CN108822691B - 一种防腐强化的自修复复合涂层 - Google Patents

一种防腐强化的自修复复合涂层 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种防腐强化的自修复复合涂层，复合涂层由层叠在一起的底涂层和面涂层组成，底涂层的涂料采用甲乙双组份体系，甲组份包括环氧树脂、自修复剂、耐腐蚀颜料、填料、助剂、溶剂，乙组分为固化剂；面涂层的涂料采用甲乙双组分体系，甲组分包括高耐候树脂、改性微波吸收剂、填料、助剂、溶剂，乙组分为固化剂。本发明有效解决在破损时及时形成新的保护能力，可有效解决常规涂层防护性能丧失的技术问题。

Description

一种防腐强化的自修复复合涂层
技术领域
本发明涉及海洋防腐技术领域，具体来说，涉及一种防腐强化的自修复复合涂层。
背景技术
微波吸收涂层是由聚合物和微波吸收剂(以下简称吸收剂)组成的复合物，其吸波性能与吸收剂电磁特性、涂层结构以及与涂覆底材的接触状态紧密相关。目前使用的吸收剂难以做到绝对精确的化学配比，不同程度地含有金属单质，即使涂层中有聚合物屏蔽保护，在海洋环境下的高温、高湿、高盐多重因素影响下(加速聚合物老化)，也会加速腐蚀介质(含氯离子水汽)穿透聚合物层从而引发铁的锈蚀，生成非磁性的物质(如Fe2O3)，进而影响到吸收剂的电磁特性；同时，由于内部吸收剂锈蚀，会加速微波吸收涂层的破损、开裂，当进一步蔓延到底层时，就会导致涂层脱粘，甚至出现整体剥落，所有这些因素的叠加将使涂层的吸波性能发生不可逆的降低直至失效。
发明内容
本发明涉及一种自修复防腐涂料及其制备方法，能够有效解决在破损时及时形成新的保护能力，可有效解决常规涂层防护性能丧失的技术问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种防腐强化的自修复复合涂层，所述复合涂层由层叠在一起的底涂层和面涂层组成，其特征在于：
所述底涂层的涂料采用甲乙双组份体系，甲组份包括环氧树脂、自修复剂、耐腐蚀颜料、填料、助剂、溶剂，乙组分为固化剂；所述自修复剂为核壳结构的纳米微球材料，所述耐腐蚀颜料为磷酸锌、铬酸锌、钼酸锌或云母氧化铁中两种以上的混合物，所述助剂是BYK142和 /或BYK320，所述填料为钛白粉、二氧化硅、云母粉、重晶石中的一种或几种混合物，所述溶剂是醋酸丁酯和二甲苯混合而成，乙组分固化剂是聚酰胺650；
所述面涂层的涂料采用甲乙双组分体系，甲组分包括高耐候树脂、改性微波吸收剂、填料、助剂、溶剂，乙组分为固化剂；所述改性微波吸收剂为包含微波吸收剂的纳米微球材料，所述填料为钛白粉、二氧化硅、云母粉、碳酸钙中的一种或几种混合物，所述助剂为有机膨润土浆、BYK2155、BYK405中的一种或几种混合物，所述溶剂为丁醇/正丁醇与醋酸丁酯、二甲苯混合而成，乙组分固化剂是HDI固化剂。
技术方案可进一步为：所述底涂层的涂料的组分的重量份为：环氧树脂35-65份、耐腐蚀颜料5-15份、自修复剂5-20份、填料10-40份、润湿分散剂0.1-3份、流平剂0.1-3份、溶剂10-30份、固化剂40-50份，甲乙组份以重量百份比按环氧当量∶胺氢当量1∶1混合使用。
技术方案可进一步为：所述面涂层涂料的组分的重量份为：树脂30-60份、改性微波吸收剂30-60份、填料1-20份、润湿分散剂0.5-3份、流平剂0.5-3份、溶剂10-30份、固化剂15-30份，甲乙组份以重量百份比按环氧当量∶胺氢当量＝1∶1混合使用。
技术方案可进一步为：所述底涂层的溶剂是10-30份醋酸丁酯和30-70份二甲苯混合而成。
