CN114752295A - 一种聚氨酯高铁车体防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及涂料的技术领域，具体公开了一种聚氨酯高铁车体防腐涂料及其制备方法。一种聚氨酯高铁车体防腐涂料由A组分和B组分组成，所述A组分包括如下组分：异氰酸酯、改性填料和溶剂；其中，所述改性填料的制备方法为：将碳酸锂加入熔融的泊洛沙姆中，搅拌混合，干燥，粉碎，过筛，得到混合物Ⅰ；将纳米粒子加入到稀释剂中，搅拌混合，得到混合物Ⅱ；向环氧树脂中加入混合物Ⅰ、混合物Ⅱ和固化剂搅拌混合，干燥，粉碎，过筛，即得改性填料；所述B组分包括如下组分：聚醚多元醇、催化剂、扩链剂和分子筛。本申请的一种聚氨酯高铁车体防腐涂料，防腐性能较好，可附着在高铁、动车车体表面起到良好的防腐效果。

Description

一种聚氨酯高铁车体防腐涂料及其制备方法
技术领域
本申请涉及涂料的技术领域，更具体地说，它涉及一种聚氨酯高铁车体防腐涂料及其制备方法。
背景技术
聚氨酯涂料是一种具有优异耐磨性、耐高温、附着力强的涂料，份为双组分涂料和单组分涂料，其中，双组分涂料一般是由异氰酸酯预聚物和羟基树脂两部份组成，因其具有较好的机械性能而应用面更为广泛。
聚氨酯涂料一般具有较好的防水性能和保温隔热性能，但其防腐性能较为一般。且当聚氨酯涂料用作车体涂料，如使用在相较于汽车而言行驶速度更高的高铁、动车车体表面时，由于对高铁、动车的使用环境更为严苛，所以也对聚氨酯涂料的性能具有更高的要求。
因此，研究出一种防腐性能好的聚氨酯涂料具有十份重要意义。
发明内容
为了提高聚氨酯涂料的防腐性能，本申请提供一种聚氨酯高铁车体防腐涂料及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种聚氨酯高铁车体防腐涂料，采用如下的技术方案：
一种聚氨酯高铁车体防腐涂料，由A组分和B组分组成，所述A组分与B组分的重量比为(1.5-5.5):1；
所述A组分由如下重量份数的组分组成：
异氰酸酯30-70份；
改性填料15-20份；
溶剂5-10份；
其中，所述改性填料的制备方法为：将碳酸锂加入熔融的泊洛沙姆中，搅拌混合，干燥，粉碎，过筛，得到混合物Ⅰ；将纳米粒子加入到稀释剂中，搅拌混合，得到混合物Ⅱ；向环氧树脂中加入混合物Ⅰ、混合物Ⅱ和固化剂搅拌混合，干燥，粉碎，过筛，即得改性填料；所述B组分由如下重量份数的组分组成：
聚醚多元醇40-80份；
催化剂0.5-1份；
扩链剂1-2份；
分子筛0-6份。
通过采用上述技术方案，碳酸锂与纳米粒子均能够提高涂料的耐腐蚀效果。纳米粒子增加腐蚀介质进入金属基体表面的路径，通过阻碍腐蚀介质的渗入，减少腐蚀介质与金属基体的直接接触；碳酸锂作为缓蚀剂，在涂层表面浸出至损伤部位，及时抑制由于涂层损伤部位暴露基体，而导致基体存在阳极溶解和阴极反应的问题，起到缓蚀修护的效果；但同时，若碳酸锂的释放量不足、碳酸锂、纳米粒子与环氧树脂的相容性不好均会降低涂料的耐腐蚀效果，本申请中，采用泊洛沙姆与碳酸锂混合后与纳米粒子进行复配，可以增强涂料的耐腐蚀效果。分析其原因可能是由于，一方面，泊洛沙姆能够作为碳酸锂的释放载体，当涂料发生损伤时，损伤部位的泊洛沙姆遇水溶解，并促进碳酸锂从涂层中浸出，从而提高碳酸锂在损伤部位的释放量；另一方面，泊洛沙姆可作为碳酸锂、纳米粒子与环氧树脂之间的“粘合剂”提高碳酸锂、纳米粒子与环氧树脂的相容性，提高缓蚀、防腐蚀的效果。
将本申请制得的聚氨酯涂料进行耐盐雾性能测试和耐水性能测试，其耐盐雾性能最低为48天，耐水性能最低为20天，大大高于未使用改性填料制得涂料的耐盐雾性能21天，耐水性能7天。表明本申请制得的涂料是一种防腐性能好的聚氨酯涂料，且附着力优异，可附着在高铁、动车车体表面并起到良好的防腐效果。
