一種環氧低表面處理納米複合防腐塗料及其製備方法
2023-08-11 01:31:56 3
專利名稱：一種環氧低表面處理納米複合防腐塗料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及底表面處理納米複合防腐塗料技術，具體為一種環氧低表面處理 納米複合防腐塗料及其製備方法。
技術背景海洋環境是非常嚴酷的腐蝕環境，海洋工程設施所用的防護塗料屬於重防腐 塗料，需要徹底除鏽，但有些大型建築和設備，如橋梁、管道、複雜的設備等在 維修過程中，難以採用現代化的除鏽方法，只能釆用最簡單的手工除鏽，其難以達到徹底除鏽的要求，這樣大大影響施工和防腐安i^，這就需要研製一種可在輕 鏽表面直接塗裝的低表面處理防腐塗料。 發明內容本發明的目的是針對海洋工程的設備不能進行徹底噴砂除鏽的問題而提供一 種新型高效環氧低表面處理納米複合防腐塗料及製備方法。本發明的技術方案是一種環氧低表面處理納米複合防腐塗料，該塗料為甲、乙兩組分組成，甲組 分以環氧樹脂、納米複合母液、鏽蝕穩定劑、防鏽顏料、填料、流平劑與混合溶 劑組成，乙組分為長鏈取代酚醛胺、聚醯胺與混合i豁'J組成；按重量份數計，具 體塗料配方如下1、甲組分環氧樹脂3(K40份；納米複合母液5~10份;其中納米二氧化矽、有機5#^的重量比為(40~50): (5(K60)，偶聯劑佔上述納米粒子總重量的1~10%、高分子分散劑佔上述納米粒 子總重量的1~10%、環氧聚合物佔上述納米粒子總重量的1 10%; 鏽蝕穩定劑6~8份； 鈥白粉20^23份； 防鏽顏料9 12份；矽酸鋁4^7份；流平劑0.5~2份；混合;豁'j: 15~25份；2、乙組分
複合固化劑7(K80份;其中，長鏈取代酚醛胺:聚醯胺重量比為1: (0.4^0.8);混合糊20~30份；甲組分乙組分重量比為(8 12): 1。本發明中，偶聯劑為矽氧烷偶聯劑或鈦酸酯偶聯劑。本發明中，高分子分散劑為聚羧酸鹽或聚氨酯嵌段聚合物分散劑。所述鈥白粉為金紅石型鈦白粉；所述鏽蝕穩定劑為鋅鉻黃、鉬酸鋅；所述防鏽顏料為氧化鋅、鋅-矽酸鹽改性的三聚磷酸鋁顏料、鐵紅。
本發明中，所述環氧樹脂為E20環氧樹脂或E44環氧樹脂或E51環氧樹脂。本發明中，所述複合固化劑為長鏈取代酴醛胺和聚醯胺的混合物。本發明中，所述的混合5絲'j為環己酮正丁醇二甲苯按重量比(0.3^0.5):(0.1^0.3): 1組成的^IU。
上述環氧低表面處理納米複合防腐塗料的製備方法，具體步驟如下
1) 納米複合母液的製備
按所述比例，將納米二氧化矽加入有機i餘忡，進行超聲波分散10^30分鐘，溫度T二3(K4(TC;再在其中分別加入偶聯劑、高分子分散劑和環氧聚合物進行超聲波分散1 2小時，溫度1=30~50°&最後在(1~3) x io4轉/分鐘下離心2 3次，每次離心0,5 2小時，製得納米複合母液。
2) 乙組分的製備
按所述比例，將長鏈取代酚醛胺和聚醯胺均勻混合得到複合固化劑，再將複合固化劑與乙組分的混合5M'J均勻混合得到乙組分；3 )環氧低表面處理納米複合防腐塗料的製備
按所述比例，將環fM脂、納米複合母液、鏽蝕穩定劑、防鏽顏料、填料、流平劑與甲組分的混合溶劑按所述比例配好，經過分散、研磨到細度為40^m以
下，製成甲組分；再加入乙組分，將混合物在(K30 'C下固化1 8小時製備成環
氧低表面處理納米複合防腐塗料。
