CN117820942A - 用于铁路桥梁钢结构的底、中、面复合涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于铁路桥梁钢结构的底、中、面复合涂料及其制备方法，属于涂料涂层制备技术领域，所述复合涂料，包括特制环氧富锌防锈底漆、云铁环氧中间漆、氟碳面漆；其特征在于，所述特制环氧富锌防锈底漆包括A组分与B组分；所述A组分按重量份数计包括：锌粉75‑80份、酚醛环氧树脂6‑8份、防锈颜填料2‑4份、防沉剂0.2‑0.6份；自修复微胶囊4‑8份、助溶剂4.6‑6.8份。本申请通过引入自修复微胶囊，解决了长久以来，富锌涂料中，因为锌粉的含量高，具有较大的孔隙性和较高的表面活性，导致涂层的脆性较大，容易出现裂纹的缺陷；自修复微胶囊与富锌涂料两者协同作用，从而使得特制环氧富锌防锈底漆具有了4000h以上的耐盐雾性能。
Description
技术领域
本发明涉及涂料涂层制备技术领域，尤其涉及一种用于铁路桥梁钢结构的底、中、面复合涂料及其制备方法。
背景技术
根据企业标准Q/CR749.1-2020《铁路桥梁钢结构及构件保护涂装与涂料》，其规定了铁路钢梁的保护涂装体系、技术要求、检验方法、检验规则以及涂料包装、标志、运输和贮存。
现有技术中，铁路桥梁钢结构的复合涂料的涂装体系，在腐蚀级别高的地方应用时，如C4高腐蚀级别，对应的典型环境实例是中等含盐度的工业区域和沿海区域；如C5很高腐蚀级别，对应的典型环境实例是高湿度和恶劣大气的工业区域以及高含盐度的沿海区域；在这种重腐蚀性的场景应用时，还存在一定的提升优化空间。
现有企业标准Q/CR749.1-2020中的第7套涂装体系的涂装方案为：特制环氧富锌防锈底漆、云铁环氧中间漆、氟碳面漆。
现有标准对特制环氧富锌防锈底漆的耐盐雾性要求是，1000h，样板表面可以有轻微起泡、无红锈，划痕处24h无红锈；现有标准对氟碳面漆的耐人工加速老化性为3000h；
现有技术中的特制环氧富锌防锈底漆，锌粉中需要足够的锌含量，才会发生初始的牺牲阳极，保护金属避免腐蚀的功能。但是随着而来的问题是，现有的富锌涂料中，因为锌粉的含量较高，并且由于锌粉其本身的固有特性，具有较大的孔隙性和较高的表面活性，导致涂层的脆性较大，容易出现裂纹。
在实际应用中，铁路桥梁钢结构等都是处于露天使用状态，并且在处于工作状况下的铁路桥梁钢结构，其在处于使用和负荷的工况下，钢结构就会有一定的细微形变；在涂层出现细微裂纹后，裂缝容易加速扩大导致涂层失效，底漆开裂后，雨水等腐蚀介质将直接与钢铁接触，底漆内的锌粉的防锈效果也被大大的减弱，从而导致钢铁锈蚀；在实际应用过程中，无法为处于腐蚀级别较高的地方，如处于典型环境实例是高湿度和恶劣大气的工业区域以及高含盐度的沿海区域的铁路桥梁钢结构提供更长时间的保护。
现有技术的应用于铁路桥梁钢结构的底、中、面复合涂料，其耐盐雾性能与耐候性能还存在较大的提升空间。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于铁路桥梁钢结构的底、中、面复合涂料及其制备方法，以解决上述问题。
本发明通过下述技术方案实现：一种用于铁路桥梁钢结构的底、中、面复合涂料，包括特制环氧富锌防锈底漆、云铁环氧中间漆、氟碳面漆；
所述特制环氧富锌防锈底漆包括A组分与B组分；
所述A组分按重量份数计包括：锌粉75-80份、酚醛环氧树脂6-8份、防锈颜填料2-4份、防沉剂0.2-0.6份；自修复微胶囊4-8份、助溶剂4.6-6.8份；
所述锌粉为粒径大小为400目-800目的片状锌粉；
所述防锈颜填料为磷酸锌、钼酸锌中的一种或几种的混合物；
所述助溶剂由二甲苯和正丁醇按重量比7:3混合而成；
所述防沉剂为羟乙基纤维素；
所述B组分按重量份数计包括：酚醛胺8-10份、酰胺基胺2-4份、促进剂1-2份；
所述B组分中的促进剂为二甲基苯胺或DMP-30中一种；
所述A组份与B组份按照（12-15）:1的重量比进行混合。
自修复微胶囊的制备方法：将装有去离子水的烧杯放置在热板上，然后在800-1000rpm的高速搅拌下，将乙烯马来酸酐共聚物水溶液加入到烧杯中，同时，向该溶液中加入尿素、氯化铵、间苯二酚；通过加入氢氧化钠溶液将混合溶液的pH升至3.5，加入1-2滴辛醇以防止表面气泡；然后将二环戊二烯的缓慢流加入该溶液中并使其稳定5分钟，在添加二环戊二烯之后，将氧化石墨烯丙烯酸添加到溶液中；稳定后向溶液中加入甲醛；然后将整个溶液在45摄氏度的温度下连续搅拌4h，形成脲-甲醛微胶囊；然后使整个混合物冷却至环境温度，在真空下将微胶囊与溶液分离，并用去离子水洗涤5次，以除去过量的溶剂，然后使微胶囊风干24h至48h；即制备得到自修复微胶囊。