可选的，所述碳酸锂、泊洛沙姆、纳米粒子的重量比为1:(4-6):(9-13)。
通过采用上述技术方案，当碳酸锂、泊洛沙姆、纳米粒子的重量比处于上述范围内时，碳酸锂、泊洛沙姆、纳米粒子之间的复配效果更好，对本申请制得的防腐高铁涂料进行耐盐雾性能测试，其耐盐雾性能提高至57天，大大提高了涂料的防腐性能。
可选的，所述纳米粒子和环氧树脂的重量比为1:(2-4)。
通过采用上述技术方案，当纳米粒子与环氧树脂的重量比处于上述范围内时，纳米粒子与环氧树脂的相容性好，对本申请制得的防腐高铁涂料进行耐盐雾性能测试，其耐盐雾性能提升2天，进一步提高了涂料的防腐性能。
可选的，所述纳米粒子的粒径为30-50nm。
通过采用上述技术方案，将本申请制得的防腐高铁涂料进行耐盐雾性能测试，其耐盐雾性能均有提高，原因可能在于，减少了纳米粒子的团聚，进而减少因团聚导致的防腐性能下降的情况发生，表明当纳米粒子的粒径处于上述范围内时，制得的涂料具有较好的防腐性能。且当纳米粒子的为40nm时，其耐盐雾性能最优，达到60.5天，耐水性能最优，达到32天。
可选的，所述碳酸锂与泊洛沙姆搅拌混合过程中，还加入有聚已内酯。
通过采用上述技术方案，聚已内酯与碳酸锂和泊洛沙姆具有良好的复配效果，可显著提高泊洛沙姆担载碳酸锂的量。一方面，聚已内酯与泊洛沙姆共混，在泊洛沙姆中引入亲油链段，降低泊洛沙姆的亲水性，从而提高疏水的碳酸锂与泊洛沙姆的相容性；同时，聚已内酯具有一定的孔隙率，提高泊洛沙姆表面孔隙，提高对碳酸锂的担载量，进而提高泊洛沙姆上碳酸锂的释放量，进一步提高涂料的防腐性能。
可选的，所述聚已内酯与泊洛沙姆的重量比为1:(5-7)。
通过采用上述技术方案，对本申请制得的防腐高铁涂料进行耐盐雾性能测试和耐水性能测试，其耐盐雾性能由60.5天分别提升至64-65天，表明当聚已内酯与泊洛沙姆的重量比处于上述范围内时，更进一步提高了涂料的防腐性能。
可选的，所述稀释剂为无水乙醇和二甲苯按重量比1:(1-3)组成的混合物。
通过采用上述技术方案，无水乙醇和二甲苯的挥发效率不同，通过使用无水乙醇和二甲苯调节稀释剂的挥发速度，减少因稀释剂挥发速度过快产生的气泡问题，和挥发速度过慢产生的流挂，导致微孔的问题。
可选的，对制得的改性填料进行脱水处理，所述脱水温度为120-160℃。
通过采用上述技术方案，脱水处理减少改性填料中的结晶水的总量，当水等腐蚀介质在渗入涂层内时，改性填料的再水化行为吸收水分子，减少水等腐蚀介质的继续渗入，提高涂料的抗渗效果，同时，减少腐蚀介质与金属基体的直接接触，从而使涂料具有更好的防腐性能。
通过采用上述技术方案，对本申请制得的防腐高铁涂料进行抗渗性能测试，其耐水性能分别提升3.5-4天，表明将改性填料在上述温度范围内进行脱水时，使涂料具有更好的防腐性能。
可选的，所述B组分由如下重量份数的组分组成：
聚醚多元醇40-80份；
催化剂0.5-1份；
扩链剂1-2份；
分子筛2-6份。
通过采用上述技术方案，进一步限定了分子筛的使用量，使用分子筛吸附并去除聚醚多元醇产品中携带的少量水，从而在与大量异氰酸根进行配比时，减少异氰酸根与水反应而被消耗的情况发生，从而可减少异氰酸酯的使用量，有利于节约资源。且分子筛能够持续不断对涂料去水，从而改善在A组分和B组分混合后未及时使用，导致涂料吸潮产生气泡的问题，进而保障涂料表面平整、无气泡。
第二方面，本申请提供一种聚氨酯高铁车体防腐涂料的制备方法，采用如下的技术方案：
一种聚氨酯高铁车体防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、向溶剂中加入改性填料和异氰酸酯，搅拌混合，得到A组分；