5步驟3)中製備甲組分的加料過程為將環f(M脂加入到甲組分的混合^^J中進行溶解後，加入步驟1)製備的納米複合母液，在3(M(TC下磁力分散1 5小時；再加入鏽蝕穩定劑、防鏽顏料、填料、鈦白粉和流平劑，經分散、研磨到細度為40 ^"m以下。
步驟3 )中分散、研磨為:先用高速攪拌分散機在80(M000rpm髙速分散2(K30分鐘，然後在砂磨機中充分研磨1 3小時。
本發明的優點及有益效果如下
1 、本發明利用納米改性技術和表面改性技術等制M有納米二氧化矽的納米複合母液，再將它們和環氧聚合物、鏽蝕穩定劑、防鏽顏料、填料、鈦白粉、流平劑、混合溶劑等按比例復配製備成可無需徹底除鏽即可塗裝的環氧低表面處理納米複合防腐塗料，該納米複合塗料具有對基材表面處理要求低、與金屬基材結合力強，貯存穩定配套性好、防腐性能好的優點。100^180〃m環氧低表面處理納米複合底漆/120~250 A m環氧鱗片中間漆/20(K400 A m聚氨酯面漆體系可耐鹽霧試驗100(K5000h，耐溼熱試驗50(K2000h。
2、 海洋和沿海地區空氣潮溼、雨量豐富且海風中含有大量鹽霧，使得區域內的金屬腐蝕現象十分嚴重，直接與海水接觸的區域腐蝕環境更加苛刻。海洋腐蝕環境包括海洋大氣區、浪花飛測區、潮差區、海水全浸區、海底泥土區，浪花飛測區的金屬材料及混凝土材料腐蝕尤為嚴重。現代海洋工程中大量使用鋼鐵，很多維修情況下不能對金屬表面進行徹底噴砂除鏽，只能在簡單手工除鏽或輕鏽的金屬表面上進行塗裝，每年這種防腐維護量十分巨大，隨著海洋開發，海上交通,港口建設的發展，力P強海洋工程低表面處理金屬的防腐蝕問題日益突出。本發明納米複合塗料能減少或省去除鏽的表面處理，顯著斷氐塗裝成本，可廣泛應用於海洋鑽釆石油平臺、Ifr^、港灣石油和石化儲罐設備及濱海地區橋梁、海底管線、無線發射塔等。該納米複合塗料將伴隨著我國經濟高iM展、節約型社會的需要,將越來越多發揮它的作用。
3、 本發明可採用噴塗或刷塗。它釆用環氧聚合物為:^鬥，長鏈取代酚醛胺和聚醯胺的混合物為複合固化劑，納米粒子為的增強劑，形成高耐腐蝕環氧體系。所得納米複合防腐塗料在低表面處理的金屬表面形成的塗層厚度在10(K200A m,與其他防腐漆具有很好配套性，可長期耐鹽霧腐蝕破壞，解決海洋工程中低表面處理金屬表面的塗裝及防腐蝕問題。
具體實施例方式
本發明環氧低表面處理納米複合防腐塗料，該塗料為甲、乙兩組分組成，按
重量份數計，具體塗料配方如下
1、 甲組分
環氧樹脂3040份；
二氧化矽納米複合母液5 10份，其中，納米二氧化矽、有機iM'j的重量比為(40~50): 偶聯劑佔上述納米粒子總重量的1~10%、高分子分散劑
佔上述納米粒子總重量的1~10%、環氧聚合物佔上述納米粒子總重量的1 10%;
鏽蝕穩定劑6^8份；
鈥白粉20~23份；
防鏽顏料9 12份；
矽酸鋁17份；
流平劑0.5 2份；
混合5M'j: 15 25份；
2、 乙組分
複合固化劑70~80份;其中，長鏈取代酴醛胺:聚醯胺重量比為1: (0.4^0.8);
混合;豁U: 20~30份；
甲組分乙組分重量比為(8 12): 1。
本發明中納米二氧化矽(粒度為20±5 nm)選自舟山納米材料公司。本發明中有機溶劑為丙酮或丁醇。
本發明中混合^^'j為環己酮正丁醇二甲苯按重量比(0.3~0.5): (0.KO.3):
1組成的^^U。
本發明中偶聯劑為矽氧烷偶聯劑或鈥酸酯偶聯劑。如:KH550、KH560、KH570型矽氧烷偶聯劑，NDZ-311型鈦酸酯偶聯劑等。
