海洋钢结构长效防护多层环氧重防腐涂层及制备方法
【专利摘要】一种海洋钢结构长效防护多层环氧重防腐涂层及制备方法，属于海洋重防腐领域。该环氧重防腐涂层包括三层结构，从内到外依次为多元羧基环氧树脂涂层、无溶剂环氧涂层、丙烯酸环氧面漆或聚氨酯环氧面漆或有机硅环氧面漆或氟碳面漆。采用本发明的多层环氧重防腐涂层具有低金属表面处理要求，可在潮湿、带锈金属表面施工，通过三维交联固化和与基材的化学键合，所得涂层界面结合力好、交联度高、致密性好，耐候性优异，海洋环境服役寿命可达30年以上，且工艺简单，易于推广，可用于海洋钢铁设施的长效防护。
【专利说明】海洋钢结构长效防护多层环氧重防腐涂层及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于海洋重防腐涂料【技术领域】，特别涉及一种海洋钢结构长效防护多层环氧重防腐涂层及制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着海洋开发的推进，杭州湾跨海大桥、舟山跨海大桥、青岛海湾大桥等陆续建成，其他各种已建、在建及规划建设的海上勘测平台、采油平台、海上集油气管道、船舶、港口码头、跨海桥梁等海洋工程如雨后春笋出现，迫切需要海洋防腐性能更好、服役寿命更长的重防腐涂层技术。目前主要采用重防腐涂料对海洋钢结构进行保护，主要有环氧、聚酯、聚氨酯、醇酸树脂、酚醛树脂、氟碳树脂、过氯乙烯树脂、氯化橡胶、氯化聚乙烯等多种涂层应用于海洋防腐蚀工程中。中国专利(ZL200810012658.9，ZL 200810012655.5, ZL200810012659.3)介绍了聚苯胺改性玻璃鳞片树脂重防腐涂料，涂料由环氧或聚酯或乙烯基酯树脂、聚苯胺改性玻璃鳞片、固化剂等组成。中国专利(200810190125.X)介绍了一种混凝土结构重防腐纳米复合涂层及防护方法，涂层由纳米改性环氧封闭涂料、纳米改性环氧云铁中间漆及纳米改性含氟聚氨酯等面漆组成，比传统防腐寿命有所提高。杭州湾跨海大桥等采用多层环氧粉末涂层进行防护，根据涂层所处腐蚀区域制备多层环氧涂层，取得了较佳的防腐效果。海洋重防腐涂层与金属界面间的结合力和耐候性是影响涂层服役寿命的关键因素，但以上问题在现有专利和公开文献中仍没有得到有效的解决。因此，研制开发一种海洋钢结构长效防护涂层，使其具有优异结合力，良好耐候性，卓越防腐性能，超长服役寿命，且工艺简单实用是海洋工程防腐的迫切需要。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于为了克服以上现有技术的不足，提供一种海洋钢结构长效防护多层环氧重防腐涂层及制备方法。
[0004]本发明是通过以下技术方案实现的:
一种海洋钢结构长效防护多层环氧重防腐涂层，涂层由三层结构复合而成，从内到外依次为多元羧基环氧树脂涂层、无溶剂环氧树脂涂层、丙烯酸环氧面漆或聚氨酯环氧面漆或有机硅环氧面漆或氟碳面漆。
[0005]多元羧基环氧树脂涂层的干膜厚度为10-200 μ m。
[0006]无溶剂环氧树脂涂层的干膜厚度为100-600 μ m。
[0007]丙烯酸环氧面漆或聚氨酯环氧面漆或有机硅环氧面漆或氟碳面漆的涂层干膜厚度为 50-400 μ m。
[0008]无溶剂环氧树脂可以是双酚A型环氧树脂、酚醛改性环氧树脂、双酚F型环氧树月旨、丙烯酸改性环氧树脂、羧酸或烷氧基硅烷接枝改性环氧树脂中的一种或多种。
[0009]所述的一种海洋钢结构长效防护多层环氧重防腐涂层的制备方法，包括以下步骤: 1)钢结构表面预处理:对钢结构进行打磨除锈除污处理，除去疏松层，获得合格预处理表面；
2)在钢结构表面涂覆多元羧基环氧树脂涂料1-2道，形成多元羧基环氧树脂涂层，涂层干膜厚度为10-200 μ m;
3)随后，再涂覆1-3道无溶剂环氧树脂涂料，得到无溶剂环氧树脂涂层，涂层干膜厚度为 100-600 μ m
4)最后涂覆1-2道丙烯酸环氧面漆或聚氨酯环氧面漆或有机硅环氧面漆或氟碳面漆，涂层干膜厚度为50-400 μ m。
