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TWI766589B - 環保防蝕塗料及其製備方法 - Google Patents

環保防蝕塗料及其製備方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種環保防蝕塗料及其製備方法，其中環保防蝕塗料包括80至90重量份的環氧樹脂、3至7重量份的至少一導電高分子、55至65重量份的一硬化劑以及至少一功能性添加劑，且至少一導電高分子選自於聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩以及聚對苯。實際應用時，本發明的環保防蝕塗料便於加工，可在一結構物上形成一防蝕塗層。

Description

環保防蝕塗料及其製備方法
本發明涉及一種防蝕塗料，特別是涉及一種環保防蝕塗料及其製備方法。
根據統計，全世界每年因腐蝕損失高達數千億美元。臺灣地處亞熱帶，屬高溫、高濕及高鹽的海島型氣候，又因工業蓬勃發展及車輛急劇成長，使得沿岸區域幾乎全為嚴重腐蝕的C5等級(依據ISO分類標準)，部分地區甚至超越C5等級。在這樣的腐蝕環境中，就必須對金屬結構物(如鋼結構物)進行防蝕處理，以延長金屬結構物的使用壽命，從而避免或減少工安事件發生，降低社會成本及提高經濟效益。
使用防蝕塗料進行塗裝是目前最便利的處理方法之一，其是將防蝕塗料塗佈在金屬結構物的表面上，藉以防止氧氣、水氣和鹽分等接觸到金屬結構物而引起腐蝕。然而，現有防止腐蝕方法多使用金屬塗裝與有機塗層，金屬塗裝的原理為犧牲陽極法，以對氧活性大、更容易被氧化腐蝕的犧牲金屬作為陽極，保護底層基材，缺點為犧牲金屬容易自我消耗，難以再次塗裝施工，而有機塗層則是藉由物理阻隔與防鏽劑的添加達到防腐蝕功能，其缺點為揮發性有機化合物逸散問題，且防鏽劑則多為重金屬，易對環境造成汙染並危害人體。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種對環境和人體都無毒無害的環保防蝕塗料，並且，提供此環保防蝕塗料的製備方法。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是提供一種環保防蝕塗料，用於在一結構物上形成一防蝕塗層。所述環保防蝕塗料包括80至90重量份的環氧樹脂、3至7重量份的至少一導電高分子、55至65重量份的一硬化劑以及至少一功能性添加劑，且至少一導電高分子選自於聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩以及聚對苯。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是提供一種環保防蝕塗料的製備方法，其包括：提供一樹脂組成物，其中所述樹脂組成物包括80至90重量份的環氧樹脂、3至7重量份的至少一導電高分子以及至少一功能性添加劑，且至少一導電高分子選自於聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩以及聚對苯；對所述樹脂組成物進行研磨分散；以及添加一硬化劑於經研磨分散的所述樹脂組成物中。
在本發明的一實施例中，所述至少一導電高分子為聚苯胺。
在本發明的一實施例中，所述至少一功能性添加劑還包括1至3重量份的一消泡劑。
在本發明的一實施例中，所述至少一功能性添加劑還包括1至3重量份的一防垂流劑。
在本發明的一實施例中，所述至少一功能性添加劑還包括0.5至1.5重量份的一防沉降劑。
在本發明的一實施例中，所述至少一功能性添加劑還包括1至3重量份的一紫外線吸收劑。
在本發明的一實施例中，所述樹脂組成物是通過三滾筒式研磨分散機進行研磨分散。