技术方案可进一步为：所述面涂层的溶剂是正丁醇/丁醇10-25份，醋酸丁酯10-30份，二甲苯30-50份混合而成。
技术方案可进一步为：所述自修复剂为一种核壳结构的微米级复合微球材料，其中外壳为多孔二氧化硅无机物，内核为一种或几种缓释剂。
技术方案可进一步为：所述改性微波吸收剂为一种核壳结构的微米级复合微球材料，其中外壳为多孔二氧化硅无机物，内核为微波吸收剂是羰基铁与羰基镍、钴一种或几种混合或合金物。
技术方案可进一步为：所述高耐候树脂是丙烯酸树脂或聚硅氧烷树脂。
技术方案可进一步为：所述HDI固化剂，包括N-75、3900、PU740、PU540等固化剂的一种或几种固化剂。
制备自修复功能添加剂的方法的技术方案为：在无水乙醇中，滴入十六烷基三氯硅烷，超声搅拌，搅拌叶片***线速度1-2米/秒，缓慢加入正硅酸乙酯，超声搅拌后，搅拌叶片***线速度1米/秒，依次加入氨水和水，反应7小时后，过滤，水洗，醇洗，40℃真空干燥 5小时后得到介孔二氧化硅空心微球，将该微球分散到含缓蚀剂的水溶液中搅拌，搅拌叶片***线速度3-5米/秒，分散2小时后，静置12小时后，过滤，干燥后即得到自修复功能添加剂。
综上所述，本发明的有益效果为：
本发明所述的微波吸收涂层通过在底涂层中引入自修复材料，能够在涂层出现破损暴露出金属底材时，依靠自修复材料微球释放出的缓蚀剂，在暴露的金属底材表面形成保护膜，阻止进一步腐蚀，从而提高了涂层对金属的腐蚀防护能力；通过在常规微波吸收剂微粒表面负载自修复材料复配成的改性微波吸收剂，当腐蚀介质侵入时，自修复材料能够为吸收剂提供一种保护机制，从而提高吸收剂的耐蚀能力，以此改性微波吸收剂制备的微波吸收涂层(面层)从根本上克服了常规微波吸收涂层由于吸收剂易腐蚀而出现的锈蚀、劣化问题；再通过底、面层叠复合，实现微波吸收涂层的自修复防腐强化功能，尤其适用于包括海洋气候等重腐蚀环境中的微波吸收涂层长期使用。
当各组分采用特定的重量份比例时，发明内容部分介绍的甲乙组份以重量百份配比时，尤其是当甲乙组份以重量百份比按环氧当量∶胺氢当量＝1∶1混合使用，使得涂层的硬度、附着力、柔韧性、耐腐蚀性能、微波反射性能等综合性能达到了最佳状态。
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。
实施例1
涂层采用底-面双层结构设计，各层涂料配方设计采用双组份体系，以重量百份比称重。
底涂层涂料配比
Figure BSA0000166845090000031
甲组份树脂是双酚A环氧树脂，环氧当量在210-450之间，可以是亨斯迈6101、陶氏671 或其混合物。
甲组份中耐蚀颜填料，为复配磷酸锌，粒径在3微米以下，可以是巴斯夫的ZNP，凯佰的ZP-10等。
甲组分中自修复剂为充填有缓蚀液体的无机胶囊结构材料，具体制备方法：200ml无水乙醇中，滴入0.015g的十六烷基三氯硅烷，超声/搅拌，缓慢加入5ml正硅酸乙酯，超声/搅拌 (搅拌叶片***线速度1-2米/秒)后，依次加入6ml氨水和水50ml，反应7小时后，过滤，水洗，醇洗，40℃真空干燥5小时后得到一种介孔二氧化硅空心微球，将该微球分散到苯并三氮唑0.5g/L溶液中，搅拌分散(搅拌叶片***线速度1-2米/秒)2小时后，静置12小时后过滤，30℃，6小时干燥后即得到自修复剂A材料。
甲组份用溶剂是指正丁醇5-10份，二甲苯10-20份混合而成。
乙组份固化剂为一种聚酰胺环氧固化剂，可以是650、V115。
甲乙组份以重量百份比按环氧当量∶胺氢当量＝1∶1混合使用。
