本发明涉及船舶动力轴的非工作面用高性能防腐涂料及其制备方法。
背景技术
船舶动力轴是船舶动力装置的重要组成部分，大型船舶动力输出较大，受船舱限制，动力轴采用多根优质碳素钢连接而成；中小型船舶动力输出小，动力轴多采用单根不锈钢、焊接锌块的碳素钢等多种材质锻造。动力轴受腐蚀后材料性能改变，严重时会引起轴系的振动，直至变形断裂，因此需要对舰船动力轴进行防腐保护处理。动力轴的非工作面采用有机涂层进行防护，但由于国内没有专用防腐涂料可选用，通常动力轴的非工作面采用环氧通用底漆与环氧厚涂面漆或醇酸面漆构成的防护涂层，该防护涂层按国家标准gb/t9271-2008《色漆和清漆标准试板》和gb/t13088-2008《涂覆涂料前钢材表面处理喷射清理后的钢材表面粗糙度特性》要求，底材表面处理达到sa2.5级或st3级，即底材表面粗糙度不得低于25μm，而动力轴的非工作面的粗糙度只有0.8～1.6μm，且不能进行打磨等处理，因此涂层附着性能较差。此外，动力轴加工时，车床所用的降温油、润滑油，以及空气结露，都会造成轴表面残留有水、锈、油污等杂质，而动力轴自身长度长、重量重、面曲度大，采用常规方法表面难以清理干净，这些因素易导致涂覆涂层失效，造成动力轴的非工作面锈蚀，达不到长期防腐保护的目的，给动力轴运转带来安全隐患。
环氧树脂具有优异的粘结附着力、耐磨性能、机械性能、电绝缘性能、耐化学品性能，以及收缩率低、易加工成型和成本低廉等优点，但固化后内应力大、质脆，耐疲劳性、耐老化、耐热性、耐冲击性、耐开裂性等较差。有研究表明由液体聚硫预聚物和环氧树脂在胺类催化剂条件下，反应生成嵌段共聚物，即具有环氧树脂的优异性能，又可有效的改善环氧涂层的内应力和柔韧性，如专利cn200610014497.8和cn01109499.0，但前者需要加热才能固化，后者耐盐雾和冷热交变性能一般，给施工和应用带来了一定局限性。
技术实现要素：
本发明为解决上述问题，提供一种船舶动力轴的非工作面用高性能防腐涂料。该防腐涂料能够在船舶动力轴的非工作面不进行打磨处理，并残留有水、锈、油污等杂质情况下，具有良好的防腐性能。
所述的船舶动力轴的非工作面用高性能防腐涂料由下列组分和含量组成：
所述的环氧树脂为市售的双酚a型环氧树脂，如e51、e44、e20等任选一种。
所述的改性环氧树脂由双酚a型环氧树脂e51、平均分子量为1000的聚硫橡胶和正丁基缩水甘油醚按照重量比例7～8：1～2：1经化学合成，详见中国专利zl200710114530.9(发明名称：大型容器内壁无溶剂无毒涂料)。
所述的复合型胺类固化剂是腰果油改性酚醛胺固化剂与其他胺类固化剂按重量比例10～2：1混合制备的。
所述的腰果油改性酚醛胺固化剂优选自卡德莱公司的cardolite系列产品nx2001、nx2003、nx2007、nx2015、nx2018、nx2041、nx5454中一种。腰果油改性酚醛胺固化剂具有挥发性小和低毒，同时还具有对水不敏感，可在潮、锈表面施工的特点，但固化速度快，施工期短，需要添加其他胺类固化剂，延长所使用时间。
所述的其它胺类固化剂，是芳香胺和脂肪胺相应的改性胺固化剂中的一种树脂。优选自二乙烯三胺、间苯二甲胺、异弗尔酮二胺、二氨基二苯甲烷、二氨基二苯砜等相应的改性胺固化剂，如巴斯夫公司ec280、ec150、ecx1222，科宁公司versamine1000、versaminea-56,亨斯迈公司rex853，佳迪达公司jh5929、jh5236、jh5408，空气化学公司ancamine1618、ancamine2432、ancamine2280等固化剂中一种。