S2、向聚醚多元醇中加入分子筛、催化剂和扩链剂，搅拌混合，得到B组分；
S3、将A组分和B组分搅拌混合，即得聚氨酯高铁车体防腐涂料。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请采用改性填料，改性填料中的碳酸锂和纳米粒子，使涂料具有一定防腐性能，同时，通过泊洛沙姆作为碳酸锂的载体，使碳酸锂与环氧树脂具有较高的相容性，且促进了碳酸锂的缓蚀效果，使制得的涂料具有较高的防腐性能，可对高铁、动车车体表面起到较好的防腐效果；
2、本申请通过引入孔隙率高的聚已内酯，提高泊洛沙姆对碳酸锂的担载量，进而提高涂料损伤部位碳酸锂的浸出量，使涂料具有更好的缓蚀效果，进一步提高涂料的防腐效果；
3、本申请的方法，通过直接加入分子筛对聚醚多元醇原料去水，简化需要对聚醚多元醇进行去水预处理的操作步骤，提高了操作效率，且分子筛可在涂料内持续不断去水，减少涂料因吸潮导致的流挂现象发生。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请的各实施例中所用的原料，除下述特殊说明之外，其他均为市售：
异氰酸酯：厂商为巴斯夫化工有限公司，型号M20S；
泊洛沙姆：泊洛沙姆188；
环氧树脂：双酚A型环氧树脂；
二官能度聚醚多元醇：厂商为广州市应泓化工有限公司，型号PuranoL-D-210；
三官能度聚醚多元醇：厂商为广州市应泓化工有限公司，型号PuranoL-D-303；
聚醚硅氧烷共聚物，厂商为上海荟研新材料有限公司，型号HY-7608；
有机硅消泡剂，安徽中恩化工有限公司，DF-7133。
制备例
制备例1
一种改性填料，其制备方法为：将1kg碳酸锂加入3kg熔融的泊洛沙姆中，搅拌混合，70℃下反应1h，30℃下真空干燥至恒重，粉碎，过200目筛，得到混合物Ⅰ；将8kg纳米粒子加入到80kg稀释剂中，搅拌混合，25℃下反应40min，得到混合物Ⅱ；向12kg环氧树脂中加入混合物Ⅰ、混合物Ⅱ和1kg固化剂，搅拌混合，15℃下反应3h，升温至50℃固化1h，50℃下真空干燥至恒重，粉碎，过100目筛，即得改性填料；
其中，纳米粒子为纳米氧化锌，粒径为10nm；
稀释剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯；
固化剂为二乙烯三胺。
制备例2-7
一种改性填料，与制备例1的不同之处在于，各组分的使用量不同，具体如表1所示。
表1制备例1-7中各组分及其重量(kg)
Figure BDA0003618691780000051
制备例8
一种改性填料，与制备例6的不同之处在于，纳米氧化锌的粒径为30nm。
制备例9
一种改性填料，与制备例6的不同之处在于，纳米氧化锌的粒径为40nm。
制备例10
一种改性填料，与制备例6的不同之处在于，纳米氧化锌的粒径为50nm。
制备例11
一种改性填料，与制备例9的不同之处在于，碳酸锂与泊洛沙姆搅拌混合过程中，还加入有聚已内酯，聚已内酯的添加量与泊洛沙姆的重量比如表2所示。
制备例12-14
一种改性填料，与制备例11的不同之处在于，聚已内酯与泊洛沙姆重量比不同，具体如表2所示。
表2制备例11-14中聚已内酯与泊洛沙姆的重量比
Figure BDA0003618691780000061
制备例15
一种改性填料，与制备例13的不同之处在于，稀释剂采用等量的无水乙醇和二甲苯按重量比1:2组成的混合物代替三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