面涂层涂料配比
Figure BSA0000166845090000041
甲组份树脂是羟基丙烯酸树脂，可以是阿科玛854、878。
甲组份中的改性微波吸收剂为包含微波吸收剂的核壳结构的微米级复合微球材料，具体制备方法：首先与12份羰基铁粉(粒径～1微米)和3份羰基钴粉(～1微米)置于无水乙醇溶液中搅拌均匀，置于球磨机中球磨分散5小时，50℃，真空干燥3小时后得到粉体A，然后将10份粉体A与2份自修复剂干粉状态下物理搅拌共混2小时即得到改性微波吸收剂。
甲组份中用溶剂是指环己酮5-10份，醋酸丁酯5-10份，二甲苯15-30份混合而成。
乙组份固化剂为HDI固化剂，可以为N-75、3390等固化剂的一种。
甲乙组份以重量百份比按环氧当量∶胺氢当量＝1∶1混合使用。
实施例2
与实施例1的制备方法和工艺相同，仅改变涂料成分配比。
复合微波吸收涂层底层涂料配方---双组份环氧聚酰胺体系
Figure BSA0000166845090000042
Figure BSA0000166845090000051
甲乙组份以重量百份比按环氧当量∶胺氢当量＝1∶1混合使用。
复合微波吸收涂层面层涂料配方---双组份丙烯酸聚氨酯体系
Figure BSA0000166845090000052
甲乙组份以重量百份比按环氧当量∶胺氢当量＝1∶1混合使用。
实施例3
与实施例1的制备方法和工艺相同，仅改变涂料成分配比。
复合微波吸收涂层底层涂料配方---双组份环氧聚酰胺体系
Figure BSA0000166845090000053
Figure BSA0000166845090000061
甲乙组份以重量百份比按环氧当量∶胺氢当量＝1∶1混合使用。
复合微波吸收涂层面层涂料配方---双组份丙烯酸聚氨酯体系
Figure BSA0000166845090000062
甲乙组份以重量百份比按环氧当量∶胺氢当量＝1∶1混合使用。
实施例4
与实施例1的制备方法和工艺相同，仅改变涂料成分配比。
复合微波吸收涂层底层涂料配方---双组份环氧聚酰胺体系
Figure BSA0000166845090000063
甲乙组份以重量百份比按环氧当量∶胺氢当量＝1∶1混合使用。
复合微波吸收涂层面层涂料配方---双组份丙烯酸聚氨酯体系
Figure BSA0000166845090000071
甲乙组份以重量百份比按-NCO∶-OH＝1∶1混合使用。
对比例1
与实施例1相比，底层涂料配方中不含自修剂，其它成分相同。
对比例2
与实施例1相比，底层涂料配方中不含可与自修剂起协同作用的磷酸锌类耐蚀颜料，取而代之的是氧化铁红耐蚀颜料，其它成分相同。
对比例3
与实施例1相比，底层涂料配方中不含自修复剂，面层涂料配方中用羰基铁粉和羰基钴粉(常规微波吸收材料)替代了改性微波吸收剂，其它成分相同。
将实施例1-4及对比例1-3按标准喷涂方式制备涂层样板，对其进行性能测试，结果如下，见表1
表1各项性能对比表
Figure 1
Figure 3
从以上测试结果可以看出，与不含自修复剂成分或磷酸锌类耐蚀颜料的对比例1、2、3 相比，本发明的实施例1-4在保持微波反射性能相当的前提下，其耐盐雾性(划痕试验)具有明显的优势，与采用常规微波吸收剂的对比例3相比，采用自修复剂、改性微波吸收剂的实施例1-4在保持微波反射性能相当的前提下，其耐盐水性、耐盐雾性(无划痕)、耐盐雾性 (划痕)具有明显优势，盐雾试验(划痕)前后的微波反射率测试结果表明，出现锈蚀后，涂层的微波反射性能明显降低(对比例1、2的微波反射率最小值增加了～12％，对比例3微波反射率最小值增加了～38％)，表明本发明的复合涂层具有更好的耐腐蚀能力，能够在腐蚀环境中长期维持其微波吸收性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
