一种紫外光固化防腐蚀涂料及其制备方法和应用与流程

本发明属于涂料制备领域，具体涉及一种紫外光固化防腐蚀涂料及其制备方法和应用。

背景技术：

我国是设施设备制造大国，随着国家对环境保护日益重视，从2016年开始，防腐蚀涂装行业使用的防腐蚀涂料由溶剂型涂料向水性涂料转化。其中，水性涂料产品主要有水性环氧底漆、水性环氧中间漆和水性丙烯酸面漆、水性聚氨酯底漆等品种。但是水性涂料往往存在防护性能不足、施工稳定性差以及对环境污染严重的技术缺陷。采用水性涂料涂装的设施设备在较为严酷的大气腐蚀环境下常常会出现较为严重的锈蚀问题，例如在海洋环境和化工大气环境中，水性涂料防腐蚀性能不足和不稳定造成了巨大的经济损失；水性涂料中含有助溶剂，助溶剂在涂料的干燥过程中会产生大量有机挥发物(voc)，需要使用废气处理装置来处理voc；在施工过程中，清洗涂装水性涂料后的设施设备会产生大量废水，这些含可溶性助溶剂的废水处理难度大，增加了处理费用和环保压力。

uv固化涂料可以在紫外光照射下实现快速固化，是一种节省能源、能量利用率高、无溶剂排放，安全无污染的涂料品种，现有的uv涂料通常用于木器、纸张、塑料，电器铝合金等非铁基材的装饰，对钢铁基材的保护能力有限，不能在恶劣腐蚀环境下达到良好的防腐蚀效果，也没有用于碳钢基材严酷大气防腐蚀环境下应用的报道，其原因在于，这些常规的uv固化涂料防腐蚀性能不足，涂层性能不能满足iso12944标准要求。

技术实现要素：

鉴于此，本发明的目的在于提供一种紫外光固化防腐蚀涂料及其制备方法和应用。本发明提供的紫外光固化防腐蚀涂料对于碳钢基材具有良好的防腐蚀性能，涂层性能能够满足iso12944标准要求。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种紫外光固化防腐蚀涂料，包括以下质量百分含量的组分：

氢化环氧丙烯酸酯2％～10％、丙烯酸预聚物40％～60％、分散剂0.1％～1％、光引发剂0.5％～2％、颜料15％～25％、活性单体5％～20％、消泡剂0.1％～1％、乙烯基硅烷0.1％～5％、有机硅中间体5％～30％和阻聚剂0.01％～0.1％。

优选地，所述有机硅中间体的活性官能团包括硅羟基和/或硅甲氧基。

优选地，所述有机硅中间体为道康宁rsn-6018或rsn-3074。

优选地，所述氢化环氧丙烯酸酯由包括以下步骤的制备方法制得：

将氢化环氧树脂和甲基丙烯酸进行加成反应，得到氢化环氧丙烯酸酯。

优选地，所述氢化环氧树脂的环氧值为0.4～0.5。

优选地，所述活性单体包括三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸异冰片酯和己二醇二丙烯酸酯中的一种或多种。

优选地，所述乙烯基硅烷包括乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三叔丁基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷或乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷。

优选地，所述丙烯酸预聚物为含丙烯酸双键的聚合物，所述含丙烯酸双键的聚合物的数均分子量为1000～4000。

本发明还提供了上述技术方案所述紫外光固化防腐蚀涂料的制备方法，包括以下步骤：

将氢化环氧丙烯酸酯、丙烯酸预聚物、分散剂、光引发剂、颜料、活性单体、消泡剂、乙烯基硅烷、有机硅中间体和阻聚剂混合，得到紫外光固化防腐蚀涂料。

本发明还提供了上述技术方案所述的紫外光固化防腐蚀涂料或上述技术方案所述制备方法制得的紫外光固化防腐蚀涂料在碳钢基材防腐领域中的应用。

本发明提供了一种紫外光固化防腐蚀涂料，包括以下质量百分含量的组分：氢化环氧丙烯酸酯2％～10％、丙烯酸预聚物40％～60％、分散剂0.1％～1％、光引发剂0.5％～2％、颜料15％～25％、活性单体5％～20％、消泡剂0.1％～1％、乙烯基硅烷0.1％～5％、有机硅中间体5％～30％和阻聚剂0.01％～0.1％。本发明提供的紫外光固化防腐蚀涂料是一种以光固化为主、潮气(空气中的水分)固化为辅，双重交联固化的uv防腐蚀涂料。本发明采用的氢化环氧丙烯酸酯具有良好的耐候性，采用的有机硅中间体可以和金属基体表面的羟基反应形成化学键，大幅度提高粘结力，涂层和基材形成化学键后，环境中的水份、盐雾、氧气等腐蚀介质难以在涂层和基材之间扩散，能够有效抑制金属表面腐蚀，采用的乙烯基硅烷不仅可以参与涂料体系中的光固化，乙烯基硅烷中的烷氧基还能够和空气中的水分发生水解反应，和有机硅中间体中的硅羟基发生缩合交联，形成耐候、耐腐蚀的坚韧涂膜，具有良好的耐候、耐腐蚀性能。和常规涂料相比较具有快速固化、节能环保，100％固体含量无废水废气的优点，可大幅度提高生产效率，降低能耗。实施例结果表明，本发明制得的涂层具有良好的耐候性能及耐腐蚀性能，对于碳钢基材具有良好的防腐蚀性能，涂层性能能够满足iso12944标准要求。

