CN110256953A - 一种可见光固化重防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可见光固化重防腐涂料的制备方法，该涂料由包括如下重量份数的原料制备得到：硅氧烷型聚氨酯丙烯酸酯25‑45份，丙烯酸酯类活性单体15‑30份，防锈顔料15‑20份，填料5‑13份，甲基丙烯酸脂磷酸脂5‑8份，双(2、4、6三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦2‑8份，樟脑醌1‑2份，分散剂0.5‑1份，消泡剂0.5‑1份，流平剂0.5‑1份，硅烷偶联剂0.5‑1份，有机锡促进剂0.25‑0.45份。本发明所述的可见光固化重防腐涂料在常见可见光照射下，不需要添加其它辅助手段和能量，涂层迅速干燥，节省了能源，且不污染环境，防腐性能突出。

Description

一种可见光固化重防腐涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于防腐材料领域，尤其是涉及一种可见光固化重防腐涂料及其制备方法。

背景技术

当前重防腐涂料的制备主要集中在溶剂型领域、加热干燥型水性防腐涂料领域。溶剂型防腐涂料含有大量的挥发性溶剂，对大气环境造成极大的污染；水性重防腐涂料有些品种虽然可以常温固化，但是干燥时间太长，防腐效果不太理想，加热固化又耗费大量的能源，且不适合野外大面积防腐涂装施工。故亟需一种防腐效果好、环境友好、节省能源、干燥迅速的重防腐涂料。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种可见光固化重防腐涂料及其制备方法，能有效解决现有户外重防腐涂料技术存在的上述问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种可见光固化重防腐涂料，由包括如下重量份数的原料制备得到：

其中，硅氧烷型聚氨酯丙烯酸酯是一种紫外光敏感型树脂，作为主要成膜物质和防腐基础，可以通过调整含量和规格型号来达到不同要求的防腐及其它各项性能的目的；同时，辅以360-560纳米波段光引发剂，在可见光波段能正常固化，该树脂含有-NCO基团，能与空气中微量水分反应而交联，补充固化。做防腐底漆使用时，选用带有羧基官能团、柔韧性好、分子量大的树脂，保证底漆与基材的附着力，树脂含量在35％以下，以保证涂层涂装后空气少量湿气就能使涂层干燥交联固化，当添加磷酸锌等防锈颜料，能够与金属基材发生磷化钝化反应，提高涂层的附着力和防锈效果，也有利于底层漆与面层漆之间有更好的层间附着力。做防腐面漆使用时，选用分子量小，刚性好，光泽度高的树脂，树脂含量在55％以上，从而提高涂层的致密性和光泽，以保证整体涂层的耐盐雾性，防止腐蚀气体的渗透，提高涂层的耐候性和防护效果。面涂层因为直接接触空气，空气中的水汽会保证面涂层在可见光光源不充足的情况下正常交联固化。对于彩钢板一类的薄层钢板，由于受阳光热胀冷缩的影响较明显，需选用一定弹性的硅氧烷聚氨酯丙烯酸树脂作成膜物质，以保证涂层的热膨胀系数与薄钢板的热膨胀系数一致，从而保证涂层的附着力。

双(2、4、6三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦和樟脑醌为光引发剂，其最大光吸收波长分别在370-405nm(最长到450nm)和470nm，以做到在整个可见光波段涂层都能充分吸收光能，保证涂层充分交联固化。阴天天气，短波段紫外光透过云层量减少，可以增加长波段光引发剂用量，涂层大量吸收长波段光线，保证涂层的正常固化。

有机锡促进剂为潮气固化促进剂，能保证本涂料涂层在阴天的正常固化。

优选的，所述丙烯酸酯类活性单体为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)或/和二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)。

优选的，所述防锈颜料为包膜二氧化钛、磷酸锌、三聚磷酸铝或锌黄中的一种或两种以上，防锈颜料有利于提高耐候、耐盐雾、防锈、与金属基材形成络合物而提高涂层的附着力。

所述填料为金红石型钛白粉、二氧化硅、硫酸钡、碳酸钙或滑石粉中的一种或两种以上，填料有利于提高耐候性、光透过率、耐酸碱性。

优选的，所述分散剂为低分子不饱和羧酸聚合物BYKP-105，有利于上述树脂与颜(填)料的润湿分散效果；

所述消泡剂为丙烯酸酯化聚硅氧烷Foamex810，有利于高粘度无溶剂涂料涂层的消泡效果；

所述流平剂为聚硅氧烷-聚醚共聚物BYK371，有利于高粘度无溶剂面漆涂层的流平效果；

所述硅烷偶联剂为KH570γ-甲基丙烯酰氧基丙基，有利于提高对金属基材的附着力；

所述有机锡促进剂为二月桂酸二丁基锡B101。

本发明还提供了一种上述的可见光固化重防腐涂料的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)将硅氧烷聚氨酯丙烯酸酯加热后填装反应釜罐内；

