專(zhuān)利名稱(chēng)：一種納米改性高固分聚氨酯防腐涂料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米改性高固分聚氨酯防腐涂料及其制備方法。
(二)
背景技術(shù)：
金屬腐蝕占據(jù)材料腐蝕中的絕大多數(shù)，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成巨大的損失。 采用涂料對(duì)金屬和非金屬材料進(jìn)行腐蝕防護(hù)是最經(jīng)濟(jì)、實(shí)用和有效的方 法。涂層技術(shù)具有涂裝施工方便、適用范圍廣闊、維修補(bǔ)涂方便、耐蝕性 好以及可賦予材料表面多種功能性等優(yōu)點(diǎn)，在金屬和非金屬材料表面防護(hù) 中得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)涂料涂裝技術(shù)由于組分中易揮發(fā)有機(jī)溶劑向大氣 排放環(huán)境污染的問(wèn)題而受到限制，涂料的污染和毒性問(wèn)題也越來(lái)越受到重 視，各國(guó)及相關(guān)國(guó)際組織相繼出臺(tái)了環(huán)境保護(hù)的法律法規(guī)，促使涂料技術(shù) 向省資源、省能源、無(wú)污染方向發(fā)展。
鎂合金化學(xué)性質(zhì)活潑，自腐蝕電位(-2.37V)低，在氯化鈉溶液中， 由于負(fù)差數(shù)效應(yīng)影響，析氫腐蝕反而隨著陽(yáng)極(鎂合金)的極化進(jìn)一步加 深。 一般涂料(如富鋅涂料)用于其表面防護(hù)時(shí)，往往起不到保護(hù)效果， 反而使鎂合金的電化學(xué)腐蝕加劇，因?yàn)樵诮饘俳Y(jié)構(gòu)材料中，鎂合金腐蝕電 位最低，常常作為陽(yáng)極，而涂料中的成分(如鋅粉)作為陰極，構(gòu)成電化 學(xué)腐蝕，所以起不到保護(hù)效果或保護(hù)效果不明顯。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有有機(jī)涂料使用時(shí)存在有機(jī)溶劑含量多造成環(huán)境污染危 害大和危害施工人員健康，以及現(xiàn)有有機(jī)涂料不能滿足有色金屬(如鎂合 金)的腐蝕防護(hù)對(duì)涂料的高要求等問(wèn)題，本發(fā)明提供一種有機(jī)溶劑含量低、
4環(huán)境危害小、滿足特殊金屬(鎂合金等)表面防腐蝕的納米改性高固體分
有機(jī)涂料(其固體份^75% )。 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種納米改性高固分聚氨酯防腐涂料，主要由質(zhì)量組成如下的原料制
成
羥基聚酯樹(shù)脂 100份
異氰酸酯固化劑 30 40份 環(huán)氧樹(shù)脂 10 25 <分
納米級(jí)片狀金屬粉 60 90份；
制備所述納米級(jí)片狀金屬粉的原料為下列金屬中的 一種或多種鋁、 鋅。上述原料為制備納米改性高固分聚氨酯防腐涂料的主要原料，未包括 過(guò)程中添加的添加劑和有機(jī)溶劑，添加劑和有機(jī)溶劑種類(lèi)及用量本領(lǐng)域技 術(shù)人員可根據(jù)常識(shí)進(jìn)行選擇。本發(fā)明關(guān)鍵在于在涂料組分中添加納米級(jí)片 狀金屬粉對(duì)涂料進(jìn)行改性，所用羥基聚酯樹(shù)脂、異氰酸酯固化劑、環(huán)氧樹(shù) 脂為本領(lǐng)域常規(guī)用于防腐涂料的原料種類(lèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際情 況進(jìn)行選擇，其中環(huán)氧樹(shù)脂優(yōu)選為雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂。
具體的，所述納米改性高固分聚氨酯防腐涂料由質(zhì)量組成如下的原料 制成
羥基聚酯樹(shù)脂 100份
異氰酸酯固化劑 30-40份
環(huán)氧樹(shù)脂 10~25份
納米級(jí)片狀金屬粉 60 90份 添加劑 10~35份有機(jī)溶劑 10 5(H分
