防腐蚀自清洁复合涂层及其制备方法和应用与流程

[0001]
本发明涉及水性涂料领域，尤其涉及一种能够用于恶劣大气环境下架空钢芯铝绞线或其他金属表面的具有防腐蚀和自清洁功能的复合涂层，以及该复合涂层的制备方法和应用。


背景技术：

[0002]
由于在电流输送的过程中需要多次的变电，所以把电流的输送称为输变电。输变电就像是一张布满全国的大网，变电站就是网中的节点，连接各个节点的就是输电线路。输电线路又可分为：钢铁塔、钢管杆、砼杆、电力电缆等形式。由于输变设备一般设置在工业污染、风沙侵蚀的恶劣环境条件下，尤其是在酸气氛环境对金属设施的腐蚀破坏，对输变设备及输电线路的安全可靠性和使用寿命造成了潜在的风险，使得输变电线路、杆塔等存在安全隐患。尤其针对西北地区输变电架空导线存在大风舞动现象，输变电设施表面防腐蚀涂层因导线频繁舞动导致扭曲开裂。例如，某220kv变电站就曾发生因导线、线夹在酸气氛等特殊恶劣环境下腐蚀减薄、断裂导致主变压器故障的事故，直接经济损失达300余万元。
[0003]
基于此，有必要提供一种能够应用于重污染工业区、沙漠干旱地区和相对湿度较大地区的输电设备及线路的防护的输电设备表面的防腐蚀涂层。


技术实现要素：

[0004]
有鉴于此，本发明提供一种防腐蚀自清洁复合涂层，至少部分解决现有技术中存在的问题。
[0005]
本发明提供一种防腐蚀自清洁复合涂层，所述复合涂层包括相接触的环氧树脂层和聚氨酯层，所述环氧树脂组合物至少包括水性环氧乳液、水性环氧固化剂、填料、铝缓蚀剂和偶联剂，所述聚氨酯组合物至少包括聚氨酯乳液、聚氨酯固化剂和纳米tio2。
[0006]
在其中一个实施例中，所述水性环氧乳液为室温固化型水性脂肪族环氧树脂乳液，且所述水性环氧乳液的环氧当量为800～1100。
[0007]
在其中一个实施例中，所述水性环氧固化剂为胺类固化剂。
[0008]
作为一个优选的实施例，所述室温固化型水性脂肪族环氧树脂乳液可以为美国瀚森epikote6530-wh-53a环氧树脂，所述胺类固化剂可以为6870-w-53固化剂。需要说明的是，本发明实施例中的环氧树脂及固化剂也可以为其它长链脂肪族环氧树脂及相匹配固化剂。
[0009]
本发明实施例中的环氧树脂组合物是以环氧树脂为主要成膜物质的涂料，环氧树脂分子结构中含有两个或两个以上环氧基，环氧基与固化剂交联固化后形成不溶及不熔的三维网状结构，该三维网状结构具有耐酸、耐碱、耐盐等各种优良的性能。本发明选用长链脂肪族环氧树脂及固化剂，长链脂肪族环氧树脂结构中含有脂肪族烃基、醚键及活泼的环氧基，烃基、醚键在相邻两面之间产生引力，环氧基与含活泼氢金属表面起反应生成化学键，同时，环氧基与固化剂形成的三维网状结构具有优良的耐化学药剂性以及优异的耐碱
性，故本发明实施例的长链脂肪族环氧树脂可以增加金属材料表面漆膜的柔韧性，有助于增强架空钢芯铝绞线大风舞动时漆膜的稳定性。
[0010]
在其中一个实施例中，所述环氧树脂组合物由第一组分和第二组分组成，按质量份计，所述第一组分包括以下组分：水性环氧乳液25～60份、去离子水8～15份、铝缓蚀剂5～15份、填料10～25份、偶联剂3～5份、润湿分散剂0.5～2份、消泡剂1～5份、防沉分散剂0.5～2份、增稠剂0.5～2份、成膜助剂0.2～2份、流平剂0.2～1份、附着力促进剂0.2～1份；所述第二组分包括以下组分：水性环氧固化剂65～80份、去离子水20～33份、活性稀释剂0.5～2份。需要说明的是，本发明实施例中用于制备环氧树脂组合物的润湿分散剂、消泡剂、防沉分散剂、增稠剂、成膜助剂、流平剂、附着力促进剂组分均可以使用在水性涂料领域通常使用的材料，尤其是与环氧树脂乳液配合使用的水漆助剂或辅料。例如，消泡剂可以为聚硅氧烷类消泡剂；流平剂可以为有机硅类流平剂；附着力促进剂可以为有机硅烷，成膜助剂可以丙二醇丁醚或丙二醇甲醚醋酸酯等醚类化合物。