(2)将丙烯酸酯类活性单体、分散剂，按照配比依次装填反应釜罐内，恒温搅拌；

(3)将甲基丙烯酸酯磷酸脂、双(2、4、6三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦、樟脑醌按配比装填反应釜罐内，恒温搅拌；

(4)将防锈顔料、填料按配比装填反应釜内，搅拌；

(5)将上述混合物通过密闭管路输送入卧式砂磨机，进行研磨，再输回反应釜中；

(6)将余下的物料按配比装填反应釜，搅拌，过滤，包装(包装内容物上部需保留一定空间)。

优选的，所述步骤(1)至步骤(6)均在湿度30％以下、无可见光的环境中进行。

否则空气中的湿气会浸入涂料中，引起交联反应，影响涂料的贮存稳定性；可见光中的长波段光源会使引发剂裂解出自由基，引发体系交联反应，影响涂料的贮存稳定性，而且影响以后的涂层干燥效果。包装桶上部保留一定空间，让空气中的氧气对包装中的涂料形成氧阻聚，有利于光固化涂料的长期贮存。

优选的，所述步骤(1)的加热温度为至45-50℃；所述步骤(2)的恒温条件为70-90℃，搅拌时间为5分钟，温度和搅拌时间的控制能够保证原料更好的溶融，不影响后续颜(填)料分散效果。

优选的，所述步骤(3)的恒温条件为90-140℃，搅拌时间为15-25分钟，转速为300转/分，所述步骤(3)中的组分原是粉末状，熔点在90℃以上，如果温度和搅拌时间达不到要求，引发剂不能有效熔融和分散于体系中，将严重影响涂层的干燥；所述步骤(4)中的搅拌时间为5分钟。

优选的，所述步骤(5)中的研磨细度要求小于等于25μm。

优选的，所述步骤(6)的搅拌时间为30分钟，温度条件为40-50℃。

相对于现有技术，本发明所述的可见光固化重防腐涂料及其制备方法具有以下优势：

(1)本发明所述的可见光固化重防腐涂料中的硅氧烷聚氨酯丙烯酸酯作为涂料的主体材料是一种具有双重固化功能的低聚物，其光固化速度在各类低聚物中较快，其分子结构中的双键在光引发剂产生的自由基攻击下断裂，发生交联反应；其分子结构中带有异氰酸根基团可以与水反应，涂层湿固化，弥补涂层接收的光照不强或因为颜料填料对涂层吸收可见光的阻碍时涂层的充分干燥，使得涂料施工适应性强，所形成的固化膜具有很好的力学性能；硅氧烷基团能保证固化后的涂膜具有优异的耐候性，硬度高，柔韧性佳，耐腐蚀性能优异。丙烯酸酯类活性单体作为活性稀释剂使用，参与涂层交联反应，大大提高涂层的交联密度。防锈顔料和填料可起到作色、屏蔽、耐候、防锈、耐高温、防污等作用，增加硅氧烷聚氨酯丙烯酸酯涂层的强度，极大提高涂层的防腐效果。甲基丙烯酸酯磷酸酯低粘度、稀释性好、参与涂层的交联反应，极大地增强了硅氧烷聚氨酯丙烯酸酯树脂涂层对金属的附着力。双(2、4、6三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦和樟脑醌不溶于水，对光的最大吸收波长较长，能充分利用可见光中的光能，光引发活性很高，光解后无色，不发生黄变，主要用于可见光固化涂料系统的光引发剂，在涂层干燥过程中，大量吸收长波段可见光，长波段可见光能深入到含有防锈颜料和填料的涂层内部，光引发剂裂解产生自由基，引发整个涂层中硅氧烷聚氨酯丙烯酸酯分子中的双键断裂发生交联反应，从而保证涂层从外到内的充分固化。其它辅助助剂可以起到对硅氧烷聚氨酯丙烯酸酯树脂和颜料填料的分散、流平、消泡、促进固化以及增强附着力的作用，其中有机锡固化促进剂能保证涂层在吸收空气中微量水分时能更快的反应交联固化。

