CN114262556B - 一种光伏电站箱用耐腐蚀涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光伏电站箱用耐腐蚀涂料及其制备方法，属于涂料技术领域。该光伏电站箱用耐腐蚀涂料包括A组分和B组分，A组分包括以下原料：环氧化支化含氟物、水性聚氨酯树脂和水。本发明利用了环氧化支化含氟物与聚氨酯具有良好的相容性，以及其支化结构，促进了成膜物质之间互穿网络结构的形成，提高了涂层的耐腐蚀性能，且上述二者形成的成膜物质具有光固化、吸湿固化、热固化三重固化机理；同时环氧化支化含氟物含有的酯基、酰胺基、羟基、硅氧烷链的水解产生的硅氧键，大大克服了因含氟侧链引起的附着力降低，同时配合水性聚氨酯树脂优异的附着力，使得涂层仍然具有优异的附着力。

Description

一种光伏电站箱用耐腐蚀涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于涂料技术领域，具体地，涉及一种光伏电站箱用耐腐蚀涂料及其制备方法。

背景技术

光伏电站箱是用来保护光伏组件、逆变器、光伏配电箱、电表、电网等光伏电站设备的外壳，该外壳一般由金属板制成，为了降低金属板的腐蚀问题，通常会对金属板进行防腐处理。现有的防腐处理方式包括以下几种方式：一是向金属原料中添加铜、铬等合金元素；二是金属涂层(如喷涂铝锌等合金涂层，提高钢轨耐蚀性能)；三是采用牺牲保护法提高钢轨耐蚀性能；四是在金属基体表面涂覆一层涂料防腐。其中，涂料防腐以其施工简便、经济实用、不受设备面积、形状的约束等特点，而明显优于其他三种防腐保护方式。在防腐涂料中耐候性、耐腐性优异的涂料为含氟涂料。一般含氟涂料为含氟聚合物，如为聚氟乙烯(PVF)、聚四氟乙烯(PTFE)以及聚偏二氟乙烯(PVDF)，都是属于高温固化的氟涂料，在施工过程中需要在高温下热熔后流平成膜。该固化方式易对金属基体造成损伤。而近些年市场上出现的水性含氟涂料则具有环保、低温固化的优点，但该含氟涂料一般是通过含氟侧链来实现含氟涂料的耐候性能，而含氟侧链的引入往往降低涂层与金属基体之间的附着力。

因此，有必要提供一种附着力优异且耐腐蚀的水性含氟涂料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光伏电站箱用耐腐蚀涂料及其制备方法，以解决背景技术中提到的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种光伏电站箱用耐腐蚀涂料，包括A组分和B组分，A组分包括以下重量份原料：环氧化支化含氟物75-95份、水性聚氨酯树脂15-30份、填料12-25份、消泡剂1.5-4.5份、钛酸酯偶联剂0.2-1.4份、水40-80份；B组分为胺类固化剂，且A组分和B组分的质量比为100：0.8-1.5。

进一步地，所述填料为氧化锌、三氧化二铬、二硫化钼中的一种或任意几种的混合物。

进一步地，所述环氧化支化含氟物包括以下步骤制成：

步骤A、将醋酸加入带有冷凝装置、温度计和搅拌装置的四口烧瓶中，然后加入[3-(三甲氧基硅烷基)丙基]琥珀酸酐，升温至回流，并在搅拌状态下分批加入4-氨基丁酸，加入完全后，继续回流反应10h，然后降至30℃减压旋蒸脱除乙醇，得含硅氧烷二元羧酸，其中，4-氨基丁酸、[3-(三甲氧基硅烷基)丙基]琥珀酸酐、醋酸的用量为0.01mol:0.011-0.013mol:120-160mL；在上述反应中，利用4-氨基丁酸中的氨基和[3-(三甲氧基硅烷基)丙基]琥珀酸酐中的酸酐基团反应，获得的含硅氧烷二元羧酸，且其分子结构式如下所示；

步骤B、将含硅氧烷二元羧酸和季戊四醇混合后，加入对甲苯磺酸，然后加热至70℃，搅拌反应4h后，降至35℃减压旋蒸，得支化物，其中，含硅氧烷二元羧酸和季戊四醇的摩尔比为4.1-4.2:1，对甲苯磺酸的加入质量为含硅氧烷二元羧酸质量的3-5％；在上述反应中利用含硅氧烷二元羧酸中的羧基和季戊四醇中的羟基在对甲苯磺酸的作用下发生的酯化反应，通过控制含硅氧烷二元羧酸和季戊四醇的摩尔比，使羧基封端，得支化物；