需要说明的是，无水乙醇和二甲苯按重量比可在1:(1-3)的范围内进行选择，制得的涂料性能均较好，且重量比对涂料性能的影响较小，本申请的具体实施方式中，仅以无水乙醇和二甲苯按重量比为1:2做简要介绍。
制备例16
一种改性填料，与制备例15的不同之处在于，在根据制备例15制备改性填料后，对制得的改性填料进行脱水处理，脱水温度为120℃。
制备例17
一种改性填料，与制备例16的不同之处在于，脱水温度为140℃。
制备例18
一种改性填料，与制备例16的不同之处在于，脱水温度为160℃。
实施例
实施例1
一种聚氨酯高铁车体防腐涂料，包括A组分和B组分，A组分和B组分的重量比为1.5:1，A组分和B组分中各成分及其相应的重量具体如表3所示，并通过如下步骤制备获得：
S1、向溶剂中加入改性填料和异氰酸酯，搅拌混合，70℃下反应1.5h，得到A组分；
S2、向聚醚多元醇中加入4A分子筛、催化剂、扩链剂、聚醚硅氧烷共聚物、有机硅消泡剂和2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮，搅拌混合，30℃下反应30min，得到B组分；
S3、将A组分和B组分搅拌混合，超声分散，80℃下反应2h，即得聚氨酯高铁车体防腐涂料。
其中，改性填料由制备例1制备获得；
溶剂为二甲苯；
聚醚多元醇，为二官能度聚醚多元醇PuranoL-D-210和三官能度聚醚多元醇PuranoL-D-303按重量比1:3组成的混合物；
分子筛为4A分子筛；
催化剂为辛酸亚锡；
扩链剂为乙二醇。
实施例2-3
一种聚氨酯高铁车体防腐涂料，与实施例1的不同之处在于，A组分和B组分的重量比不同，具体如表3所示。
表3制备例1-3中A组分和B组分的重量比
Figure BDA0003618691780000071
实施例4-7
一种聚氨酯高铁车体防腐涂料，与实施例2的不同之处在于，A组分、B组分中各成分的使用量不同，具体如表4所示。
表4实施例2、4-7中各成分及其重量(kg)
Figure BDA0003618691780000072
实施例8-24
一种聚氨酯高铁车体防腐涂料，与实施例5的不同之处在于，改性填料的使用情况不同，具体如表5所示。
表5实施例5、8-24中改性填料的使用情况
Figure BDA0003618691780000073
Figure BDA0003618691780000081
对比例
对比例1-2
一种聚氨酯涂料，与实施例1的不同之处在于，A组分和B组分的重量比不同，具体如表6所示。
表6实施例1、对比例1-2中A组分和B组分的重量比
Figure BDA0003618691780000082
对比例3-4
一种聚氨酯涂料，与实施例2的不同之处在于，A组分、B组分中各成分的使用量不同，具体如表7所示。
表7实施例2、对比例3-4中各成分及其重量(kg)
Figure BDA0003618691780000083
Figure BDA0003618691780000091
对比例5
一种聚氨酯涂料，与实施例1的不同之处在于，使用等量的双酚A型环氧树脂代替改性填料。
性能检测
对实施例和对比例制得的聚氨酯涂料进行如下测试，测试结果计入表8中。
试验一：根据GB/T 1771-2007《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》对涂料进行耐盐雾性能测试。记录涂料表面开始产生锈斑时的时间，单位(天)，时间大于1000h，即可满足高铁、动车车体涂料的使用要求。
试验二：根据GB/T 1733-1993《漆膜耐水性测定法》对涂料进行抗渗性能测试。记录涂料表面开始产生锈斑时的时间，单位(天)，时间越长，涂料耐水性越好，表明水等腐蚀介质更不易透过涂料表面向内渗入，涂料抗渗性能越好。