以上所述仅是本发明优选实施方式而非对本发明保护范围的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，可以对本发明的技术方案进行修改或同等替换，这些修改或同等替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种防腐强化的自修复复合涂层，所述复合涂层由层叠在一起的底涂层和面涂层组成，其特征在于：所述底涂层的涂料采用甲乙双组份体系，甲组份包括环氧树脂、自修复剂、耐腐蚀颜料、填料、助剂、溶剂，乙组分为固化剂；所述自修复剂为微米级复合微球材料，所述耐腐蚀颜料为磷酸锌、铬酸锌、钼酸锌或云母氧化铁中两种以上的混合物，所述助剂是BYK142和/或BYK320，所述填料为钛白粉、二氧化硅、云母粉、重晶石中的一种或几种混合物，所述溶剂是醋酸丁酯和二甲苯混合而成，乙组分固化剂是聚酰胺650；
所述底涂层的涂料的组分的重量份为：环氧树脂35-65份、自修复剂5-20份、耐腐蚀颜料1-15份、填料10-40份、润湿分散剂0.1-3份、流平剂0.1-3份、溶剂10-30份、固化剂40-50份，甲乙组份以重量百份比按环氧当量∶胺氢当量＝1∶1混合使用；
所述面涂层的涂料采用甲乙双组分体系，甲组分包括高耐候树脂、改性微波吸收剂、填料、助剂、溶剂，乙组分为固化剂；所述改性微波吸收剂为包含微波吸收剂的核壳结构的微米级复合微球材料，所述填料为钛白粉、二氧化硅、云母粉、碳酸钙中的一种或几种混合物，所述助剂为有机膨润土浆、BYK2155、BYK405中的一种或几种混合物，所述溶剂为丁醇/正丁醇与醋酸丁酯、二甲苯混合而成，乙组分固化剂是HDI固化剂；
所述面涂层涂料的组分的重量份为：树脂30-60份、改性微波吸收剂30-60份、填料1-20份、润湿分散剂0.5-3份、流平剂0.5-3份、溶剂15-30份、固化剂15-30份，甲乙组份以重量百份比按环氧当量∶胺氢当量＝1∶1混合使用。
2.根据权利要求1所述的防腐强化的自修复复合涂层，其特征在于：所述底涂层的溶剂是10-30份醋酸丁酯和30-70份二甲苯混合而成。
3.根据权利要求1所述的防腐强化的自修复复合涂层，其特征在于：所述面涂层的溶剂是正丁醇/丁醇10-25份，醋酸丁酯10-30份，二甲苯30-50份混合而成。
4.根据权利要求1所述的防腐强化的自修复复合涂层，其特征在于：所述自修复剂为一种微米级复合微球材料，其中外壳为多孔二氧化硅无机物，内核为一种或几种缓释剂。
5.根据权利要求1所述的防腐强化的自修复复合涂层，其特征在于：所述改性微波吸收剂为一种核壳结构的微米级复合微球材料，其中外壳为多孔二氧化硅无机物，内核为微波吸收剂是羰基铁与羰基镍、钴一种或几种混合或合金物。
6.根据权利要求1所述的防腐强化的自修复复合涂层，其特征在于：所述高耐候树脂是丙烯酸树脂或聚硅氧烷树脂。
7.根据权利要求1所述的防腐强化的自修复复合涂层，其特征在于：所述HDI固化剂，包括N-75、3900、PU740、PU540等固化剂的一种或几种固化剂。
8.根据权利要求1所述的防腐强化的自修复复合涂层，其特征在于：所述固化剂为一种或几种聚酰胺650环氧固化剂。
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