本發明的其中一有益效果在於，本發明的環保防蝕塗料，其包括80至90重量份的環氧樹脂、3至7重量份的至少一導電高分子、55至65重量份的一硬化劑以及至少一功能性添加劑，不需添加重金屬、揮發性有機物(VOC)等有害物質，即可為金屬材料提供良好的防蝕效果，因此不會危害人體健康，且對環境無汙染。另外，本發明的製備方法可提高此環保防蝕塗料的加工性。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“環保防蝕塗料及其製備方法”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
參閱圖1及圖2，本發明實施例提供一種環保防蝕塗料，用於在一結構物1上形成一或多個防蝕塗層2，使結構物1具有優良的防蝕、耐鹽水和耐高溫高濕性能。結構物1可為一金屬結構物(如鋼結構物)，如圖1所示；或者，結構物1可為一金屬塑膠複合結構物(如電子裝置的外殼)，其可包括一塑膠件11及一設置於塑膠件11上的金屬件12，如圖2所示。實際應用時，本發明的環保防蝕塗料可通過合適的塗佈方式如噴塗、刷塗等，施加於結構物1的一金屬表面上，經乾燥硬化後即形成防蝕塗層2，防蝕塗層2的厚度可為200微米至400微米。
進一步而言，本發明的環保防蝕塗料採用環氧樹脂系統，其主要包括80至90重量份的環氧樹脂、3至7重量份的至少一導電高分子、55至65重量份的一硬化劑以及至少一功能性添加劑；值得一提的是，在導電高分子的存在下，防蝕塗層2可阻止結構物1內部的電子向外流動，達到防止鏽蝕或降低鏽蝕速率的效果。實際應用時，至少一導電高分子可選自於聚乙炔(polyacetylene, PA)、聚吡咯(polypyrrole, PPy)、聚苯胺(polyaniline, PANI)、聚噻吩(polythiophene, PT)及聚對苯(poly(p-phenylene), PPP)，且優選為聚苯胺。
作為環保防蝕塗料的環氧樹脂，可使用在分子結構內含有2個以上環氧基的聚合物或寡聚物；基於防蝕性的考量，環氧樹脂的環氧當量可為150至220，且優選為180至190。在一些實施例中，環保防蝕塗料可使用以下的一種或多種：雙酚型環氧樹脂、縮水甘油基酯型環氧樹脂、縮水甘油基胺型環氧樹脂、苯酚酚醛清漆型環氧樹脂、甲酚型環氧樹脂、二聚物聚物酸改質環氧樹脂、脂肪族環氧樹脂、脂環族環氧樹脂及環氧化油系環氧樹脂；其中，就對結構物1的密合性的觀點而言，是以雙酚型環氧樹脂為佳，又以雙酚A型的環氧樹脂為更佳。
作為環保防蝕塗料的硬化劑，可使用胺系硬化劑，且以脂肪族類、脂環族類、芳香族類及雜環類的胺系硬化劑為佳；胺系硬化劑的活性氫當量可為70至120，且優選為100至120。
脂肪族類的胺系硬化劑可舉出伸烷基多胺及聚伸烷基多胺。前述伸烷基多胺可為下式所示的化合物：H 2N-R 1-NH 2，其中R 1表示碳數1至12的二價烴基(此烴基的任意氫原子可用碳數1至10的烴基來取代)，具體例包括：亞甲基二胺、乙二胺、1,2-二胺基丙烷、1,3-二胺基丙烷、1,4-二胺基丁烷、1,5-二胺基戊烷、1,6-二胺基己烷、1,7-二胺基庚烷、1,8-二胺基辛烷、1,9-二胺基壬烷、1,10-二胺基癸烷及三甲基六亞甲基二胺。前述聚伸烷基多胺可為下式所示的化合物：H 2N-(C mH 2mNH) nH，其中m為1至10的整數，n為2至10的整數，且優選為2至6的整數，具體例包括：二乙烯三胺、二丙烯三胺、三乙烯四胺、三丙烯四胺、四乙烯五胺、四丙烯五胺、五乙烯六胺及九乙烯十胺。這些以外的脂肪族類的胺系硬化劑，包括四(胺基甲基)甲烷、肆(2-胺基乙基胺基甲基)甲烷、1,3-雙(2’-胺基乙基胺基)丙烷、三伸乙基-雙(三亞甲基)六胺、雙(3-胺基乙基)胺、雙(六亞甲基)三胺、雙(氰基乙基)二乙三胺等，也可用於環保防蝕塗料。
脂環族類的胺系硬化劑可舉出雙(胺基烷基)苯、雙(胺基烷基)萘及苯環上結合有2個以上1級胺基的芳香族多胺化合物。
