CN114045102B - 一种运载交通油箱用燃油蒸汽隔离涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明主要针对运载交通油箱对燃油蒸汽的气密性要求，研制一种综合性能优异的燃油蒸汽隔离涂料，该涂料能够适应油箱苛刻的工作条件及多相腐蚀环境，并提供持久的防护隔离作用。所述燃油蒸汽隔离涂料由甲、乙组分组成。其中甲组分由聚氨酯改性环氧树脂、润湿剂、流平剂、消泡剂以及稀释剂组成，其中聚氨酯改性环氧树脂为自制，由聚醚多元醇、环氧树脂、多异氰酸酯、环氧丙醇、催化剂以及混合溶剂通过特定的合成工艺制备而成；乙组分由聚醚胺类树脂、聚酰胺树脂和稀释剂组成。

Description

一种运载交通油箱用燃油蒸汽隔离涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种涂料，具体涉及一种综合性能优异的燃油蒸汽隔离涂料及其制备方法，属于材料领域。

背景技术

随着我国经济的高速发展，运载交通行业也得到了快速的发展。飞机、汽车等已经成为人们生活中不可或缺的交通工具。油箱作为运载交通的主要零部件组分，其储油能力决定了续航能力，受到越来越多的关注。据悉，运载交通油箱装配间隙是通过耐油密封剂等防止燃油渗漏。但是在较长使用时间后，耐油密封剂往往会发生老化，且在交通工具行驶过程中频繁的震动冲击环境下，油箱结构会产生较大变形，使原有密封体系产生细微缺陷。此外，交通工具通常长期曝露在户外，受日晒等情况燃油温度较高，油箱内部会产生大量的燃油蒸汽，燃油蒸汽及燃油均具有很强的渗透能力，可透过耐油密封剂中的细微缺陷扩散到临近结构中。燃油蒸汽及燃油渗透到封闭结构中时会积累成油滴，成为交通工具安全隐患，若不慎发生渗漏，一方面易引起火灾，另一方面对成员舒适性有不良影响。

根据相关资料显示，某些飞机油箱结构为气密舱的组成部分，发生燃油渗透时，油滴、燃油蒸汽会直接进入气密舱内，外部包裹有绝热层、装饰板等多重遮挡，无法观察到油料渗漏状况，易发生漏油积累，同时难以清除渗漏的燃油，因此只能通过加强防燃油渗透措施减少出现故障。耐油密封剂粘接强度较低，无法在外侧有效隔离燃油蒸汽渗透，不能满足使用要求。为此，研制综合性能优异的燃油蒸汽隔离涂料，用于运载交通外油箱等结构件，阻止燃油蒸汽渗透，对提高安全性、稳定性和成员舒适性具有非常重要的影响。

由于研制难度较大、用量小等客观因素，目前燃油蒸汽隔离涂料类产品品种规格较少，国内目前尚无厂商研制、生产此类涂料，所用产品均依赖于国外进口，由于燃油蒸汽隔离涂料用量较小，综合性能并不能完全满足实际应用，仍旧存在燃油渗漏的情况，且各类国内外标准规范中均未给出考核燃油蒸汽渗透的试验方法及重要技术指标等，涂料的关键技术指标及试验方法需自行探索研究。这为该类涂料的研发造成了一定的困难。

发明内容

本发明的目的：针对运载交通工具油箱使用一段时间后装配间隙耐油密封剂老化和在频繁震动和强烈冲击下油箱结构易产生较大形变使原有密封体系产生细微缺陷等问题所造成的燃油蒸汽泄漏、扩散，从而易引起的多方面安全隐患，研制综合性能优异的燃油蒸汽隔离涂料，掌握相关理论基础和关键技术，突破相应技术难点，完成燃油蒸汽隔离涂料的功能化研究，并形成批量化、稳定化的生产供货能力。

本发明主要针对运载交通油箱对燃油蒸汽的气密性要求，进行了专业的技术研究，研制一种综合性能优异的燃油蒸汽隔离涂料，该涂料能够适应油箱苛刻的工作条件及多相腐蚀环境，并提供持久的防护隔离作用。