[0010]本发明中，底涂层主要成膜物质为含多元羧基官能团的环氧树脂。多元羧基环氧树脂可以为满足要求的市售产品。本发明通过以下方法制备:环氧树脂I份，二异氰酸酯
1-4份，多元羧酸1-4份，催化剂适量，溶剂适量。将原料提纯，然后在干燥密闭反应容器中，在氮气保护下，分别用无水溶剂将环氧树脂和二异氰酸酯溶解；在搅拌和氮气保护条件下，用恒压滴液漏斗将环氧树脂溶液逐滴加入二异氰酸酯溶液中，随后在20°C _120°C反应
2-10小时，减压蒸馏，除去未反应的二异氰酸酯，获得异氰酸酯改性环氧树脂；随后将多元羧酸化合物和无水N-甲基吡咯烷酮加入密闭反应容器中，在氮气保护下搅拌至多元羧酸化合物溶解，制得多元羧酸化合物溶液；将异氰酸酯改性环氧树脂的无水N-甲基吡咯烷酮溶液，在搅拌下逐滴加入多元羧酸化合物溶液中，接着在20°C _120°C反应2-10小时，随后减压蒸出多余溶剂，获得多元羧基环氧树脂。
[0011]所述底涂层多元羧基环氧树脂，在预处理表面没有锈蚀情况下，可以用烷氧基硅环氧树脂代替。
[0012]所述中涂层的主要成膜物质为无溶剂环氧树脂涂料，无溶剂环氧树脂可以是双酚A型环氧树脂、酚醛改性环氧树脂、双酚F型环氧树脂、丙烯酸改性环氧树脂、羧酸或烷氧基硅烷接枝改性环氧树脂一种或多种，可以为市售产品，如优龙ES 301，YL101，阿克苏诺贝尔E-12，604，华润、立邦、多乐士、三棵树、紫荆花及其他品牌的无溶剂环氧涂料。
[0013]所述面涂层为丙烯酸环氧面漆或聚氨酯环氧面漆或有机硅环氧面漆或氟碳面漆，可以为市售产品，例如可以从立邦、多乐士、杜邦、三棵树、华润、阿克苏诺贝尔及其他任一相关企业购得。
[0014]所述的一种海洋钢结构长效防护多层环氧重防腐涂层的制备方法，钢结构表面预处理可以采用以下方法中的一种:
1)采用电动角磨机对钢结构进行打磨除锈除污处理，除去疏松层，获得合格预处理表
面；
2)采用超高压水射流对钢结构表面进行除锈除污处理，除去疏松层，获得合格预处理表面；
3)采用电动角磨机对钢结构表面进行除锈除污处理，然后再用超高压水射流对钢结构表面进行除锈除污处理，获得合格预处理金属表面。
[0015]本发明采用三层环氧结构，每层环氧树脂各有特点，协同增强涂层的综合性能。底涂层多元羧基环氧树脂，羧基官能团可与金属表面羟基发生化学键合，使界面结合力得到显著提高，另外增强了涂层交联度、致密性。底涂层能与金属表面的锈蚀、水分发生反应、可以在潮湿、带锈基材表面施工，具有低表面处理要求和极佳的涂层金属界面结合力，大幅提高涂层的防护性能和使用寿命。中涂层采用无溶剂环氧树脂，减少了涂层固化过程溶剂气体挥发形成的针孔，同时提高了树脂交联度，增加了涂层致密性；面涂层采用耐候性优异的涂层进行封闭，既具有良好的耐蚀性、又具有好的耐候性，从而克服现有重防腐涂料结合力差，抗渗透性不佳，耐候性不足，防护寿命短的局限。
[0016]有益效果:
1、本发明采用多元羧基环氧涂层作为底漆，利用羧基的化学键合作用，显著提高涂层结合力，另外可以在潮湿、带锈表面施工。
[0017]2、本发明采用无溶剂环氧涂层做为中涂，减少了固化过程溶剂气体挥发形成的针孔，同时多维交联固化提高了树脂交联度，增加了涂层致密性、封闭性，提高了涂层抗渗透性；
3、本发明采用耐候性好的丙烯酸环氧面漆、聚氨酯环氧面漆、有机硅环氧面漆、氟碳面漆进行封闭，既具有良好的耐蚀性、又具有好的耐候性，防护寿命长。
[0018]4、本发明工艺简单，原料来源广泛，海洋防腐寿命长，实用性强。
【具体实施方式】
[0019]下面结合实施例，对本发明的上述技术方案作进一步的描述，但绝不限制本发明的范围，本发明中除非特别指明外，所涉及的比例均为质量比，所涉及的份数均为质量份。
[0020]实施例1