[0011]
在其中一个实施例中，所述填料为云母、硫酸钡、磷酸锌中的一种或两种以上的混合物。
[0012]
在其中一个实施例中，所述偶联剂为kh550、kh560中的一种或两种以上的混合物。
[0013]
在其中一个实施例中，所述活性稀释剂为具有12-14个c原子的烷基缩水甘油醚。
[0014]
在其中一个实施例中，所述水性环氧乳液的环氧当量与所述水性环氧固化剂活泼氢当量之比为1:0.6～0.7。
[0015]
在其中一个实施例中，所述铝缓蚀剂为钼酸钠、钼酸铵、氯化锌中的一种或两种以上的混合物。本发明铝基缓蚀剂包括钼酸钠、钼酸铵等钼酸盐类化合物或其它复配组合物，酸钠、钼酸铵等钼酸盐类化合物中钼酸根离子是一种吸附型缓蚀剂，吸附在铝基材的表面，能屏蔽恶劣大气环境中cl-及so
42-的吸附，有效抑制铝表面的腐蚀。同时钼酸盐也可以与磷酸锌等锌盐复配，zn
2+
作为阴极沉淀型缓蚀剂，在潮湿环境下铝阴极反应所产生的oh-使微阴极区的ph值增高，形成了锌的氢氧化物，起到了缓蚀作用，当与钼酸盐复合使用后，吸附的钼酸盐与沉淀的氢氧化锌交互作用，使铝基材的腐蚀得到有效的抑制。另外，zn
2+
水解所产生的oh-也有利于抑制铝阴极过程。
[0016]
在其中一个实施例中，所述聚氨酯组合物由第三组分和第四组分组成，按质量份计，所述第三组分包括以下组分：水性聚氨酯乳液50～65份、去离子水8～18份、纳米tio25～20份、润湿分散剂0.2～1.5份、消泡剂2～5份、防沉分散剂0.2～1.5份、成膜助剂0.2～1.5份、流平剂0.2～1.5份、附着力促进剂0.2～1份；所述第四组分包括以下组分：水性聚氨酯固化剂65～80份和去离子水20～35份。
[0017]
在重污染工业区内，大气中含有cl-及so
42-腐蚀介质及其它有机物，腐蚀介质(尤其是有机物)粘附在钢芯铝绞线及其它金属材料表面会加剧腐蚀进程，本发明聚氨酯组合物中的组分纳米tio2是一种n型半导体材料，具有很强的氧化性和还原性，在太阳光尤其是紫外线的照射下，tio2表面生成空穴(h
+
)和电子穴(e-)，空穴(h
+
)使h2o氧化，电子穴(e-)使空气中的o2还原，使得粘附在钢芯铝绞线或其它金属表面的有机物光催化降解为化为co2、h2o等简单的无机物，使之易被雨水冲刷除去，达到自清洁的目的。
[0018]
聚氨酯组合物由含-oh基的水性多元醇和含-nco基的多异氰酸酯固化剂组成，通过异氰酸根基团和羟基生成的自交联异氰酸酯氨基甲酸乙酯在化学交联反应过程中固化
成网状结构膜并形成交联结构，具有交联密度大、附着力强、低温柔韧、硬度高以及耐化学品性、耐盐雾性、耐候性、耐水性俱佳等优点。
[0019]
在其中一个实施例中，所述第三组分和所述第四组分的重量比为3～6:1。
[0020]
在其中一个实施例中，所述第三组分中水性聚氨酯乳液为羟基丙烯酸酯水分散体乳液；所述第四组分中水性聚氨酯固化剂为聚异氰酸酯类固化剂。优选地，所述水性聚氨酯乳液为bayhydrol a242；所述水性聚氨酯固化剂为bayhydur xp2547、bayhydur 401-60pgda、bayhydur n3600中的一种或两种以上的混合物。
[0021]
