CN113604145A - 一种生物蛋白/纳米阻锈剂/聚氨酯复合涂料及制备方法 - Google Patents

一种生物蛋白/纳米阻锈剂/聚氨酯复合涂料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物蛋白/纳米防锈剂/聚氨酯复合涂料及其制备方法，以重量份计，所述复合涂料包含以下组分：a.超支化无溶剂低粘度结构树脂40‑60份、b.成膜助剂1‑2份、c.催化剂0.1‑1份、d.交联剂1‑10份，e.溶剂10‑30份，f.生物蛋白1‑5份，g.纳米阻锈剂0.1‑1份。通过适量的组分配比并辅以适当的生产工艺，使得本复合涂料具有与基材附着力优异，耐盐雾性好，耐候性好，耐磨和耐温变能力强等特点。而且可显著促进金属的自钝化和涂层的自修复特性，强化金属的耐腐蚀性和耐紫外老化能力。

Description

一种生物蛋白/纳米阻锈剂/聚氨酯复合涂料及制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料及工业防腐技术领域，具体为一种生物蛋白/纳米阻锈剂/聚氨酯复合涂料及制备方法。
背景技术
有机涂层与金属之间具有良好的附着力，是有机涂层充分发挥防腐性能的前提。涂层与金属基底附着力主要来自机械咬合、物理吸附以及化学反应三个方面。机械咬合是由于金属表面通常存在凹坑和凸面，具有一定的粗糙度，使得有机涂层在金属表面可以渗透到凹坑和缝隙里，涂层固化后与金属基底以机械咬合的方式连接在一起。物理吸附是有机涂层与金属基底表面之间由范德华力连接在一起，提供附着力。化学反应是涂层与金属表面形成共价键或氢键，具有较强附着力。
影响涂层附着力的金属表面状态主要包括表面粗糙度、表面润湿性以及表面活性。表面粗糙度与机械咬合力有关。在一定范围内提高金属基底的粗糙度可以有效的提高涂层与基底间的附着力。一般来说当金属表面最大粗糙度小于涂层干膜厚度的1/3时，表面粗糙度越大，涂层与金属基底的机械咬合作用越强，涂层附着力越好。但粗糙度过大时，表面的微孔过多，涂层很难渗透进微孔，形成微孔隙，从而破坏涂层的附着力和抗渗性，加速金属基底的腐蚀。为了克服上述技术缺陷，本专利通过在涂料中的活性基团及极性基团与金属表面发生化学反应或形成氢键，从而显著提高涂层在金属表面的附着力，达到提高涂料防腐性能的目的。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种生物蛋白/纳米阻锈剂/聚氨酯复合涂料。通过适量的组分配比并辅以适当的生产工艺，使得本复合涂料具有与基材附着力优异，耐盐雾性好，耐候性好，耐磨和耐温变能力强等特点。
一种生物蛋白/纳米阻锈剂/聚氨酯复合涂料，以重量份计，包含以下组分：
a.无溶剂树脂40-60份
b.成膜助剂1-2份
c.催化剂0.1-1份
d.交联剂1-10份
e.溶剂10-40份
f.生物蛋白1-5份
g.纳米阻锈剂0.1-1份
优选地，所述超支化无溶剂低粘度结构树脂为超支化聚氨酯，其粘度为200-1000cps(20℃)；密度为0.95-1.05g/ml(20℃)；端基至少包括羟基、氨基、氟烷基中的一种。
该树脂结构对基材附着力，耐盐雾，耐热等方面性能表现突出。树脂无溶剂低粘度，制成的涂料产品VOCs释放量≤400克/升，满足环保要求。
所述成膜助剂为丙二醇甲醚PM、丙二醇乙醚、丙二醇丁醚、二丙二醇单甲醚DPM、二丙二醇单丙醚DPnP、二丙二醇单丁醚DPnB、三丙二醇正丁醚TPnB、丙二醇苯醚PPH中的至少一种。
所述交联剂为丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯中的至少一种。
进一步的，所述纳米阻锈剂为纳米钯、金、银中的至少一种，纳米阻锈剂粒径范围为10-80nm。该类物质的加入能够提高漆膜强度和抗冲性，所得漆膜耐磨性和耐动态冲击磨损性能。
所述生物蛋白为具有生物活性物质，包括壳聚糖、贻贝黏附蛋白中的至少一种或二者复合。该类物质的加入能够提高复合涂层与基底的结合力，减少成型后的涂料气孔。
所述催化剂为BA-12、单丁基锡酸中的至少一种。
所述溶剂为正丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯、脂肪族异氰酸酯中的至少一种。
所述的生物蛋白/纳米阻锈剂/聚氨酯复合涂料的制备方法为：(1)将超支化无溶剂低粘度结构树脂40-60份、成膜助剂1-2份、催化剂0.1-1份、交联剂1-10份，溶剂10-30份依次加入高速分散机中，高速分散20-30分钟，搅拌速度为1000-1500rpm；(2)再依次加入生物蛋白1-5份，纳米阻锈剂0.1-1份，分散2-10分钟。