试验三：根据GB/T 9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》对漆膜进行附着力等级测试。试验结果分为0-5级的6个等级，0级表明漆膜附着力最优，5级表明漆膜附着力最差。
表8实施例1-25、对比例1-5的性能检测结果
Figure BDA0003618691780000092
Figure BDA0003618691780000101
结合实施例1-25、对比例1-5以及表8相应数据，对本申请制得的涂料做以下说明。
相较于对比例5，实施例1因使用制备例1制备的改性填料，使防腐聚氨酯涂料的耐盐雾性能达到48天，抗渗性能达到20天，且附着力等级达到0级，大大高于对比例5中，由于使用未改性的双酚A型环氧树脂作为填料，制得涂料的耐盐雾性能21天，耐水性能7天；
分析其原因可能是在于，本申请通过改性填料中的碳酸锂和纳米氧化锌提高涂料的防腐性能，同时采用泊洛沙姆作为碳酸锂的载体，当涂料受损后，受损部位中固态的泊洛沙姆遇水溶解，使碳酸锂在涂料受损部位大量浸出，提高缓蚀效果；另一方面，将固态的泊洛沙姆加入到液态的环氧树脂中后，泊洛沙姆作为“粘合剂”提高了碳酸锂、纳米氧化锌与环氧树脂的相容性，从而提高了涂料的防腐性能；
表明本申请中，使用改性填料制得的涂料具有较好的防腐性能，当涂附在高铁、动车上时，可对车体表面起到优异的防腐效果。
实施例2-3、对比例1-2与实施例1的区别在于，涂料中的A组分和B组分的重量比不同。综合表8相应检测数据，实施例1-3中的性能检测结果均优于对比例1-2；
由此表明，当涂料中的A组分和B组分的重量比处于实施例1-3的范围内时，涂料具有更好的防腐性能。其中，实施例2为较优实施例。
实施例4-7、对比例3-4与实施例2的区别之处在于，涂料的各组分重量不同。综合表8相应检测数据，实施例2、4-7中耐盐雾性能和耐水性能，均优于对比例3-4，同时，对比例3-4中的附着力等级仅为1级，低于实施例2；
由此表明，当涂料的各组分重量处于实施例2、4-7的范围内时，涂料防腐性能更好、附着力较好。其中，实施例5为较优实施例。
实施例8-10与实施例5的区别之处在于，在改性填料的制备过程中，碳酸锂、泊洛沙姆和纳米粒子的重量比不同。综合表8相应检测数据，相较于实施例5，实施例9中的耐盐雾性能由52天提高至57天，耐水性能提高至24.5提升至28.5天，均有较大幅度的提升；原因可能在于，当碳酸锂、泊洛沙姆和纳米氧化锌的重量比处于实施例8-10的范围内时，三者的复配效果较好，可显著提高涂料的防腐效果。
实施例11-13与实施例9的区别之处在于，在改性填料的制备过程中，纳米氧化锌和环氧树脂的重量比不同。综合表8相应检测数据，相较于实施例9，实施例12中的耐盐雾性能进一步提升2天，耐水性能提高1天；
由此表明，当纳米氧化锌与环氧树脂的重量比处于实施例11-13的范围内时，可进一步提高涂料的防腐性能。其中，实施例12为较优实施例。
实施例14-16与实施例12的区别之处在于，纳米氧化锌的粒径不同，综合表8相应检测数据，相较于实施例12，实施例14-16中通过控制纳米氧化锌的粒径范围，改善了纳米氧化锌在改性填料中因团聚，降低涂料防腐性能的现象发生，使制得涂料的耐盐雾性能、耐水性能均进一步提升。
实施例17-20与实施例15的区别之处在于，在改性填料的制备过程中，还加入有不同重量的聚已内酯，聚已内酯增加了泊洛沙姆的孔隙率，进而提高了泊洛沙姆上碳酸锂的担载量，使涂料损伤部位中碳酸锂的浸出量较多，提高防腐效果。综合表8相应检测数据，相较于实施例15，实施例17-20的防腐性能均有提升，其中，实施例19中的耐盐雾性能由60.5天提升至65天，耐水性能由32天提升至33.5天；