本发明实施例中用于制备聚氨酯组合物的润湿分散剂、消泡剂、防沉分散剂、成膜助剂、流平剂、附着力促进剂等组分为均可以使用在水性涂料领域通常使用的材料，尤其是与聚氨酯乳液配合使用的水漆助剂或辅料。例如，防沉分散剂可以为气相二氧化硅；分散剂可以为嵌段聚合物；流平剂可以为聚醚改性的聚硅氧烷；成膜助剂可以为醚类化合物；消泡剂可以为有机硅类消泡剂。
[0022]
本发明实施例中的tio2可以为不同的粒度不同结晶形态的纳米tio2。
[0023]
本发明还提供了上述的防腐蚀自清洁复合涂层的制备方法，在基体上涂刷环氧树脂组合物和聚氨酯组合物而得，包括步骤：
[0024]
制备环氧树脂组合物：
[0025]
制备第一组分：向反应釜中加入去离子水，边搅拌边依次加入润湿分散剂、消泡剂、填料、铝缓蚀剂、偶联剂；将漆浆研磨至细度达到5μm以下，依次加入水性环氧乳液、防沉分散剂、增稠剂、成膜助剂、流平剂和附着力促进剂，搅拌均匀，得第一组分，备用；
[0026]
制备第二组分：将水性环氧固化剂、去离子水和活性稀释剂搅拌分散均匀，得到第二组分；
[0027]
使用时，将第一组分和第二组分按照水性环氧乳液的环氧当量与水性环氧固化剂活泼氢当量混合；
[0028]
制备聚氨酯组合物：
[0029]
制备第三组分：向反应釜中加入去离子水，边搅拌边依次加入润湿分散剂、消泡剂、纳米tio2；将漆浆研磨至细度达到5μm以下，依次加入聚氨酯乳液、防沉分散剂、成膜助剂、流平剂和附着力促进剂，搅拌均匀，得第三组分，备用；
[0030]
制备第四组分：将水性聚氨酯固化剂、去离子水搅拌分散均匀，得到第四组分；
[0031]
使用时，将第三组分和第四组分混合。
[0032]
本发明还提供了上述的防腐蚀自清洁复合涂层在金属设备表面防腐蚀领域中的应用。
[0033]
具体地，上述防腐蚀自清洁复合涂层可适用于输变电设施中铝基、铜基及铁基材料表面的防腐蚀治理，尤其适用于作为污染环境下输变电架空钢芯铝绞线表面的保护涂层。
[0034]
本发明的有益效果如下：
[0035]
1)本发明的防腐蚀自清洁复合涂层包括相接触的环氧树脂层和聚氨酯层，环氧树脂层以水性环氧树脂为主要成膜物质，其中的环氧基与含活泼氢金属表面起反应生成化学键，同时，环氧基与固化剂形成的三维网状结构具有优良的耐化学药剂性以及优异的耐碱性，可以增强金属材料表面漆膜的柔韧性，同时，环氧树脂层中的铝缓蚀剂吸附在铝基材的
表面，能屏蔽恶劣大气环境中cl-及so
42-的吸附，有效抑制铝表面的腐蚀；
[0036]
2)本发明聚氨酯层中的聚氨酯组合物通过异氰酸根基团和羟基生成的自交联异氰酸酯氨基甲酸乙酯在化学交联反应过程中固化成网状结构膜并形成交联结构，具有交联密度大、附着力强、低温柔韧、硬度高以及耐化学品性、耐盐雾性、耐候性、耐水性俱佳等优点，加上聚氨酯层中添加的纳米tio2具有氧化性，可以使粘附在钢芯铝绞线或其它金属表面的有机物光催化降解为化为co2、h2o等简单的无机物，进而达到自清洁的目的。
[0037]
3)本发明防腐蚀自清洁复合涂层的原料易得，制备工艺流程短，控制方便，效果显著，且对架空导线及其它输变电金属系统无任何副作用，属环境友好型高性能涂料，具有广阔的市场前景。
具体实施方式
[0038]
下面对本发明实施例进行详细描述。
[0039]
需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合；并且，基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
[0040]
需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
[0041]
实施例1
[0042]