所述燃油蒸汽隔离涂料由甲、乙组分组成。其中甲组分由聚氨酯改性环氧树脂、润湿剂、流平剂、消泡剂以及稀释剂组成，其中聚氨酯改性环氧树脂为自制，由聚醚多元醇、环氧树脂、多异氰酸酯、环氧丙醇、催化剂以及混合溶剂通过特定的合成工艺制备而成；乙组分由聚醚胺类树脂、聚酰胺树脂和稀释剂组成。

按质量百分数计，燃油蒸汽隔离涂料甲组分所含聚氨酯改性环氧树脂配方为：

按质量百分数计，燃油蒸汽隔离涂料甲组分的配方为：

所述的聚醚多元醇为至少一种二官能聚醚多元醇和至少一种三官能聚醚多元醇以一定比例组成的混合物。按摩尔量计算，需确保二官能聚醚多元醇用量不低于总量的75％。

所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂，且链段中间至少含有两个以上羟基活性基团且分子量≤1000中的至少一种，其结构式为：

所述的多异氰酸酯为含有两个及两个以上NCO活性基团的多异氰酸酯化合物中的任一一种或两种以上的混合物。

所述的催化剂为金属盐类催化剂中二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡以及环烷酸金属盐中的任一一种。

所述的混合溶剂为醚酯类溶剂、酮类溶剂以及酯类溶剂中的任一一种或两种以上的混合物。

所述的润湿剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷、聚酯改性聚二甲基硅氧烷中的至少一种。

所述的流平剂为聚丙烯酸酯溶液、聚醚改性聚甲基烷基硅氧烷中的至少一种。

所述的消泡剂为破泡聚硅氧烷、破泡聚合物和聚硅氧烷中的至少一种。

所述的稀释剂为醚酯类溶剂、酮类溶剂以及酯类溶剂中的任一一种或两种以上的混合物。

按质量百分数计，燃油蒸汽隔离涂料乙组分的配方为：

聚醚胺树脂 30％～47％

聚酰胺树脂 35％～52％

稀释剂 15％～23％

所述的聚醚胺为双官能度聚醚胺和三官能度聚醚胺的任一一种或两种以上的混合物。

所述的聚酰胺为活泼氢当量至在100mg KOH/g～400mg KOH/g中的任一一种或两种以上的混合物。

所述的稀释剂为醚醇类溶剂、醚酯类溶剂、苯类溶剂、酮类溶剂以及酯类溶剂中的任一一种或两种以上的混合物。

本发明燃油蒸汽隔离涂料的制备方法，按照以上所述配方备料，其甲组分的制备工艺为：

将化学计量的聚醚多元醇加入反应釜中进行脱水处理，加入一定量的环氧树脂以增加聚合物交联点，将理论化学计量的多异氰酸酯投入反应釜，加入适量催化剂，在60～80℃反应5小时，得到异氰酸酯基封端的聚氨酯预聚物。

常温条件下，将聚氨酯预聚物与环氧丙醇按计量比投入反应釜中，充分搅拌，一个小时之后当体系温度稳定后，再将反应温度升至80℃～90℃，恒温反应至实测无异氰酸酯基(-NCO)为止，得到自制聚氨酯改性环氧树脂。

在搅拌状态下向自制聚氨酯改性环氧树脂溶液中依次加入润湿剂、流平剂、消泡剂及混合溶剂，高速搅拌均匀，过滤出料，即得甲组份。

本发明燃油蒸汽隔离涂料的制备方法，按照以上所述配方备料，其乙组分的制备工艺为：

在搅拌状态下将聚醚胺、聚酰胺及混合溶剂混合，搅拌均匀后过滤，即得乙组分。

本发明燃油蒸汽隔离涂料的制备方法，按照上述甲、乙组分制备工艺，根据相关计算得，甲、乙组分按质量比为10:1称量混合均匀，加入适量稀释剂调节以达到施工粘度，即得到成品漆。