本发明涂料根据具体用途加入适当的颜填料。选择具有防腐作用的云母氧化铁、氧化铁红、铝粉、磷酸锌、三聚磷酸铝、氧化铬等颜料，以及功能性填料纳米二氧化硅、沉淀硫酸钡、滑石粉、云母粉、碳酸钙等填料，它们是多种并用。本发明选用的氧化铬、磷酸锌、三聚磷酸铝属活性颜料，分子中的cr3-、cr6-、p043-、po45-离子与fe2+、fe3+离子有较高的络合能力，在金属表面形成致密的钝化膜，起到防锈作用；铝粉在漆膜中呈鳞片状排列，可提高漆膜的屏蔽性；氧化铁红具有遮盖力好、着色力强，具有耐介质、耐高温等性能；云母氧化铁、滑石粉、云母粉在漆膜中呈薄片状形式排列，可提高漆膜的封闭性，起到防水、防气渗透的作用，与增韧树脂配合又可赋予涂层有效的韧性，有利于提高层间附着力；纳米二氧化硅由于其粒径很小，因此比表面积大，表面吸附力强，分散性能好等性能，具有优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性；沉淀硫酸钡、滑石粉和碳酸钙在涂层中不仅具有骨架的填料作用，还具有能够吸收基材表面残留油的作用。
所述的助剂包括消泡剂、流平剂、润湿分散剂、偶联剂。所述消泡剂为byk-019、byk-028、afcona2720、afcona2723、afcona2020中的一种或几种，所述流平剂为byk-322、afcona3700、afcona3770、afcona3777中的一种或几种，所述润湿分散剂为byk-p104s、byk-354、byk-378中的一种或几种，所述偶联剂为kh-550、kh-560、kh-570中的一种或几种。
所述的溶剂为二甲苯、丙二醇甲醚和环己酮按重量比例3：1：1配制的混合溶剂。溶剂一方面可降低涂料的粘度，提高涂料的施工性；另一方面可提高涂料对基材的润湿性和渗透性，增强涂层的附着力；再者还能够在溶剂挥发过程中带走基材表面残留的水。根据“相似相溶”原理，本项目选用与树脂、固化剂相溶性好，且挥发性适中的二甲苯、丙二醇甲醚和环己酮等构成涂料的溶剂体系。
所述的船舶动力轴的非工作面用高性能防腐涂料组合物制备方法：
先配制a组分：按所述配比关系将环氧树脂、改性环氧树脂、颜填料、助剂和溶剂搅拌均匀，然后用砂磨机或三辊机研磨至40-80μm，滤网过滤，计量包装。
再配制b组分：按所述配比关系的复合型胺类固化剂。
a、b组分按重量比为3-8:1均匀混合配制。
本发明的涂料组合物的涂敷方法可以为刷涂、滚涂或喷涂工艺。
本发明的高性能防腐涂料可常温固化。应用于船舶动力轴的非工作面和多种金属基材表面的防腐保护，尤其是针对残留有油、水等杂质表面，可提供优异的长效防腐性能。
本发明的干膜总涂层厚度控制在120-160μm，可以得到满意效果。
本发明制备的船舶动力轴的非工作面用高性能防腐涂料具有下列优异的综合性能：
柔韧性(mm)：1(gb/t1731-1993漆膜柔韧性测定法)；
附着力(级)：1(gb/t9286-1998色漆和清漆漆膜的划格试验)；
冲击强度(kg.cm)：50(gb/t1732-1993漆膜耐冲击测定法)；
耐盐雾：1000小时不起泡、不脱落、无变色(gb/t1771-2007色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定)；
耐冷热交变：十个循环(-30℃，30min；80℃，30min)，漆膜无变化(gjb150.5-1986温度冲击试验)；
耐海水：6个月漆膜无起泡、无开裂、无脱落(gb/t9274-1988色漆和清漆耐液体介质的测定)。
具体实施方式
下面列举的实施例对本法明进一步说明，但本发明不只限于这些实施例。实施例1：改性环氧树脂的制备