本發明中高分子分散劑為聚羧酸鹽或聚氨酯嵌段聚合物分散劑。如英國ici公司的Solsperse-2000、 Solsperse-4000,德國畢克化學公司的Disperb沐180等。
本發明中流平劑為塗料工業中常用的丙烯酸酯類聚合物或有機矽類流平劑。其中，丙烯酸酯類聚合物流平劑可以為德國BYK公司的BYK-VP-354、 3609或3539聚丙烯酸酯等;有機矽類流平劑可以為德國拜耳公司的E4矽烷類,德國BYK公司的BYK-310、 BYK-300或BYK-370有機矽改性聚合物等。
所述鈥白粉為金紅石型鈦白粉；所述鏽蝕穩定劑為鋅鉻黃、鉬酸鋅；所述防
鏽顏料為氧化鋅、鋅4酸鹽改性的三聚磷酸鋁顏料、鐵紅。
本發明中，所述環氧樹脂為E20環氧樹脂或E44環氧樹脂或E51環氧樹脂。本發明中，所述複合固化劑為長鏈取代酚醛胺和聚醯胺的混合物。本發明環氧低表面處理納米複合防腐塗料的製備方法，包括如下步驟1、納米複合母液的製備
經表面改性的納米複合母液均勻分散和儲存穩定後，不僅可大大提高塗料的防腐性能，而且可提高塗膜的機械性能。
1) 按所述比例，將納米二氧化矽加入有機^l'j中超聲波(溫度T二3(M(TC，功率b200W)分散10 30min;再在其中分別加入偶聯劑、高分子分散劑和環氧聚合物，超聲波(T=30~50°C)分散1 2h;最後在(1~3 ) x io4轉/分鐘下離心2~3次，每次離心0.5~2小時，製得納米複合母液。
2) 乙組分的製備
按所述比例，將長鏈取代酚醛胺和聚醯胺均勻混合得到複合固化劑，再將複合固化劑與乙組分的混合5豁'j均勻混合得到乙組分；
3) 環氧低表面處理納米複合防腐塗料的製備
按所述比例，將環氧樹脂、納米複合母液、鏽蝕穩定劑、防鏽顏料、填料、流平劑與甲組分的混合^#股所述比例配好，經過分散、研磨到細度為40^m以下，製成甲組分；再加入乙組分，將混合物在0~30 。C下固化l 8小時製備成環氧低表面處理納米複合防腐塗料。
步驟3)中製備甲組分的加料過程為將環氧樹脂加入到甲組分的混合溶劑中進行溶解後，加入步驟1)製備的納米複合母液，在3(M(TC下磁力分散1~5小時；再加入鏽蝕穩定劑、防鏽顏料、填料、鈦白粉、流平劑，經分散、研磨到細度為40 ^"m以下。
步驟3衝分散、研磨為:先用高速攪拌分散機在80(M000rpm髙速分散20~30分鐘，然後在砂磨機中充分研磨1 3小時。
實施例11、 納米複合母液的製備
按納米二氧化矽、丙酮的重量比為50: 50，將納米二氧化矽加入丙酮中超聲波(溫度T^(TC,功率P^200W)分散10min;再在其中加入佔上述納米粒子總重量1.5%的KH570型矽氧烷偶聯劑、佔上述納米粒子總重量1.2 %的Disperbyk180高分子分散劑和佔上述納米粒子總重量10%的E20環氧環氧樹脂，進行超聲波(T=30°C,功率^=200 )分散lh;最後在2x 104轉/分鐘下離心3次，每次離心l小時，製得納米複合母液。
2、 納米複合防腐塗料製備甲組分
E44環氧樹脂35份；
納米複合母液6份；鋅銀黃鎮蝕穩定劑6份；
鈦白粉20份；
鋅羞酸鹽改性的三聚磷酸鋁防鏽顏料9份；矽酸鋁4份；
BYK-VP-3609丙烯酸酯類流平劑0.6份；
混合5豁'j: 20份，混合5絲'j為環己酮、正丁醇、二甲苯按重量比0,3: 0.2: 1
組成的^^J。
