一种海洋防腐防污通用功能涂料及其制备方法

本发明涉及海洋工程化工涂料，尤其涉及一种海洋防腐防污通用功能涂料及其制备方法。

背景技术：

1、先进的船舶与海洋工程装备服役所面临的海洋环境较为复杂，尤其上海市所毗邻的海洋环境涉及到长江、黄浦江、钱塘江、杭州湾与东海混合的复杂环境，导致了船舶与海工装备在服役过程中受到了严峻的腐蚀、海洋生物污损及泥砂冲蚀的挑战。针对船舶与海工的腐蚀问题，现已有大量研究进行开展，其主要包括有机涂层、无机涂层等。其中，有机涂层因为具有快捷的施工性，优良的防腐性能而被广泛深入研究与应用，例如氯化橡胶涂料、环氧树脂涂料、醇酸涂料、聚氨酯涂料等。但上述涂料主要针对了船舶与海工装备的腐蚀问题，而有关防腐蚀、防生物污损与耐冲蚀耦合作用的涂料的研究仍相当缺少。现有防腐、防生物污损的涂料仍然主要以自抛光涂料、含氧化亚铜的树脂涂料、有机硅或有机氟等低表面能防污涂料(如美国nusil公司生产的r-2180，kiss-cote公司的mega guard liqui cote涂料，挪威佐敦公司的jotatop bc200，加拿大21stcentury公司的urethane-51pg951涂料，德国lankwitzer公司的sf90-0000/0涂料等)。以上涂料的防污机制相对比较单一，使得现有涂料技术在防腐与防生物污损方面仍有较大的提升空间，尤其现有涂料在防污损与抗冲蚀方面并无明显的技术优势，极大限制了高性能船舶与海工装备的长效稳定服役。

2、防污涂料作为海洋涂料研发的明珠技术，尤其防腐、防污与耐冲蚀性能兼顾的多用途功能涂料更是少之又少。基于此，本项目将采用改性异氰酸酯与高固组分硅酸盐进行交联反应复合，研发具有碱性本征、高硬度、低表面能、高致密的一种高性能海洋防腐防污通用功能涂料具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种有效提高防腐与防生物污损的海洋涂料技术。

2、为达到上述目的，本发明提出一种海洋防腐防污通用功能涂料，该涂料为双组分，按重量份计，包括如下原料：

3、a组分：30-40份，b组分：35-45份，有机酯：5-8份，

4、表面活性剂：1-5份，催化剂：1-2份，聚氨酯专用溶剂：5-10份，

5、分散剂：2-4份，消泡剂：1-2份，增稠剂：0.5-2份；

6、所述a组分为无机填料与硅酸钠的混合溶液，所述b组分为聚氨酯树脂，

7、进一步的，b组份聚氨酯树脂为湿固化型异氰酸酯聚氨酯树脂，异氰酸酯的端nco基团与空气中的水分子反应聚合固化，并与带锈金属基材中的光碱结合，从而形成固体化学键和氢键，增强与基材的粘合性，有较好的低表面处理特性，适合海洋高湿度环境下的带锈修复。

8、进一步的，所述有机酯为mdt系列有机酯。

9、进一步的，所述催化剂为n,n-二甲基乙醇、1,3,5-三(二甲基胺丙基)-1,3,5-六氢化三嗪、2-氨基-2-甲基-1-丙醇中的至少一种。

10、进一步的，所述聚氨酯专用溶剂为甲苯、二甲苯、乙酸异丁酯、乙酸乙酯、乙酸辛酯、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、甲基己基酮中的至少一种。

11、所述表面活性剂为有机硅表面活性剂，选自b 8460；

12、所述分散剂选自byk-170、byk-110、520s中的一种；

13、所述消泡剂选自acp-1400、dowsil 102f、byk-066n中的一种；

14、所述增稠剂选自amersol815、c-222、c-163中的一种。

15、进一步的，所述a组分的制备方法为：

16、a1：将玄武岩鳞片、云母粉和石墨烯三种填料放入去离子水：无水乙醇＝1:1的乙醇溶液中，通过超声仪，超声清洗20～30min后放入干燥箱中烘干；

17、a2：按照去离子水：异丙醇＝9:1的比例，配置异丙醇溶液；

18、a3：在所述异丙醇溶液中加入偶联剂，并调节ph值至4-5，再通过恒温水浴搅拌，使得所述偶联剂充分水解，得到水解溶液；

19、a4：将步骤a1中烘干的玄武岩鳞片、云母粉和石墨烯放入所述水解溶液中，搅拌分散20mins，并浸泡30～40mins，接着使用乙醇溶液再次清洗并烘干，得到改性玄武岩鳞片；

