CN111073463A

CN111073463A - 一种低锌重防腐涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN111073463A
Application number: CN201911337052.7A
Authority: CN
Inventors: 韦红余; 周来水; 夏军; 张志平; 周晚林; 许旭敏; 杨文丽; 支琳逸
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2019-12-23
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2020-04-28

Abstract

本发明公开了一种低锌重防腐涂料及其制备方法，属于涂料生产技术领域，克服了现有技术中富锌重防腐涂料的问题，并减轻涂层质量，进一步提升漆膜性能，能够实现涂层对海洋装备腐蚀的防护，同时减少船体质量，提高巡航速度，且涂层生产制备过程绿色低污染。本发明的涂料包括主剂和固化剂，主剂包括环氧树脂、改性碳纤维、自研碳粉、高纯度锌粉、功能助剂及溶剂；所述涂料的制备方法包括锌粉表面处理、主剂的制备、混合处理。制备得到的涂料在不改变一般富锌漆防腐性能的基础上，采用高纯度、低含量锌粉，极大减少了对海洋环境的污染，而且制备过程简单、绿色低污染。

Description

一种低锌重防腐涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于涂料生产技术领域，尤其涉及一种低锌重防腐涂料及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的进步和人类对海洋资源认知水平的不断提高，海洋石油、海底矿业、海洋化工、海洋养殖、海洋能源等海洋产业的开发已从浅海走向深海，甚至超深海。海洋工程钢结构由于长期固定于海中，恶劣的海洋环境所造成的严重腐蚀直接影响到钢结构物的使用安全，富锌重防腐涂料广泛应用于海洋装备的腐蚀防护，但干膜含锌量高将造成漆膜力学性能差，久置会引起漆料沉淀，在喷涂过程中锌粉易堵住喷枪，给贮存和施工带来不便，而且过高的锌粉含量对环境存在一定危害。目前的涂层防护技术广泛存在结合力差，随着使用过程中锌的损耗殆尽则难以对船体进行有效保护，通过增加涂层厚度可以达到较好的防腐效果，但是易使漆膜干燥过程中因收缩而产生裂纹引发失效，并且增加船体质量，影响巡航速度等问题，因此难以满足产品性能需求与经济、环保、可持续的要求。

发明内容

本发明提供了一种低锌重防腐涂料及其制备方法，克服了现有技术中富锌重防腐涂料的问题，并减轻涂层质量，进一步提升漆膜性能，能够实现涂层对海洋装备腐蚀的防护，同时减少船体质量，提高巡航速度，且涂层生产制备过程绿色低污染。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种低锌重防腐涂料，包括主剂和固化剂；所述主剂包括：环氧树脂、改性碳纤维、自研碳粉、高纯锌粉、功能助剂及溶剂，所述主剂中各物质在涂料中的质量分数为：环氧树脂20％-40％、改性碳纤维0％-5％、自研碳粉0％-10％、溶剂30％-50％、所述高纯锌粉的细度为150目-600目，用量根据细度选择；所述固化剂为酚醛固化剂，所述固化剂与环氧树脂的比例根据不同的固化剂类型进行选择。

以上所述涂料中，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂，具体为E-44环氧树脂、E-51环氧树脂、E-54环氧树脂，优选E-51环氧树脂；

所述改性碳纤维由碳纤维被金属镍包覆形成，在涂料中的质量分数为1％-3％，优选2％；

所述自研碳粉在涂料中的质量分数为2％-8％，优选5％；所述自研碳粉的制备方法：在600℃下对竹子进行高温热解，经48h球磨后破碎得到自研碳粉；

所述高纯锌粉细度为200目-400目，优选400目，400目锌粉在总体系中的质量分数为5％-20％，优选10％；

所述功能助剂包括硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂为环氧基硅烷偶联剂，具体为环氧基甲氧基硅烷、环氧基乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或环氧基硅烷偶联剂不同取代基的衍生物，优选3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷(KH560)；

所述溶剂的质量分数为20％-40％，所述溶剂为芳香烃、醇类、酮类、酯类或芳香烃与醇类的混合物，优选芳香烃与醇类的混合物，优选质量比为3:1的二甲苯和正丁醇的混合溶剂；

所述固化剂为酚醛胺，按100％固含计算，环氧树脂与酚醛胺的质量比为10:5-10:3，优选10:4。

一种低锌重防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)锌粉表面处理：利用溶剂完全浸没高纯锌粉以使锌粉充分浸泡；过滤除去所述溶剂，在锌粉中加入其1/4质量的硅烷偶联剂；充分振荡锌粉与硅烷偶联剂的混合物，使锌粉分散；锌粉与硅烷偶联剂的混合物放置12h，过滤去除硅烷偶联剂得到处理后的锌粉；