氧化石墨烯丙烯酸的制备：将氧化石墨烯置于N，N-二甲基甲酰胺溶剂中，超声分散1h；使得氧化石墨烯充分均匀分散在溶剂中；随后将分散均匀后的溶剂转移至反应容器中，随后在氮气氛围保护下，加入丙烯酸、2,6-二叔丁基对甲酚、三乙胺，随后将反应容器置于冰浴反应条件下，最后再缓慢滴加二氯亚砜，滴加过程中，边滴加边搅拌，滴加完成后，继续在冰浴条件下，搅拌反应2h；随后将反应容器置于常温下12h；反应完毕后，过滤除去少量杂质，滤液水洗得到反应产物沉积在底部，静置后，倒掉上清液，反复水洗后，再高速离心，随后冷冻干燥反应产物，即制备得到氧化石墨烯丙烯酸。
特制环氧富锌防锈底漆的制备方法：将助溶剂、酚醛环氧树脂投入搅拌釜中，采用300-400转/分，搅拌10min，再加入锌粉、防锈颜填料，采用600-800转/分，搅拌30min；然后加入自修复微胶囊和防沉剂，采用400-600转/分，搅拌20min；最后加入B组分，搅拌3min，混合均匀后，即制备得到特制环氧富锌防锈底漆。
所述云铁环氧中间漆按重量份数计包括：双酚A环氧树脂25-40份、4-甲基-5-（1-萘基）-2-氨基噻唑改性氧化石墨烯5-10份、云母氧化铁20-35份、玻璃磷片10-20份、助溶剂12-18份、分散剂0.1-1份、固化剂4-8份；
所述固化剂为二乙烯三胺、聚酰胺、多异氰酸酯中的一种或多种组合；
所述助溶剂由二甲苯和正丁醇按重量比7:3混合而成；
所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯亚胺和十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。
4-甲基-5-（1-萘基）-2-氨基噻唑的制备：将2-甲基-2-硝基-3-（1-萘基）环氧乙烷、硫氰酸铵和碳酸钾加入至反应容器中，再加入正丙醇，加料完毕后，在40摄氏度下，搅拌反应14h；并采用TLC检测反应，其中石油醚：乙酸乙酯=5:1的体积比，当TLC检测反应结果为2-甲基-2-硝基-3-（1-萘基）环氧乙烷消失时，说明反应结束；随后加入去离子水，并用乙酸乙酯萃取三次，位于上层的有机层合并后，再用饱和食盐水洗涤三次，然后采用无水硫酸钠干燥1h后，最后采用旋转蒸发仪浓缩至基本无溜出液时，即制备得到4-甲基-5-（1-萘基）-2-氨基噻唑。
4-甲基-5-（1-萘基）-2-氨基噻唑改性氧化石墨烯的制备：将氧化石墨烯置于乙醇溶剂中进行超声分散，分散均匀后，向氧化石墨烯乙醇悬浮液中加入三乙胺作为催化剂，随后将反应混合物置于冰浴中保存；将4-甲基-5-（1-萘基）-2-氨基噻唑置于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中溶解，随后将其置于冰浴中，并保持反应温度在0摄氏度以下；随后将上述两种溶液混合，随后向混合溶液中加入1-羟基苯并三唑与1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺，并且在室温下连续搅拌12h，反应完成后过滤，先用N,N-二甲基甲酰胺洗涤，随后再用去离子水洗涤，最后将反应产物置于80摄氏度烤箱烘干，即制备得到4-甲基-5-（1-萘基）-2-氨基噻唑改性氧化石墨烯。
云铁环氧中间漆的制备方法：将4-甲基-5-（1-萘基）-2-氨基噻唑改性氧化石墨烯、分散剂加入到双酚A环氧树脂，充分搅拌后，获得均匀分散的改性氧化石墨烯/双酚A环氧树脂复合物；随后在搅拌状态下，依次向复合物中加入助溶剂、玻璃磷片、云母氧化铁，搅拌均匀后最后再与固化剂充分搅拌混合，即制备得到云铁环氧中间漆。
所述氟碳面漆按重量份数计包括：氟碳树脂35-45份、异氰酸酯固化剂8-15份、钛白粉18-30份、石墨烯4-8份、紫外光吸收剂2-5份、助溶剂10-16份；
所述助溶剂由二甲苯和正丁醇按重量比7:3混合而成。
氟碳面漆的制备方法：将氟碳树脂、钛白粉、石墨烯、紫外光吸收剂加入搅拌釜中，随后加入助溶剂，采用600-800转/分，搅拌30min，搅拌混合均匀后，再将异氰酸酯固化剂放置入搅拌釜中，搅拌3min，混合均匀后，即制备得到氟碳面漆。
一种用于铁路桥梁钢结构的底、中、面复合涂料及其制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、清理钢结构表面，采用喷砂或打磨方法，处理钢结构表面的锈蚀、疏松氧化铁皮杂质，并用有机溶剂去除表面油污，控制表面清洁度为Sa2.5；
步骤S2、涂覆特制环氧富锌防锈底漆，在清理后的钢结构表面涂覆2-3道特制环氧富锌防锈底漆，每道底漆干膜厚度控制在40-60μm，获得干膜厚度80-180μm的环氧富锌底漆层；
步骤S3、涂覆云铁环氧中间漆，在特制环氧富锌防锈底漆上，一次性涂覆200-240μm云铁环氧中间漆，获得干膜厚度在200μm以上的云铁环氧中间漆；