所述添加劑為下列之一或其中兩種以上的混合物氧化鋁、氧化鈦； 所述有機(jī)溶劑為常規(guī)用于制備防腐涂料的有機(jī)溶劑，具體可為下列之
一或其中兩種以上的混合物乙酸丁酯、二曱苯，優(yōu)選為乙酸丁酯、二曱
苯體積比1: 0.5 2的混合溶劑。
未加納米級(jí)片狀復(fù)合填料的聚氨酯涂層雖然具有優(yōu)越的耐腐蝕、耐磨
孔隙，導(dǎo)致耐腐蝕抗?jié)B透性能降低；同時(shí)，作為結(jié)構(gòu)金屬表面涂層，聚氨 酯涂層雖然具有較好的韌性、與基體的優(yōu)越附著力，但存在力學(xué)性能(包 括硬度、強(qiáng)度等)不足等缺陷。而納米級(jí)片狀復(fù)合填料(包含金屬粉、添 加劑等)能組成數(shù)十層甚至數(shù)百層的搭疊結(jié)構(gòu)，有效地發(fā)揮了屏蔽阻擋提 高耐腐蝕抗?jié)B透和強(qiáng)化涂層力學(xué)性能作用，因此考慮在聚氨酯涂料中添加 由混合金屬粉及添加劑等組成的納米級(jí)片狀復(fù)合填料。
優(yōu)選的，所述納米改性高固分聚氨酯防腐涂料由質(zhì)量組成如下的原料
制成
羥基聚酯樹(shù)脂 100份
異氰酸酯固化劑 30~40份
環(huán)氧樹(shù)脂 15-25 4分
納米級(jí)片狀金屬粉 75 90份
添加劑 25~35份
有機(jī)溶劑 10~30份。
本發(fā)明還涉及制備所述納米改性高固分聚氨酯防腐涂料的方法，所述 方法包括(l)按照配比，稱(chēng)取片狀金屬粉與添加劑混合，在惰性氣體保
6護(hù)下，用球磨機(jī)球磨15 20小時(shí)(控制球磨溫度45 65。C )得到納米級(jí)片 狀復(fù)合填料；(2 )將羥基聚酯樹(shù)脂和的環(huán)氧樹(shù)脂混合均勻，加入步驟(1 ) 納米級(jí)片狀復(fù)合填料和適量有機(jī)溶劑，機(jī)械攪拌混合均勻后加入異氰酸酯 固化劑攪拌均勻，即得所述納米改性高固分聚氨酯防腐涂料。
優(yōu)選的，所述金屬粉為球磨10h的鋁粉和球磨25h的鋅粉以質(zhì)量比3: 7的混合物。
具體的，所述方法如下(1 )稱(chēng)取60 90質(zhì)量份的片狀金屬粉與10~35
質(zhì)量份的添加劑混合，在惰性氣體保護(hù)下，用球磨機(jī)球磨15小時(shí)(控制
球磨溫度45 65。C)，得到納米級(jí)片狀復(fù)合填料；(2)將100質(zhì)量份的羥
基聚酯樹(shù)脂和10 25質(zhì)量份的環(huán)氧樹(shù)脂混合均勻，加入步驟(1 )納米級(jí)
片狀復(fù)合填料和10~50質(zhì)量份的有機(jī)溶劑，機(jī)械攪拌混合均勻后加入異
氰酸酯固化劑攪拌均勾，即得所述納米改性高固分聚氨酯防腐涂料。
所述片狀金屬粉可采用干法高能球磨分別制備(球磨10~25h)。 有機(jī)溶劑添加量以使各涂料組分混勻、粘度適中、能夠均勻涂抹為宜，
本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。優(yōu)選的，制備過(guò)程中控制有機(jī)
溶劑用量，以使涂料固體分達(dá)到75%為佳。
本發(fā)明所述的納米改性高固體分聚氨酯防腐涂料具有如下優(yōu)點(diǎn)(1 )
所述涂料可室溫或加熱(60~100°C)固化，固體分含量達(dá)到75%有利于
環(huán)保；(2)環(huán)氧樹(shù)脂、羥基聚酯樹(shù)脂及戊異氰酸酯混合，達(dá)到性能互補(bǔ)，
提高了涂料的耐候性、耐腐蝕性和抗?jié)B透性能；(3 )納米片狀填料的加入
使涂層更加致密，涂層的耐腐蝕抗?jié)B透性能顯著提高，力學(xué)性能提高2
3倍；(4)原料廉價(jià)、普通，工藝簡(jiǎn)單、成本低，利于工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍
并不僅限于此
實(shí)施例1: 原料配制
羥基聚酯樹(shù)脂(PE-8043，德謙(上海)化學(xué)有限公司)lkg,異氰酸 酯固化劑(BLR-8086,德謙(上海)化學(xué)有限公司)0.3kg，環(huán)氧樹(shù)脂(雙 酚A型環(huán)氧樹(shù)脂E-51，上海道旺膠粘科技有限公司)0.15kg,金屬鋁粉 0.8kg，添加劑(氧化鈦)0.25kg，有機(jī)溶劑若干(乙酸丁酯、二曱苯體積 比為6: 4); 材料制備