(2)主剂的制备：将溶剂、硅烷偶联剂依次添加到环氧树脂中，预分散2-3min，然后加入步骤(1)得到的处理后的锌粉、自制碳粉与改性碳纤维，分散20min，获得涂料主剂；

(3)混合处理：用所述溶剂将固化剂稀释至20％，与步骤(2)得到的主剂进行混合，搅拌均匀，获得涂料。

以上所述步骤中，步骤(2)中预分散为高速分散机转速1000rpm，分散为高速分散机转速3000rpm。

有益效果：本发明提供了一种低锌重防腐涂料及其制备方法，所述的低锌重防腐涂料为环氧基轻质低锌涂料，所述涂料对铝合金保护作用可达到富锌涂料的防护效果，为钢铁基材提供阴极保护，本发明涂料采用高纯度、低含量锌粉，极大减少了对海洋环境的污染；本发明采用的轻质碳基功能填料有助于减轻单位体积下涂层质量，有利于船舶等海洋航行装备实现轻量化，提高巡航速度，而且能够进一步提升漆膜性能；如图1所示，与纯环氧涂层相比，不规则碳粉和改性碳纤维在涂层中构成的网络结构可增加渗透路径，增加涂层致密度，防止腐蚀介质渗透；另外，锌粉作为阳极失去的电子可通过该导电网络转移，保护阳极金属避免腐蚀，有助于涂层防腐蚀性能的提升；而且碳基功能填料具有来源广泛、低成本和可再生等特点，实现了防腐涂料的绿色生产，且涂料具有固化速度快，施工便捷等特点。本发明提供的溶剂型环氧基轻质低锌涂料具有良好流动性，锌粉含量低，成本低，可长期稳定贮存，且制备工艺简单，同时由其形成的涂层与基材结合牢固，附着力等级可以达到0级，并具有优异的防腐性能和力学性能，具有广泛应用前景。

附图说明

图1为本发明轻质低锌填料电化学反应机理及腐蚀介质渗透路径延长原理图；

图2为本发明轻质低锌混合填料SEM形貌图；

图3为本发明轻质低锌涂料对马口铁板的重防腐效果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：

实施例1

一种低锌重防腐涂料，包括主剂和固化剂；所述主剂包括：150g E-51环氧树脂、10g改性碳纤维、25g自研碳粉、50g 400目高纯锌粉、8g BYK161分散剂、1g BYK358流平剂、200g二甲苯和正丁醇混合溶剂，其中二甲苯和正丁醇的质量比为3:1；所述固化剂为酚醛胺，环氧树脂与酚醛胺的质量比为10:4。

以上所述涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)锌粉表面处理：首先用足量的二甲苯浸泡400目的金属锌粉，保证二甲苯全部浸没锌粉，使用时过滤除去多余的二甲苯，加入约1/4锌粉质量的硅烷偶联剂KH560，将锌粉在硅烷偶联剂中充分振荡分散以进行锌粉表面处理，放置12h后过滤除去多余的硅烷偶联剂备用；

(2)主剂的制备：将200g二甲苯和正丁醇混合溶剂(二甲苯和正丁醇质量比3:1)、10g BYK161分散剂、1g BYK358流平剂依次添加至150g的E-51环氧树脂中，用高速分散机1000rmp预分散2min，而后加入20g步骤(1)经表面处理后的锌粉、改性碳纤维和自研碳粉，用高速分散机3000rmp分散20min，得到主剂，放置过程中出现硬沉淀；

(3)混合处理：用所述溶剂将固化剂稀释至20％，与步骤(2)得到的主剂混合，搅拌均匀，获得环氧基轻质低锌涂料。

用上述制备得到的环氧基轻质低锌涂料喷涂，室温干燥固化，此配方体系干燥固化后涂层中锌粉的体积浓度(PVC％)约为10％，中性盐雾实验3000h后，涂层表面出现白色腐蚀产物；氙灯加速老化1000h后，涂层粉化；经实验验证，采用百格法测试附着强度为0级；冲击试验表明涂层可承受50cm高的重锤冲击且涂层无剥离情况发生。

实施例2

一种低锌重防腐涂料，包括主剂和固化剂；所述主剂包括：100g E-44环氧树脂、7g改性碳纤维、17g自研碳粉、33g 400目高纯锌粉、6g BYK161分散剂、1g BYK358流平剂、150g二甲苯和正丁醇混合溶剂，其中二甲苯和正丁醇的质量比为3:1；所述固化剂为酚醛胺，环氧树脂与酚醛胺的质量比为10:5。