步骤S4、涂覆氟碳面漆，在云铁环氧中间漆上，涂覆2-3道氟碳面漆，每道氟碳面漆干膜厚度控制在40-60μm，获得干膜厚度80-150μm的氟碳面漆层。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明在涂覆特制环氧富锌防锈底漆中引入了自修复微胶囊，当漆膜遭到破坏时，胶囊被破坏，其中的氧化石墨烯丙烯酸流出，氧化石墨烯丙烯酸具有良好的分散性，能够充分填充屏蔽产生裂缝，隔绝腐蚀物质的侵入；本申请通过引入自修复微胶囊，解决了长久以来，富锌涂料中，因为锌粉的含量高，具有较大的孔隙性和较高的表面活性，导致涂层的脆性较大，容易出现裂纹的缺陷；自修复微胶囊与富锌涂料两者协同作用，从而使得特制环氧富锌防锈底漆具有了4000h以上的耐盐雾性能，能够为应用在高湿度和恶劣大气的工业区域以及高含盐度的沿海区域的铁路桥梁钢结构提供优异的保护；
2、本发明通过在云铁环氧中间漆中引入4-甲基-5-（1-萘基）-2-氨基噻唑改性氧化石墨烯，噻唑类化合物具有较大的π电子离域，使得改性后氧化石墨烯之间的层间距离变短；并且本申请通过4-甲基-5-（1-萘基）-2-氨基噻唑酰胺功能化改性氧化石墨烯后，增强了氧化石墨烯之间的相互作用力，使其更易于均匀分散在体系中，并且经过酰胺化改性后，其与基体材料之间的结合更加牢固；改性后的氧化石墨烯体积更大，能够更好的封堵环氧固化物的孔隙和缺陷，利于生成更致密屏蔽层；极大的增强了氧化石墨烯的腐蚀抑制性；并且制备过程中，采用了一次性涂装厚度大于200μm，从而赋予了云铁环氧中间漆超阻隔、超防腐的优异性能；
3、本本发明在氟碳面漆中引入的氟碳树脂结构中侧基含有一定量的C-F结构，迁移至涂层表面，形成屏蔽效应，能够极大提升氟碳树脂的耐候性，使得其具有良好的户外应用性。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对
技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。以下实施例中所指出的“份”，均为重量份。
实施例1
一种用于铁路桥梁钢结构的底、中、面复合涂料，包括特制环氧富锌防锈底漆、云铁环氧中间漆、氟碳面漆；
所述特制环氧富锌防锈底漆包括A组分与B组分；
所述A组分按重量份数计包括：锌粉75份、酚醛环氧树脂8份、防锈颜填料2份、防沉剂0.2份；自修复微胶囊8份、助溶剂6.8份；
所述B组分按重量份数计包括：酚醛胺10份、酰胺基胺4份、促进剂1份；
所述A组份与B组份在应用是按照12:1的重量比进行混合；
所述锌粉为粒径大小为400目-800目的片状锌粉；
所述防锈颜填料为磷酸锌；
所述助溶剂由二甲苯和正丁醇按重量比7:3混合而成；
所述防沉剂为羟乙基纤维素；
所述B组分中的促进剂为二甲基苯胺。
自修复微胶囊的制备方法：将100ml的去离子水的烧杯放置在热板上，然后在800-1000rpm的高速搅拌下，将25ml的2.5%重量的乙烯马来酸酐共聚物水溶液作为乳化剂加入到烧杯中，同时，向该溶液中加入2.5g尿素、0.25g氯化铵作为反应促进剂和0.25g间苯二酚作为固化剂；随后通过控制加入氢氧化钠溶液，将反应溶液的pH升至3.5，随后加入1-2滴辛醇以防止表面气泡；然后将29.5g二环戊二烯作为修复剂，缓慢加入该溶液中并使其稳定5分钟，在添加二环戊二烯之后，将0.8g氧化石墨烯丙烯酸，添加到溶液中；在溶液作为乳液状态稳定后，向溶液中加入6.375g甲醛；然后将整个溶液在45摄氏度的温度下连续搅拌4h，即以原位聚合法制备得到石墨烯微胶囊；搅拌4h后，形成脲-甲醛微胶囊。然后使整个混合物冷却至环境温度，在真空下将微胶囊与溶液分离，并用去离子水洗涤5次，以除去过量的溶剂，然后使微胶囊风干24h至48h；即制备得到自修复微胶囊。
氧化石墨烯丙烯酸的制备：将1g氧化石墨烯置于300ml的N，N-二甲基甲酰胺溶剂中，超声分散1h；使得氧化石墨烯充分均匀分散在溶剂中；随后将分散均匀后的溶剂转移至反应容器中， 随后在氮气氛围保护下，加入40ml丙烯酸、3mg的2,6-二叔丁基对甲酚、60mg三乙胺，随后将反应容器置于冰浴反应条件下，最后再缓慢滴加二氯亚砜，滴加过程中，边滴加边搅拌，滴加完成后，继续在冰浴条件下，搅拌反应2h；随后将反应容器置于常温下12h；反应完毕后，过滤除去少量黑色不溶物（可能为未反应完全的氧化石墨烯），滤液水洗得到反应产物沉积在底部，静置后，倒掉上清液，反复水洗后，再高速离心后（高速离心能够去除反应过程中少量自聚的丙烯酸），随后冷冻干燥反应产物，即制备得到氧化石墨烯丙烯酸。
特制环氧富锌防锈底漆的制备方法：将助溶剂、酚醛环氧树脂投入搅拌釜中，采用300-400转/分，搅拌10min，再加入锌粉、防锈颜填料，采用600-800转/分，搅拌30min；然后加入自修复微胶囊和防沉剂，采用400-600转/分，搅拌20min；最后加入B组分，搅拌3min，混合均匀后，即制备得到特制环氧富锌防锈底漆。
所述云铁环氧中间漆按重量份数计包括：双酚A环氧树脂25份、4-甲基-5-（1-萘基）-2-氨基噻唑改性氧化石墨烯5份、云母氧化铁20份、玻璃磷片10份、助溶剂12份、分散剂0.1份、固化剂4份；
