云母粉加入到步骤（1）制得的分散料中，并于1300r/min的转速条件下进行分散处理30min，制得分散料B，备用；
步骤（3）、将步骤（2）制得的分散料B转置于研磨机中研磨至物料粒径小于40μm，之后，采用另一半体积的溶剂二甲苯，调节所得混配涂料的粘度至2000cP，检测粘度合格后，经过滤、出料、包装后，即得成品高耐候面漆。
本实施例在复合材料样板表面的施工方式为喷涂，涂装2道，每道涂装干膜厚度为50μm。
实施例2-4的制备工艺和施工方式同实施例1，仅仅对其中的各组分选用具体物料和含量做相应的适应性调整。
对本发明实施例1的高耐候面漆涂料进行2000h涂层耐盐雾性试验，样板测试前后的对比照片如附图1所示；对本发明实施例1的高耐候面漆涂料进行1000h涂层耐紫外人工老化性试验，样板测试前后的对比照片如附图2所示。有图可以本发明制备的高耐候面漆耐候性优异。
对本发明各实施例的高耐候面漆进行性能检测，结果如下表所示：
表2性能测试结果
Figure DEST_PATH_IMAGE003
由表2性能指标测试结果可知：本发明制备的高耐候面漆在复合材料表面涂装使用后，涂层结构致密，且成膜性好，涂层附着力可达5.5Mpa以上；柔韧性可达3 mm以上；2000h耐盐雾性试验后，涂层表面无起泡、无变色、无脱落；1000h耐紫外人工老化性试验后，表面无粉化、无变色、无开裂；综合性能优异。
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明创造所作的举例，而并非对本发明创造具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种船舶复合材料防护用高耐候面漆，其特征在于，该面漆按照重量份数，由以下组分构成：改性环氧有机硅树脂80-100份、云母粉20-60份、BYK110 1-3份、二甲苯15-25份、有机膨润土1-2.5份和胺类固化剂15-20份。
2.根据权利要求1所述的一种船舶复合材料防护用高耐候面漆，其特征在于：所述的云母粉呈片状结构，且粒径大小为3-8μm。
3.根据权利要求1所述的一种船舶复合材料防护用高耐候面漆，其特征在于：所述的改性环氧有机硅树脂为勃姆石改性环氧有机硅树脂。
4.根据权利要求1所述的一种船舶复合材料防护用高耐候面漆，其特征在于：所述的胺类固化剂为聚酰胺固化剂、硅烷改性胺类固化剂和酚醛胺固化剂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种船舶复合材料防护用高耐候面漆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤（1）、按照重量份数，分别称取80-100份的改性环氧有机硅树脂、1-3份的BYK110和1-2.5份的有机膨润土进行混合，并向其中加入7.5-12.5份的二甲苯，之后，将所得混配物料置于分散机中，于700-1000r/min的转速条件下进行分散处理10-25min，制得分散料A，备用；
步骤（2）、按照重量份数，依次称取15-20份的胺类固化剂和20-60份的云母粉加入到步骤（1）制得的分散料中，并于1200-1500r/min的转速条件下进行分散处理20-40min，制得分散料B，备用；
步骤（3）、将步骤（2）制得的分散料B转置于研磨机中研磨至物料粒径小于40μm，之后，再次称取7.5-12.5份的二甲苯，调节所得混配涂料的粘度至1800-2300cP，然后经过滤、出料、包装后，即得成品高耐候面漆。
6.根据权利要求5所述的一种船舶复合材料防护用高耐候面漆的制备方法，其特征在于：在步骤（2）中，所述的云母粉在添加使用前需置于温度为100-110℃的干燥箱内进行烘干处理3-5h，且烘干处理后需装袋密封保存。
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石娇等: "耐海洋环境中霉菌腐蚀有机涂层的研究", 《表面技术》, vol. 40, no. 1, 28 February 2011 (2011-02-28), pages 2 *

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