CN116143996A - 一种聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂、含以上树脂的船用无毒环保耐磨防腐涂料及制法和应用 - Google Patents

一种聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂、含以上树脂的船用无毒环保耐磨防腐涂料及制法和应用 Download PDF

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邵亚诗
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Abstract

本发明公开了一种聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂、含以上树脂的船用无毒环保耐磨防腐涂料及制法和应用。本发明所述聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂的结构式如下所示：

Description

一种聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂、含以上树脂的船用无毒 环保耐磨防腐涂料及制法和应用
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂、含以上树脂的船用无毒环保耐磨防腐涂料及制法和应用。
背景技术
环氧树脂是一种高分子聚合物，耐化学品性优良，尤其是耐碱性，制备的漆膜对水泥、金属等无机材料的附着力很强，机械性能优良，耐磨，耐冲击、耐有机溶剂，耐热，耐水，且涂膜无毒，但也存在着漆膜质地脆，耐候性差等缺点。市场上常采用环氧树脂的仲羟基与异氰酸酯反应接入多元醇等进行聚氨酯改性，提高树脂的初黏、耐热性以及水解稳定性等，使用此方法只有羟基参加反应，环氧基未参与反应。
喷涂聚脲弹性体(Spray Polyurea Elastomer，以下简称SPUA)技术是国外近三十年来，继高固体份涂料、水性涂料、辐射固化涂料、粉末涂料等低(无)污染涂装技术之后，为适应环保需求而研制、开发的一种新型无溶剂、无污染的绿色施工技术，它是在反应注射成型(RIM)技术的基础上发展起来的，由异氰酸酯组份与氨基化合物组份反应生成的一种弹性体物质具有防腐、防水、耐磨等性能。聚天门冬氨酸酯型聚脲作为第三代聚脲弹性体，其主要具有低VOC、高固含，防腐保护长效和保光保色等性能。在北美等发达国家的应用已有十几年的历史，市场需求十分强劲。
目前我国在船舶用无溶剂无毒长效防腐耐磨涂料的文献报道中，基本以环氧树脂、聚氨酯改性环氧树脂、有机硅改性环氧树脂等为主要成膜物，制备的涂层性能在长效防腐和柔韧保光性能之间徘徊，无法全面提升涂层整体性能。
因此，目前需要一种无毒环保、并可以全面提升涂层整体性能的船舶用涂料。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明提供了一种聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂、含以上树脂的船用无毒环保耐磨防腐涂料及制法和应用。本发明的涂料以聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂作为成膜物，可常温固化，具有优异的附着力和耐盐雾及耐介质性能。
本发明的目的之一是提供一种聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂。
所述聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂的结构式如下所示：
Figure BDA0003366019620000021
/>
其中，n为1、2、3或4；R为—CH3或
Figure BDA0003366019620000022
X为—(CH2)6—或
Figure BDA0003366019620000023
本发明的目的之二是提供一种本发明的目的之一的聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂的制备方法。
所述方法包括：
将聚天门冬氨酸酯和环氧树脂在催化剂下搅拌反应，得到所述聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂。
本发明的一种优选地实施方式中，
所述聚天门冬氨酸酯的结构为：
Figure BDA0003366019620000031
其中，R为—CH3或
Figure BDA0003366019620000032
X为—(CH2)6—或/>
Figure BDA0003366019620000033
优选为深圳飞扬公司的F520、F420、骏和化工(上海)有限公司的JH-8152、JH-8142中的至少一种；和/或，
所述环氧树脂的结构为：
Figure BDA0003366019620000034
其中，n为1、2、3或4，优选为双酚A型环氧树脂E51、E44、E20中的至少一种；和/或，