芳香族類的胺系硬化劑可舉出：o-二甲苯二胺、m-二甲苯二胺(MXDA)、p-二甲苯二胺、苯二胺、萘二胺、二胺基二苯基甲烷、二胺基二乙基苯基甲烷、2,2-雙(4-胺基苯基)丙烷、4,4’-二胺基二苯基醚、4,4’-二胺基二苯甲酮、4,4’-二胺基二苯基醚、4,4’-二胺基二苯基碸、2,2’-二甲基-4,4’-二胺基二苯基甲烷、2,4’-二胺基聯苯、2,3’-二甲基-4,4’-二胺基聯苯、3,3’-二甲氧基-4,4’-二胺基聯苯、雙(胺基甲基)萘及雙(胺基乙基)萘。
雜環類的胺系硬化劑可舉出：N-甲基哌嗪、嗎啉、1,4-雙-(3-胺基丙基)-哌嗪、哌嗪-1,4-二氮雜環庚烷、1-(2’-胺基乙基哌嗪)、1-[2’-(2”-胺基乙基胺基)乙基]哌嗪、1,11-二氮雜環二十烷及1,15-二氮雜 環二十八烷。
作為環保防蝕塗料的硬化劑，也可使用酸酐系硬化劑；酸酐系硬化劑可舉出：鄰苯二甲酸酐、四氫鄰苯二甲酸酐、甲基四氫鄰苯二甲酸酐、3,6-內亞甲基四氫鄰苯二甲酸酐、六氯內亞甲基四氫鄰苯二甲酸酐及甲基-3,6-內亞甲基四氫鄰苯二甲酸酐。
在本實施例中，至少一功能性添加劑可包括1至3重量份的一消泡劑、1至3重量份的一防垂流劑、0.5至1.5重量份的一防沉降劑及1至3重量份的一紫外線吸收劑；消泡劑可舉出聚硅氧烷聚合物、疏水固體顆粒及聚醚改性硅油，防垂流劑可舉出聚醯胺蠟，防沉降劑可舉出聚醯胺蠟及氧化聚乙烯蠟，紫外線吸收劑可舉出亞苄基丙二酸酯及受阻胺光穩定劑(HALS)。其中，消泡劑可在塗料中產生消泡作用並加速氣體的排出，以避免在防蝕塗層2的表面上出現缺陷，防垂流劑和防沉降劑可互相配合以提高塗料的加工性和對結構物1的密合性，紫外線吸收劑可提高防蝕塗層2的抗紫外線能力。然而，以上所述只是功能性添加劑在塗料中起到的主要作用，其實際上還可以起到其他作用。
在不損及本發明目的的範圍內，至少一功能性添加劑還可包括塑化劑、硬化促進劑、安定劑、防汙劑、溶劑、著色顏料等。
參閱圖3，本發明實施例提供一種製備方法，用以製備上述的環保防蝕塗料，其至少包括以下步驟：步驟S1，提供一樹脂組成物；步驟S2，對所述樹脂組成物進行研磨分散；以及步驟S3，添加一硬化劑於經研磨分散的所述樹脂組成物中。
進一步而言，在步驟S1中，是通過一高速混合機將環氧樹脂、導電高分子、硬化劑與功能性添加劑按計量比混合均勻，以形成樹脂組成物。在步驟S1中，樹脂組成物是通過三滾筒式研磨分散機進行研磨分散，且過程中可藉由調整三滾筒的間距以達到所需的細度等級。在步驟S3中，硬化劑可用以調節塗料的黏著力和硬化速度；在本實施例中，環氧樹脂與硬化劑的當量比(即硬化劑的使用量/活性氫當量除以環氧樹脂的使用量/環氧當量)可為0.4至0.8，且優選為0.5至0.6。
[實驗例1]
先將環氧樹脂90重量份、聚苯胺4.0重量份、消泡劑2.1重量份、防垂流劑2.4重量份、防沉降劑0.5重量份與UV吸收劑1.0重量份混合均勻，形成樹脂組成物，再以三滾筒研磨機對樹脂組成物進行研磨分散，使導電高分子能均勻分散於環氧樹脂中，並將細度控制在20-30μm，塗佈使用時以樹脂組成物為100重量份計添加60重量份硬化劑，混合攪拌均勻後即形成防蝕塗料。
[實驗例2]
先將環氧樹脂87.5重量份、聚苯胺6.0重量份、消泡劑2.1重量份、防垂流劑2.4重量份、防沉降劑1.0重量份與UV吸收劑1.0重量份混合均勻，形成樹脂組成物，再以三滾筒研磨機對樹脂組成物進行研磨分散，使導電高分子能均勻分散於環氧樹脂中，並將細度控制在20-30μm，塗佈使用時以樹脂組成物為100重量份計添加60重量份硬化劑，混合攪拌均勻後即形成防蝕塗料。
[實驗例3]
先將環氧樹脂87.8重量份、聚苯胺6.0重量份、消泡劑1.7重量份、防垂流劑2.0重量份、防沉降劑1.5重量份與UV吸收劑1.0重量份混合均勻，形成樹脂組成物，再以三滾筒研磨機對樹脂組成物進行研磨分散，使導電高分子能均勻分散於環氧樹脂中，並將細度控制在20-30μm，塗佈使用時以樹脂組成物為100重量份計添加55重量份硬化劑，混合攪拌均勻後即形成防蝕塗料。
