[發(fā)明專利]一種基于聚合物溶解度參數(shù)設(shè)計(jì)的耐候防腐梯度化涂層材料及其制備方法

在審

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• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112680068A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳凱鋒;張心悅;張黎黎;亓海霞
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所
• 主分類號: C09D163/02
• 分類號: C09D163/02;C09D163/00;C09D5/10;C08G59/44;C08G59/50
• 代理公司: 洛陽公信知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 41120
• 代理人: 宋晨煒

本發(fā)明涉及一種基于聚合物溶解度參數(shù)設(shè)計(jì)的耐候防腐梯度化涂層材料及其制備方法，屬于化工材料技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明選擇了溶解度參數(shù)相近或不同的環(huán)氧樹脂、改性環(huán)氧樹脂和固化劑，在樹脂固化交聯(lián)過程中隨著反應(yīng)物溶解度參數(shù)的差值加大，則自動(dòng)形成梯度化材料，實(shí)現(xiàn)了單層涂層的耐候防腐功能梯度，使其同時(shí)具有優(yōu)異的耐候性能與防腐性能。此外，該耐候防腐梯度化涂層材料具有施工簡單，無需復(fù)雜設(shè)備，成本低廉；制成材料成膜性好，并具有較高的附著力。應(yīng)用本耐候防腐梯度化涂層可簡化南海島礁裝備腐蝕維修的涂層施工工序，節(jié)約涂層施工時(shí)間和費(fèi)用，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化工材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于聚合物溶解度參數(shù)設(shè)計(jì)的耐候防腐梯度化涂層材料及其制備方法。

背景技術(shù)

通常，鋼結(jié)構(gòu)表面涂覆的防護(hù)涂料體系一般采用環(huán)氧富鋅防銹底漆+環(huán)氧云鐵中間漆+聚氨酯耐候面漆三層配套體系，每層涂料均發(fā)揮各自的功能。底漆主要與鋼基材錨固附著，抑制鋼基材腐蝕；中間漆主要屏蔽腐蝕粒子，以及連接底漆和面漆；面漆主要抑制太陽光輻射，防止環(huán)氧底漆加速老化，縮短防腐壽命，同時(shí)也具有裝飾作用。上述三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中主要缺陷為：①因涂裝道數(shù)較多，施工周期長；②產(chǎn)品種類多，增大倉儲壓力；③不同層間界面維修困難等。

自分層/梯度化涂料是將兩種不同性能的樹脂相互混溶，利用不相容原理，使其自動(dòng)形成底面不同特性的涂料產(chǎn)品。涂層體系分層過程既有熱力學(xué)問題又有動(dòng)力學(xué)問題。兩種聚合物的溶解度參數(shù)差將驅(qū)動(dòng)相分離。因此，通過溶解度參數(shù)可以建立一個(gè)三維立體結(jié)構(gòu)的溶解球，球體是以樹脂的溶解度參數(shù)為圓心，以其溶解區(qū)域范圍大小為半徑。此理論認(rèn)為：不同的聚合物有不同的中心溶解度參數(shù)和溶解球半徑，樹脂的不相容程度可以用它們的球體的重疊體積(C)來表示。兩樹脂溶解球重疊部分的體積(C)可提供樹脂相容性的信息。兩樹脂共同體積越大，其相容性就越大，重疊體積越小，分層的趨勢越大。

C可由下式計(jì)算:

式（1）

式（2）

式中：C—兩種樹脂溶解球的重疊體積；

P1、P2—球冠高度；

R1、R2—兩種樹脂溶解度球的小球半徑、大球半徑；

V—重疊體積占小球總球體積的百分?jǐn)?shù)，用重疊率表示。

根據(jù)溶解度參數(shù)理論，當(dāng)兩種樹脂溶解球相互重疊時(shí)，此時(shí)該兩種樹脂將互溶，即成均相分部；一旦兩種樹脂溶解球沒有重疊區(qū)間，則將相互驅(qū)離，也即產(chǎn)生分相；若使兩種樹脂形成梯度化趨勢，根據(jù)兩種樹脂的溶解球半徑及重疊體積公式計(jì)算，結(jié)果表明，兩種樹脂三維溶解度參數(shù)重疊率在58%V85%時(shí)可實(shí)現(xiàn)梯度化結(jié)構(gòu)（見圖1）。

我們知道，南海島礁裝備在高溫、高濕和高紫外線的熱帶海洋環(huán)境中極易加速腐蝕，但南海地區(qū)距離大陸較遠(yuǎn)，物資運(yùn)輸不便，尤其在動(dòng)力不足的情況下對島礁設(shè)施的腐蝕防護(hù)難度更大，故開發(fā)出一種既有較高的防護(hù)性能又可以便捷施工、簡單操作的涂料產(chǎn)品具有較大需求。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明的目的一在于提供一種基于聚合物溶解度參數(shù)設(shè)計(jì)的耐候防腐梯度化涂層材料，目的二在于提供所述涂層材料的制備方法。本發(fā)明選擇溶解度參數(shù)相近或不同的環(huán)氧樹脂、改性環(huán)氧樹脂和固化劑，在樹脂固化交聯(lián)過程中隨著反應(yīng)物溶解度參數(shù)的差值加大，則自動(dòng)形成梯度化材料，實(shí)現(xiàn)了單層涂層的耐候防腐功能梯度，使其同時(shí)具有優(yōu)異的耐候性能與防腐性能。所述涂層材料可用于南海環(huán)境下島礁鋼基材武器裝備及其配套設(shè)施的防護(hù)，起到防腐、抗老化的效果，便捷施工、減少涂層的施工道數(shù)，降低維修成本，彌補(bǔ)傳統(tǒng)涂層結(jié)構(gòu)體系不足，延長裝備設(shè)施服役壽命。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的具體方案為：

一種基于聚合物溶解度參數(shù)設(shè)計(jì)的耐候防腐梯度化涂層材料，包含的組分及其質(zhì)量百分比分別為：環(huán)氧樹脂15-45%、溶劑5-40%、顏料1-20%、填料10-50%、助劑0.1-10%和固化劑10-50%；