按所述比例，加入E44環綴對脂到甲組分的混合5絲'j中進行溶解後，加入納米複合母液，在4(TC下磁力分散3小時；再將以上其它材料按比例配好，先用高速攪拌分散機在1000rpm高速分散20分鐘，然後在砂磨機中充分研磨2小時到細度為30^m，製成甲組分；
乙組分
複合固化劑70份；其中，長鏈取代酚醛胺聚醯胺重量比為1: 0.4;混合5豁'h 30份，混合i豁U為環己酮、正丁醇、二甲苯按重量比03: 0.2: 1
組成的5MU。
按所述比例，將長鏈取代酚醛胺、聚醯胺均勻混合得到複合固化劑，再將複合固化劑與乙組分的混合溶劑均勻混合得到乙組分；
按甲組分乙組分重量比為9,5: 1,將乙組分加入到甲組分中，混合製備成低表面處理納米複合防腐塗料。本實施例可採用噴塗、刷塗或輥塗施工，將甲組分和乙組分混合物在5 'C下固化8小時製備成環氧低表面處理納米複合防腐塗料。它釆用環氧聚合物、納米母液與由長鏈取代酚醛胺、聚醯胺組成的複合固化劑的固化產物為主要成膜物質，納米粒子為增強劑，形成高耐蝕環氧低表面處理納米複合漆體系。所得環氧低表面處理納米複合底漆與未徹底除鏽的金屬*#表面仍有很強的結合力，與 一般中
間漆或面漆配套性好。100〃 m環氧低表面處理納米複合底漆/200^ m環氧鱗片中間漆/200^m聚氨酯面漆體系可耐鹽霧試驗1200h，耐溼熱試驗800h。
實施例2
1、 納米複合母液的製備
按納米二氧化娃、丙酮的重量比為45: 55,將納米二氧化矽加入丙酮中超聲波(溫度T二30。C,功率^200W)分散20min;再在其中加入佔上述納米粒子總重量1.8%的KH560型矽氧烷偶聯劑，佔上述納米粒子總重量2.8%的Solsperee-2000高分子分散劑和佔上述納米粒子總重量10%的E44環氧樹脂，進行超聲波(T=40°C,功率P=200W)分散lh;最後在2.5 x 104轉/分鐘下離心2次，每次離心1,5小時，製得納米複合母液。
2、 納米複合防腐塗料製備甲組分
E44環氧樹脂32份；納米複合母液7份；鉬酸鋅鏽蝕穩定劑8份；鈦白粉21份；氧化鋅11份；矽酸鋁6份；E4矽烷類流平劑0.8份；
混合;豁'h 15份，混合f^為環己酮、正丁醇、二甲苯按重量比0.4: 0.2: 1
組成的iMU。
按所述比例，加入環綴對脂到甲組分的混合^^'j中進行溶解後，加入納米複合母液，在4(TC下磁力分散3小時；再將以上其它材料按比例配好，先用高速攪拌分散機在1000rpm高速分散20為M中，然後在砂磨機中充分研磨1.5小時到細度
10為32^"m，製成甲組分；乙組分
複合固化劑75份；其中，長鏈取代酚醛胺聚醯胺重量比為1: 0.5;混合〗絲'J: 25份，混合5豁'J為環己酮、正丁醇、二甲苯按重量比0.4: 0.2: 1
組成的5豁'J。
按所述比例，將長鏈取代酚醛胺、聚醯胺均勻混合得到複合固化劑，再將複合固化劑與乙組分的混合5豁ij均勻混合得到乙組分；
按甲組分乙組分重量比為9: 1，將乙組分加入到甲組分中，混合製備成低表面處理納米複合防腐塗料。
本實施例可釆用噴塗、刷塗或輥塗施工，本實施例可釆用噴塗、刷塗或輥塗
施工，將甲組分和乙組分混合物在10 r下固化3小時製備成低表面處理納米復
合防腐塗料。它釆用環氧聚合物、納米母液與由長鏈取代酚醛胺、聚醯胺組成的複合固化劑的固化產物為主要成膜物質，納米粒子為增強劑，形成高耐蝕環氧低表面處理納米複合漆體系。所得環氧低表面處理納米複合底漆與輕度鏽蝕的金屬基材表面的結合力強及與 一般中間漆或面漆配套性好。120^ m環氧低表面處理納米複合底漆/180^m環氧鱗片中間漆/260^m聚氨酯面漆體系可耐鹽霧試驗2500h，耐溼熱試驗1000h。