具体实施方式

本发明提供了一种紫外光固化防腐蚀涂料，包括以下质量百分含量的组分：氢化环氧丙烯酸酯2％～10％、丙烯酸预聚物40％～60％、分散剂0.1％～1％、光引发剂0.5％～2％、颜料15％～25％、活性单体5％～20％、消泡剂0.1％～1％、乙烯基硅烷0.1％～5％、有机硅中间体5％～30％和阻聚剂0.01％～0.1％。

在本发明中，若无特殊说明，所有的原料组分均为本领域常规市售商品。

以质量含量计，本发明提供的紫外光固化防腐蚀涂料包括氢化环氧丙烯酸酯2％～10％，进一步优选为4％～7％，更优选为5％。在本发明中，所述氢化环氧丙烯酸酯优选由包括以下步骤的制备方法制得：将氢化环氧树脂和甲基丙烯酸进行加成反应，得到氢化环氧丙烯酸酯。在本发明中，氢化环氧树脂的环氧值优选为0.4～0.5，本发明采用特定环氧值的氢化环氧树脂具有良好的附着力和韧性。在本发明中，所述氢化环氧树脂和甲基丙烯酸的摩尔质量比优选为1：2.1。在本发明中，所述加成反应优选在搅拌和回流冷凝条件下进行，所述加成反应的温度优选为150℃，时间优选为2h。本发明对所述搅拌和回流冷凝的具体操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的搅拌和回流冷凝方式即可。本发明对所述氢化环氧树脂和甲基丙烯酸的具体来源没有特殊的限定，采用本领域常规市售产品即可。本发明采用的氢化环氧丙烯酸酯相比于常规市售的双酚a或双酚f型环氧丙烯酸酯产品具有优良的耐候性能。本发明采用特定质量百分含量的氢化环氧丙烯酸酯能够有效提高紫外光固化防腐蚀涂料的耐候性能。

以质量含量计，本发明提供的紫外光固化防腐蚀涂料包括丙烯酸预聚物40％～60％，进一步优选为45％～52％，更优选为48％。在本发明中，所述丙烯酸预聚物优选为含丙烯酸双键的聚合物，所述含丙烯酸双键的聚合物的数均分子量优选为1000～4000，进一步优选为阿科玛hx-series、ua306h或长兴6196-100。本发明对所述丙烯酸预聚物的具体来源没有特殊的限定，采用本领域常规市售产品即可。本发明采用的丙烯酸预聚物具有良好的硬度和韧性，能够有效提高紫外光固化防腐蚀涂料的耐腐蚀性能。

以质量含量计，本发明提供的紫外光固化防腐蚀涂料包括分散剂0.1％～1％，进一步优选为0.2％～0.6％，更优选为0.4％。在本发明中，所述分散剂优选为德国毕克公司的byk2155或byk180。

以质量含量计，本发明提供的紫外光固化防腐蚀涂料包括光引发剂0.5％～2％，进一步优选为0.7％～1.1％，更优选为0.9％。在本发明中，所述光引发剂优选包括tpo、tpo-l、1173和907中的一种或多种。当所述光引发剂优选为tpo-l和1173的混合物时，所述混合物中tpo-l和1173的质量比优选为2:1。

以质量含量计，本发明提供的紫外光固化防腐蚀涂料包括颜料15％～25％，进一步优选为15％～20％，更优选为18％。在本发明中，所述颜料优选为金红石型钛白粉或氧化铁红。

以质量含量计，本发明提供的紫外光固化防腐蚀涂料包括活性单体5％～20％，进一步优选为10％～17％，更优选为14％。在本发明中，所述活性单体优选包括三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(tmptma)、二丙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸异冰片酯和己二醇二丙烯酸酯中的一种或多种。当所述活性单体优选为tmptma和甲基丙烯酸异冰片酯的混合物时，所述混合物中tmptma和甲基丙烯酸异冰片酯的质量比优选为1:1。本发明采用特定含量的活性单体作为交联剂能够有效地提高紫外光固化防腐蚀涂料的润湿性，提高涂覆在钢材基体表面时的附着力，增进涂层的耐候性能和耐腐蚀性能。