本发明的技术关键点在于：燃油蒸汽隔离涂料甲组分树脂的合成及乙组分的制备。具体表现在树脂种类及比例的调配，使该涂料能够适应油箱苛刻的工作条件及多相腐蚀环境，并提供持久的防护隔离作用。

本发明涉及的是燃油蒸汽隔离涂料的制备方法。该方法具有如下有益效果：

(1)燃油蒸汽隔离涂料成膜后应该具有良好的附着力、较高的交联度，以形成致密的低渗透漆膜，同时还要兼顾涂层的柔韧性，解决高交联体系内应力过大易引起漆膜柔韧性不足的问题。

采用聚氨酯-环氧树脂接枝共聚法，先将多羟基化合物与多异氰酸酯聚合成聚氨酯预聚体,通过环氧丙醇进行封端，得到聚氨酯改性环氧树脂，该环氧树脂具有高固低黏的特点，集环氧树脂与聚氨酯树脂的优点于一体，不但具有较高的交联度，大大增强体系的附着粘接性能；还保证了优异的拉伸强度和极高的断裂伸长率。

(2)所选基料树脂应具有持久的防腐蚀性能，以保证涂层对燃油、燃油蒸汽和盐水等强腐蚀介质具有极佳的抗耐性以及优异的屏蔽作用。

聚醚多元醇与聚酯多元醇为制备弹性聚氨酯常用的两类原材料，由于聚醚多元醇中醚键的作用，所制备的聚氨酯在耐低温性、柔韧性、耐水性、耐湿热性能方面均具有突出的特点。选用双官能/三官能聚醚多元醇复配，再与异氰酸酯制备聚氨酯预聚物的方法。该预聚物支化度较高，活性位点较多，与固化剂反应后体系结构紧密，涂层耐水性好，抗油品性能优异。

此外，羟基环氧树脂分子链段上含有活性仲羟基，在制备聚氨酯预聚物时可引入少量羟基环氧树脂进一步提高树脂结构中的活***联点，异氰酸酯中-NCO基团与环氧树脂的-OH反应生成强极性的氨酯键(-NHCOO-)，与基材键合形成刚性结构，提高涂层的受热稳定性，增强涂层对带温腐蚀耐介质的抗耐性，固化后涂层具有优异的耐化学药品性能，对盐溶液以及油品的抗侵蚀性能优异。

(3)所制备的燃油蒸汽隔离涂料应具备高固低黏的特性，确保其综合性能不受施工工艺的影响。

多异氰酸酯具有优异的耐化学品性，-NCO活性位点具有差异性，是合成异氰酸酯预聚物常用的单体。利用活性位点的活性差别，尤其是在适宜的催化剂的使用下，反应活性差别增大，具有高选择性，可选择较低的反应温度，易于制造分子量分布窄的预聚物，表现出良好的重现性；生成的树脂相对分子质量分布均匀、稳定性好，有利于制备高固低黏产品。本发明在合成过程中通过控制配比及引入环氧丙醇等操作，意在在体系中引入环氧基，增加活性位点，提高体系支化度，使涂层具有更加优异的粘接性及耐介质性能。环氧丙醇是一种具有双官能团的单体，由于缩水甘油分子中含有环氧基和羟基两种官能团，用它来封端异氰酸酯得到聚氨酯改性环氧树脂，是制备聚氨酯改性环氧树脂中重要的组成部分。

具体实施方式

本实施例示范了运载交通油箱用燃油蒸汽隔离涂料的制备方法。

实施例一：

(1)运载交通油箱用燃油蒸汽隔离涂料甲组分的制备：在搅拌状态下向87kg自制聚氨酯改性环氧树脂溶液中依次加入0.5kg润湿剂BYK-330、0.5kg流平剂BYK-320、0.4kg消泡剂BYK-066N及11.6kg稀释剂(二甲苯：环己酮：丁酮＝2:1:1)高速搅拌分散均匀，过滤出料，即得甲组分。