以上所述涂料的制备方法，包括以下步骤：

(2)主剂的制备：将150g二甲苯和正丁醇混合溶剂(二甲苯和正丁醇质量比3:1)、10g BYK161分散剂、1g BYK358流平剂依次添加至150g的E-51环氧树脂中，用高速分散机1000rmp预分散2min，而后加入10g步骤(1)经表面处理后的锌粉、改性碳纤维和自研碳粉，用高速分散机3000rmp分散20min，得到主剂，放置过程中出现硬沉淀；

实施例3

一种低锌重防腐涂料，包括主剂和固化剂；所述主剂包括：200g E-44环氧树脂、13g改性碳纤维、33g自研碳粉、66g 400目高纯锌粉、11g BYK161分散剂、1g BYK358流平剂、200g二甲苯和正丁醇混合溶剂，其中二甲苯和正丁醇的质量比为3:1；所述固化剂为酚醛胺，环氧树脂与酚醛胺的质量比为10:3。

以上所述涂料的制备方法，包括以下步骤：

(2)主剂的制备：将200g二甲苯和正丁醇混合溶剂(二甲苯和正丁醇质量比3:1)、10gBYK161分散剂、1gBYK358流平剂依次添加至200g的E-51环氧树脂中，用高速分散机1000rmp预分散2min，而后加入10g步骤(1)经表面处理后的锌粉、改性碳纤维和自研碳粉，用高速分散机3000rmp分散20min，得到主剂，放置过程中出现硬沉淀；

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种低锌重防腐涂料，其特征在于，包括主剂和固化剂；所述主剂包括：环氧树脂、改性碳纤维、自研碳粉、高纯锌粉、功能助剂及溶剂，所述主剂中各物质在涂料中的质量分数为：环氧树脂20%-40%、改性碳纤维0%-5%、自研碳粉0%-10%、溶剂30%-50%、所述高纯锌粉的细度为150目-600目，用量根据细度选择；所述功能助剂包括硅烷偶联剂；所述固化剂为酚醛固化剂，所述固化剂与环氧树脂的比例根据不同的固化剂类型进行选择。

2.根据权利要求1所述的低锌重防腐涂料，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A型环脂；所述改性碳纤维由碳纤维被金属镍包覆形成；所述自研碳粉由烧结竹炭后经表面处理形成；所述高纯锌粉细度为200目-400目；所述硅烷偶联剂为环氧基硅烷偶联剂；所述溶剂为芳香烃、醇类、酮类、酯类或芳香烃与醇类的混合物；所述固化剂为酚醛胺。

3.根据权利要求1或2所述的低锌重防腐涂料，其特征在于，所述溶剂在涂料中的质量分数为20%-40%；所述改性碳纤维在涂料中的质量分数为1%-3%；所述自研碳粉在涂料中的质量分数为2%-8%；400目高纯锌粉在涂料中的质量分数为5%-20%，按100%固含计算，环氧树脂与酚醛胺的质量比为10:5-10:3。

4.根据权利要求2所述的低锌重防腐涂料，其特征在于，所述环氧树脂E-12环氧树脂、E-44环氧树脂、E-51环氧树脂、E-54环氧树脂；所述溶剂为质量比为3:1的二甲苯和正丁醇的混合溶剂；所述环氧基硅烷偶联剂为环氧基甲氧基硅烷、环氧基乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或环氧基硅烷偶联剂不同取代基的衍生物。

5.根据权利要求4所述的低锌重防腐涂料，其特征在于，所述环氧树脂为E-51环氧树脂；所述环氧基硅烷偶联剂为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷（KH560）。

6.根据权利要求1所述的低锌重防腐涂料，其特征在于，所述环氧树脂在涂料中的质量分数为30%。

7.根据权利要求3所述的低锌重防腐涂料，其特征在于，所述改性碳纤维在涂料中的质量分数为2%；所述自研碳粉在涂料中的质量分数为5%；所述400目锌粉在总体系中的质量分数为10%；按100%固含计算，环氧树脂与酚醛胺的质量比为10:4。

8.一种低锌重防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(2)主剂的制备：将溶剂、硅烷偶联剂依次添加到环氧树脂中，预分散2-3min，然后加入步骤(1)得到的处理后的锌粉、改性碳纤维和自研碳粉，分散20min，获得涂料主剂；

(3)混合处理：用所述溶剂将固化剂稀释至20%，与步骤(2)得到的主剂进行混合，搅拌均匀，获得涂料。

9.根据权利要求8所述的低锌重防腐涂料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中预分散为高速分散机转速1000rpm，加入处理后的锌粉分散为高速分散机转速3000rpm。