所述固化剂为二乙烯三胺；
所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。
4-甲基-5-（1-萘基）-2-氨基噻唑的制备：将2.67g的2-甲基-2-硝基-3-（1-萘基）环氧乙烷、2.28g硫氰酸铵和2.76g碳酸钾加入至反应容器中，再加入50ml正丙醇，加料完毕后，在40摄氏度下，搅拌反应14h；并采用TLC检测反应，石油醚：乙酸乙酯=5:1的体积比，当TLC检测反应结果为2-甲基-2-硝基-3-（1-萘基）环氧乙烷消失时，说明反应结束；随后加入600ml去离子水，并用3×200ml乙酸乙酯进行萃取三次，位于上层的有机层合并后，再用3×300ml饱和食盐水洗涤三次，然后采用无水硫酸钠干燥1h后，最后采用旋转蒸发仪浓缩至基本无溜出液时，即制备得到4-甲基-5-（1-萘基）-2-氨基噻唑。
4-甲基-5-（1-萘基）-2-氨基噻唑改性氧化石墨烯的制备：将1g氧化石墨烯置于乙醇溶剂中进行超声分散，分散均匀后，向氧化石墨烯乙醇悬浮液中加入1.38g的三乙胺作为催化剂，随后将反应混合物置于冰浴中保存；将1g的4-甲基-5-（1-萘基）-2-氨基噻唑置于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中溶解，随后将其置于冰浴中，并保持反应温度在0摄氏度以下；随后将上述两种溶液混合，随后向混合溶液中加入1.5g的1-羟基苯并三唑与2g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺，并且在室温下连续搅拌12h，反应完成后过滤，先用N,N-二甲基甲酰胺洗涤，随后再用去离子水洗涤，最后将反应产物置于80摄氏度烤箱烘干，即制备得到4-甲基-5-（1-萘基）-2-氨基噻唑改性氧化石墨烯。
云铁环氧中间漆的制备方法：将4-甲基-5-（1-萘基）-2-氨基噻唑改性氧化石墨烯、分散剂加入到双酚A环氧树脂，充分搅拌后，获得均匀分散的改性氧化石墨烯/双酚A环氧树脂复合物；随后在搅拌状态下，依次向复合物中加入助溶剂、玻璃磷片、云母氧化铁，搅拌均匀后最后再与固化剂充分搅拌混合，即制备得到云铁环氧中间漆。
所述氟碳面漆按重量份数计包括：氟碳树脂35份、异氰酸酯固化剂8份、钛白粉20份、石墨烯4份、紫外光吸收剂2份、助溶剂10份；
所述特制环氧富锌防锈底漆、云铁环氧中间漆、氟碳面漆中的助溶剂都是由二甲苯和正丁醇按重量比7:3混合而成；
所述氟碳树脂的型号为大金GK570；
所述异氰酸酯固化剂的型号为拜耳3390；
所述钛白粉的型号为杜邦R960；
所述紫外光吸收剂为巴斯夫UV-1130和UV-123两者的混合物。
氟碳面漆的制备方法：将氟碳树脂、钛白粉、石墨烯、紫外光吸收剂加入搅拌釜中，随后加入助溶剂，采用600-800转/分，搅拌30min，搅拌混合均匀后，再将异氰酸酯固化剂放置入搅拌釜中，搅拌3min，混合均匀后，即制备得到氟碳面漆。
一种用于铁路桥梁钢结构的底、中、面复合涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、清理钢结构表面，采用喷砂或打磨方法，处理钢结构表面的锈蚀、疏松氧化铁皮杂质，并用有机溶剂去除表面油污，控制表面清洁度为Sa2.5；
步骤S2、涂覆特制环氧富锌防锈底漆，在清理后的钢结构表面涂覆2-3道特制环氧富锌防锈底漆，每道底漆干膜厚度控制在40-60μm，获得干膜厚度80-180μm的环氧富锌底漆层；
步骤S3、涂覆云铁环氧中间漆，在特制环氧富锌防锈底漆上，一次性涂覆200-240μm云铁环氧中间漆，获得干膜厚度在200μm以上的云铁环氧中间漆；
步骤S4、涂覆氟碳面漆，在云铁环氧中间漆上，涂覆2-3道氟碳面漆，每道氟碳面漆干膜厚度控制在40-60μm，获得干膜厚度80-150μm的氟碳面漆层。
采用本实施例1制备得到的复合涂层，该涂层完全符合，企业标准Q/CR749.1-2020《铁路桥梁钢结构及构件保护涂装与涂料》中的第7套涂装体系的要求。
实施例2
一种用于铁路桥梁钢结构的底、中、面复合涂料，包括特制环氧富锌防锈底漆、云铁环氧中间漆、氟碳面漆；
所述特制环氧富锌防锈底漆包括A组分与B组分；
所述A组分按重量份数计包括：锌粉76份、酚醛环氧树脂8份、防锈颜填料3份、防沉剂0.3份；自修复微胶囊7份、助溶剂5.7份；
所述B组分按重量份数计包括：酚醛胺10份、酰胺基胺3份、促进剂1份；
所述A组份与B组份在应用是按照14:1的重量比进行混合；
所述锌粉为粒径大小为400目-800目的片状锌粉；
所述防锈颜填料为磷酸锌和钼酸锌两者的混合物；
所述助溶剂由二甲苯和正丁醇按重量比7:3混合而成；
所述防沉剂为羟乙基纤维素；
所述B组分中的促进剂为二甲基苯胺或DMP-30中一种；