(2)本发明所述的可见光固化重防腐涂料施工时无需外加固化剂，无需混合作业，照明用普通光源、水银灯、荧光灯、矿灯、太阳光等一切可见光光源皆可使其固化，避免了紫外光对施工人员身体的伤害，能在极短的时间内快速固化，耐腐蚀性能相当高，适合户外钢铁基材、水泥基材、木材等大型构建物的重防腐涂装；且干燥过程中无溶剂挥发，不污染环境。该涂料填补了光固化涂料在户外大面积防腐涂装，可见光下固化的空白，具有干燥迅速、适用面广、节省固化能量、环境友好、综合社会经济效益高、防腐性能突出的优点。

(3)本发明所述的可见光固化重防腐涂料的制备方法中按顺序投料才能取得良好的分散研磨效果；各个步骤中的加热能保证各组份更好分散、加工过程中空气水汽不会浸入涂料中。

(4)本发明所述的可见光固化重防腐涂料所采用的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯主要用于可见光固化涂料的反应型稀释剂，具有高沸点，高活性，低挥发，低粘度的特点，分子中带有三个参与反应的官能团，参与涂层交联反应，大大提高涂层的交联密度，保证涂层合理的硬度、韧性，提高涂层的防刮伤、防渗透、防腐蚀能力。二缩三丙二醇二丙烯酸酯作为活性稀释剂使用，参与涂层交联反应，可降低辐射剂量，能明显降低涂料系统的粘度，有利于喷涂施工作业，明显改善涂层的柔韧性。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合实施例来详细说明本发明。

一种可见光固化重防腐涂料，由包括表1所示重量份数的原料制备得到：

表1实施例1-5的原料及重量份数

另外，可见光固化重防腐涂料的配方各组分的用量可以根据实际需求进行调整，调整原则为：

1、根据底漆和面漆的防腐作用和光泽不同要求，硅氧烷聚氨酯丙烯酸酯树脂用量作适当调整。

2、根据底漆和面漆的附着力、柔韧性要求，丙烯酸酯类活性单体、甲基丙烯酸酯磷酸脂用量作适当调整。

3、根据防腐涂料的不同应用场合，防腐颜(填)料品种和用量作适当调整。

4、根据底漆和面漆的不同干燥速度要求，BAPO、樟脑醌、有机锡促进剂用量作适当调整。

5、根据底漆和面漆涂层的不同分散效果要求、消泡效果要求、流平效果要求，分散剂、消泡剂、流平剂的用量作适当调整。

实施例1-5所述的可见光固化重防腐涂料的制备方法包括如下步骤：

(1)将硅氧烷聚氨酯丙烯酸酯加热至50℃后填装反应釜罐内；

(2)将三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、分散剂低分子量不饱和羧酸聚合物BYKP-105按照配比依次装填反应釜罐内，在90℃下恒温搅拌5分钟；

(3)将甲基丙烯酸酯磷酸脂、双(2、4、6三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦、樟脑醌按配比装填反应釜罐内，在140℃下恒温搅拌25分钟；

(4)将防锈顔料、填料按配比装填反应釜内，搅拌5分钟；

(5)将上述混合物通过密闭管路输送入卧式砂磨机，进行研磨，待细度小于等于25μm，再输回反应釜中；

(6)将余下的物料按配比装填反应釜，搅拌30分钟，在40℃下，过滤包装，包装内容物上部需保留一定空间，全程在湿度30％以下、无可见光环境中进行。

上述实施例1-5的可见光固化重防腐涂料的涂层的性能测试如下：

样板制备：将实施例1-5涂刷到100×100×3(mm)的铁板上，且涂层干膜厚度为0.05mm，依次得到样板1-5。

试验1：样板1-5防腐涂层气体挥发性能检测

表2样板1-5的检验项目、检验标准及方法参考

经检测样板1-5的总挥发物有机化合物、苯、甲苯和二甲苯均未检出，说明样板1-5均没有有机挥发物产生。

试验2：样板1-10防腐涂层防腐性能检测

表3样板1-10的检验项目、检验标准及方法

表4实施例1-5所对应的的样板1-5的检测结果

以上实验，通过调整成膜物质、活性稀释剂、防锈颜料、光引发剂、固化促进剂，基本覆盖了防腐涂料从底漆到面漆的物料组成配比方案。由上述检测结果可知，实施例1-5的配方都无有机挥发物产生；人工加速老化试验192小时通过，长于常规涂料的48小时；耐酸碱168小时通过，长于常规涂料的96小时；耐盐试验1000小时通过，长于常规涂料的500小时；在阳光下干燥时间为10分钟，已远远短于常规涂料的实干时间。