步骤C、将支化物和双酚AF混合均匀后，加入对甲苯磺酸，然后加热至70-80℃，搅拌反应7h后，得支化含氟物，其中，支化物和双酚AF的质量比为153:92-100，对甲苯磺酸的加入质量为支化物质量的4-5％；在上述反应中利用支化物中的封端羧基和双酚AF发生的酯化反应，引入含氟侧链，得支化含氟物，且通过控制支化物和双酚AF的质量比，使得羟基封端，为后续环氧基封端反应奠定基础；

步骤D、将支化含氟物与环氧氯丙烷加入带有搅拌装置和冷凝装置的三口烧瓶中，搅拌均匀，在搅拌条件下升温至70-75℃，待温度稳定后，分四批加入催化剂NaH，反应3h后，减压旋蒸脱除未反应的环氧氯丙烷，降温至50-55℃，加入35wt％氢氧化钠溶液，搅拌反应3h后，减压抽滤，旋蒸，得环氧化支化含氟物，其中，支化含氟物、环氧氯丙烷、氢氧化钠的质量比为100:40-50:6-8。在上述反应中，利用支化含氟物中封端的羟基和环氧氯丙烷的反应(首先是开环反应，然后在碱性条件下发生闭环反应)，得环氧化支化含氟物，该环氧化支化含氟物是以季戊四醇为核，依次接入了含硅氧烷二元羧酸和双酚AF的结构，然后利用羟基和环氧氯丙烷的开环反应，再在碱性条件下发生闭环反应获得，可知该环氧化支化含氟物中含有硅氧烷链、含氟侧链、环氧基、酯基、酰胺基和羟基(未环氧化的羟基)，且具有支化结构，首先，含有的硅氧烷链、酯基、酰胺基、羟基具有较好的亲水性能，以及支化结构，使得该环氧化支化含氟物具有良好的水溶性，使水可作为溶剂，使相应的涂料具有良好的环保性；其次，含有的含氟侧链赋予了形成的涂层良好的含氟涂料特性——即耐腐蚀、耐候性能，同时含有的硅氧烷链可在水溶液中水解固化，使得涂层含有硅氧键，从另一方面增加了涂层的耐腐蚀性能；最后，含有的酯基、酰胺基、羟基、硅氧烷链的水解产生的硅氧键，大大克服了因含氟侧链引起的附着力降低，使得涂层保持合理的附着力。

一种光伏电站箱用耐腐蚀涂料的制备方法，包括以下步骤：

将水性聚氨酯树脂溶解在水中，并搅拌均匀，然后加入环氧化支化含氟物室温搅拌均匀，再加入填料、钛酸酯偶联剂和消泡剂，搅拌均匀，最后加入固化剂，搅拌均匀，得一种光伏电站箱用耐腐蚀涂料。

本发明的有益效果：

本发明以环氧化支化含氟物和水性聚氨酯树脂为成膜物质，以水性聚氨酯树脂增加环氧化支化含氟物的粘度，促进环氧化支化含氟物的成膜；且由于环氧化支化含氟物含有硅氧烷链、酯基、羟基，使得其与聚氨酯具有良好的相容性，且其支化结构，促进了成膜物质之间互穿网络结构的形成，进一步提高涂层的耐腐蚀性能，且上述二者形成的成膜物质具有光固化、吸湿固化(硅氧烷链吸水解固化)、热固化三重固化机理，因此，以环氧化支化含氟物和水性聚氨酯树脂为成膜物质，具有固化温度较低，固化速度快的固化特性；同时环氧化支化含氟物含有的酯基、酰胺基、羟基、硅氧烷链的水解产生的硅氧键，大大克服了因含氟侧链引起的附着力降低，同时配合水性聚氨酯树脂优异的附着力，使得涂层仍然具有优异的附着力；同时环氧化支化含氟物含有含氟侧链，赋予了其优异的耐腐蚀、耐候性能；

综上所述本发明提供的耐腐蚀涂料具有优异的耐腐蚀、耐候性能和附着力。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

环氧化支化含氟物的制备：

步骤A、将120mL醋酸加入带有冷凝装置、温度计和搅拌装置的四口烧瓶中，然后加入0.011mol[3-(三甲氧基硅烷基)丙基]琥珀酸酐，升温至回流，并在搅拌状态下分批加入0.01mol 4-氨基丁酸，加入完全后，继续回流反应10h，然后降至30℃减压旋蒸脱除乙醇，得含硅氧烷二元羧酸；