本实施例提供一种防腐蚀自清洁复合涂层，该复合涂层包括相接触的环氧树脂层和聚氨酯层。其中，
[0043]
环氧树脂组合物由以下原料制备而成：
[0044]
第一组分，包括以下重量份的原料组分：水性环氧乳液40份、去离子水12份、铝缓蚀剂12份、填料19份、偶联剂4份、润湿分散剂1.5份、消泡剂5份、防沉分散剂1.5份、增稠剂1.5份、成膜助剂1.5份、流平剂1份、附着力促进剂1份；
[0045]
第二组分，包括以下重量份的组分：水性环氧固化剂65份、去离子水33份和活性稀释剂2份。
[0046]
其中，水性环氧乳液的环氧当量与水性环氧固化剂活泼氢当量之比为1:0.7。
[0047]
具体地，水性环氧乳液为美国瀚森e6530pikote-wh-53a，水性环氧固化剂为6870-w-53，偶联剂为kh550，填料为云母，活性稀释剂为具有12-14个c原子的烷基缩水甘油醚，铝缓蚀剂为钼酸钠。
[0048]
上述环氧树脂组合物的制备方法包括如下步骤：
[0049]
制备第一组分：向反应釜中加入去离子水，以500rpm的转速搅拌，边搅拌边依次加入润湿分散剂、消泡剂、填料、铝缓蚀剂、偶联剂；调节转速至1000rpm，将漆浆研磨至细度达到5μm以下，依次加入水性环氧乳液、防沉分散剂、增稠剂、成膜助剂、流平剂和附着力促进
剂，搅拌均匀，得第一组分，备用；
[0050]
制备第二组分：将水性环氧固化剂、去离子水和活性稀释剂在500rpm的转速下搅拌分散15min，得到第二组分；
[0051]
使用时，将第一组分和第二组分按照水性环氧乳液的环氧当量与水性环氧固化剂活泼氢当量之比为1:0.7混合。
[0052]
聚氨酯组合物由以下原料制备而成：
[0053]
第三组分，包括以下重量份的原料组分：水性聚氨酯乳液60份、去离子水15份、份纳米tio213.5份、润湿分散剂1.5份、消泡剂5份、防沉分散剂1.5份、成膜助剂1.5份、流平剂1份和附着力促进剂1份；
[0054]
第四组分，包括以下重量份的原料组分：水性聚氨酯固化剂70份和去离子水30份。
[0055]
上述聚氨酯组合物的制备方法包括如下步骤：
[0056]
制备第三组分：向反应釜中加入去离子水，以500rpm的转速搅拌，边搅拌边依次加入润湿分散剂、消泡剂、纳米tio2；调节转速至1000rpm，将漆浆研磨15min至细度达到5μm以下，依次加入聚氨酯乳液、防沉分散剂、成膜助剂、流平剂和附着力促进剂，搅拌均匀，得第三组分，备用；
[0057]
制备第四组分：将水性聚氨酯固化剂、去离子水在500rpm的转速下搅拌分散15min，得到第四组分；
[0058]
使用时，将第三组分和第四组分按照5:1的质量比混合。
[0059]
具体地，水性聚氨酯乳液为bayhydrol a242，水性聚氨酯固化剂为bayhydur xp2547。
[0060]
上述实施例的复合涂层的具体实施步骤如下：
[0061]
将铝基样板用高压空气吹净，然后在铝基样板的表面喷涂一层水性环氧底漆组合物，待水性环氧底漆完全干燥固化后喷涂一层水性聚氨酯组合物，对铝基样板表面的复合涂层进行性能测试，包括附着力、耐冲击性、柔韧性和耐水性等性能。测试结果见表1。
[0062]
表1复合体系涂层测试结果
[0063][0064][0065]
实施例2
[0066]
本实施例提供一种防腐蚀自清洁复合涂层，该复合涂层包括相接触的环氧树脂层和聚氨酯层。其中，
[0067]
环氧树脂组合物由以下原料制备而成：
[0068]
第一组分，包括以下重量份的原料组分：水性环氧乳液25份、去离子水15份、铝缓蚀剂15份、填料25份、偶联剂5份、润湿分散剂2份、消泡剂5份、防沉分散剂2份、增稠剂2份、