首先制备多元羧基环氧树脂:在反应容器中，用300ml无水甲苯将22.6g甲苯二异氰酸酯(TDI)溶解，氮气保护；用90ml无水甲苯将42g E44环氧树脂溶解并移入恒压滴液漏斗中，在室温、搅拌和氮气保护条件下，以30滴/分钟的速度将E44环氧树脂溶液逐滴加入TDI甲苯溶液中，随后在室温反应2小时，升温120°C反应5小时，减压蒸馏，除去未反应的TDI，获得TDI改性环氧树脂，在氮气保护下移至恒压滴液漏斗内，并加入60毫升无水N-甲基吡咯烷酮。将预先除水的25g柠檬酸和80ml无水N-甲基吡咯烷酮加入装有温度计，搅拌器、冷凝器的密闭反应容器中，在氮气保护下搅拌至溶解，用恒压滴液漏斗将TDI改性环氧树脂的无水N-甲基吡咯烷酮溶液，在室温、搅拌下以20滴/分钟的速度滴入柠檬酸的无水N-甲基吡咯烷酮溶液中，接着在室温反应2小时，升温100°C反应6小时，随后减压蒸出多余溶剂，获得多元羧基环氧树脂。
[0021]对南通某大桥的钢结构管桩进行多层环氧重防腐涂层研究。首先采用超高压水射流清洗管桩表面，去除表面疏松物，获得清洁的预处理表面，表面应无疏锈蚀或油污，若表面潮湿或残余部分水膜、带闪锈等不影响底涂的施工。然后喷涂多元羧基环氧底漆2道，厚度为80 μ m,干燥24小时；再喷涂优龙(北京)重防腐涂料有限公司ES301无溶剂环氧树脂中间漆，厚度300 μ m，干燥36小时；最后再喷涂2道山东科耀化工有限公司VA-1018丙烯酸环氧面漆，厚度为150 μ m。
[0022]经过上述涂装施工，漆膜总厚度达到530 μ m，防腐效果良好。经过检测，防护涂层与基材的结合力大于12MPa、耐候性、防腐性能满足建设单位设计年限的要求。
[0023]实施例2
对扬州某船厂船舶甲板、压载舱进行多层环氧重防腐涂层研究。首先采用电动角磨机打磨去除严重锈蚀或污垢处，再用超高压水射流清洗表面，去除表面疏松物，获得清洁的预处理表面，表面潮湿或残余部分水膜、带闪锈等不影响底涂的施工。然后喷涂实施例1制备的多元羧基环氧底漆2道，厚度为60 μ m,干燥24小时；再喷涂2道阿克苏诺贝尔粉末涂料宁波有限公司无溶剂环氧型粉末涂料，厚度250 μ m, 180°C固化20分钟；最后再喷涂I道天津派尔尼尔公司PN-968T-52聚氨酯环氧面漆，厚度为100 μ m。
[0024]经过上述涂装施工，漆膜总厚度达到410 μ m,防腐效果良好。经过检测，防护涂层与基材的结合力大于13MPa、耐候性、防腐性能满足建设单位设计年限的要求。
[0025]实施例3
按如下方法制备烷氧基硅环氧树脂:将甲苯、环氧树脂和硅烷偶联剂除水、干燥提纯。在装有温度计，搅拌器、冷凝器的反应容器中，用200ml无水甲苯将50gE44环氧树脂溶解，充入氮气保护；用80ml无水甲苯将25g 3-氨丙基三乙氧基硅烷溶解，在氮气保护下移至恒压滴液漏斗，以每分钟20滴/分钟的速度加入环氧树脂的甲苯溶液中，室温搅拌2小时，随后升温至甲苯回流的温度继续反应2小时，冷却，减压蒸馏，除去溶剂，获得烷氧基硅改性环氧树脂。
[0026]对江苏某货运港口储罐进行多层环氧重防腐涂层研究。首先采用电动角磨机打磨去除锈蚀和污垢，去除表面疏松物，获得清洁的预处理表面，表面应无疏锈蚀或油污。然后喷涂I道烷氧基硅环氧树脂底漆，厚度为50 μ m,干燥24小时；再喷涂2道华川HCH01-18无溶剂环氧涂料，厚度220 μ m，干燥36小时；最后再喷涂I道宁波东升科技有限公司氟碳面漆，厚度为80 μ mo
[0027]经过上述涂装施工，漆膜总厚度达到350 μ m，防腐效果良好。经过检测，防护涂层与基材的结合力大于llMPa、耐候性、防腐性能满足建设单位设计年限的要求。
[0028]实施例4
对南通某船厂的船舶侧板进行多层环氧重防腐涂层研究。首先采用超高压水射流清洗表面，去除锈蚀和污垢，自然干燥I小时以上，处理后表面无锈蚀或油污。表面潮湿或残余部分水膜、带闪锈、局部有密实锈层等不影响底涂的施工。然后喷涂2道实施例1制备的多元羧基环氧底漆，厚度为80 μ m,干燥24小时；再喷涂2道优龙(北京)重防腐涂料有限公司YLlOl无溶剂环氧中间漆，厚度280 μ m，干燥36小时；最后再喷涂I道上海树脂厂665有机硅环氧树脂面漆，厚度为100 μ m。