以质量含量计，本发明提供的紫外光固化防腐蚀涂料包括消泡剂0.1％～1％，进一步优选为0.3％～0.7％，更优选为0.5％。在本发明中，所述消泡剂优选为德国毕克公司的byk-088或byk054。

以质量含量计，本发明提供的紫外光固化防腐蚀涂料包括乙烯基硅烷0.1％～5％，进一步优选为0.5％～3％，更优选为1～2％。在本发明中，所述乙烯基硅烷优选包括乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三叔丁基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷和乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种。本发明对所述乙烯基硅烷的具体来源没有特殊的限定，采用本领域常规市售产品即可。本发明采用特定含量的乙烯基硅烷不仅可以参与涂料体系中的光固化，乙烯基硅烷中的烷氧基还能够和空气中的水分发生水解反应，和有机硅中间体中的硅羟基发生缩合交联，形成耐候、耐腐蚀的坚韧涂膜，具有良好的耐候、耐腐蚀性能。

以质量含量计，本发明提供的紫外光固化防腐蚀涂料包括有机硅中间体5％～30％，进一步优选为15％～26％，更优选为17～23％。在本发明中，所述有机硅中间体的活性官能团优选包括硅羟基和/或硅甲氧基。在本发明中，所述有机硅中间体进一步优选为道康宁rsn-6018和/或rsn-3074。本发明采用特定含量的有机硅中间体中的硅羟基和硅甲氧基可以和金属基体表面的羟基反应形成化学键，大幅度提高粘结力，涂层和基材形成化学键后，环境中的水份、盐雾、氧气等腐蚀介质难以在涂层和基材之间扩散，能够有效抑制金属表面腐蚀。

以质量含量计，本发明提供的紫外光固化防腐蚀涂料包括阻聚剂0.01％～0.1％，进一步优选为0.03％～0.06％，更优选为0.05％。在本发明中，所述阻聚剂优选为三(n-亚硝基-n苯基羟胺)铝。本发明采用特定用量的阻聚剂能够有效地提高紫外光固化防腐蚀涂料的存储性能。

本发明还提供了上述技术方案所述紫外光固化防腐蚀涂料的制备方法，包括以下步骤：

将氢化环氧丙烯酸酯、丙烯酸预聚物、分散剂、光引发剂、颜料、活性单体、消泡剂、乙烯基硅烷、有机硅中间体和阻聚剂混合，得到紫外光固化防腐蚀涂料。

在本发明中，所述混合的方式优选为先将活性单体、阻聚剂、分散剂和颜料进行第一混合后，再与氢化环氧丙烯酸酯、丙烯酸预聚物、光引发剂、消泡剂、乙烯基硅烷和有机硅中间体进行第二混合。在本发明中，所述第一混合的方式优选为研磨，所述研磨后的粒径优选为≤30μm。在本发明中，所述第二混合的方式优选为搅拌。本发明对所述搅拌的具体操作没有特殊的限定，能够满足将组分混合均匀即可。

所述混合完成后，本发明优选将混合得到的产物进行过滤，得到紫外光固化防腐蚀涂料。本发明对所述过滤的具体操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过滤方式即可。

本发明还提供了上述技术方案所述的紫外光固化防腐蚀涂料或上述技术方案所述制备方法制得的紫外光固化防腐蚀涂料在碳钢基材防腐领域中的应用。

本发明优选将所述紫外光固化防腐蚀涂料直接涂覆在碳钢基材表面。在本发明中，所述涂覆在碳钢基材表面的涂层厚度优选为60～90um，进一步优选为80um。

下面结合实施例对本发明提供的紫外光固化防腐蚀涂料及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

称取227g氢化环氧树脂和97.7g，甲基丙烯酸在搅拌和回流冷凝的条件下进行加成反应，得到氢化环氧丙烯酸酯，其中，加成反应的温度为150℃，时间为2h。

称取氢化环氧丙烯酸酯7g，丙烯酸预聚物ua306h42g，分散剂byk1800.9g，光引发剂0.6g，其中光引发剂为tpo-l和1173按质量比为2:1进行复配得到，颜料金红石型钛白粉15g，活性单体17g，其中，活性单体为tmptma和甲基丙烯酸异冰片酯按质量比为1:1复配得到，消泡剂byk0541g，乙烯基硅烷kh5704g，有机硅中间体rsn-601812.45g，阻聚剂三(n-亚硝基-n苯基羟胺)铝0.05g；