實施例3
1、 納米複合母液的製備
按納米二氧化珪、丙酮的重量比為40: 60,將納米二氧化矽加入丙酮中超聲波(溫度丁=30°(:,功率P^200W)分散20min;再在其中加入佔上述納米粒子總重量3%的KH550型矽氧烷偶聯劑、佔上述納米粒子總重量2%的Disperbyk180高分子分散劑和佔上述納米粒子總重量9。/。的E51環氧樹脂，進行超聲波(T=50°C，功率P=200W)分散lh;最後在3 x io4轉/為M中下離心3次，每次離心1.5小時，製得納米複合母液。
2、 納米複合防腐塗料製備甲組分
E51環氧樹脂36份；納米複合母液8份；鋅鉻黃鏽蝕穩定劑8份；鈦白粉20份；鐵紅8份；矽酸鋁5;
BYK-VP-354丙烯酸酯類流平劑1.2份；
混合〗絲'j: 15份，混合^^j為環己酮、正丁醇、二甲苯按重量比035: 0.25:
1組成的5豁U。組成的^^'J。
按所述比例，加入E51環氧樹脂到甲組分的混合^^j中進行溶解後，加入納米複合母液，在4(TC下磁力分散2,5小時；再將以上其它材料按比例配好，先用高速攪拌分散機在1000rpm高速分散25分鐘，然後在砂磨機中充分研磨2小時到細度為30^m,製成甲組分；
乙組分
複合固化劑78份；其中，長鏈取代酚醛胺聚醯胺重量比為1: 0.7;混合5豁'j: 22份，混合^^j為環己酮、正丁醇、二甲苯按重量比0,35: 0.25:
1組成的5M'J。
按所述比例，將長鏈取代酚醛胺、聚醯胺均勻混合得到複合固化劑，再將複合固化劑與乙組分的混合i豁'J均勻混合得到乙組分；
按甲組分乙組分重量比為8: 1,將乙組分加入到甲組分中，混合製備成低表面處理納米複合防腐塗料。
本實施例可採用噴塗、刷塗或輥塗施工，將甲組分和乙組分混合物在20 °C下固化1.5小時製備成低表面處理納米複合防腐塗料。它釆用環氧聚合物、納米母液與由長鏈取代酚醛胺:聚醯胺組成的複合固化劑的固化產物為主要成膜物質,納米粒子為增強劑，形成環氧低表面處理納米複合漆體系。所得環氧低表面處理納米複合底漆與低表面處理的金屬基材結合力強及與中間漆或面漆配套性好。160^ m環氧低表面處理納米複合底漆/250^ m環氧鱗片中間漆/320^ m聚氨酯面漆體系可耐鹽霧試驗4000h,耐溼熱試驗1500h。
權利要求
1、一種環氧低表面處理納米複合防腐塗料，其特徵在於該塗料為甲、乙兩組分組成，甲組分以環氧樹脂、納米複合母液、鏽蝕穩定劑、防鏽顏料、填料、流平劑與混合溶劑組成，乙組分為長鏈取代酚醛胺、聚醯胺與混合溶劑組成；按重量份數計，具體塗料配方如下甲組分環氧樹脂30～40份；納米複合母液5～10份；其中納米二氧化矽、有機溶劑的重量比為(40～50)∶(50～60)，偶聯劑佔上述納米粒子總重量的1～10％、高分子分散劑佔上述納米粒子總重量的1～10％、環氧聚合物佔上述納米粒子總重量的1～10％；鏽蝕穩定劑6～8份；鈦白粉20～23份；防鏽顏料9～12份；矽酸鋁4～7份；流平劑0.5～2份；混合溶劑15～25份；乙組分複合固化劑70～80份；其中，長鏈取代酚醛胺∶聚醯胺重量比為1∶(0.4～0.8)；混合溶劑20～30份；甲組分∶乙組分重量比為(8～12)∶1。