将54重量份环氧树脂e51、40重量份ps1000聚硫橡胶和6重量份正丁基缩水甘油醚投入反应釜中，加热搅拌至80℃，加入催化剂2,4,6-三(二甲基氨基甲基)苯酚0.1重量份，在80℃下反应4小时。得到100份黄色透明均相粘稠的改性环氧树脂。
实施例2：高性能防腐涂料的制备
称量实施例1制备的改性环氧树脂5重量份，环氧树脂e5135重量份，投入不锈钢罐中高速搅拌机搅拌，加入消泡剂afcona2723、afcona2020共0.5重量份、流平剂为afcona37000.5重量份、润湿分散剂为byk-p104s0.5重量份、偶联剂为kh-5500.3重量份，与树脂搅拌均匀后加入云母氧化铁30重量份、氧化铬20重量份、沉淀硫酸钡5重量份、滑石粉3重量份、纳米二氧化硅2重量份，复合溶剂50重量份搅拌均匀，然后用砂磨机或三辊研磨机研磨至标准细度，过滤包装为涂料a组分。
称量腰果油改性酚醛胺固化剂(卡德莱公司)nx201530重量份和空气化学公司的ancamine161810重量份，复合溶剂10重量份搅拌均匀，为涂料b组分。
使用时将a、b两组份按重量比3：1混合均匀后喷涂于船舶动力轴的非工作面，常温固化七天后，得到的涂膜性能指标如下：
柔韧性(mm)：1；
附着力(级)：1；
冲击强度(kg.cm)：50；
耐盐雾：1000小时不起泡、不脱落、无变色；
耐冷热交变：(-30℃，30min；80℃，30min)十个循环，漆膜无变化。
耐海水：6个月漆膜无起泡、无开裂、无脱落；
实施例3高性能防腐涂料的制备
称量实施例1制备的改性树脂2重量份，环氧树脂e4433重量份投入不锈钢罐中高速搅拌机搅拌，加入消泡剂byk-028、afcona2720共0.3重量份、流平剂为afcona37700.3重量份、润湿分散剂为byk-3540.4重量份、偶联剂为kh-5600.3重量份，与树脂搅拌均匀后加入氧化铁红30重量份、云母氧化铁20重量份、磷酸锌10重量份、云母粉8重量份、纳米二氧化硅2重量份，复合溶剂55重量份搅拌均匀，然后用砂磨机或三辊研磨机研磨至标准细度，过滤包装为涂料a组分。
称量腰果油改性酚醛胺固化剂(卡德莱公司)nx200120重量份和(佳迪达公司)jh592910重量份，复合溶剂10重量份搅拌均匀，为涂料b组分。
使用时将a、b两组份按重量比4：1混合均匀后喷涂在镀锌基材表面，常温固化七天，得到的涂膜性能指标达到实施例2的性能指标。
实施例4
称量实施例1制备的改性树脂3重量份，环氧树脂e2042重量份投入不锈钢罐中高速搅拌机搅拌，加入消泡剂byk-019、afcona2020共0.4重量份、流平剂为byk-3220.4重量份、润湿分散剂为byk-3780.4重量份、偶联剂为kh-5700.3重量份，与树脂搅拌均匀后加入碳酸钙30重量份、三聚磷酸铝40重量份、磷酸锌30重量份、滑石粉10重量份、纳米二氧化硅5重量份，复合溶剂100重量份搅拌均匀，然后用砂磨机或三辊研磨机研磨至标准细度，过滤包装为涂料a组分。
称量腰果油改性酚醛胺固化剂(卡德莱公司)nx200715重量份和(巴斯夫公司)ec1505重量份，复合溶剂12.5重量份搅拌均匀，为涂料b组分。
在带油水锈等杂质的船舶动力轴的非工作面施工时，首先将涂覆面用溶剂擦拭干净，将a、b两组份按重量比8：1混合均匀后喷涂，常温固化七天后得到优异的防腐保护涂层，涂膜性能指标达到实施例2的性能指标。
实施例5