所述云铁环氧中间漆按重量份数计包括：双酚A环氧树脂30份、4-甲基-5-（1-萘基）-2-氨基噻唑改性氧化石墨烯7份、云母氧化铁25份、玻璃磷片14份、助溶剂14份、分散剂0.5份、固化剂6份；
所述固化剂为二乙烯三胺与聚酰胺两者的混合物；
所述助溶剂由二甲苯和正丁醇按重量比7:3混合而成；
所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠；
所述氟碳面漆按重量份数计包括：氟碳树脂38份、异氰酸酯固化剂10份、钛白粉18份、石墨烯6份、紫外光吸收剂3份、助溶剂12份；
所述助溶剂由二甲苯和正丁醇按重量比7:3混合而成；
所述氟碳树脂的型号为大金GK570；
所述异氰酸酯固化剂的型号为拜耳3390；
所述钛白粉的型号为杜邦R960；
所述紫外光吸收剂为巴斯夫UV-1130；
其中，实施例2中的自修复微胶囊的制备方法、改性氧化石墨烯的制备方法、特制环氧富锌防锈底漆的制备方法、云铁环氧中间漆的制备方法、氟碳面漆的制备方法皆同实施例1一致。
实施例3
一种用于铁路桥梁钢结构的底、中、面复合涂料，包括特制环氧富锌防锈底漆、云铁环氧中间漆、氟碳面漆；
所述特制环氧富锌防锈底漆包括A组分与B组分；
所述A组分按重量份数计包括：锌粉78份、酚醛环氧树脂7份、防锈颜填料4份、防沉剂0.4份；自修复微胶囊6份、助溶剂4.6份；
所述B组分按重量份数计包括：酚醛胺9份、酰胺基胺3份、促进剂2份；
所述A组份与B组份在应用是按照15:1的重量比进行混合；
所述锌粉为粒径大小为400目-800目的片状锌粉；
所述防锈颜填料为钼酸锌；
所述助溶剂由二甲苯和正丁醇按重量比7:3混合而成；
所述防沉剂为羟乙基纤维素；
所述B组分中的促进剂为DMP-30；
所述云铁环氧中间漆按重量份数计包括：双酚A环氧树脂35份、4-甲基-5-（1-萘基）-2-氨基噻唑改性氧化石墨烯8份、云母氧化铁30份、玻璃磷片18份、助溶剂16份、分散剂0.7份、固化剂7份；
所述固化剂为聚酰胺；
所述助溶剂由二甲苯和正丁醇按重量比7:3混合而成；
所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯亚胺两者的混合物；
所述氟碳面漆按重量份数计包括：氟碳树脂42份、异氰酸酯固化剂12份、钛白粉25份、石墨烯6份、紫外光吸收剂4份、助溶剂14份；
所述助溶剂由二甲苯和正丁醇按重量比7:3混合而成；
所述氟碳树脂的型号为大金GK570；
所述异氰酸酯固化剂的型号为拜耳3390；
所述钛白粉的型号为杜邦R960；
所述紫外光吸收剂为巴斯夫UV-123；
其中，实施例3中的自修复微胶囊的制备方法、改性氧化石墨烯的制备方法、特制环氧富锌防锈底漆的制备方法、云铁环氧中间漆的制备方法、氟碳面漆的制备方法皆同实施例1一致。
实施例4
一种用于铁路桥梁钢结构的底、中、面复合涂料，包括特制环氧富锌防锈底漆、云铁环氧中间漆、氟碳面漆；
所述特制环氧富锌防锈底漆包括A组分与B组分；
所述A组分按重量份数计包括：锌粉80份、酚醛环氧树脂6份、防锈颜填料3份、防沉剂0.6份；自修复微胶囊4份、助溶剂6.4份；
所述B组分按重量份数计包括：酚醛胺8份、酰胺基胺2份、促进剂2份；
所述A组份与B组份在应用是按照12:1的重量比进行混合；
所述锌粉为粒径大小为400目-800目的片状锌粉；
所述防锈颜填料为磷酸锌；
所述助溶剂由二甲苯和正丁醇按重量比7:3混合而成；
所述防沉剂为羟乙基纤维素；
所述B组分中的促进剂为二甲基苯胺；
所述云铁环氧中间漆按重量份数计包括：双酚A环氧树脂40份、4-甲基-5-（1-萘基）-2-氨基噻唑改性氧化石墨烯10份、云母氧化铁35份、玻璃磷片20份、助溶剂18份、分散剂1份、固化剂8份；
所述固化剂为二乙烯三胺与聚酰胺两者的混合物；
所述助溶剂由二甲苯和正丁醇按重量比7:3混合而成；
所述分散剂为聚乙烯亚胺；
所述氟碳面漆按重量份数计包括：氟碳树脂45份、异氰酸酯固化剂15份、钛白粉30份、石墨烯8份、紫外光吸收剂5份、助溶剂16份；
所述助溶剂由二甲苯和正丁醇按重量比7:3混合而成；
所述氟碳树脂的型号为大金GK570；
所述异氰酸酯固化剂的型号为拜耳3390；
所述钛白粉的型号为杜邦R960；
所述紫外光吸收剂为巴斯夫UV-1130和UV-123两者的混合物；
其中，实施例4中的自修复微胶囊的制备方法、改性氧化石墨烯的制备方法、特制环氧富锌防锈底漆的制备方法、云铁环氧中间漆的制备方法、氟碳面漆的制备方法皆同实施例1一致。
实施例5
一种特制环氧富锌防锈底漆，所述实施例5的特制环氧富锌防锈底漆，其组分以及制备方法皆同实施例2所制备的底漆一致；
所述特制环氧富锌防锈底漆的应用包括以下步骤：
步骤S1、清理钢结构表面，采用喷砂或打磨方法，处理钢结构表面的锈蚀、疏松氧化铁皮杂质，并用有机溶剂去除表面油污，控制表面清洁度为Sa2.5；
步骤S2、涂覆特制环氧富锌防锈底漆，在清理后的钢结构表面涂覆2-3道特制环氧富锌防锈底漆，每道底漆干膜厚度控制在40-60μm，获得干膜厚度80-180μm的环氧富锌底漆层；