成膜助剂2份、流平剂1份、附着力促进剂1份；
[0069]
第二组分，包括以下重量份的组分：水性环氧固化剂65份、去离子水33份和活性稀释剂2份。
[0070]
其中，水性环氧乳液的环氧当量与水性环氧固化剂活泼氢当量之比为1:0.6。
[0071]
具体地，水性环氧乳液为美国瀚森e6530pikote-wh-53a，水性环氧固化剂为6870-w-53，偶联剂为kh560，填料为硫酸钡，活性稀释剂为具有12-14个c原子的烷基缩水甘油醚，铝缓蚀剂为钼酸铵。
[0072]
上述环氧树脂组合物的制备方法包括如下步骤：
[0073]
制备第一组分：向反应釜中加入去离子水，以500rpm的转速搅拌，边搅拌边依次加入润湿分散剂、消泡剂、填料、铝缓蚀剂、偶联剂；调节转速至1000rpm，将漆浆研磨30min至细度达到5μm以下，依次加入水性环氧乳液、防沉分散剂、增稠剂、成膜助剂、流平剂和附着力促进剂，搅拌均匀，得第一组分，备用；
[0074]
制备第二组分：将水性环氧固化剂、去离子水和活性稀释剂在500rpm的转速下搅拌分散25min，得到第二组分；
[0075]
使用时，将第一组分和第二组分按照水性环氧乳液的环氧当量与水性环氧固化剂活泼氢当量之比为1:0.6混合。
[0076]
聚氨酯组合物由以下原料制备而成：
[0077]
第三组分，包括以下重量份的原料组分：水性聚氨酯乳液50份、去离子水18份、份纳米tio220份、润湿分散剂1.5份、消泡剂5份、防沉分散剂1.5份、成膜助剂1.5份、流平剂1.5份和附着力促进剂1份；
[0078]
第四组分，包括以下重量份的原料组分：水性聚氨酯固化剂65份和去离子水35份。
[0079]
上述聚氨酯组合物的制备方法包括如下步骤：
[0080]
制备第三组分：向反应釜中加入去离子水，以500rpm的转速搅拌，边搅拌边依次加入润湿分散剂、消泡剂、纳米tio2；调节转速至1000rpm，将漆浆研磨30min至细度达到5μm以下，依次加入聚氨酯乳液、防沉分散剂、成膜助剂、流平剂和附着力促进剂，搅拌均匀，得第三组分，备用；
[0081]
制备第四组分：将水性聚氨酯固化剂、去离子水在500rpm的转速下搅拌分散25min，得到第四组分；
[0082]
使用时，将第三组分和第四组分按照3:1的质量比混合。
[0083]
具体地，水性聚氨酯乳液为bayhydrola242，水性聚氨酯固化剂为bayhydur 401-60pgda。
[0084]
上述实施例的复合涂层的具体实施步骤如下：
[0085]
将铝基样板用高压空气吹净，然后在铝基样板的表面喷涂一层水性环氧底漆组合物，待水性环氧底漆完全干燥固化后喷涂一层水性聚氨酯组合物，对铝基样板表面的复合涂层进行性能测试，包括附着力、耐冲击性、柔韧性和耐水性等性能。测试结果见表2。
[0086]
表2复合体系涂层测试结果
[0087][0088][0089]
从以上实施例可以看出，本发明实施例的防腐蚀自清洁复合涂层可推广应用于重污染工业区、沙漠干旱地区和相对湿度较大地区的输电设备及线路的防护，能有效延长输电设备及线路的使用寿命，提高电力系统运行的可靠性，为电网建设和发展提供有力的技术支持。
[0090]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应
涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

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