CN114075390B - 一种高适海性热反射透波涂料、制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高适海性热反射透波涂料、制备方法及应用。所述涂料是由包括以下组分的原料制备而得：甲组分和乙组分；所述甲组分包括：高耐候低表面能改性氟碳树脂、弹性羟基树脂、颜填料、润湿分散剂、流平剂和有机溶剂；甲组分的各组分按重量百分比计，高耐候低表面能改性氟碳树脂35％～50％；弹性羟基树脂5％～15％；颜填料16％～24％；有机溶剂20％～35％；所述乙组分为含有异氰酸酯基的脂肪族固化剂。本发明的涂料具有高适海性(耐盐水/盐雾/霉菌/紫外线照射)、热反射(反射太阳光)和透波特性(针对雷达罩用)，可满足涉海雷达系统在复杂海洋大气环境下工作要求。

Description

一种高适海性热反射透波涂料、制备方法及应用
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，进一步地说，是涉及一种高适海性热反射透波涂料、制备方法及应用。
背景技术
海洋蕴藏着丰富的生物资源、油气资源、矿产资源、动力资源和化学资源，是人类生存和发展的战略空间和物质基础。在走向深蓝、拓展海洋的进程中，科学考察船、油轮、气象轮、打捞船等装备发挥着重要的作用，装备的雷达系统是船舶安全航行的重要保障，也是执行避险、搜救、定位任务的关键装备。
雷达天线罩是雷达系统的重要组成部分，被成为雷达系统的“电磁窗口”。雷达天线罩在雷达天线的周围形成一个封闭的空间，保护雷达天线系统。大多数雷达罩采用复合材料，复合材料耐环境性能较差，在使用过程中必须配套透波涂料进行防护。
船舶雷达罩用透波涂料是透波涂料中极具代表性的一类，涂层处在海洋腐蚀环境中，如高温、高湿、高盐雾、高紫外线以及海水飞溅、浸泡等，长期的暴晒和海水腐蚀可能导致涂层降解老化，同时，涂层长时间在太阳照射下，表面温度甚至超过80℃，加速了涂层硬化开裂、变色、粉化和起泡的问题。此外，海上湿气大，雷达罩表面很容易结盐吸潮形成水膜，而水膜对雷达罩的传输性能有很大的负面影响影响，主要原因是水对微波和毫米波具有很高的介电常数和损耗角正切值，损耗的增加值与水膜厚度成正比，很薄的水膜就能大大增加传输损耗和噪声温度，甚至造成雷达天线无法工作。要减少这种影响，提高雷达罩表面的疏水性是一种有效的方法，水珠在涂层表面容易滚动或滑动，不易成膜，避免对系统的传输性造成影响。因此需要研制一种船舶雷达罩用高适海性热反射透波涂料，以解涂层长期在复杂海洋环境条件下工作的老化降解和透波率下降等问题。
发明内容
为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种高适海性热反射透波涂料、制备方法及应用。本发明的涂料具有高适海性(耐盐水/盐雾/霉菌/紫外线照射)、热反射(反射太阳光)和透波特性(针对雷达罩用)，可满足涉海雷达系统在复杂海洋大气环境下工作要求。
本发明的目的之一是提供一种高适海性热反射透波涂料。
所述涂料是由包括以下组分的原料制备而得：
甲组分和乙组分；
所述甲组分包括：高耐候低表面能改性氟碳树脂、弹性羟基树脂、颜填料、润湿分散剂、流平剂和有机溶剂；
甲组分的各组分按重量百分比计，
Figure BDA0002641169100000021
所述乙组分为含有异氰酸酯基的脂肪族固化剂。
本发明的一种优选的实施方式中，
甲组份中的羟基与乙组分中的异氰酸酯的摩尔比为1:(1～1.3)。
本发明的一种优选的实施方式中，
各组分按重量百分比计，
Figure BDA0002641169100000022
Figure BDA0002641169100000031