由此表明，在碳酸锂和纳米氧化锌的搅拌混合过程中加入聚已内酯，可提升涂料的防腐性能，且当聚已内酯的添加量与纳米氧化锌的重量比处于实施例18-20的范围内时，涂料的防腐性能较优。
实施例21与实施例19的区别之处在于，使用等量的无水乙醇和二甲苯按重量比1:2组成的混合物代替三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，通过使用不同挥发速率的无水乙醇和二甲苯进行复配，使得涂料表面无咬起、流挂，且涂层内部不易产生微孔，在一定程度上提高涂料的抗渗性能。
实施例22-24与实施例21的区别之处在于，对制得的改性填料在不同脱水温度下进行脱水处理。综合表8相应检测数据，相较于实施例21，实施例22-24的抗渗性能分别提升3-3.5天，有较大幅度的提升。原因可能在于，脱水处理促使改性填料的再水化行为，通过吸收水分子，减少水等腐蚀介质的继续渗入，提高涂料的抗渗效果，同时，通过减少腐蚀介质与金属基体的直接接触，从而使涂料具有更好的防腐性能。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种聚氨酯高铁车体防腐涂料，其特征在于，由A组分和B组分组成，所述A组分与B组分的重量比为(1.5-5.5):1；
所述A组分由如下重量份数的组分组成：
异氰酸酯 30-70份；
改性填料 15-20份；
溶剂 5-10份；
其中，所述改性填料的制备方法为：将碳酸锂加入熔融的泊洛沙姆中，搅拌混合，干燥，粉碎，过筛，得到混合物Ⅰ；将纳米粒子加入到稀释剂中，搅拌混合，得到混合物Ⅱ；向环氧树脂中加入混合物Ⅰ、混合物Ⅱ和固化剂搅拌混合，干燥，粉碎，过筛，即得改性填料；
所述B组分由如下重量份数的组分组成：
聚醚多元醇 40-80份；
催化剂 0.5-1份；
扩链剂 1-2份；
分子筛 0-6份。
2.根据权利要求1所述的一种聚氨酯高铁车体防腐涂料，其特征在于：所述碳酸锂、泊洛沙姆、纳米粒子的重量比为1:(4-6):(9-13)。
3.根据权利要求1所述的一种聚氨酯高铁车体防腐涂料，其特征在于：所述纳米粒子和环氧树脂的重量比为1:(2-4)。
4.根据权利要求1所述的一种聚氨酯高铁车体防腐涂料，其特征在于：所述纳米粒子的粒径为30-50nm。
5.根据权利要求1所述的一种聚氨酯高铁车体防腐涂料，其特征在于：所述碳酸锂与泊洛沙姆搅拌混合过程中，还加入有聚已内酯。
6.根据权利要求4所述的一种聚氨酯高铁车体防腐涂料，其特征在于：所述聚已内酯与泊洛沙姆的重量比为1:(5-7)。
7.根据权利要求1所述的一种聚氨酯高铁车体防腐涂料，其特征在于：所述稀释剂为无水乙醇和二甲苯按重量比1:(1-3)组成的混合物。
8.根据权利要求1所述的一种聚氨酯高铁车体防腐涂料，其特征在于：对制得的改性填料进行脱水处理，所述脱水温度为120-160℃。
9.根据权利要求1所述的一种聚氨酯高铁车体防腐涂料，其特征在于：所述B组分由如下重量份数的组分组成：
聚醚多元醇 40-80份；
催化剂 0.5-1份；
扩链剂 1-2份；
分子筛 2-6份。
10.权利要求1-9所述的一种聚氨酯高铁车体防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、向溶剂中加入改性填料和异氰酸酯，搅拌混合，得到A组分；
S2、向聚醚多元醇中加入分子筛、催化剂和扩链剂，搅拌混合，得到B组分；
S3、将A组分和B组分搅拌混合，即得聚氨酯高铁车体防腐涂料。
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