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CN116239935B - 一种基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料及其制备和使用方法 - Google Patents

一种基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料及其制备和使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料及其制备和使用方法，属于金属防腐涂层领域，涂料由以组分一和组分二制成；所述组分一包括低粘度环氧树脂、活性稀释剂、缓蚀剂、金红石钛白粉、滑石粉、消泡剂和硅烷偶联剂；所述活性稀释剂为乙二醇二缩水甘油醚；所述缓蚀剂包括碳酸锂和苯并三氮唑；所述组分二为聚醚胺固化剂。本发明制备工艺简单，可操作性强，绿色环保，具有良好的防腐性能和自修复效果，有效延长涂层的服役寿命。

Description

一种基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料及其制备和使用方法
技术领域
本发明属于金属防腐涂层领域，涉及一种自修复防腐涂料，尤其涉及一种基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料及其制备和使用方法。
背景技术
环氧防腐涂料因其具有漆膜结构致密、附着力强、机械强度高、耐腐蚀性能好等优点被广泛应用于工业防腐领域。而随着使用量的增加，环氧防腐涂料在使用过程中会面临两个共性问题。其一是传统溶剂型环氧涂料在制作、涂装以及交联固化过程中，会释放大量的挥发性有机化合物(VOC)，对生态环境造成严重的污染；其二是涂料固化成膜后的使用服役过程中受到外界环境影响而产生破损，缩短了其使用寿命，如果人工进行修理或更换，成本也会大大提高。针对上述问题，无溶剂自修复环氧防腐涂料是一种有效的解决途径。
一般而言，将缓蚀剂作为修复剂直接掺入到涂料内是实现自修复效果最简单易行的设计思路。如早期自修复防腐涂料通过添加铬酸锶来提高涂料涂层的防腐性能以及实现自修复效果，但铬酸盐有毒且致癌，因此迫切需要寻找替代铬酸盐的“绿色”自修复缓蚀剂。
例如，公开号为CN114752295A的发明专利申请公开了一种聚氨酯防腐涂料，以碳酸锂为缓蚀剂增强涂层耐腐蚀性能，但碳酸锂的耐腐蚀性能有限，且大量的挥发性有机溶剂对环境污染严重。
因此，亟需一种工艺简单、自修复性能优异的无溶剂自修复防腐涂料。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料及其制备和使用方法，该涂料的制备工艺简单，可操作性强，绿色环保，具有良好的防腐性能和自修复效果，有效延长涂层的服役寿命。
为实现上述目的，本发明提供一种基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料，具有这样的特征：涂料由以组分一和组分二制成；所述组分一包括低粘度环氧树脂、活性稀释剂、缓蚀剂、金红石钛白粉、滑石粉、消泡剂和硅烷偶联剂；所述活性稀释剂为乙二醇二缩水甘油醚；所述缓蚀剂包括碳酸锂和苯并三氮唑；所述组分二为聚醚胺固化剂。
进一步，本发明提供一种基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料，还可以具有这样的特征：其中，所述低粘度环氧树脂为双酚F环氧树脂NPEF-170。
进一步，本发明提供一种基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料，还可以具有这样的特征：其中，各组分的质量份数为：粘度环氧树脂40-60份、活性稀释剂8-10份、缓蚀剂15-20份、金红石钛白粉3-6份、滑石粉5-10份、消泡剂0.5-2份、硅烷偶联剂0.5-2份、聚醚胺固化剂15-25份。
进一步，本发明提供一种基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料，还可以具有这样的特征：其中，所述缓蚀剂中，碳酸锂和苯并三氮唑的质量比为10-15∶5-10。
进一步，本发明提供一种基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料，还可以具有这样的特征：其中，所述聚醚胺固化剂为聚醚胺D230。
进一步，本发明提供一种基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料，还可以具有这样的特征：其中，所述金红石钛白粉和滑石粉均为微/纳米级颗粒。
进一步，本发明提供一种基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料，还可以具有这样的特征：其中，所述消泡剂为BYK-A530。
进一步，本发明提供一种基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料，还可以具有这样的特征：其中，所述硅烷偶联剂为KH-550。
本发明还提供上述基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料的制备方法，具有这样的特征：包括以下步骤：步骤一、将碳酸锂、苯并三氮唑、金红石钛白粉、滑石粉、消泡剂和硅烷偶联剂加入低粘度环氧树脂中并搅拌混合均匀；步骤二、在步骤一所得混合溶液中加入活性稀释剂，调节粘度(适合的粘度范围为1500～2000(cps/25℃))；步骤三、在步骤二所得混合溶液中加入聚醚胺固化剂，搅拌分散均匀，即得基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料。