[耐鹽水性試驗] 試驗設備： 鹽霧試驗機(廠牌：TERCHY，型號：SST9NL) 試驗方法： 將實施例1至3得到的防蝕塗料塗佈於一7公分×15公分的鋼板(試驗板)上，並乾燥形成厚度為300微米的塗層；在溫度為23±2 oC以及相對濕度為50±15%的環境下，使用下列試驗條件，並按照ASTM B117-16標準對覆有塗層的試驗板進行鹽霧試驗，結束後觀察試驗板的外觀，結果如表1所示。 試驗條件：
1.鹽液濃度 ：50±5 g/L
2.收集鹽霧酸鹼值 ：6.5-7.2
3.供給空氣壓力 ：1.0 kgf/cm 2
4.鹽霧室溫度 ：35.0±2.0 oC
5.飽和空氣溫度 ：46-49 oC
6.噴霧量 ：1.0-2.0 ml/80cm 2/h
7.試件擺放角度 ：20±5 o
8.測試時間 ：1000小時
表1
實驗例 試驗結果 (目視檢查)
1 無鏽汙、膨脹與剝離現像
2 無鏽汙、膨脹與剝離現像
3 無鏽汙、膨脹與剝離現像
[實施例的有益效果]
本發明的其中一有益效果在於，本發明的環保防蝕塗料，其包括80至90重量份的環氧樹脂、3至7重量份的至少一導電高分子、55至65重量份的一硬化劑以及至少一功能性添加劑，不需添加重金屬、揮發性有機物(VOC)等有害物質，即可為金屬材料提供良好的防蝕效果，因此不會危害人體健康，且對環境無汙染。另外，本發明的製備方法可提高此環保防蝕塗料的加工性。
更進一步來說，在導電高分子的存在下，防蝕塗層可阻止結構物內部的電子向外流動，達到防止鏽蝕或降低鏽蝕速率的效果。另外，防垂流劑和防沉降劑可互相配合以提高塗料的加工性和對結構物的密合性。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
1:結構物 11:塑膠件 12:金屬件 2:防蝕塗層 S1-S3:製備方法步驟
圖1為本發明的環保防蝕塗料的其中一實施方式示意圖。
圖2為本發明的環保防蝕塗料的另外一實施方式示意圖。
圖3為本發明的環保防蝕塗料的製備方法的流程圖。
S1-S3:製備方法步驟

Claims (11)

  1. 一種環保防蝕塗料，用於在一結構物上形成一防蝕塗層，所述環保防蝕塗料包括：80至90重量份的環氧樹脂；3至7重量份的至少一導電高分子，其中所述至少一導電高分子選自於聚吡咯及聚苯胺；55至65重量份的一硬化劑；以及至少一功能性添加劑。
  2. 如請求項1所述的環保防蝕塗料，其中，所述至少一功能性添加劑還包括1至3重量份的一消泡劑。
  3. 如請求項2所述的環保防蝕塗料，其中，所述至少一功能性添加劑還包括1至3重量份的一防垂流劑。
  4. 如請求項3所述的環保防蝕塗料，其中，所述至少一功能性添加劑還包括0.5至1.5重量份的一防沉降劑。
  5. 如請求項4所述的環保防蝕塗料，其中，所述至少一功能性添加劑還包括1至3重量份的一紫外線吸收劑。
  6. 一種環保防蝕塗料的製備方法，其包括：提供一樹脂組成物，其中所述樹脂組成物包括80至90重量份的環氧樹脂、3至7重量份的至少一導電高分子以及至少一功能性添加劑，且所述至少一導電高分子選自於聚吡咯及聚苯胺；對所述樹脂組成物進行研磨分散；以及 添加一硬化劑於經研磨分散的所述樹脂組成物中。
  7. 如請求項6所述的環保防蝕塗料的製備方法，其中，所述樹脂組成物是通過三滾筒式研磨分散機進行研磨分散。
  8. 如請求項6所述的環保防蝕塗料的製備方法，其中，所述至少一功能性添加劑還包括1至3重量份的一消泡劑。
  9. 如請求項8所述的環保防蝕塗料的製備方法，其中，所述至少一功能性添加劑還包括1至3重量份的一防垂流劑。
  10. 如請求項9所述的環保防蝕塗料的製備方法，其中，所述至少一功能性添加劑還包括0.5至1.5重量份的一防沉降劑。
  11. 如請求項10所述的環保防蝕塗料的製備方法，其中，所述至少一功能性添加劑還包括1至3重量份的一紫外線吸收劑。
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