其中自制聚氨酯改性环氧树脂的制备方法为：取18kg二官能聚醚多元醇D210和12kg三官能聚醚多元醇G303加入反应釜中进行脱水处理，加入14.6kg环氧树脂E-44以增加聚合物交联点，充分搅拌均匀，将24.6kg多异氰酸酯IPDI投入反应釜，加入0.7kg催化剂二月桂酸二丁基锡，在60～80℃反应5小时，得到异氰酸酯基封端的聚氨酯预聚物。待温度降至常温后，将17.7kg环氧丙醇投入反应釜中，加入12.4kg混合溶剂(二甲苯：环己酮：丁酮＝2:1:1)充分搅拌，一个小时之后当体系温度稳定后，再将反应温度升至80℃～90℃，恒温反应至实测无异氰酸酯基(-NCO)为止，得到自制聚氨酯改性环氧树脂。

(2)运载交通油箱用燃油蒸汽隔离涂料乙组分的制备：在搅拌状态下向拉缸中加入45kg聚醚胺SD-2001、42kg聚酰胺300#及13kg稀释剂(二甲苯：环己酮：丁酮＝2:1:1)混合均匀，搅拌25分钟后，过滤出料，即得乙组分。

实施例二：

(1)运载交通油箱用燃油蒸汽隔离涂料甲组分的制备：在搅拌状态下向90kg自制聚氨酯改性环氧树脂溶液中依次加入0.6kg润湿剂BYK-310、0.6kg流平剂BYK-358N、0.5kg消泡剂BYK-A530及8.3kg稀释剂(二甲苯：环己酮：丁酮＝2:1:1)高速搅拌分散均匀，过滤出料，即得甲组分。

其中自制聚氨酯改性环氧树脂的制备方法为：取15kg二官能聚醚多元醇D210和15kg三官能聚醚多元醇G303加入反应釜中进行脱水处理，加入13.8kg环氧树脂E-44以增加聚合物交联点，充分搅拌均匀，将25.2kg多异氰酸酯IPDI投入反应釜，加入0.7kg催化剂二月桂酸二丁基锡，在60～80℃反应5小时，得到异氰酸酯基封端的聚氨酯预聚物。待温度降至常温后，将16.7kg环氧丙醇投入反应釜中，加入13.6kg混合溶剂(二甲苯：环己酮：丁酮＝2:1:1)充分搅拌，一个小时之后当体系温度稳定后，再将反应温度升至80℃～90℃，恒温反应至实测无异氰酸酯基(-NCO)为止，得到自制聚氨酯改性环氧树脂。

(2)运载交通油箱用燃油蒸汽隔离涂料乙组分的制备：在搅拌状态下向拉缸中加入38.6kg聚醚胺SD-2001、51.4kg聚酰胺300#及10kg稀释剂(二甲苯：环己酮：丁酮＝2:1:1)混合均匀，搅拌25分钟后，过滤出料，即得乙组分。

实施例三：

(1)运载交通油箱用燃油蒸汽隔离涂料甲组分的制备：在搅拌状态下向90kg自制聚氨酯改性环氧树脂溶液中依次加入0.7kg润湿剂BYK-330、0.7kg流平剂BYK-358N、0.4kg消泡剂BYK-066N及8.2kg稀释剂(二甲苯：环己酮：丁酮＝2:1:1)高速搅拌分散均匀，过滤出料，即得甲组分。

其中自制聚氨酯改性环氧树脂的制备方法为：取24kg二官能聚醚多元醇D204和6kg三官能聚醚多元醇G4030加入反应釜中进行脱水处理，加入15kg环氧树脂E-44以增加聚合物交联点，充分搅拌均匀，将23.4kg多异氰酸酯IPDI投入反应釜，加入0.9kg催化剂二月桂酸二丁基锡，在60～80℃反应5小时，得到异氰酸酯基封端的聚氨酯预聚物。待温度降至常温后，将18.3kg环氧丙醇投入反应釜中，加入12.4kg混合溶剂(二甲苯：环己酮：丁酮＝2:1:1)充分搅拌，一个小时之后当体系温度稳定后，再将反应温度升至80℃～90℃，恒温反应至实测无异氰酸酯基(-NCO)为止，得到自制聚氨酯改性环氧树脂。