2、 按照權利要求l所述的環氧低表面處理納米複合防腐塗料，其特徵在於: 所述偶聯劑為矽氧烷偶聯劑或鈦酸酯偶聯劑。
3、 按照權利要求1所述的環氧低表面處理納米複合防腐塗料，其特徵在於: 所述高分子分散劑為聚羧酸鹽或聚氨酯嵌段聚合物分散劑。
4、 按照權利要求1所述的環氧低表面處理納米複合防腐塗料，其特徵在於: 所述流平劑為丙烯酸酯聚合物或矽氧烷。
5、 按照權利要求1所述的環氧低表面處理納米複合防腐塗料，其特徵在於: 所述環氧聚合物為E20環氧樹脂或E44環氧樹脂或E51環氧樹脂。
6、 按照權利要求l所述的環氧低表面處理納米複合防腐塗料，其特徵在於:所述鈥白粉為金紅石型鈦白粉；所述鏽蝕穩定劑為鋅鉻黃或鉬酸鋅；所述防鏽顏料為氧化鋅、鋅^酸鹽改性的三聚磷酸鋁顏料或鐵紅。
7、 按照權利要求1所述的環氧低表面處理納米複合防腐塗料，其特徵在於: 所述甲組分或乙組分的混合溶劑為環己酮正丁醇二甲苯按重量比(0.3^0.5):(0.KO.3): 1組成的5豁U。
8、 按照權利要求1~7之一所述的環氧低表面處理納米複合防腐塗料的製備 方法，其特徵在於包括如下步驟1) 納米複合母液的製備將納米二氧化矽加入有機溶劑中，進行超聲波分散10~30分鐘，溫度T=3(M0 °C;再在其中分別加入偶聯劑、高分子分散劑和環氧聚合物進行超聲波分散1 2 小時，溫度T二3(K50。C;最後在(1~3) x io4轉/分鐘下離心2~3次，每次離心 0.5 2小時，製得納米複合母液；2) 乙組分的製備將長鏈取代酚醛胺、聚醯胺均勻混合得到複合固化劑，再將複合固化劑與混合 ;豁'j均勻混合得到乙組分；3) 環氧低表面處理納米複合防腐塗料的製備將甲組分的環氧樹脂、納米複合母液、鏽蝕穩定劑、防鏽顏料、填料、流平 劑與混合溶劑配好，經過分散、研磨到細度為40^m以下，製成甲組分；再加入 乙組分，將混合物在0 30 'C下固化1 8小時製備成低表面處理納米複合防腐塗料。
9、 按照權利要求8所述的環氧低表面處理納米複合防腐塗料的製備方法，其 特徵在於，步驟3)中製備甲組分的加料過程為將環斜對脂加入到甲組分的混 合^^'j中進行溶解後，加入步驟1)製備的納米複合母液，在3(M(TC下磁力分 散1 5小時；再加入鏽蝕穩定劑、防鏽顏料、填料、鈦白粉、流平劑，經分散、 研磨到細度為40 以下。
10、 按照權利要求8所述的環氧低表面處理納米複合防腐塗料的製備方法， 其特徵在於，步驟3)中分散、研磨為先用髙速攪拌分散機在800^1000rpm高 速分散2(K30分鐘，然後在砂磨機中充分研磨1 3小時。
全文摘要
本發明涉及一種環氧低表面處理納米複合防腐塗料及其製備方法。該塗料為甲、乙兩組分組成，將環氧樹脂、納米複合母液、鏽蝕穩定劑、防鏽顏料、填料、流平劑與混合溶劑等按比例配好，經分散、研磨配製成甲組分；將長鏈取代酚醛胺、聚醯胺與混合溶劑配製成乙組分；再將甲組分與乙組分混合固化，製備成低表面處理納米複合防腐塗料。本發明環氧低表面處理納米複合防腐塗料對金屬基材表面處理要求低，與金屬基材結合力強，與其它塗料配套性好，可廣泛應用於海洋鑽採石油平臺、船舶、港灣、石化設備及濱海地區橋梁、海底管線等。
文檔編號C09D163/00GK101555379SQ20081001098
公開日2009年10月14日 申請日期2008年4月11日 優先權日2008年4月11日
發明者劉福春, 偉 柯, 王震宇, 韓恩厚 申請人:中國科學院金屬研究所