称量实施例1制备的改性树脂4重量份，环氧树脂e5136重量份投入不锈钢罐中高速搅拌机搅拌，加入消泡剂afcona2723、afcona2020共0.5重量份、流平剂为afcona37770.5重量份、润湿分散剂为byk-p104s0.5重量份、偶联剂为kh-5500.5重量份，与树脂搅拌均匀后加入铝粉30重量份、磷酸锌15重量份、沉淀硫酸钡30重量份、云母粉10重量份、纳米二氧化硅5重量份，复合溶剂68重量份搅拌均匀，然后用砂磨机或三辊研磨机研磨至标准细度，过滤包装为涂料a组分。
称量腰果油改性酚醛胺固化剂(卡德莱公司)nx204130重量份和(科宁公司)versamine10005重量份，复合溶剂15重量份搅拌均匀，为涂料b组分。
在铝合金、不锈钢、钛合金等金属表面施工，模拟船舶动力轴的非工作面在多种合金基材下保护性能。首先将涂覆面表面擦拭干净，锈蚀按国家标准打磨清理，将a、b两组份按重量比4：1混合均匀后喷涂，常温固化七天后得到优异的防腐保护涂层，得到的涂膜性能指标达到实施例2的性能指标。
比较例1：按照专利cn200610014497.8所述方法制备比较例1，制备方法：将端巯基液体聚硫预聚物80克与环氧树脂400克加入到带有搅拌器的反应器中,搅拌并加热至80℃,加入0.1克的2,4,6-(n,n-二甲基氨甲基)苯酚,反应2小时,降至室温,得聚硫-环氧嵌段共聚物；将聚硫-环氧嵌段共聚物100份,防蜡剂5份,石英粉30份，气相二氧化硅0.1份,活性稀释剂5份,有机胺类固化剂15份充分混合均匀,将涂料均匀地喷涂于打磨清洗的样板表面,该涂层在100℃固化完全。
比较例2：按照专利cn1109499.0所述方法制备比较例2，制备方法：将二甲苯和丁醇按7:3比例制成混合溶剂。用混合溶剂分别溶解聚硫橡胶和环氧树脂制成溶液。将聚硫橡胶溶液和环氧树脂溶液按比例混合,在50～100℃范围内加热搅拌40～60分钟后,加入填料、着色颜料、助剂等,搅拌均匀,经研磨分散至60～80微米，与催化固化剂混合均匀，将涂料均匀地喷涂于打磨清洗的样板表面,该涂层常温固化。
比较例3：按照专利zl200710114530.9所述方法制备比较例3，制备方法：将e51环氧树脂54重量份、ps1000聚硫橡胶40重量份和正丁基缩水甘油6重量份投入到反应釜中,升温至90℃,边搅拌边加入催化剂2,4,6-三(二甲基氨基甲基)苯酚0.03重量份。在90℃保温下边搅拌反应3小时,得到聚硫橡胶改性环氧树脂。称取e51环氧树脂80重量份、聚硫橡胶改性环氧树脂20重量份,投入到不锈钢罐中用高速搅拌机搅拌,加入消泡剂byk-055和deh6800共1.02重量份、润湿分散剂byk-p104s0.45重量份、流平剂byk-3220.03重量份,与树脂搅拌均匀后加入钛白粉1.3重量份、沉淀硫酸钡14.5重量份、有机膨润土1.4重量份搅拌均匀,研磨至标准细度,过滤包装成为涂料a组份；称取k41改性芳香胺固化剂70重量份、消泡剂byk-055和deh6800共1.0重量份、润湿分散剂byk-p104s0.5重量份,投入到不锈钢罐中用高速搅拌机搅拌均匀后,加入水合氧化铁红47重量份、有机膨润土0.2重量份搅拌均匀,研磨至标准细度,过滤包装成为涂料的b组份；将a、b组份按重量比1:1的比例混合，喷涂于打磨清洗的样板表面,该涂层常温固化。
将比较例1、2、3与本发明的实施例进行比较，结果见下表。
表一
由表一实验测试结果可知，
比较例1使用聚硫环氧共聚物中无正丁基缩水甘油醚，固化剂未使用复合胺类固化剂，与本发明不同，因此在固化温度、耐盐雾、耐海水和耐冷热交变等性能方面未能达到本发明的优异性能。
比较例2使用聚硫环氧共聚物中无正丁基缩水甘油醚，与本发明不同，因此在耐盐雾和耐冷热交变等性能方面未能达到本发明的性能。
比较例3使用的颜填料与本发明不同，因此在柔韧性和冲击强度方面不如本发明性能好。