按照制备工艺将活性单体、阻聚剂、分散剂和颜料研磨至细度≤30微米后，再与氢化环氧丙烯酸酯、丙烯酸预聚物、光引发剂、消泡剂、乙烯基硅烷和有机硅中间体混合，得到紫外光固化防腐蚀涂料。

将得到的涂料涂覆在粗糙度20微米的低碳钢板q235b表面，对得到的涂层的性能进行测试，测试结果参见表1。

将不含硅烷中间体、不含有氢化环氧丙烯酸酯的常规uv固化涂料同样涂覆在粗糙度20微米的低碳钢板q235b的表面上作为对照组，对得到的涂层的性能进行测试，测试结果参见表1。

对比例1

市售环氧丙烯酸酯7g，丙烯酸预聚物ua306h42g，分散剂byk1800.9g，光引发剂0.6g，其中光引发剂为tpo-l和1173按质量比为2:1进行复配得到，颜料金红石型钛白粉15g，活性单体17g，其中，活性单体为tmptma和甲基丙烯酸异冰片酯按质量比为1:1复配得到，消泡剂byk0541g，乙烯基硅烷kh5704g，有机硅中间体rsn-601812.45g，阻聚剂三(n-亚硝基-n苯基羟胺)铝0.05g；

按照制备工艺将活性单体、阻聚剂、分散剂和颜料研磨至细度≤30微米后，再与氢化环氧丙烯酸酯、丙烯酸预聚物、光引发剂、消泡剂、乙烯基硅烷和有机硅中间体混合，得到紫外光固化防腐蚀涂料。

将得到的涂料涂覆在粗糙度20微米的低碳钢板q235b表面，对得到的涂层的性能进行测试，测试结果参见表1。

实施例2

称取实施例1制得的氢化环氧丙烯酸酯7g，丙烯酸预聚物ua306h33g，分散剂byk1800.9g，光引发剂0.6g，其中光引发剂为tpo-l和1173按质量比为2:1进行复配得到，颜料金红石型钛白粉15g，活性单体17g，其中，活性单体为tmptma和甲基丙烯酸异冰片酯按质量比为1:1复配得到，消泡剂byk0541g，乙烯基硅烷kh5704g，有机硅中间体rsn-601812.45g，rsn-30749g，阻聚剂三(n-亚硝基-n苯基羟胺)铝0.05g；

按照制备工艺将活性单体、阻聚剂、分散剂和颜料研磨至细度≤30微米后，再与氢化环氧丙烯酸酯、丙烯酸预聚物、光引发剂、消泡剂、乙烯基硅烷和有机硅中间体混合，得到紫外光固化防腐蚀涂料。

将得到的涂料涂覆在粗糙度20微米的低碳钢板q235b表面，对得到的涂层的性能进行测试，测试结果参见表1。

实施例3

称取实施例1制得的氢化环氧丙烯酸酯12g，丙烯酸预聚物ua306h44.45g，分散剂byk1800.9g，光引发剂0.6g，其中光引发剂为tpo-l和1173按质量比为2:1进行复配得到，颜料金红石型钛白粉15g，活性单体17g，其中，活性单体为tmptma和甲基丙烯酸异冰片酯按质量比为1:1复配得到，消泡剂byk0541g，乙烯基硅烷kh5704g，有机硅中间体rsn-60185g，阻聚剂三(n-亚硝基-n苯基羟胺)铝0.05g；

按照制备工艺将活性单体、阻聚剂、分散剂和颜料研磨至细度≤30微米后，再与氢化环氧丙烯酸酯、丙烯酸预聚物、光引发剂、消泡剂、乙烯基硅烷和有机硅中间体混合，得到紫外光固化防腐蚀涂料。

将得到的涂料涂覆在粗糙度20微米的低碳钢板q235b表面，对得到的涂层的性能进行测试，测试结果参见表1。

表1实施例1～3、对比例1及常规uv固化涂料的涂层性能测试结果

由上述实验结果分析可知，与常规不含硅烷中间体、不含有氢化环氧丙烯酸酯的uv固化涂料相比，本发明通过添加有机硅烷中间体和氢化环氧丙烯酸酯，有效的提高了涂层的抗冲击性能和附着力；与对比例1(市售环氧丙烯酸酯)相比，本发明通过添加氢化环氧丙烯酸酯，使涂层的耐老化性能显著提升；本发明增加有机硅中间体质量后，涂层的耐盐雾性能显著提升，当有机硅中间体的质量中涂料质量的21.45％时，涂层的附着力、耐老化和耐盐雾显著提升，均优于常规uv固化涂料和对比例的涂层性能，当用量为5％时，涂层的附着力下降。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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