本发明的一种优选的实施方式中，
所述高耐候低表面能改性氟碳树脂的外观呈无色透明状；
羟基值：50-70mgKOH/g；
酸值：1-6mgKOH/g；
固体份：50-70wt％；
氟含量：≥20％。
高耐候低表面能改性氟碳树脂加入固化剂成膜后的性能满足下表：
序号 项目 结果
1 憎水角，°≥ 120
2 滚动角，°≤ 15
3 盐雾2000h 无开裂、无脱落、无鼓泡
4 湿热2000h 无开裂、无脱落、无鼓泡
5 紫外加速老化 无变色、无脱落、无鼓泡
可采用现有技术中所有能满足上述性能的改性氟碳树脂，本发明中优选为海洋化工研究院有限公司生产的WN-50711树脂。
本发明的一种优选的实施方式中，
所述弹性羟基树脂为聚氨酯弹性树脂；
其中，
羟基值：50-70mgKOH/g；
酸值：1-4mgKOH/g；
固体份：40-60wt％。
弹性羟基树脂加入固化剂成膜后性能满足下表：
序号 基本性能 结果
1 抗拉强度，MPa≥ 15
2 断裂伸长率，％≥ 300
3 盐雾2000h 无开裂、无脱落、无鼓泡
4 湿热2000h 无开裂、无脱落、无鼓泡
可采用现有技术中所有能满足上述性能的聚氨酯弹性树脂，本发明中优选海洋化工研究院有限公司生产的WN-S-T5树脂。
本发明的一种优选的实施方式中，
颜填料包含两类：一类是热反射颜填料为钛白粉和空心玻璃微珠，按照质量比例为1：(0.9～1.1)配置；一类是低介电填料为氮化硅、聚四氟乙烯、有机硅树脂微球，按质量比为(1.9～2.1)：1：(1.9～2.1)配置；两类材料按照质量比1：(0.9～1.1)配合使用。
本发明的一种优选的实施方式中，
润湿分散剂为带颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚体溶液；可采用现有技术中通常的润湿分散剂，本发明中可以优选为BYK163、BYK170、BYK180中的一种或几种；
所述流平剂为有机硅聚醚共聚物；本发明中可以优选为Dow Corning 14、DowCorning 54、Dow Corning 29中的一种或几种；
本发明中润湿分散剂和流平剂的用量为常规用量，技术人员可以根据实际情况确定。本发明中可以优选：润湿分散剂0.5～1.5wt％；流平剂0.5～1.5wt％。
有机溶剂为芳香类溶剂、酯类溶剂或醚酯类溶剂；所述芳香类溶剂优选为二甲苯、芳香烃碳氢化合物(S100、S150)，所述酯类溶剂优选为醋酸丁酯、醋酸乙酯，所述醚酯类溶剂优选为乙二醇乙醚醋酸酯、乙二醇丁醚醋酸酯。
本发明的一种优选的实施方式中，
所述乙组分为脂肪族异氰酸酯的三聚体；优选为Bayer公司的N3375、N3390中的一种或两种。
本发明的目的之二是提供一种高适海性热反射透波涂料的制备方法。
包括：
先将甲组分中除流平剂外的组分按所述用量混合研磨，然后加入流平剂混合均匀并过滤；再将甲组分和乙组分按所述用量混合后制得所述高适海性热反射透波涂料。
本发明的目的之三是通过一种高适海性热反射透波涂料在海工设备中的应用。
本发明采用以下技术方案予以实现：
一种高适海性热反射透波涂料：
甲组份含有羟基，乙组分含有异氰酸酯基，按摩尔比-OH:-NCO＝1:(1～1.3)的比例组成的甲、乙组分，甲组分的重量百分比配方：高耐候低表面能改性氟碳树脂35～50％；弹性羟基树脂5～15％；功能颜填料16～24％；润湿分散剂0.5～1.5％；流平剂0.5～1.5％；有机溶剂20～35％；乙组分为脂肪族固化剂。
在本发明的上述技术方案中，还具有以下技术特征：所述甲组分的优选配方如下：高耐候低表面能改性氟碳树脂45％；弹性羟基树脂10％；功能颜填料20％；润湿分散剂1％；流平剂1％；有机溶剂23％；