另外，为了使涂层能在各种自然环境中充分固化，可以通过适当调整涂装环境中的湿度、涂装方式来达到目的。本涂料不含有机挥发物，常温下粘度较大，需通过带加热装置的高压无气喷涂设备施工，一般加热到40-60℃，此时涂料粘度会下降到40-50秒(涂-4杯)，刚好适合正常的喷涂作业，这样能保证涂层均匀、没有气孔，控制涂层湿膜厚度在40-50μm，热涂料接触冷钢铁基材后会迅速冷却，失去流动性，保证涂层不流挂，涂层在冷却过程中会吸收大气中的水分，更好地保证涂层的交联固化。

本涂料非晴朗天气时，涂装完成后，可以在施工环境中喷水雾，让环境湿度达到90％以上，充足的水汽能与涂层交联反应，弥补光固化反应的不足，保证涂层充分固化。在阳光不充足，水汽含量达不到90％以上时，可以用长波段紫外光灯(如健康用皮肤照射灯)照射涂层5-10分钟，以保证涂层的充分交联固化。

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。

Claims (10)

1.一种可见光固化重防腐涂料，其特征在于：由包括如下重量份数的原料制备得到：

硅氧烷型聚氨酯丙烯酸酯 25-45份，

丙烯酸酯类活性单体 15-30份，

防锈顔料 15-20份，

填料 5-13份，

甲基丙烯酸脂磷酸脂 5-8份，

双(2、4、6三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦 2-8份，

樟脑醌 1-2份,

分散剂 0.5-1份,

消泡剂 0.5-1份,

流平剂 0.5-1份,

硅烷偶联剂 0.5-1份,

有机锡促进剂 0.25-0.45份。

2.根据权利要求1所述的可见光固化重防腐涂料，其特征在于：所述丙烯酸酯类活性单体为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯或/和二缩三丙二醇二丙烯酸酯。

3.根据权利要求1所述的可见光固化重防腐涂料，其特征在于：所述防锈颜料为包膜二氧化钛、磷酸锌、三聚磷酸铝或锌黄中的一种或两种以上；所述填料为金红石型钛白粉、二氧化硅、硫酸钡、碳酸钙或滑石粉中的一种或两种以上。

4.根据权利要求1所述的可见光固化重防腐涂料，其特征在于：所述分散剂为低分子不饱和羧酸聚合物BYKP-105；所述消泡剂为丙烯酸酯化聚硅氧烷Foamex810；所述流平剂为聚硅氧烷-聚醚共聚物BYK371；所述硅烷偶联剂为KH570γ-甲基丙烯酰氧基丙基；所述有机锡促进剂为二月桂酸二丁基锡B101。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的可见光固化重防腐涂料的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

(1)将硅氧烷聚氨酯丙烯酸酯加热后填装反应釜罐内；

(2)将丙烯酸酯类活性单体、分散剂，按照配比依次装填反应釜罐内，恒温搅拌；

(3)将甲基丙烯酸酯磷酸脂、双(2、4、6三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦、樟脑醌按配比装填反应釜罐内，恒温搅拌；

(4)将防锈顔料、填料按配比装填反应釜内，搅拌；

(5)将上述混合物通过密闭管路输送入卧式砂磨机，进行研磨，再输回反应釜中；

(6)将余下的物料按配比装填反应釜，搅拌，过滤，包装。

6.根据权利要求5所述的可见光固化重防腐涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)至步骤(6)均在湿度30％以下、无可见光的环境中进行。

7.根据权利要求5所述的可见光固化重防腐涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)的加热温度为至45-50℃；所述步骤(2)的恒温条件为70-90℃，搅拌时间为5分钟。

8.根据权利要求5所述的可见光固化重防腐涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)的恒温条件为90-140℃，搅拌时间为15-25分钟，转速为300转/分；所述步骤(4)中的搅拌时间为5分钟。

9.根据权利要求5所述的可见光固化重防腐涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中的研磨细度要求小于等于25μm。

10.根据权利要求5所述的可见光固化重防腐涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)的搅拌时间为30分钟，温度条件为40-50℃。