所述催化剂为钛酸正丁酯。
本发明的一种优选地实施方式中，
所述聚天门冬氨酸酯与环氧树脂的摩尔比为1:1～15，优选为1:4～14，两者重量之和是总投料量的99～99.9wt％，优选为99～99.5wt％；
所述催化剂的重量是总投料量的0.1～1wt％，优选为0.5～1wt％。
本发明的一种优选地实施方式中，
反应温度为60～80℃，反应时间为3～6小时。
本发明的目的之三是提供一种含有本发明的目的之一的聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂或者由本发明的目的之二的方法制备的聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂的船用无毒环保耐磨防腐涂料。
所述涂料是由A组分和B组分混合组成；
所述A组分包括：聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂、颜填料和助剂；
各组分按重量份数计，
聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂100重量份；
颜填料 60～140重量份；优选为70～140重量份；
助剂 1.8～4.5重量份；优选为2～4.2重量份；
所述B组分包括：胺类固化剂和固化促进剂；
以聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂为100重量份计，
胺类固化剂 20～50重量份；优选为20～45重量份；
固化促进剂 2～5重量份；
A组分和B组分的重量比为1～10:1，优选为3～8:1。
本发明的一种优选地实施方式中，
所述颜填料可采用现有技术中本领域的常规颜填料，起到骨架和防腐作用，本发明中可以优选为具有遮盖能力的金红石型钛白粉、具有防腐作用的云母氧化铁、氧化铁红、铝粉、磷酸锌、三聚磷酸铝、功能性填料纳米二氧化硅、沉淀硫酸钡、滑石粉、云母粉、碳酸钙中的至少一种；和/或，
所述助剂可采用现有技术中本领域的常规助剂，起到提升涂层状态的作用，本发明中可以优选为消泡剂、流平剂、润湿分散剂、偶联剂中的至少一种，所述消泡剂优选为BYK-066N、BYK-A530、AFCONA2720、AFCONA2723、AFCONA2020中的一种或几种，所述流平剂优选为BYK-320、AFCONA3700、AFCONA3770中的一种或几种，所述润湿分散剂优选为BYK-P104S、BYK-354、BYK-378中的一种或几种，所述偶联剂优选为KH-550、KH-560、KH-570中的一种或几种；和/或，
所述胺类固化剂是芳香胺、脂肪胺的改性胺固化剂中的至少一种，优选为二乙烯三胺、间苯二甲胺、异弗尔酮二胺、二氨基二苯甲烷的改性胺固化剂中的至少一种，更优选为广州瑞奇公司R-2258、R-2259、佳迪达公司JH5952、JH5390G、空气化学公司Ancamine2280中的至少一种；和/或，
所述固化促进剂可采用现有技术中本领域的常规固化促进剂，本发明优选为DMP-30固化促进剂。
本发明的目的之四是提供一种本发明的目的之三的涂料的制备方法。
所述方法包括：
先将A组分、B组分分别按各组分用量混合，然后将A组分和B组分按所述用量比混合后制得所述船用无毒环保耐磨防腐涂料。
本发明的目的之五是提供一种本发明的目的之三的涂料或者由本发明的目的之四的方法制备的涂料在船舶压载舱、饮水仓、油污水舱等舱室或其他金属基材表面的防腐保护中的应用。
本发明具体可采用以下技术方案：
本发明所述聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂，是聚天门冬氨酸酯与环氧树脂接枝合成的，具体可优选按下述方法制备：
将聚天门冬氨酸酯和环氧树脂在搅拌下，60-80℃下，缓慢滴加催化剂，滴加完成后反应3-6小时，冷却至40℃出料，得到低粘度溶液，即为聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂。
所述船用无毒环保耐磨防腐涂料具体可优选按下述方法制备：
先配制A组分：按所述配比关系将聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂、颜填料和助剂搅拌均匀，然后用砂磨机或三辊机研磨至40-80μm，滤网过滤，计量包装；
再配制B组分：按所述配比将胺类固化剂和固化促进剂混合；
A、B组分按重量比为1-10:1均匀混合配制得到所述船用无毒环保耐磨防腐涂料。
本发明的原理如下：
本发明通过控制特定的温度及时间，使聚天门冬氨酸酯的氨基开环氧环，从而制备得到聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂。
本发明的有益效果如下：
本发明的涂料组合物的涂敷方法可以为刷涂、滚涂或喷涂工艺。
本发明的无溶剂无毒防腐耐磨涂料可常温固化。应用于船舶压载舱、饮水仓、油污水舱等舱室，或其他金属基材表面的防腐保护，可提供优异的长效防腐性能。
本发明的干膜总涂层厚度控制在200μm，可以得到满意效果。
本发明制备的无溶剂无毒防腐耐磨涂层具有下列优异的综合性能：