步骤B、将0.41mol含硅氧烷二元羧酸和0.1mol季戊四醇混合后，加入4.44g对甲苯磺酸，然后加热至70℃，搅拌反应4h后，降至35℃减压旋蒸，得支化物；

步骤C、将153g支化物和92g双酚AF混合均匀后，加入6.12g对甲苯磺酸，然后加热至70℃，搅拌反应7h后，得支化含氟物；

步骤D、将100g支化含氟物与40g环氧氯丙烷加入带有搅拌装置和冷凝装置的三口烧瓶中，搅拌均匀，在搅拌条件下升温至70-75℃，待温度稳定后，分四批共加入1.2g催化剂NaH，反应3h后，减压旋蒸脱除未反应的环氧氯丙烷，降温至50℃，加入35wt％含6g氢氧化钠的水溶液，搅拌反应3h后，减压抽滤，旋蒸，得环氧化支化含氟物。

实施例2

环氧化支化含氟物的制备：

步骤A、将160mL醋酸加入带有冷凝装置、温度计和搅拌装置的四口烧瓶中，然后加入0.013mol[3-(三甲氧基硅烷基)丙基]琥珀酸酐，升温至回流，并在搅拌状态下分批加入0.01mol 4-氨基丁酸，加入完全后，继续回流反应10h，然后降至30℃减压旋蒸脱除乙醇，得含硅氧烷二元羧酸；

步骤B、将0.42mol含硅氧烷二元羧酸和0.1mol季戊四醇混合后，加入7.60g对甲苯磺酸，然后加热至70℃，搅拌反应4h后，降至35℃减压旋蒸，得支化物；

步骤C、将153g支化物和100g双酚AF混合均匀后，加入7.65g对甲苯磺酸，然后加热至80℃，搅拌反应7h后，得支化含氟物；

步骤D、将100g支化含氟物与50g环氧氯丙烷加入带有搅拌装置和冷凝装置的三口烧瓶中，搅拌均匀，在搅拌条件下升温至70-75℃，待温度稳定后，分四批共加入1.8g催化剂NaH，反应3h后，减压旋蒸脱除未反应的环氧氯丙烷，降温至55℃，加入35wt％含8g氢氧化钠的水溶液，搅拌反应3h后，减压抽滤，旋蒸，得环氧化支化含氟物。

实施例3

一种光伏电站箱用耐腐蚀涂料，由以下步骤制成：

第一步、准备A组分以下重量份原料：环氧化支化含氟物75份、水性聚氨酯树脂15份；B组分为二乙烯三胺，且A组分和B组分的质量比为100：0.8；

第二步、将水性聚氨酯树脂溶解在水中，并搅拌均匀，然后加入环氧化支化含氟物室温搅拌均匀，最后加入二乙烯三胺，得一种光伏电站箱用耐腐蚀涂料。

实施例4

一种光伏电站箱用耐腐蚀涂料，由以下步骤制成：

第一步、准备A组分以下重量份原料：环氧化支化含氟物75份、水性聚氨酯树脂15份、填料12份、消泡剂1.5份、钛酸酯偶联剂0.2份、水40份，B组分为二乙烯三胺，且A组分和B组分的质量比为100：0.8；其中，所述填料为氧化锌，消泡剂为入Foamaster111，钛酸酯偶联剂为钛酸酯偶联剂NDZ-311W；

第二步、将水性聚氨酯树脂溶解在水中，并搅拌均匀，然后加入环氧化支化含氟物室温搅拌均匀，再加入填料、钛酸酯偶联剂和消泡剂，搅拌均匀，最后加入二乙烯三胺，搅拌均匀，得一种光伏电站箱用耐腐蚀涂料。

实施例5

一种光伏电站箱用耐腐蚀涂料，由以下步骤制成：

第一步、准备准备A组分以下重量份原料：环氧化支化含氟物85份、水性聚氨酯树脂25份、填料18份、消泡剂3份、钛酸酯偶联剂1份、水60份，B组分为二乙烯三胺，且A组分和B组分的质量比为100：1.2；其中，所述填料为三氧化二铬，消泡剂为入Foamaster111，钛酸酯偶联剂为钛酸酯偶联剂NDZ-311W；

第二步、将水性聚氨酯树脂溶解在水中，并搅拌均匀，然后加入环氧化支化含氟物室温搅拌均匀，再加入填料、钛酸酯偶联剂和消泡剂，搅拌均匀，最后加入二乙烯三胺，搅拌均匀，得一种光伏电站箱用耐腐蚀涂料。