[0029]经过上述涂装施工，漆膜总厚度达到460 μ m,防腐效果良好。经过检测，防护涂层与基材的结合力大于12MPa、耐候性、防腐性能满足建设单位设计年限的要求。
[0030]实施例5
在实验室内，对冷轧普通A3钢板进行多层环氧重防腐涂层研究。首先采用砂纸打磨钢板表面除去锈蚀和油污，用毛刷刷去表面疏松灰尘和碎屑，然后喷涂I道实施例1制备的多元羧基环氧底漆，厚度为50 μ m,干燥24小时；再喷涂2道叶氏化工集团有限公司无溶剂环氧树脂涂层，厚度200 μ m，干燥36小时；最后再喷涂I道天津安德隆科技公司DM-102丙烯酸环氧面漆，厚度为100 μ m。
[0031]经过上述涂装施工，漆膜总厚度达到350μπι，防腐效果良好。经过检测，防护涂层与基材的结合力大于lOMPa、耐候性、防腐性能满足建设单位设计年限的要求。
[0032]实施例6
对浙江某港口 TSC管桩Q345钢进行浪溅区多层环氧重防腐涂层研究。首先采用电动角磨机打磨去除锈蚀和污垢，去除表面疏松物，获得清洁的预处理表面，表面潮湿或残余部分水膜、带闪锈、局部有密实锈层等不影响底涂的施工。然后喷涂2道实施例1制备的多元羧基环氧底漆，厚度为120 μ m,干燥24小时；再喷涂3道优龙(北京)重防腐涂料有限公司ES301无溶剂环氧树脂涂层，厚度480 μ m,干燥48小时；最后再喷涂2道江门市恒光新材料有限公司9105D-80丙烯酸环氧面漆，厚度为200 μ m。
[0033]经过上述涂装施工，漆膜总厚度达到800 μ m,防腐效果优异。经过检测，防护涂层与基材的结合力大于12MPa、涂层耐候性、防腐性能满足建设单位设计年限的要求。
【权利要求】
1.一种海洋钢结构长效防护多层环氧重防腐涂层，其特征在于:涂层由三层结构复合而成，从内到外依次为多元羧基环氧树脂涂层、无溶剂环氧树脂涂层、丙烯酸环氧面漆或聚氨酯环氧面漆或有机硅环氧面漆或氟碳面漆。
2.根据权利要求1所述海洋钢结构长效防护多层环氧重防腐涂层，其特征在于:多元羧基环氧树脂涂层的干膜厚度为10-200 μ m。
3.根据权利要求1所述海洋钢结构长效防护多层环氧重防腐涂层，其特征在于:无溶剂环氧树脂涂层的干膜厚度为100-600 μ m。
4.根据权利要求1所述海洋钢结构长效防护多层环氧重防腐涂层，其特征在于:丙烯酸环氧面漆或聚氨酯环氧面漆或有机硅环氧面漆或氟碳面漆的涂层干膜厚度为50-400 μ mD
5.根据权利要求1所述海洋钢结构长效防护多层环氧重防腐涂层，其特征在于:无溶剂环氧树脂可以是双酚A型环氧树脂、酚醛改性环氧树脂、双酚F型环氧树脂、丙烯酸改性环氧树脂、羧酸或烷氧基硅烷接枝改性环氧树脂中的一种或多种。
6.一种海洋钢结构长效防护多层环氧重防腐涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤: 1)钢结构表面预处理:对钢结构进行打磨除锈除污处理，除去疏松层； 2)在步骤I)预处理后的钢结构表面涂覆多元羧基环氧树脂涂料1-2道，形成多元羧基环氧树脂涂层，涂层干膜厚度为10-200μπι ; 3)再涂覆1-3道无溶剂环氧树脂涂料，得到无溶剂环氧树脂涂层，涂层干膜厚度为100-600 μ m ； 4)涂覆1-2道丙烯酸环氧面漆或聚氨酯环氧面漆或有机硅环氧面漆或氟碳面漆，涂层干膜厚度为50-400 μ m。
7.根据权利要求6所述一种海洋钢结构长效防护多层环氧重防腐涂层的制备方法，其特征在于:步骤I)所述打磨除锈除污处理采用电动角磨机或者超高压水射流中的一种或两种结合。
【文档编号】B05D3/00GK103990588SQ201410189950
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月7日 优先权日:2014年5月7日
【发明者】李保松, 张磊, 于洋, 张薇薇 申请人:河海大学