柔韧性(级)：1；
附着力(级)：1；
耐盐雾：3000小时涂层不起泡、不脱落、无变色；
耐介质：(海水、饱和盐水、自来水、润滑油、机油、柴油)3个月涂层不起泡、不脱落、不生锈。
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。
实施例中所用原料均为常规市售原料。
本发明实施例中性能检测方法如下：
柔韧性(级)：GB/T1731-2020漆膜、腻子膜柔韧性测定法；
附着力(级)：GB/T9286-1998色漆和清漆漆膜的划格试验；
耐盐雾：GB/T1771-2007色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定；
耐介质：GB/T9274-1988色漆和清漆耐液体介质的测定。
本发明实施例中红外吸收光谱是由日本岛津IRPrestige-21红外光谱仪测得。
实施例1
将深圳飞扬公司的F520聚天门冬氨酸酯20重量份和E44环氧树脂79重量份(摩尔比为1:5)搅拌均匀，缓慢加热至80℃，再将1重量份的钛酸正丁酯滴加反应器中，滴加完成后反应6小时，冷却至40℃出料，得到低粘度溶液，即为聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂。用红外吸收光谱测定在1728cm-1、1660cm-1和1542cm-1出现天门冬氨酸酯氨酯键特征吸收峰，而918cm-1和910cm-1附近的环氧基团特征吸收峰减弱，环氧基团特征吸收峰减弱说明环氧基团被消耗了，而氨酯键出现说明氨基开环氧环并接枝成功，从而证明通过合成反应得到聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂。
实施例2
将骏和化工公司的JH-8142聚天门冬氨酸酯10重量份和E51环氧树脂89.5重量份(摩尔比为1:13)搅拌均匀，缓慢加热至60℃，再将0.5重量份的钛酸正丁酯滴加反应器中，滴加完成后反应3小时，冷却至40℃出料，得到低粘度溶液，即为聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂。用红外吸收光谱测定在1728cm-1、1660cm-1和1542cm-1出现天门冬氨酸酯氨酯键特征吸收峰，而918cm-1和910cm-1附近的环氧基团特征吸收峰减弱，证明通过合成反应得到聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂。
实施例3
将深圳飞扬公司的F420聚天门冬氨酸酯19重量份和E20环氧树脂80.5重量份(摩尔比为1:6)搅拌均匀，缓慢加热至60℃，再将0.5重量份的钛酸正丁酯滴加反应器中，滴加完成后反应3小时，冷却至40℃出料，得到低粘度溶液，即为聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂。用红外吸收光谱测定在1728cm-1、1660cm-1和1542cm-1出现天门冬氨酸酯氨酯键特征吸收峰，而918cm-1和910cm-1附近的环氧基团特征吸收峰减弱，证明通过合成反应得到聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂。
实施例4
称量实施例1聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂100重量份，投入不锈钢罐中高速搅拌机搅拌，加入消泡剂(BYK066N)0.6重量份、润湿分散剂(BYKP104S)0.8重量份、流平剂(BYK320)0.4重量份、偶联剂(KH550)0.2重量份，与树脂搅拌均匀后加入云母氧化铁30重量份、氧化铁红5重量份、三聚磷酸铝15重量份、沉淀硫酸钡5重量份、云母粉15重量份搅拌均匀，然后用砂磨机或三辊研磨机研磨至标准细度，过滤包装为涂料A组分。
称量R-2258(广州瑞奇公司)40重量份，DMP-30固化促进剂3重量份搅拌均匀，为涂料B组分。
使用时将A、B两组份按重量比4：1混合均匀后喷涂，常温固化七天后得到无溶剂无毒环保防腐耐磨涂层，涂层厚度为200μm。
实施例4制备的无溶剂无毒环保防腐耐磨涂层性能检测结果如下：
柔韧性(级)：1
附着力(级)：1；
耐盐雾：3000小时涂层不起泡、不脱落、无变色；
耐介质：(海水、饱和盐水、自来水、润滑油、机油、柴油)3个月涂层不起泡、不脱落、不生锈。
实施例5
称量实施例1聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂100重量份，投入不锈钢罐中高速搅拌机搅拌，加入消泡剂(BYKA530)1.2重量份、润湿分散剂(BYK354)1.2重量份、流平剂(AFCONA3700)0.8重量份、偶联剂(KH560)1重量份，与树脂搅拌均匀后加入铝粉30重量份、氧化铁红30重量份、磷酸锌15重量份、纳米二氧化硅10重量份、碳酸钙15重量份搅拌均匀，然后用砂磨机或三辊研磨机研磨至标准细度，过滤包装为涂料A组分。
称量Ancamine2280(空气化学公司)20重量份，DMP-30固化促进剂5重量份搅拌均匀，为涂料B组分。