本发明还提供上述基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料的制备方法，具有这样的特征：将基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料喷涂在经过预处理的2024-T3铝合金上，室温干燥固化后形成基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂层。
本发明的有益效果在于：本发明采用碳酸锂与苯并三氮唑的混合物作为可浸出缓蚀剂添加到环氧树脂涂料中，制备的涂层对2024-T3铝合金具有良好的自修复性能。在碳酸锂缓蚀作用的基础上增加苯并三氮唑与碳酸锂的协同作用，使得涂层耐腐蚀性能与自修复性能进一步增强。当涂层发生破损时，铝合金基体发生腐蚀，涂层中的碳酸锂由于浸出速率快，率先浸出到划痕处与基体反应形成一层主体保护膜，苯并三氮唑浸出速率慢，浸出后吸附在主体保护膜表面，能有效抑制基体的进一步腐蚀，从而起到自修复效果。具体的，碳酸锂率先浸出到基体表面，与铝基体反应形成层状双金属氢氧化物(LDH)主体薄膜，苯并三氮唑后浸出到LDH薄膜表面，插层进入LDH内部以及吸附在LDH的多孔表面，使得薄膜更加致密，进一步增强涂层的耐腐蚀性能和自修复性能。
此外，本发明选用低粘度双酚F环氧树脂作为涂料的成膜物质，乙二醇缩水甘油醚作为活性稀释剂调节涂料粘度，固含量接近100％，无论是涂装还是固化过程都无挥发性有机化合物排放，对环境非常友好。
附图说明
图1是实施例1涂层在刻制划痕后168小时盐雾后划痕处的扫描电子显微镜照片；
图2是对比例1涂层在刻制划痕后168小时盐雾后划痕处的扫描电子显微镜照片；
图3是对比例2涂层在刻制划痕后168小时盐雾后划痕处的扫描电子显微镜照片；图4是实施例1、比较例1以及比较例2涂层在刻制划痕后168小时盐雾后的交流阻抗谱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰，以下结合具体实施例对本发明进一步详细说明。
实施例1
本实施例提供一种基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料，其制备方法包括以下步骤：
步骤一、称取60g双酚F环氧树脂NPEF-170、11.5g碳酸锂、7.4g苯并三氮唑、4.5g金红石钛白粉、8.8g滑石粉、1.2g消泡剂BYK-A530以及1.2g硅烷偶联剂KH-550置于烧杯中在磁力搅拌器上搅拌24h使其混合均匀。
步骤二、在步骤一所得混合溶液中加入10g乙二醇二缩水甘油醚，调节到合适粘度。
步骤三、在步骤二所得混合溶液中加入25.0g固化剂聚醚胺D230，搅拌分散均匀，即得基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料。
该基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料的使用方法为：将该基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料喷涂在经过预处理的2024-T3铝合金上，然后将喷涂好涂层的2024-T3铝合金放在温度为25℃的恒温烘箱内固化24h，即得基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂层。
实施例2
本实施例提供一种基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料，其制备方法包括以下步骤：
步骤一、称取40g双酚F环氧树脂NPEF-170、10.0g碳酸锂、5.0g苯并三氮唑、3.0g金红石钛白粉、5.0g滑石粉、0.5g消泡剂BYK-A530以及0.5g硅烷偶联剂KH-550置于烧杯中在磁力搅拌器上搅拌24h使其混合均匀。
步骤二、在步骤一所得混合溶液中加入8g乙二醇二缩水甘油醚，调节到合适粘度。
步骤三、在步骤二所得混合溶液中加入15.0g固化剂聚醚胺D230，搅拌分散均匀，即得基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料。
该基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料的使用方法为：将该基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料喷涂在经过预处理的2024-T3铝合金上，然后将喷涂好涂层的2024-T3铝合金放在温度为25℃的恒温烘箱内固化24h，即得基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂层。
实施例3
本实施例提供一种基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料，其制备方法包括以下步骤：
步骤一、称取50g双酚F环氧树脂NPEF-170、15.0g碳酸锂、10.0g苯并三氮唑、6.0g金红石钛白粉、10.0g滑石粉、2.0g消泡剂BYK-A530以及2.0g硅烷偶联剂KH-550置于烧杯中在磁力搅拌器上搅拌24h使其混合均匀。
步骤二、在步骤一所得混合溶液中加入8g乙二醇二缩水甘油醚，调节到合适粘度。
步骤三、在步骤二所得混合溶液中加入20.0g固化剂聚醚胺D230，搅拌分散均匀，即得基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料。