实施例5共计涂覆了3道特制环氧富锌防锈底漆，最终获得干膜厚度在150μm的环氧富锌底漆层。
实施例6
一种特制环氧富锌防锈底漆，所述实施例6的特制环氧富锌防锈底漆，其组分以及制备方法皆同实施例3一致。
所述特制环氧富锌防锈底漆的应用包括以下步骤：
步骤S1、清理钢结构表面，采用喷砂或打磨方法，处理钢结构表面的锈蚀、疏松氧化铁皮杂质，并用有机溶剂去除表面油污，控制表面清洁度为Sa2.5；
步骤S2、涂覆特制环氧富锌防锈底漆，在清理后的钢结构表面涂覆2-3道特制环氧富锌防锈底漆，每道底漆干膜厚度控制在40-60μm，获得干膜厚度80-180μm的环氧富锌底漆层；
实施例6共计涂覆了3道特制环氧富锌防锈底漆，最终获得干膜厚度在150μm的环氧富锌底漆层。
实施例7
一种特制环氧富锌防锈底漆与云铁环氧中间漆，所述实施例7的特制环氧富锌防锈底漆与云铁环氧中间漆，其组分以及制备方法皆同实施例2一致。
所述特制环氧富锌防锈底漆与云铁环氧中间漆的应用包括以下步骤：
步骤S1、清理钢结构表面，采用喷砂或打磨方法，处理钢结构表面的锈蚀、疏松氧化铁皮杂质，并用有机溶剂去除表面油污，控制表面清洁度为Sa2.5；
步骤S2、涂覆特制环氧富锌防锈底漆，在清理后的钢结构表面涂覆2-3道特制环氧富锌防锈底漆，每道底漆干膜厚度控制在40-60μm，获得干膜厚度80-180μm的环氧富锌底漆层；
步骤S3、涂覆云铁环氧中间漆，在特制环氧富锌防锈底漆上，一次性涂覆200-240μm云铁环氧中间漆，获得干膜厚度在200μm以上的云铁环氧中间漆；
实施例7共计涂覆了3道特制环氧富锌防锈底漆，最终获得干膜厚度在150μm的环氧富锌底漆层，共计涂覆了1道云铁环氧中间漆，最终获得干膜厚度在210μm的云铁环氧中间漆。
实施例8
一种特制环氧富锌防锈底漆与云铁环氧中间漆，所述实施例8的特制环氧富锌防锈底漆与云铁环氧中间漆，其组分以及制备方法皆同实施例4一致。
所述特制环氧富锌防锈底漆与云铁环氧中间漆的应用包括以下步骤：
步骤S1、清理钢结构表面，采用喷砂或打磨方法，处理钢结构表面的锈蚀、疏松氧化铁皮杂质，并用有机溶剂去除表面油污，控制表面清洁度为Sa2.5；
步骤S2、涂覆特制环氧富锌防锈底漆，在清理后的钢结构表面涂覆2-3道特制环氧富锌防锈底漆，每道底漆干膜厚度控制在40-60μm，获得干膜厚度80-180μm的环氧富锌底漆层；
步骤S3、涂覆云铁环氧中间漆，在特制环氧富锌防锈底漆上，一次性涂覆200-240μm云铁环氧中间漆，获得干膜厚度在200μm以上的云铁环氧中间漆；
实施例8共计涂覆了3道特制环氧富锌防锈底漆，最终获得干膜厚度在150μm的环氧富锌底漆层，共计涂覆了1道云铁环氧中间漆，最终获得干膜厚度在210μm的云铁环氧中间漆。
对比例1
对比例1与实施例5的区别在于，对比例1并未添加自修复微胶囊，而是将自修复微胶囊替换成了等量的氧化石墨烯丙烯酸，其余组分及相应的制备方法同实施例5相同。
对比例2
对比例2与实施例8的区别在于，对比例2在云铁环氧中间漆中，将4-甲基-5-（1-萘基）-2-氨基噻唑改性氧化石墨烯，替换成了等量的氧化石墨烯，其余组分及特制环氧富锌防锈底漆的制备方法皆同实施例8一致。
试验例、
涂层耐盐雾测试：采用型号为YWX/Q-250的盐雾试验箱对涂层样品进行盐雾测试，具体的样板制备以及测试步骤则根据GB/T 1771-2007和GB/T 9271-2008对样品进行测试；
耐酸碱测试，根据GB/9274-88对涂层进行耐酸碱测试，首先配制pH=10的氢氧化钠溶液和pH=4的盐酸溶液，将涂层放置在溶液中，每隔一段时间进行观察，并记录。
耐候性能测试：采用型号为QBZY-C的紫外老化试验箱对涂层进行紫外老化的耐候性测试，将涂层置于紫外辐射（313 nm，1.25 kw）的紫外老化箱中不断照射，每隔一段时间，观察涂层老化程度并记录。
按标准GB/T5210-2006色漆和清漆拉开法附着力试验，完成拉开法的附着力测试；
涂层腐蚀电流与腐蚀速率的测试：将涂层，置于3.5%NaCl溶液中，进行极化参数的测定；将扫描电压初始值设定为-1.000 V，扫面电压终止值设定为0 V，同时将测试速率和等待时间分别设定为0.01V/s和2s，30天后测量得到腐蚀电流与腐蚀速率的测试数据；
上述所有性能测试都是在涂覆涂层后，干燥7天后进行的。
其中，实施例1-4的相关性能测试结果如表1所示
表1
实施例1-4性能测试结果分析：经受20天酸碱溶液浸泡后，涂层不起泡，不开裂，基材未裸露，说明采用本申请技术方案的实施例1-4，具有优异的耐酸碱性能；
并且本申请的氟碳面漆，引入的氟碳树脂结构中侧基含有一定量的C-F结构，迁移至涂层表面，形成屏蔽效应，能够极大提升氟碳树脂的耐候性，耐候性能能够达到6000h，涂层漆膜表面依然没有起泡、剥落、粉化等失效特征。