在本发明的上述技术方案中，还具有以下技术特征：所述甲组分中的高耐候低表面能改性氟碳树脂为海洋化工研究院有限公司生产的WN-50711树脂,性能如表1所示：
表1
序 项目 结果 测试方法
1号 憎水角，°≥ 120 OCA20接触角仪测试，
2 滚动角，°≤ 15 OCA20接触角仪测试，
3 盐雾2000h 无开裂、无脱落、无鼓泡 GB/T 1771-2007
4 湿热2000h 无开裂、无脱落、无鼓泡 GB/T 1740-2007
5 紫外加速老化 无变色、无脱落、无鼓泡 GB/T 14522-2008
在本发明的上述技术方案中，还具有以下技术特征：所述甲组分中的弹性羟基树脂为海洋化工研究院有限公司生产的WN-S-T5树脂，性能如表2所示：
表2
序号 基本性能 测试方法 结果
1 抗拉强度，MPa≥ GB/T 528-1998 15
2 断裂伸长率，％≥ GB/T 528-1998 300
3 盐雾2000h GB/T 1771-2007 无开裂、无脱落、无鼓泡
4 湿热2000h GB/T 1740-2007 无开裂、无脱落、无鼓泡
在本发明的上述技术方案中，还具有以下技术特征：所述甲组分中的功能颜填料包含两类：一类是热反射颜填料为钛白粉和空心玻璃微珠，按照质量比例为1：1配置；一类是低介电填料为氮化硅、聚四氟乙烯、有机硅树脂微球，按质量比为2：1：2配置；两类材料按照质量比1：1配合使用。
在本发明的上述技术方案中，还具有以下技术特征：所述甲组分中的润湿分散剂为带颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚体溶液，所述润湿分散剂为BYK163、BYK170、BYK180中的一种或几种；
所述甲组分中的流平剂为有机硅聚醚共聚物，所述流平剂为Dow Corning 14、DowCorning 54、Dow Corning 29中的一种或几种；
在本发明的上述技术方案中，还具有以下技术特征：所述甲组分中的有机溶剂为芳香类溶剂、酯类溶剂或醚酯类溶剂，所述芳香类溶剂为二甲苯、芳香烃碳氢化合物(S100、S150)，所述酯类溶剂为醋酸丁酯、醋酸乙酯，所述醚酯类溶剂为乙二醇乙醚醋酸酯、乙二醇丁醚醋酸酯。
在本发明的上述技术方案中，还具有以下技术特征：所述乙组分为脂肪族异氰酸酯的三聚体。如Bayer公司的N3375、N3390中的一种或两种。
本发明的高适海性热反射透波涂料的制备方法，包括以下步骤：
按照下述配方提取原料：
高耐候低表面能改性氟碳树脂35～50％；弹性羟基树脂5～15％；功能颜填料16～24；润湿分散剂0.5～1.5％；流平剂0.5～1.5％；有机溶剂20～35％；乙组分为脂肪族固化剂，甲组份中的羟基与乙组分中的异氰酸酯的摩尔比为1:1～1.3比例配制。
烘干所述的颜填料，备用；将所述高耐候低表面能改性氟碳树脂、弹性羟基树脂、颜填料、润湿分散剂、有机溶剂混合后加入到篮式砂磨中研磨，研磨细度5～30μm出料。出料后，加入流平剂，在2000转/分钟条件下搅拌分散30分钟，用120目滤网过滤，测试涂料粘度(涂-4杯)，计量包装。待甲组分各物质混合均匀后，按摩尔比-OH:-NCO＝1:1～1.3的比例，取计量的甲、乙组分，混合均匀，静置20min。
进一步地，所述涂敷使用的方法为喷涂或刷涂。
进一步地，涂敷一遍后干膜的涂层厚度控制在80～100μm。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的涂料是一种高适海性热反射透波涂料，施工简单，维护便捷，可满足涉海雷达罩装备在海洋环境下的防护要求，避免长期在高盐、高湿、高温条件下使用时出现褪色、应力开裂和涂层腐蚀等问题。本发明涂料以高耐候低表面能改性氟碳树脂和弹性羟基树脂为成膜物，采用空气喷涂方法施工，常温干燥固化，可解决现有涉海雷达罩涂层技术无法兼顾高适海能力、热反射、透波性等问题。