实施例6

一种光伏电站箱用耐腐蚀涂料，由以下步骤制成：

第一步、准备准备A组分以下重量份原料：环氧化支化含氟物95份、水性聚氨酯树脂30份、填料25份、消泡剂4.5份、钛酸酯偶联剂1.4份、水80份，B组分为二乙烯三胺，且A组分和B组分的质量比为100：1.5；其中，所述填料为二硫化钼，消泡剂为入Foamaster111，钛酸酯偶联剂为钛酸酯偶联剂NDZ-311W；

第二步、将水性聚氨酯树脂溶解在水中，并搅拌均匀，然后加入环氧化支化含氟物室温搅拌均匀，再加入填料、钛酸酯偶联剂和消泡剂，搅拌均匀，最后加入二乙烯三胺，搅拌均匀，得一种光伏电站箱用耐腐蚀涂料。

对比例1

环氧化支化含氟物的制备：

步骤A、将己二酸和季戊四醇混合后，加入对甲苯磺酸和甲基氢醌，然后加热至70℃，搅拌反应4h后，降至35℃减压旋蒸，得支化物，其中，含硅氧烷二元羧酸和季戊四醇的摩尔比为4.1:1，对甲苯磺酸的加入质量为己二酸酸质量的3％；

步骤B、将支化物和双酚AF混合均匀后，加入对甲苯磺酸，然后加热至70℃，搅拌反应7h后，得支化含氟物，其中，支化物和双酚AF的质量比为153:92，对甲苯磺酸的加入质量为支化物质量的4％；

步骤C、将支化含氟物与环氧氯丙烷加入带有搅拌装置和冷凝装置的三口烧瓶中，搅拌均匀，在搅拌条件下升温至70℃，待温度稳定后，分四批加入催化剂NaH，反应3h后，减压旋蒸脱除未反应的环氧氯丙烷，降温至50℃，加入35wt％氢氧化钠溶液，搅拌反应3h后，减压抽滤，旋蒸，得环氧化支化含氟物，其中，支化含氟物、环氧氯丙烷、NaH、氢氧化钠的质量比为100:40:1.2:6。

对比例2

环氧化含氟化合物的制备：

将双酚AF和环氧氯丙烷加入带有搅拌装置和冷凝装置的三口烧瓶中，搅拌均匀，在搅拌条件下升温至70℃，待温度稳定后，分四批加入催化剂NaH，反应3h后，减压旋蒸脱除未反应的环氧氯丙烷，降温至50℃，加入35wt％氢氧化钠溶液，搅拌反应3h后，减压抽滤，旋蒸，得环氧化支化含氟物，其中，双酚AF、环氧氯丙烷、NaH、氢氧化钠的质量比为100:40:1.2:6。

对比例3

与实施例3相比，将环氧化支化含氟物替换成对比例1制备的环氧化支化含氟物，其余相同。

对比例4

与实施例4相比，将环氧化支化含氟物替换成对比例2制备的环氧化含氟物，其余相同。

实施例7

将实施例3-6和对比例3-4获得的涂料进行以下性能测试：

贮存稳定性：将实施例3-6和对比例3-4中的A组分混合均匀后，测定其贮存稳定性，按照GB/T 6753.3进行测试，采用结皮、压力、腐蚀及腐败味的评定(六个等级：10：无；8：很轻微；6：轻微；4：中等；2：较严重；0：严重)、沉降程度的评定(六个等级：10：完全悬浮，与色漆的原始状态比较，没有变化；8：有明显的沉降触感，并且在调刀上出现少量的沉降颜料，用调刀刀面推移没有明显阻力；6：有明显的沉降的颜料块，以调刀的自重能穿过颜料块落到容器底部，用调刀刀面推移有一定的阻力，凝聚的部分块状物可转移到调刀上；4：以调刀的自重不能穿过颜料块落到容器底部，调刀穿过颜料块，用调刀刀面推移有困难，而且沿罐边推移调刀刀刃有轻微阻力，但能够容易地将色漆重新混合成均匀的状态；2：当调刀穿过颜料沉降层时，用调刀刀面推移困难，沿罐边推移调刀刀刃有明显的阻力，但色漆可重新混合成均匀的状态；0：结成坚硬的块状物)、粘度变化值评定(六个等级：10：粘度变化值不大于5％；8：粘度变化值不大于15％；6：粘度变化值不大于25％；4：粘度变化值不大于35％；2：粘度变化值不大于45％；0：粘度变化值大于45％)，试数据如表1所示；