本发明与现有涂料技术相比，具有如下优点：
第一，合成新型结构超支化高固含低粘度树脂；设计高极性，高键能的基团，保证优异力学性能，高交联密度保证漆膜致密；
第二，从分子结构上，编辑加入不同极性的基团；获得刚性，硬度，附着力，韧性；纯脂肪族，不含不耐候的苯环，双键，醚键等基团，耐候性能优异；
第三，引入柔性长链段；获得高强度、优异的柔韧性和耐低温性能；
第四，以分子形式引入生物蛋白；作为有机和无机的桥接，进一步增加对各种基材的容忍度；保证施工现场实际应用的适应性；
第五，加入纳米阻锈剂，不影响漆膜透明性；迷宫效应有效增强涂层的阻隔性能，从而曲折扩散路径并抑制腐蚀介质的渗透，进一步阻止腐蚀介质对基材的腐蚀。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明所述复合材料耐蚀性的评价，构成本发明的一部分，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明产品经过盐雾试验前后涂层的交流阻抗谱，测试中首先以未经过盐雾试验的样品作为基准，对比经过240h、720h和1440h盐雾试验后样品的交流阻抗。可以看出涂层在经过不同时间的盐雾测试后，电阻值相差不多，反应出涂层的耐盐雾性能优异的特点。
具体实施方式
本发明所述一种生物蛋白/纳米阻锈剂/聚氨酯复合涂料及制备方法，其具体实施方式如下：
实施例1：
1)取用超支化聚氨酯树脂56份于烧杯中，在搅拌状态下依次加入成膜助剂丙二醇乙醚2份；催化剂BA-120.5份；交联剂甲基丙烯酸羟乙酯8份；正丁酯30份，高速分散30分钟，搅拌速度1000rpm；
2)在1)所得溶液中依次加入生物蛋白(壳聚糖)1份，纳米钯(粒径10nm)0.5份，高速分散10分钟；
3)将2)所得样品采用刷涂的方法涂覆在干燥无锈的304不锈钢板表面，涂覆厚度50um，自然晾干。
实施例2：
1)取用超支化聚氨酯树脂56份于烧杯中，在搅拌状态下依次加入成膜助剂丙二醇乙醚1.5份；催化剂BA-120.5份；交联剂甲基丙烯酸羟乙酯8.5份；正丁酯30份，高速分散30分钟，搅拌速度1000rpm；
2)在1)所得溶液中依次加入生物蛋白(贻贝黏附蛋白)1份，纳米金(粒径50nm)0.5份，高速分散10分钟；
3)将2)所得样品采用刷涂的方法涂覆在干燥无锈的304不锈钢板表面，涂覆厚度50um，自然晾干。
实施例3：
1)取用超支化聚氨酯树脂56份于烧杯中，在搅拌状态下依次加入成膜助剂丙二醇乙醚1.5份；催化剂BA-120.5份；交联剂甲基丙烯酸羟乙酯8.5份；正丁酯30份，高速分散30分钟，搅拌速度1000rpm；
2)在1)所得溶液中依次加入生物蛋白(贻贝黏附蛋白)1份，纳米银(粒径80nm)0.5份，高速分散10分钟；
3)将2)所得样品采用刷涂的方法涂覆在干燥无锈的304不锈钢板表面，涂覆厚度50um，自然晾干。
对比例1：
1)取用超支化聚氨酯56份于烧杯中，在搅拌状态下依次加入成膜助剂丙二醇乙醚2份；催化剂BA-121.5份；交联剂甲基丙烯酸羟乙酯8份；正丁酯30份，高速分散30分钟，搅拌速度1000rpm；
2)将1)所得样品采用刷涂的方法涂覆在干燥无锈的304不锈钢板表面，涂覆厚度50um，自然晾干。
对比例2
1)取用超支化聚氨酯56份于烧杯中，在搅拌状态下依次加入成膜助剂丙二醇乙醚2份；催化剂BA-120.5份；交联剂甲基丙烯酸羟乙酯8份；正丁酯30份，高速分散30分钟，搅拌速度1000rpm；
2)在1)所得样品溶液中加入生物蛋白(壳聚糖)MAP 1份，高速分散10分钟；
3)将2)所得样品采用刷涂的方法涂覆在干燥无锈的304不锈钢板表面，涂覆厚度50um，自然晾干。
对比例3
1)取用超支化聚氨酯56份于烧杯中，在搅拌状态下依次加入成膜助剂丙二醇乙醚2份；催化剂BA-120.5份；交联剂甲基丙烯酸羟乙酯8份；正丁酯30份，高速分散30分钟，搅拌速度1000rpm；
2)在1)所得样品溶液中加入纳米钯(粒径10nm)0.5份，高速分散10分钟；
3)将2)所得样品采用刷涂的方法涂覆在干燥无锈的304不锈钢板表面，涂覆厚度50um，自然晾干。
将实施例1-3和对比例1-3所得样板进行漆膜附着力、耐盐雾、耐人工加速老化、温变等测试。
Figure BDA0003218041650000051
Figure BDA0003218041650000061
如表格1所述，表格中的时间为最高耐候时间。本发明所制备生物蛋白/纳米阻锈剂/聚氨酯复合涂料的附着力优于常规聚氨酯涂料，耐盐雾能力、耐人工老化性能也有所提升。有极强的耐低温性能，能承受液氧液氮的低温交变而不开裂，液氮浸泡试验后附着力能保持在10Mpa以上。