本发明的涂料喷涂在复合材料基材上，涂层的性能特点如下：
1)水接触角OCA20接触角仪测试(座滴法)，≥105°。
2)滚动角OCA20接触角仪测试(座滴法)，≤15°。
3)介电常数矢网法(10GHz)，≤3.5。
4)损耗角正切值矢网法(10GHz)，≤0.05。
5)太阳反射率积分球法(0.78-2.5μm)，≥60％。
6)盐雾2000h GB/T 1771，无开裂、无脱落、无鼓泡。
7)湿热2000h GB/T 1740，无开裂、无脱落、无鼓泡。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属本发明的保护范围。
表3各实施例中的原材料明细表
Figure BDA0002641169100000081
润湿分散剂和流平剂为采用的是BYK和Dow coring产品
实施例1-3和对比例1～3中所用高耐候低表面能改性氟碳树脂为海洋化工研究院生产的WN-50711；
外观白色透明，其中，
羟基值：50-70mgKOH/g；
酸值：1-6mgKOH/g；
固体份：50-70wt％；
氟含量：≥20％。
弹性羟基树脂加入固化剂成膜后性能满足说明书表1。
弹性羟基树脂为海洋化工研究院生产的WN-S-T5；
其中，
羟基值：50-70mgKOH/g；
酸值：1-4mgKOH/g；
固体份：40-60wt％。
弹性羟基树脂加入固化剂成膜后性能满足说明书表2。
实施例1
甲组分：高耐候低表面能改性氟碳树脂45％；弹性羟基树脂10％；钛白粉5％；空心玻璃微珠5％；氮化硅4％；聚四氟乙烯微粉2％；有机硅微球4％；BYK1631％；Dow Corning14 1％；醋酸丁酯23％；
乙组分为拜尔公司的N3375；
甲组份中的羟基与乙组分中的异氰酸酯的摩尔比为1:1。
制备方法包括：
将甲组分配方中的颜填料烘干，备用。按甲组分配方称取高耐候低表面能改性氟碳树脂、弹性羟基树脂、颜填料、润湿分散剂、有机溶剂混合后加入到篮式砂磨中研磨，研磨细度5～30μm出料。出料后，加入流平剂，在2000转/分钟条件下搅拌分散30分钟，用120目滤网过滤，测试涂料粘度(涂-4杯)，计量包装。甲组分各物质混合均匀后，按-OH和-NCO的摩尔比取计量的甲、乙组分，混合均匀，静置15min后，采用喷涂工艺，在打磨过的马口铁板上施工面漆。
实施例2
甲组分：高耐候低表面能改性氟碳树脂35％；弹性羟基树脂15％；钛白粉4％；空心玻璃微珠4％；氮化硅3.2％；聚四氟乙烯微粉1.6％；有机硅微球3.2％；BYK170 1％；DowCorning 54 1％；醋酸丁酯32％；
乙组分为拜尔公司的N3375；
甲组份中的羟基与乙组分中的异氰酸酯的摩尔比为1:1.2；
制备方法同实施例1。
实施例3
甲组分：高耐候低表面能改性氟碳树脂40％；弹性羟基树脂8％；钛白粉6％；空心玻璃微珠6％；氮化硅4.8％；聚四氟乙烯微粉2.4％；有机硅微球4.8％；BYK180 1％；DowCorning 29 1％；醋酸丁酯26％；
乙组分为拜尔公司的N3375；
甲组份中的羟基与乙组分中的异氰酸酯的摩尔比为1:1.3；
制备方法同实施例1。
对比例1
甲组分：高耐候低表面能改性氟碳树脂20％；弹性羟基树脂5％；钛白粉6％；空心玻璃微珠6％；氮化硅4.8％；聚四氟乙烯微粉2.4％；有机硅微球4.8％；BYK180 1％；DowCorning 29 1％；醋酸丁酯49％；
乙组分为拜尔公司的N3375；
甲组份中的羟基与乙组分中的异氰酸酯的摩尔比为1:1；
制备方法同实施例1。
对比例2