其中，实施例5、6、对比例1的相关性能测试结果如表2所示；
表2
实施例5、6，对比例1性能测试结果分析：实施例5、实施例6为基材只涂覆了3道特制环氧富锌防锈底漆，最终获得干膜厚度在150μm的特制环氧富锌防锈底漆的实施例；其耐盐雾性能在经过4000h后，依然能够做到涂层无起泡、无脱落、无生锈的工况，可能的原因是：本申请在涂覆特制环氧富锌防锈底漆中引入了自修复微胶囊，当漆膜遭到破坏时，胶囊被破坏，其中的氧化石墨烯丙烯酸流出，氧化石墨烯丙烯酸具有良好的分散性，能够充分填充屏蔽产生裂缝，隔绝腐蚀物质的侵入；
而对比例1与实施例5的区别在于，对比例1并未添加自修复微胶囊，而是将自修复微胶囊替换成了等量的氧化石墨烯丙烯酸；其耐盐雾性能在3000h，依旧能够做到涂层无起泡、无脱落、无生锈；现有技术中有，CN110922857A一种铁路钢桥用水性环氧富锌防锈底漆及其制备方法，上述现有技术能够实现达到2500h涂层无气泡、无脱落、无生锈的耐盐雾性能。
对比例1的耐盐雾性能能够达到3000h，说明氧化石墨烯丙烯酸在涂层内平行分布，能够产生迷宫效应，使得水、氧等腐蚀介质在涂层内的扩散路径变得更加曲折；而本申请的自修复微胶囊的引入，解决了富锌涂料中，因为锌粉的含量高，具有较大的孔隙性和较高的表面活性，导致涂层的脆性较大，容易出现裂纹的缺陷；自修复微胶囊与富锌涂料两者协同作用，从而使得特制环氧富锌防锈底漆具有了4000h以上的耐盐雾性能，从而具备更优异的应用前景。
其中，实施例7、8、对比例2的相关性能测试结果如表2所示；
表3
实施例7、8，对比例2性能测试结果分析：实施例7、实施例8为涂覆了3道特制环氧富锌防锈底漆，最终获得干膜厚度在150μm的环氧富锌底漆层，与在底漆层上涂覆了1道云铁环氧中间漆，最终获得干膜厚度在210μm的云铁环氧中间漆的实施例。
对比例2与实施例8的区别在于，对比例2在云铁环氧中间漆中，将4-甲基-5-（1-萘基）-2-氨基噻唑改性氧化石墨烯，替换成了等量的氧化石墨烯；
实施例7、8的附着力都显著高于对比例2，可能的原因是：氧化石墨烯经过酰胺化改性后，其与基体材料之间的结合更加牢固；从而使得实施例具有更优异的附着力，能够使得涂料配套体系之间的联接更加优异。
实施例7、8通过在云铁环氧中间漆中引入4-甲基-5-（1-萘基）-2-氨基噻唑改性氧化石墨烯，噻唑类化合物具有较大的π电子离域，使得改性后氧化石墨烯之间的层间距离变短；并且本申请通过4-甲基-5-（1-萘基）-2-氨基噻唑酰胺功能化改性氧化石墨烯后，增强了氧化石墨烯之间的相互作用力，使其更易于均匀分散在体系中；并且改性后的氧化石墨烯体积更大，能够更好的封堵环氧固化物的孔隙和缺陷，利于生成更致密屏蔽层；极大的增强了氧化石墨烯的腐蚀抑制性；从试验数据上反应出来的结果就是，实施例7、8的腐蚀电流与腐蚀速率，相比对比例2，都呈现几何程度的降低，30天的浸泡后，依然展现出很强的缓蚀能力；并且制备过程中，采用了一次性涂装厚度大于200μm，又再次放大了云铁环氧中间漆所具备的超阻隔、超防腐的优异性能。
并且本申请实施例所制备的复合涂层，完全符合，企业标准Q/CR749.1-2020《铁路桥梁钢结构及构件保护涂装与涂料》中的第7套涂装体系的要求。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于铁路桥梁钢结构的底、中、面复合涂料，包括特制环氧富锌防锈底漆、云铁环氧中间漆、氟碳面漆；其特征在于，所述特制环氧富锌防锈底漆包括A组分与B组分；
所述A组分按重量份数计包括：锌粉75-80份、酚醛环氧树脂6-8份、防锈颜填料2-4份、防沉剂0.2-0.6份；自修复微胶囊4-8份、助溶剂4.6-6.8份；
所述B组分按重量份数计包括：酚醛胺8-10份、酰胺基胺2-4份、促进剂1-2份；
所述云铁环氧中间漆按重量份数计包括：双酚A环氧树脂25-40份、4-甲基-5-（1-萘基）-2-氨基噻唑改性氧化石墨烯5-10份、云母氧化铁20-35份、玻璃磷片10-20份、助溶剂12-18份、分散剂0.1-1份、固化剂4-8份；
所述氟碳面漆按重量份数计包括：氟碳树脂35-45份、异氰酸酯固化剂8-15份、钛白粉18-30份、石墨烯4-8份、紫外光吸收剂2-5份、助溶剂10-16份。
2.根据权利要求1所述的用于铁路桥梁钢结构的底、中、面复合涂料，其特征在于，
所述A组份与B组份按照（12-15）:1的重量比进行混合；
所述A组分中的锌粉为粒径大小为400目-800目的片状锌粉；
所述A组分中的防锈颜填料为磷酸锌、钼酸锌中的一种或几种的混合物；
所述A组分中防沉剂为羟乙基纤维素；
所述B组分中的促进剂为二甲基苯胺或DMP-30中一种。
3.根据权利要求1所述的用于铁路桥梁钢结构的底、中、面复合涂料，其特征在于，
所述特制环氧富锌防锈底漆、云铁环氧中间漆、氟碳面漆中的助溶剂都是由二甲苯和正丁醇按重量比7:3混合而成。