使用时将A、B两组份按重量比8：1混合均匀后喷涂，常温固化七天后得到无溶剂无毒环保防腐耐磨涂层，涂层厚度为200μm。
实施例5制备的无溶剂无毒环保防腐耐磨涂层性能检测结果如下：
柔韧性(级)：1
附着力(级)：1；
耐盐雾：3000小时涂层不起泡、不脱落、无变色；
耐介质：(海水、饱和盐水、自来水、润滑油、机油、柴油)3个月涂层不起泡、不脱落、不生锈。
实施例6
称量实施例2聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂100重量份，投入不锈钢罐中高速搅拌机搅拌，加入消泡剂(AFCONA2720)0.8重量份、(AFCONA2020)0.6重量份、润湿分散剂(BYK378)0.8重量份、流平剂(AFCONA3770)0.8重量份、偶联剂(KH570)0.5重量份，与树脂搅拌均匀后加入云母氧化铁50重量份、氧化铁红30重量份、磷酸锌20重量份、纳米二氧化硅20重量份、云母粉20重量份搅拌均匀，然后用砂磨机或三辊研磨机研磨至标准细度，过滤包装为涂料A组分。
称量JH5952(佳迪达公司)45重量份，DMP-30固化促进剂3.7重量份搅拌均匀，为涂料B组分。
使用时将A、B两组份按重量比5：1混合均匀后喷涂，常温固化七天后得到无溶剂无毒环保防腐耐磨涂层，涂层厚度为200μm。
实施例6制备的无溶剂无毒环保防腐耐磨涂层性能检测结果如下：
柔韧性(级)：1
附着力(级)：1；
耐盐雾：3000小时涂层不起泡、不脱落、无变色；
耐介质：(海水、饱和盐水、自来水、润滑油、机油、柴油)3个月涂层不起泡、不脱落、不生锈。
实施例7
称量实施例2聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂100重量份，投入不锈钢罐中高速搅拌机搅拌，加入消泡剂(AFCONA2723)0.6重量份、(AFCONA2020)0.6重量份、润湿分散剂(BYKP104S)0.8重量份、流平剂(AFCONA3700)0.6重量份、偶联剂(KH560)0.4重量份，与树脂搅拌均匀后加入氧化铁红30重量份、三聚磷酸铝15重量份、磷酸锌15重量份、纳米二氧化硅5重量份、云母粉15重量份搅拌均匀，然后用砂磨机或三辊研磨机研磨至标准细度，过滤包装为涂料A组分。
称量JH5390G(佳迪达公司)28.5重量份，DMP-30固化促进剂2重量份搅拌均匀，为涂料B组分。
使用时将A、B两组份按重量比6：1混合均匀后喷涂，常温固化七天后得到无溶剂无毒环保防腐耐磨涂层，涂层厚度为200μm。
实施例7制备的无溶剂无毒防腐环保耐磨涂层性能检测结果如下：
柔韧性(级)：1
附着力(级)：1；
耐盐雾：3000小时涂层不起泡、不脱落、无变色；
耐介质：(海水、饱和盐水、自来水、润滑油、机油、柴油)3个月涂层不起泡、不脱落、不生锈。
对比例1
称量E44环氧树脂100重量份，投入不锈钢罐中高速搅拌机搅拌，加入实施例6相同的消泡剂(AFCONA2723)0.6重量份、(AFCONA2020)0.6重量份、润湿分散剂(BYKP104S)0.8重量份、流平剂(AFCONA3700)0.6重量份、偶联剂(KH560)0.4重量份，与树脂搅拌均匀后加入氧化铁红30重量份、三聚磷酸铝15重量份、磷酸锌15重量份、纳米二氧化硅5重量份、云母粉15重量份搅拌均匀，然后用砂磨机或三辊研磨机研磨至标准细度，过滤包装为涂料A组分。
称量JH5390G(佳迪达公司)60重量份，DMP-30固化促进剂1重量份搅拌均匀，为涂料B组分。
使用时将A、B两组份按重量比3：1混合均匀后喷涂，常温固化七天后得到涂层，涂层厚度为200μm。
对比例1制备的涂层性能检测结果如下：
柔韧性(级)：3；
附着力(级)：2；
耐盐雾：3000小时涂层不起泡、不脱落、无变色；
耐介质：(海水、饱和盐水、自来水、润滑油、机油、柴油)3个月涂层不起泡、不脱落、不生锈。
对比例2
称量市售有机硅改性环氧树脂(中昊晨光HG-43)100重量份，投入不锈钢罐中高速搅拌机搅拌，加入实施例6相同的消泡剂(AFCONA2723)0.6重量份、(AFCONA2020)0.6重量份、润湿分散剂(BYKP104S)0.8重量份、流平剂(AFCONA3700)0.6重量份、偶联剂(KH560)0.4重量份，与树脂搅拌均匀后加入氧化铁红30重量份、三聚磷酸铝15重量份、磷酸锌15重量份、纳米二氧化硅5重量份、云母粉15重量份搅拌均匀，然后用砂磨机或三辊研磨机研磨至标准细度，过滤包装为涂料A组分。
称量JH5390G(佳迪达公司)28.5重量份，DMP-30固化促进剂1重量份搅拌均匀，为涂料B组分。
使用时将A、B两组份按重量比6：1混合均匀后喷涂，常温固化七天后得到涂层，涂层厚度为200μm。
对比例2制备的涂层性能检测结果如下：
柔韧性(级)：1
附着力(级)：2；
耐盐雾：2000小时涂层起泡；
耐介质：(海水、饱和盐水、自来水、润滑油、机油、柴油)1个月涂层起泡、生锈。
由实施例1-7可看出：本发明的无溶剂无毒防腐耐磨涂料可常温固化，具有优异附着力、耐盐雾性和耐介质性，应用于船舶压载舱、饮水仓、油污水舱等舱室，或其他金属基材表面的防腐保护，可提供优异的长效防腐性能。