甲组分：：高耐候低表面能改性氟碳树脂45％；弹性羟基树脂10％；钛白粉4％；空心玻璃微珠2％；氮化硅2.4％；聚四氟乙烯微粉1.2％；有机硅微球2.4％；BYK180 1％；DowCorning 29 1％；醋酸丁酯31％；
乙组分为拜尔公司的N3375；
甲组份中的羟基与乙组分中的异氰酸酯的摩尔比为1:1；
制备方法同实施例1。
对比例3
甲组分：高耐候低表面能改性氟碳树脂45％；弹性羟基树脂10％；钛白粉7％；空心玻璃微珠1％；氮化硅4％；聚四氟乙烯微粉3％；有机硅微球1％；BYK1631％；Dow Corning14 1％；醋酸丁酯27％；
乙组分为拜尔公司的N3375；
甲组份中的羟基与乙组分中的异氰酸酯的摩尔比为1:1；
制备方法同实施例1。
实施例1-3和对比例1～3的涂料干燥固化后其性能见下表4。
表4高适海性热反射透波涂料性能
Figure BDA0002641169100000121
涂层各项性能显示，本发明所列举实施例1-3得到的涂层均通过水接触角、滚动角、介电常数、损耗角正切值、太阳反射率、盐雾、湿热测试，对比例1～3的树脂含量，粉体含量、颜填料比例不在本发明限定的范围内，导致水接触角、滚动角、介电常数、损耗角正切值、太阳反射率、盐雾、湿热性能产生变化，不能同时满足应用要求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种高适海性热反射透波涂料，其特征在于所述涂料是由包括以下组分的原料制备而得：
甲组分和乙组分；
所述甲组分包括：高耐候低表面能改性氟碳树脂、弹性羟基树脂、颜填料、润湿分散剂、流平剂和有机溶剂；
所述高耐候低表面能改性氟碳树脂的外观呈无色透明状；
羟基值：50-70mgKOH/g；
酸值：1-6mgKOH/g；
固体份：50-70wt％；
氟含量：≥20％；
所述弹性羟基树脂为聚氨酯弹性树脂；
其中，
羟基值：50-70mgKOH/g；
酸值：1-4mgKOH/g；
固体份：40-60wt％；
颜填料包含两类：一类是热反射颜填料为钛白粉和空心玻璃微珠，按照质量比例为1：(0.9～1.1)配置；一类是低介电填料为氮化硅、聚四氟乙烯、有机硅树脂微球，按质量比为(1.9～2.1)：1：(1.9～2.1)配置；两类材料按照质量比1：(0.9～1.1)配合使用；
甲组分的各组分按重量百分比计，
Figure FDA0003546826480000011
所述乙组分为含有异氰酸酯基的脂肪族固化剂。
2.如权利要求1所述的高适海性热反射透波涂料，其特征在于：
甲组份中的羟基与乙组分中的异氰酸酯的摩尔比为1:(1～1.3)。
3.如权利要求1所述的高适海性热反射透波涂料，其特征在于：
各组分按重量百分比计，
Figure FDA0003546826480000021
4.如权利要求1所述的高适海性热反射透波涂料，其特征在于：
润湿分散剂为带颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚体溶液；和/或，
所述流平剂为有机硅聚醚共聚物；和/或，
有机溶剂为芳香类溶剂、酯类溶剂或醚酯类溶剂。
5.如权利要求1所述的高适海性热反射透波涂料，其特征在于：
所述乙组分为脂肪族异氰酸酯的三聚体。
6.一种如权利要求1～5之一所述的高适海性热反射透波涂料的制备方法，其特征在于所述方法包括：
先将甲组分中除流平剂外的组分按所述用量混合研磨，然后加入流平剂混合均匀并过滤；再将甲组分和乙组分按所述用量混合后制得所述高适海性热反射透波涂料。
7.一种如权利要求1～5之一所述的高适海性热反射透波涂料在海工设备上的应用。
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