4.根据权利要求1所述的用于铁路桥梁钢结构的底、中、面复合涂料，其特征在于，
所述云铁环氧中间漆中的固化剂为二乙烯三胺、聚酰胺、多异氰酸酯中的一种或多种组合；
所述云铁环氧中间漆中的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯亚胺和十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的用于铁路桥梁钢结构的底、中、面复合涂料，其特征在于，
所述氟碳面漆中氟碳树脂的型号为大金GK570；
所述氟碳面漆中异氰酸酯固化剂的型号为拜耳3390；
所述氟碳面漆中钛白粉的型号为杜邦R960；
所述氟碳面漆中紫外光吸收剂为巴斯夫UV-1130和UV-123两者中的一种或两种组合。
6.根据权利要求1所述的用于铁路桥梁钢结构的底、中、面复合涂料，其特征在于，
所述特制环氧富锌防锈底漆中A组分中的自修复微胶囊的制备方法为：将装有去离子水的烧杯放置在热板上，然后在800-1000rpm的高速搅拌下，将乙烯马来酸酐共聚物水溶液加入到烧杯中，同时，向该溶液中加入尿素、氯化铵、间苯二酚；通过加入氢氧化钠溶液将混合溶液的pH升至3.5，加入1-2滴辛醇以防止表面气泡；然后将二环戊二烯的缓慢流加入该溶液中并使其稳定5分钟，在添加二环戊二烯之后，将氧化石墨烯丙烯酸添加到溶液中；稳定后向溶液中加入甲醛；然后将整个溶液在45摄氏度的温度下连续搅拌4h，形成脲-甲醛微胶囊；然后使整个混合物冷却至环境温度，在真空下将微胶囊与溶液分离，并用去离子水洗涤5次以除去过量的溶剂，然后使微胶囊风干24h至48h；即制备得到自修复微胶囊。
7.根据权利要求1所述的用于铁路桥梁钢结构的底、中、面复合涂料，其特征在于，所述云铁环氧中间漆中的4-甲基-5-（1-萘基）-2-氨基噻唑改性氧化石墨烯的制备方法为：将氧化石墨烯置于乙醇溶剂中进行超声分散，分散均匀后，向氧化石墨烯乙醇悬浮液中加入三乙胺作为催化剂，随后将反应混合物置于冰浴中保存；将4-甲基-5-（1-萘基）-2-氨基噻唑置于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中溶解，随后将其置于冰浴中，并保持反应温度在0摄氏度以下；随后将两种溶液混合，随后向混合溶液中加入1-羟基苯并三唑与1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺，并且在室温下连续搅拌12h，反应完成后过滤，先用N,N-二甲基甲酰胺洗涤，随后再用去离子水洗涤，最后将反应产物置于80摄氏度烤箱烘干，即制备得到4-甲基-5-（1-萘基）-2-氨基噻唑改性氧化石墨烯。
8.根据权利要求1所述的用于铁路桥梁钢结构的底、中、面复合涂料，其特征在于，所述特制环氧富锌防锈底漆的制备方法为：将助溶剂、酚醛环氧树脂投入搅拌釜中，采用300-400转/分，搅拌10min，再加入锌粉、防锈颜填料，采用600-800转/分，搅拌30min；然后加入自修复微胶囊和防沉剂，采用400-600转/分，搅拌20min；最后加入B组分，搅拌3min，混合均匀后，即制备得到特制环氧富锌防锈底漆。
9.根据权利要求1所述的用于铁路桥梁钢结构的底、中、面复合涂料，其特征在于，所述云铁环氧中间漆的制备方法：将4-甲基-5-（1-萘基）-2-氨基噻唑改性氧化石墨烯、分散剂加入到双酚A环氧树脂，充分搅拌后，获得均匀分散的改性氧化石墨烯/双酚A环氧树脂复合物；随后再搅拌状态下，依次向复合物中加入助溶剂、玻璃磷片、云母氧化铁，搅拌均匀后最后再与固化剂充分搅拌混合，即制备得到云铁环氧中间漆。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的用于铁路桥梁钢结构的底、中、面复合涂料的制备方法，其特征在于，所述底、中、面复合涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、清理钢结构表面，采用喷砂或打磨方法，处理钢结构表面的锈蚀、疏松氧化铁皮杂质，并用有机溶剂去除表面油污，控制表面清洁度为Sa2.5；
步骤S2、涂覆特制环氧富锌防锈底漆，在清理后的钢结构表面涂覆2-3道特制环氧富锌防锈底漆，每道底漆干膜厚度控制在80μm，获得干膜厚度80-90μm的环氧富锌底漆层；
步骤S3、涂覆云铁环氧中间漆，在特制环氧富锌防锈底漆上，一次性涂覆80-90μm云铁环氧中间漆，获得干膜厚度在80μm以上的云铁环氧中间漆；
步骤S4、涂覆氟碳面漆，在云铁环氧中间漆上，涂覆2-3道氟碳面漆，每道氟碳面漆干膜厚度控制在35-40μm，获得干膜厚度70-75μm的氟碳面漆层。
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
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