(2)运载交通油箱用燃油蒸汽隔离涂料乙组分的制备：在搅拌状态下向拉缸中加入46.5kg聚醚胺SD-2001、38.2kg聚酰胺300#及15.3kg稀释剂(二甲苯：环己酮：丁酮＝2:1:1)混合均匀，搅拌25分钟后，过滤出料，即得乙组分。

实施效果

对实施例1-3燃油蒸汽隔离涂料的性能进行测试，测试结果如下：

Claims (7)

1.一种燃油蒸汽隔离涂料，其特征在于，

按质量百分数计，燃油蒸汽隔离涂料甲组分的配方为：

聚氨酯改性环氧树脂 84%~90%

润湿剂 0.3%~1.0%

流平剂 0.3%~1.0%

消泡剂 0.3%~1.0%

稀释剂 8%~14%

按质量百分数计，燃油蒸汽隔离涂料乙组分的配方为：

聚醚胺树脂 30%~47%

聚酰胺树脂 35%~52%

稀释剂 15%~23%

甲组分所含聚氨酯改性环氧树脂配方为：

聚醚多元醇 20%~30%

环氧树脂 10%~15%

多异氰酸酯 10%~30%

环氧丙醇 10%~20%

催化剂 0.3%~1.0%

混合溶剂 10%~15%。

2.根据权利要求1所述的燃油蒸汽隔离涂料，其特征在于，所述的润湿剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷、聚酯改性聚二甲基硅氧烷中的至少一种，所述的流平剂为聚丙烯酸酯溶液、聚醚改性聚甲基烷基硅氧烷中的至少一种，所述的消泡剂为破泡聚合物，所述的稀释剂为醚酯类溶剂、酮类溶剂以及酯类溶剂中的一种或两种以上的混合物。

3.根据权利要求1所述的燃油蒸汽隔离涂料，其特征在于，所述的多异氰酸酯为含有两个及两个以上NCO活性基团的多异氰酸酯化合物中的一种或两种以上的混合物，所述的混合溶剂为醚酯类溶剂、酮类溶剂以及酯类溶剂中的一种或两种以上的混合物。

4.根据权利要求1所述的燃油蒸汽隔离涂料，其特征在于，所述的聚醚胺为双官能度聚醚胺和三官能度聚醚胺的一种或两种以上的混合物，所述的聚酰胺为活泼氢当量至在100mg KOH/g~400mg KOH/g中的一种或两种以上的混合物，所述的稀释剂为醚醇类溶剂、醚酯类溶剂、苯类溶剂、酮类溶剂以及酯类溶剂中的一种或两种以上的混合物。

5.根据权利要求1所述的燃油蒸汽隔离涂料，其特征在于，聚氨酯改性环氧树脂的制备方法为，将化学计量的聚醚多元醇加入反应釜中进行脱水处理，加入一定量的环氧树脂以增加聚合物交联点，将理论化学计量的多异氰酸酯投入反应釜，加入适量催化剂，在60~80℃反应5小时，得到异氰酸酯基封端的聚氨酯预聚物，常温条件下，将聚氨酯预聚物与环氧丙醇按计量比投入反应釜中，充分搅拌，一个小时之后当体系温度稳定后，再将反应温度升至 80℃~90℃，恒温反应至实测无异氰酸酯基（-NCO）为止，得到聚氨酯改性环氧树脂。

6.根据权利要求1所述的燃油蒸汽隔离涂料，其特征在于，甲组份的制备方法为，在搅拌状态下向聚氨酯改性环氧树脂溶液中依次加入润湿剂、流平剂、消泡剂及混合溶剂，高速搅拌均匀，过滤出料，即得甲组份。

7.根据权利要求1所述的燃油蒸汽隔离涂料，其特征在于，乙组份的制备方法为，在搅拌状态下将聚醚胺、聚酰胺及混合溶剂混合，搅拌均匀后过滤，即得乙组分。