附着力测试：按照GB/T 9286标准进行测试，采用划格法，以0、l、2、3、4、5六个等级进行评定，测试数据如表2所示；

硬度：按照GB/T 6739标准进行测试，采用铅笔硬度法，以9H-6B不同等级进行评定，测试数据如表2所示；

耐腐蚀性能：耐水性：按照GB/T 1733标准进行测试，实验样品用石蜡封边，封边宽度2mm-3mm，实验样品的2/3在室温条件下浸入去离子水中，记录时间及样品变化，以变色、起泡、起皱、脱落及生锈进行评定，测试数据如表3所示；

耐盐水性：按照GB/T 1763标准进行测试，实验样品用石蜡封边，封边宽度2-3mm，实验样品的2/3在室温条件下浸入5wt％氯化钠水溶液中，记录时间及样品变化，以变色、起泡、起皱、脱落及生锈进行评定，测试数据如表3所示；

耐酸性：按照GB/T 1763标准进行测试，实验样品用石蜡封边，封边宽度2-3mm，验样品的2/3在室温条件下浸入5wt％盐酸溶液中，记录时间及样品变化，以变色、起泡、起皱、脱落及生锈进行评定，测试数据如表3所示；

耐碱性：按照GB/T 1763标准进行测试，实验样品用石蜡封边，封边宽度2-3mm，实验样品的2/3在室温条件下浸入5wt％氢氧化钠水溶液中，记录时间及样品变化，以变色、起泡、起皱、脱落及生锈进行评定，测试数据如表3所示；

表1贮存稳定性

从上述数据可以看出，本发明提供的涂料的A组分具有优异的储存稳定性。

表2附着力和硬度

	附着力	硬度
			实施例3	0	3H
实施例4	1	4H
			实施例5	1	4H
实施例6	1	4H
			对比例3	2	3H
对比例4	2	3H

从上述数据可以看出，本发明提供的涂料具有优异的附着力和硬度。

表3耐腐蚀性能

	耐水性	耐盐水性	耐酸性	耐碱性
					实施例3	480h无变化	480h无变化	480h无变化	480h无变化
实施例4	480h无变化	480h无变化	480h无变化	480h无变化
					实施例5	480h无变化	480h无变化	480h无变化	480h无变化
实施例6	480h无变化	480h无变化	480h无变化	480h无变化
					对比例3	240h略起泡	192h略起泡	144h略起泡	120h略起泡
对比例4	144h略起泡	120h略起泡	96h略起泡	72h略起泡

从上述数据可以看出，本发明提供的涂料具有优异的耐腐蚀性能

在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种光伏电站箱用耐腐蚀涂料，包括A组分和B组分，其特征在于：A组分包括以下原料：环氧化支化含氟物、水性聚氨酯树脂和水；B组分为胺类固化剂；

所述环氧化支化含氟物包括以下步骤制成：

将支化含氟物与环氧氯丙烷混合均匀，在搅拌条件下升温至70-75℃，分四批加入催化剂NaH，反应3h后，减压旋蒸，降温至50-55℃，加入氢氧化钠溶液，搅拌反应3h后，减压抽滤，旋蒸，得环氧化支化含氟物；

所述支化含氟物包括以下步骤制成：

将支化物和双酚AF混合均匀后，加入对甲苯磺酸，然后加热至70-80℃，搅拌反应7h后，得支化含氟物，所述支化物和双酚AF的质量比为153:92-100；

所述支化物包括以下步骤制成：

将含硅氧烷二元羧酸和季戊四醇混合后，加入对甲苯磺酸，然后加热至70℃，搅拌反应4h后，减压旋蒸，得支化物；

所述含硅氧烷二元羧酸包括以下步骤制成：

将醋酸和[3-(三甲氧基硅烷基)丙基]琥珀酸酐混合，然后升温至回流，并在搅拌状态下分批加入4-氨基丁酸，加入完全后，继续回流反应10h，然后减压旋蒸，得含硅氧烷二元羧酸。

2.根据权利要求1所述的一种光伏电站箱用耐腐蚀涂料，其特征在于：A组分还包括填料、消泡剂和钛酸酯偶联剂。

3.根据权利要求1所述的一种光伏电站箱用耐腐蚀涂料，其特征在于：所述支化含氟物、环氧氯丙烷、氢氧化钠的质量比为100:40-50:6-8。

4.根据权利要求1所述的一种光伏电站箱用耐腐蚀涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

将A组分中各原料混合后，再加入B组分，搅拌均匀，得一种光伏电站箱用耐腐蚀涂料。