20、a5：将所得的改性玄武岩鳞片加入硅酸钠溶液中，并添加定向排列剂，持续搅拌30-45min，得到无机填料与硅酸钠的混合溶液，即为所述a组分。

21、进一步的，所述玄武岩鳞片为橄榄玄武岩、紫苏辉石玄武岩中的一种，且径厚比大于12。

22、进一步的，所述石墨烯为多晶石墨烯、石墨烯氧化物、氮化石墨烯中的一种，且径厚比大于2000。

23、进一步的，步骤a3中，使用恒温磁力搅拌水浴锅，40℃持续水浴24h以上。

24、进一步的，所述偶联剂为硅烷偶联剂，选自kh550，kh560和kh570中的一种。

25、进一步的，硅酸钠溶液为偏硅酸钠，包括无水、五水、九水硅酸钠中的一种；所述定向排列剂选自xh-09、moneng-1083中的一种。

26、本发明还提出一种海洋防腐防污通用功能涂料制备方法，制备上述海洋防腐防污通用功能涂料，包括如下步骤：

27、步骤1：将a组分和聚氨酯专用溶剂按照1:1～1.5混合后，搅拌至无明显大颗粒团聚后静置，预浸24h；

28、步骤2：通过高速搅拌机以800～1000r/min的转速搅拌分散约10～15min，然后将转速降至300～400r/min，在旋转分散状态下缓慢加入分散剂:，再将转速升至800～1000r/min继续分散1～2h制得预浸浆料；

29、步骤3：在转速100～200r/min的搅拌下，将所述预浸浆料缓慢加入b组分中，持续搅拌10～15min；

30、步骤4：依次加入消泡剂、表面活性剂、催化剂和分散剂，提高转速至800～900r/min，继续搅拌20～30min至均匀分散，得到混合浆料；

31、步骤5：加入聚氨酯专用溶剂和增稠剂，将所述混合浆料调节至合适黏度后过滤出料，得到海洋防腐防污通用功能涂料。

32、本发明以偶联剂改性玄武岩鳞片，搭配云母片和石墨烯作为超强耐蚀的无机填料，构建物理屏蔽体系，又通过多异氰酸酯和硅酸钠溶液复合作为成膜树脂，大幅度提升了涂层的耐化学腐蚀性能和力学性能。

33、与现有技术相比，本发明的优势之处在于：

34、1、本发明利用玄武岩本身具有的优异耐化学性能和力学性能，以及加工后的玄武岩鳞片具有的大径厚比，对腐蚀介质的渗透起到有效的延缓阻隔作用，增强涂层耐腐蚀性能，再搭配径厚比更优异的石墨烯材料，进一步促进涂层的各项力学性能，使其具有耐腐蚀和耐候双重作用。

35、2、本发明以硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片，通过偶联剂的表面接枝改性形成高质量的界面结合行为，有效促进形成“迷宫效应”，从而屏蔽腐蚀介质的渗透，达到防腐作用。

36、3、本发明通过硅酸钠溶液与异氰酸酯的交联反应，产生结构致密的高固分三维网状结构，形成封闭体系，集碱性本征杀菌技术、低表面能防污损技术和高硬度防生物游离附着技术于一体，有效实现防污损作用。

37、4、本发明采用的湿固化型异氰酸酯聚氨酯树脂中，异氰酸酯基团可以与h2o反应，有效减少甚至阻止了h2o和o2等小分子腐蚀介质侵蚀基材表面，在空气湿度大的环境下也可以有效形成反应并固化成膜，在湿热工业与海洋工程等领域的应用效果十分显著。