由对比例1-2可看出：采用未改性的环氧树脂制备的涂层，其柔韧性和附着力有待提高；采用有机硅改性环氧树脂制备的涂层，其柔韧性相对于环氧树脂虽然有所提高，但耐盐雾及耐介质性能均下降；而采用本发明的聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂制备的无溶剂无毒防腐耐磨涂层，其柔韧性、附着力、耐盐雾和耐介质等性能均较好，可以提供长效防腐性能。

Claims (10)

1.一种聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂，其特征在于：
所述聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂的结构式如下所示：
Figure FDA0003366019610000011
其中，n为1、2、3或4；R为—CH3或
Figure FDA0003366019610000012
X为—(CH2)6—或/>
Figure FDA0003366019610000013
2.一种如权利要求1所述的聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂的制备方法，其特征在于所述方法包括：
将聚天门冬氨酸酯和环氧树脂在催化剂下搅拌反应，得到所述聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：
所述聚天门冬氨酸酯的结构为：
Figure FDA0003366019610000014
其中，R为—CH3或
Figure FDA0003366019610000015
X为—(CH2)6—或/>
Figure FDA0003366019610000016
和/或，
所述环氧树脂的结构为：
Figure FDA0003366019610000017
其中，n为1、2、3或4；和/或，
所述催化剂为钛酸正丁酯。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：
所述聚天门冬氨酸酯与环氧树脂的摩尔比为1:1～15，两者重量之和是总投料量的99～99.9wt％；
所述催化剂的重量是总投料量的0.1～1wt％。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：
反应温度为60～80℃，反应时间为3～6小时。
6.一种含有如权利要求1所述的聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂或者由权利要求2-5任一所述的方法制备的聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂的船用无毒环保耐磨防腐涂料，其特征在于：
所述涂料是由A组分和B组分混合组成；
所述A组分包括：聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂、颜填料和助剂；
各组分按重量份数计，
聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂 100重量份；
颜填料 60～140重量份；
助剂 1.8～4.5重量份；
所述B组分包括：胺类固化剂和固化促进剂；
以聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂为100重量份计，
胺类固化剂 20～50重量份；
固化促进剂 2～5重量份；
A组分和B组分的重量比为1～10:1。
7.如权利要求6所述的涂料，其特征在于：
聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂 100重量份；
颜填料 70～140重量份；
助剂 2～4.2重量份；
以聚天门冬氨酸酯改性环氧树脂为100重量份计，
胺类固化剂 20～45重量份；
固化促进剂 2～5重量份；
A组分和B组分的重量比为3～8:1。
8.如权利要求6所述的涂料，其特征在于：
所述助剂为消泡剂、流平剂、润湿分散剂、偶联剂中的至少一种；和/或，
所述胺类固化剂是芳香胺、脂肪胺的改性胺固化剂中的至少一种，优选为二乙烯三胺、间苯二甲胺、异弗尔酮二胺、二氨基二苯甲烷的改性胺固化剂中的至少一种。
9.一种如权利要求6-8任一所述的涂料的制备方法，其特征在于所述方法包括：
先将A组分、B组分分别按各组分用量混合，然后将A组分和B组分按所述用量比混合后制得所述船用无毒环保耐磨防腐涂料。
10.一种如权利要求6-8任一所述的涂料或者由权利要求9所述的方法制备的涂料在船舶压载舱、饮水仓、油污水舱等舱室或其他金属基材表面的防腐保护中的应用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117343612A (zh) * 2023-09-27 2024-01-05 贵州电网有限责任公司 一种聚脲改性环氧树脂防腐涂料及其制备方法

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