先采用干法球磨制備納米級(jí)片狀金屬粉(球磨25h, 150r/min)，再 將制備的納米級(jí)片狀金屬粉和800目的添加劑進(jìn)行混合球磨(15h, 200r/min， 50。C 60。C )制得納米級(jí)片狀復(fù)合填料。
涂料制備先將輕基組分(包括羥基聚酯樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂)與上述制 備的納米級(jí)金屬?gòu)?fù)合填料加約150mL溶劑混合均勻，再加入異氰酸酯固 化劑攪拌均勻，即制得"納米改性高固體分聚氨酯防腐涂料"。
上述涂料在鎂合金基材上制備的涂層性能如下
(1) 附著力4A,涂層硬度7H,涂層電阻1.00xl010acm-2;
(2) 在5% (w/w) H2S04溶液中浸泡4h后，涂層表面才出現(xiàn)氣泡；在 5% (w/w) NaOH溶液中浸泡4h后，涂層表面才出現(xiàn)氣泡；
(3 )在3.5%( w/w)NaCl溶液中浸泡200天后涂層電阻9.37xl09acm-2 , 涂層表面無(wú)剝離、裂紋、宏觀可見(jiàn)腐蝕斑等腐蝕破壞。
8實(shí)施例2: 原料配制
羥基聚酯樹(shù)脂lkg,異氰酸酯固化劑0.3kg,環(huán)氧樹(shù)脂0.15kg，金屬 鋁粉0.63kg,金屬鋅粉0.27kg,添加劑(氧化鈦)0.25kg,有機(jī)溶劑若干 (乙酸丁酯、二曱苯體積比為6: 4); 材料制備
先采用干法球磨制備納米級(jí)片狀金屬粉(鋅粉球磨25h, 150r/min; 鋁粉球磨10h, 150r/min)并混合均勻，再將制備的納米級(jí)片狀混合金 屬粉和800目的添加劑進(jìn)行混合球磨(15h， 200r/min, 45°C~55°C )制得 納米級(jí)片狀復(fù)合填料。
涂料制備先將羥基組分(包括羥基聚酯樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂)與上述制 備的納米級(jí)金屬?gòu)?fù)合填料加約280mL溶劑混合均勻，再加入異氰酸酯固 化劑攪拌均勻，即制得"納米改性高固體分聚氨酯防腐涂料"。
上述涂料在鎂合金基材上制備的涂層性能如下
(1) 附著力4A,涂層硬度8H,涂層電阻2.46xlO"Q.cm—2;
(2) 在5% H2S04溶液中浸泡4.5h后，涂層表面才出現(xiàn)氣泡；在5%NaOH 溶液中浸泡5h后，涂層表面才出現(xiàn)氣泡；
(3) 在3.5。/oNaCl溶液中浸泡200天后涂層電阻1.25x101()Q.cm-2 ,涂 層表面無(wú)剝離、裂紋、宏觀腐蝕斑等腐蝕破壞。
實(shí)施例3: 原料配制
羥基聚酯樹(shù)脂lkg，異氰酸酯固化劑0.3kg,環(huán)氧樹(shù)脂0.20kg,金屬 鋁粉0.63kg,金屬鋅粉0.27kg,添加劑氧化鋁0.3kg,有機(jī)溶劑(乙酸丁酯、二曱苯體積比為5: 5)若干； 材料制備
先采用干法球磨制備納米級(jí)片狀混合金屬粉(球磨25h， 150r/min), 再將制備的納米級(jí)片狀混合金屬粉和800目的添加劑進(jìn)行混合球磨(15h, 200r/min， 60。C 65。C )制得納米級(jí)片狀復(fù)合填料。
涂料制備先將羥基組分(包括羥基聚酯樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂)與上述制 備的納米級(jí)金屬?gòu)?fù)合填料加約300mL溶劑混合均勻，再加入異氰酸酯固 化劑攪拌均勻，即制得"納米改性高固體分聚氨酯防腐涂料"。
上述涂料在鎂合金基材上制備的涂層性能如下
(1) 附著力3A，涂層硬度8H，涂層電阻3.23xl0"acm-2;
(2) 在5。/oH2S04溶液中浸泡4.5h后，涂層表面才出現(xiàn)氣泡；在5%NaOH 溶液中浸泡5h后，涂層表面才出現(xiàn)氣泡；
(3) 在3.5。/oNaCl溶液中浸泡200天后涂層電阻2.68><1 o"Q.cm-2 ，涂 層表面無(wú)剝離、裂紋、宏觀可見(jiàn)腐蝕斑等腐蝕破壞。
權(quán)利要求