Claims (10)

1.一种生物蛋白/纳米阻锈剂/聚氨酯复合涂料，其特征在于，以重量份计，包含以下组分：
a.超支化无溶剂低粘度结构树脂40-60份、b.成膜助剂1-2份、c.催化剂0.1-1份、d.交联剂1-10份，e.溶剂10-30份，f.生物蛋白1-5份，g.纳米阻锈剂0.1-1份。
2.根据权利要求1所述的生物蛋白/纳米阻锈剂/聚氨酯复合涂料，其特征在于，所述超支化无溶剂低粘度结构树脂为超支化聚氨酯，其粘度200-1000cps(20℃)；密度为0.95-1.05g/ml(20℃)；端基至少包括羟基、氨基、氟烷基中的一种。
3.根据权利要求1所述的生物蛋白/纳米阻锈剂/聚氨酯复合涂料，其特征在于，所述复合涂料的VOCs释放量≤400克/升。
4.根据权利要求1所述的生物蛋白/纳米阻锈剂/聚氨酯复合涂料，其特征在于,所述成膜助剂为丙二醇甲醚PM、丙二醇乙醚、丙二醇丁醚、二丙二醇单甲醚DPM、二丙二醇单丙醚DPnP、二丙二醇单丁醚DPnB、三丙二醇正丁醚TPnB、丙二醇苯醚PPH中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的生物蛋白/纳米阻锈剂/聚氨酯复合涂料，其特征在于，所述交联剂为丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的生物蛋白/纳米阻锈剂/聚氨酯复合涂料，其特征在于，所述纳米阻锈剂为纳米钯、金、银中的至少一种，所述纳米阻锈剂的粒径为10-80nm。
7.根据权利要求1所述的生物蛋白/纳米阻锈剂/聚氨酯复合涂料，其特征在于,所述生物蛋白为具有生物活性物质，包括壳聚糖、贻贝黏附蛋白、壳聚糖复合膜中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的生物蛋白/纳米阻锈剂/聚氨酯复合涂料，其特征在于,所述催化剂为BA-12、单丁基锡酸中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的生物蛋白/纳米阻锈剂/聚氨酯复合涂料，其特征在于,所述溶剂为正丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯、脂肪族异氰酸酯中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的生物蛋白/纳米阻锈剂/聚氨酯复合涂料，其制备方法为：(1)将超支化无溶剂低粘度结构树脂40-60份、成膜助剂1-2份、催化剂0.1-1份、交联剂1-10份，溶剂10-30份依次加入高速分散机中，高速分散20-30分钟，搅拌速度为1000-1500rpm；(2)再依次加入生物蛋白1-5份，纳米阻锈剂0.1-1份，分散2-10分钟。
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