该基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料的使用方法为：将该基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料喷涂在经过预处理的2024-T3铝合金上，然后将喷涂好涂层的2024-T3铝合金放在温度为25℃的恒温烘箱内固化24h，即得基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂层。
对比例1
本对比例提供一种涂料，其制备方法包括以下步骤：
步骤一、称取60g双酚F环氧树脂NPEF-170、11.5g碳酸锂、4.5g金红石钛白粉、8.8g滑石粉、1.2g消泡剂BYK-A530以及1.2g硅烷偶联剂KH-550置于烧杯中在磁力搅拌器上搅拌24h使其混合均匀。
步骤二、在步骤一所得混合溶液中加入10g乙二醇二缩水甘油醚，调节到合适粘度。
步骤三、在步骤二所得混合溶液中加入25.0g固化剂聚醚胺D230，搅拌分散均匀，即得涂料。
该涂料的使用方法为：将该基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料喷涂在经过预处理的2024-T3铝合金上，然后将喷涂好涂层的2024-T3铝合金放在温度为25℃的恒温烘箱内固化24h，即得涂层。
对比例2
本对比例提供一种涂料，其制备方法包括以下步骤：
步骤一、称取60g双酚F环氧树脂NPEF-170、4.5g金红石钛白粉、8.8g滑石粉、1.2g消泡剂BYK-A530以及1.2g硅烷偶联剂KH-550置于烧杯中在磁力搅拌器上搅拌24h使其混合均匀。
步骤二、在步骤一所得混合溶液中加入10g乙二醇二缩水甘油醚，调节到合适粘度。
步骤三、在步骤二所得混合溶液中加入25.0g固化剂聚醚胺D230，搅拌分散均匀，即得涂料。
该涂料的使用方法为：将该基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料喷涂在经过预处理的2024-T3铝合金上，然后将喷涂好涂层的2024-T3铝合金放在温度为25℃的恒温烘箱内固化24h，即得涂层。
对实施例1、对比例1和对比例2的涂层进行自修复防腐测试，具体的，对实施例1、对比例1和对比例2的涂层分别刻制相同的划痕，然后均进行168小时中性盐雾试验，结果如图1-4所示。
其中，图1-3分别为实施例1、对比例1和对比例2的涂层在刻制划痕及涂层破坏的条件下经过168小时中性盐雾试验后划痕处的SEM照片。从图中可以看出经过168小时的中性盐雾试验，实施例1和对比例1涂层内的碳酸锂浸出到划痕处形成一层表面为片状形态的保护膜，阻止了基体的进一步腐蚀，而对比例2划痕处发生了严重的腐蚀开裂。
图4是实施例1、对比例1和对比例2的涂层进行电化学测试的结果，从图中可以看出，对比例1与对比例2相比，涂层内添加碳酸锂后，划痕区域阻抗更高，耐腐蚀性能更加优异，而实施例1比对比例1阻抗更高，涂料内添加碳酸锂与苯并三氮唑的混合物，苯并三氮唑使得碳酸锂的缓蚀效果进一步增强。
形貌与电化学结果均说明本发明基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料形成的自修复防腐涂层具有优异的防腐性能以及对2024-T3铝合金基体的长效防护。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料，其特征在于：
由以下质量份的原料组成：低粘度环氧树脂40-60份、活性稀释剂8-10份、缓蚀剂15-20份、金红石钛白粉3-6份、滑石粉5-10份、消泡剂0.5-2份、硅烷偶联剂0.5-2份、聚醚胺固化剂15-25份
所述活性稀释剂为乙二醇二缩水甘油醚；
所述缓蚀剂由碳酸锂和苯并三氮唑组成；碳酸锂和苯并三氮唑的质量比为10-15∶5-10；
所述基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将碳酸锂、苯并三氮唑、金红石钛白粉、滑石粉、消泡剂和硅烷偶联剂加入低粘度环氧树脂中并搅拌混合均匀；
步骤二、在步骤一所得混合溶液中加入活性稀释剂，调节粘度；
步骤三、在步骤二所得混合溶液中加入聚醚胺固化剂，搅拌分散均匀，即得基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料。
2.根据权利要求1所述的基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料，其特征在于：
其中，所述低粘度环氧树脂为双酚F环氧树脂NPEF-170。
3.根据权利要求1所述的基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料，其特征在于：
其中，所述聚醚胺固化剂为聚醚胺D230。
4.根据权利要求1所述的基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料，其特征在于：
其中，所述金红石钛白粉和滑石粉均为微/纳米级颗粒。
5.根据权利要求1所述的基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料，其特征在于：
其中，所述消泡剂为BYK-A530。
6.根据权利要求1所述的基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料，其特征在于：
其中，所述硅烷偶联剂为KH-550。
7.如权利要求1-6任意一项所述的基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料的使用方法，其特征在于：
将基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂料喷涂在经过预处理的2024-T3铝合金上，室温干燥固化后形成基于锂盐的无溶剂自修复防腐涂层。
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