1.一種納米改性高固分聚氨酯防腐涂料，主要由質(zhì)量組成如下的原料制成羥基聚酯樹(shù)脂100份異氰酸酯固化劑 30～40份環(huán)氧樹(shù)脂10～25份納米級(jí)片狀金屬粉60～90份；制備所述納米級(jí)片狀金屬粉的原料為下列金屬中的一種或多種鋁、鋅。
2. 如權(quán)利要求1所述的納米改性高固分聚氨酯防腐涂料，其特征在于所 述納米改性高固分聚氨酯防腐涂料由質(zhì)量組成如下的原料制成羥基聚酯樹(shù)脂 100份異氰酸酯固化劑 30~40份環(huán)氧樹(shù)脂 10~25份納米級(jí)片狀金屬粉 60~90份添加劑 10~35 4分有才幾溶劑 10 5(W分所述添加劑為下列之一或其中兩種以上的混合物氧化鋁、氧化鈦； 所述有機(jī)溶劑為下列之一或其中兩種以上的混合物乙酸丁酯、二曱 苯。
3.如權(quán)利要求1所述的納米改性高固分聚氨酯防腐涂料，其特征在于所 述納米改性高固分聚氨酯防腐涂料由質(zhì)量組成如下的原料制成羥基聚酯初于脂100份異氰酸酯固化劑30 40份環(huán)氧樹(shù)脂15 25份納米級(jí)片狀金屬4分75 90份添力口劑25 35份有機(jī)溶劑10~30份。
4. 制備如權(quán)利要求1 3之一所述的納米改性高固分聚氨酯防腐涂料的方 法，所述方法包括(l)按照配比，稱(chēng)取片狀金屬粉與添加劑混合， 在惰性氣體保護(hù)下，用球磨機(jī)球磨15~20小時(shí)得到納米級(jí)片狀復(fù)合填 料；(2)將羥基聚酯樹(shù)脂和的環(huán)氧樹(shù)脂混合均勻，加入步驟(l)納米 級(jí)片狀復(fù)合填料和適量有機(jī)溶劑，機(jī)械攪拌混合均勻后加入異氰酸酯 固化劑攪拌均勻，即得所述納米改性高固分聚氨酯防腐涂料。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述金屬粉為球磨10h的鋅粉 和球磨25h的鋁粉以質(zhì)量比3: 7的混合物。
6. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述方法如下(1 )稱(chēng)取60-90 質(zhì)量份的片狀金屬粉與10~35質(zhì)量份的添加劑混合，在惰性氣體保護(hù) 下，用球磨機(jī)球磨15小時(shí)得到納米級(jí)片狀復(fù)合填料；(2)將100質(zhì)量 份的羥基聚酯樹(shù)脂和10~25質(zhì)量份的環(huán)氧樹(shù)脂混合均勻，加入步驟(1) 納米級(jí)片狀復(fù)合填料和10 50質(zhì)量份的有機(jī)溶劑，機(jī)械攪拌混合均勻 后加入異氰酸酯固化劑攪拌均勻，即得所述納米改性高固分聚氨酯防 腐涂料。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種納米改性高固分聚氨酯防腐涂料，主要由質(zhì)量組成如下的原料制成羥基聚酯樹(shù)脂100份，異氰酸酯固化劑，30～40份，環(huán)氧樹(shù)脂，10～25份，納米級(jí)片狀金屬粉，60～90份；本發(fā)明所述的納米改性高固體分聚氨酯防腐涂料具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)所述涂料可室溫或加熱(60～100℃)固化，固體分含量達(dá)到75％有利于環(huán)保；(2)環(huán)氧樹(shù)脂、羥基聚酯樹(shù)脂及戊異氰酸酯混合，達(dá)到性能互補(bǔ)，提高了涂料的耐候性、耐腐蝕性和抗?jié)B透性能；(3)納米片狀填料的加入使涂層更加致密，涂層的耐腐蝕抗?jié)B透性能顯著提高，力學(xué)性能提高2～3倍；(4)原料廉價(jià)、普通，工藝簡(jiǎn)單、成本低，利于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C09D175/06GK101565589SQ200910098849
公開(kāi)日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日
發(fā)明者樓白楊, 繆克在 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)