一种货船底涂耐磨抗开裂涂料及其制备工艺的制作方法

本发明涉及涂料组合物领域，具体为一种货船底涂耐磨抗开裂涂料及其制备工艺。

背景技术：

1、货船在长时间的水上运输过程中，受外部因素的影响，尤其是货船底部，极易受到腐蚀、冲击和摩擦，若船体直接暴露，不仅会由于大量海生物的附着作用下导致燃料消耗增加、航速降低，还会导致船体腐蚀，降低货船的使用寿命。

2、现有船舶涂料虽然一定程度上可以防止海水、海洋大气腐蚀和海洋生物附着等要求，但是涂覆后性能的涂层抗开裂性能较差，在长期使用后容易造成船体表面涂层的磨损和破坏。中国专利申请cn104312412a公开了一种防腐抗潮耐磨的船舶用油漆及其制备方法，该油漆以脂肪族聚氨酯丙烯酸树脂为主要树脂基体，在其他原料的共同作用下，提高油漆的耐磨性能，但是丙烯酸树脂及其衍生物，成本较高，且在海水和光照作用下会产生一定的应力，导致油漆的附着力下降，涂层出现开裂或部分脱落等力学缺陷。中国专利申请cn104312375a公开了一种耐摩耐擦的防紫外线的船舶用油漆及其制备方法，具体以环氧树脂和松香酚醛树脂作为树脂基体，在其他原料的协同作用下，提高了油漆的抗冲击性能，但是形成的涂层在温度梯度以及金属材料伸缩应力的综合作用下不可避免的出现裂纹，失去对船体的保护作用，而且影响整体美观。

技术实现思路

1、本发明第一方面提供一种货船底涂耐磨抗开裂涂料，按重量份计，其制备原料至少包括：聚合物乳液20-40份、硅酸钾水溶液40-60份、不饱和聚酯树脂8-15份、无机填料10-30份、聚碳酸酯10-20份、溶剂30-50份、助剂1-5份。

2、作为一种优选的技术方案，所述聚合物乳液为自交联丙烯酸乳液、苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液、氟硅乳液、自交联苯丙乳液中的至少一种。优选的，所述聚合物乳液为苯丙乳液和硅丙乳液的组合；

3、作为一种优选的技术方案，所述苯丙乳液、硅丙乳液的固含量均为46-50wt％；所述苯丙乳液的型号为s-01，所述硅丙乳液的型号为sd-528，均来源于江苏生达新材料科技有限公司。

4、作为一种优选的技术方案，所述苯丙乳液、硅丙乳液、硅酸钾水溶液的质量比为(1.5-3)：(0.8-1.2)：(4-6)。

5、作为一种优选的技术方案，所述硅酸钾水溶液的固含量为25-30wt％；优选的，所述硅酸钾水溶液的固含量为30wt％，型号为mos-1010n，来源于厦门培藤材料科技有限公司。

6、水上运输货船用涂料涂层开裂主要是由于温度梯度、光照辐射、腐蚀性气体、海水侵蚀以及金属材料的伸缩应力的综合作用导致的，这些因素在货船运输过程中无法避免，基于本发明体系，通过采用苯丙乳液和氟硅乳液的聚合物乳液组合，尤其是控制体系中的苯丙乳液、氟硅乳液、硅酸钾水溶液的质量比为(1.5-3)：(0.8-1.2)：(4-6)，在该质量比下，苯丙乳液、氟硅乳液与硅酸钾水溶液之间发生强相互作用，形成si-o-si空间网状漆膜，克服了普通含c-c键分子链的成膜树脂耐紫外辐照时间短的缺点，同时避免由于硅酸盐水溶液的引入导致的涂料体系稳定性降低和涂膜开裂问题。发明人分析原因可能为硅酸盐成膜硬、脆且贮存稳定性不足主要是由于在固化成膜过程中，勋在水分挥发导致涂层收缩较大，有机-无机两相分层导致的，发明人在探究过程中发现，通过控制体系中苯丙乳液、氟硅乳液、硅酸钾水溶液的质量比为(1.5-3)：(0.8-1.2)：(4-6)，在干燥成膜的过程中，苯丙乳液、氟硅乳液能够填充在-si-o-si-空间网状结构的间隙中，对图层中的oh-和k+有效封闭，提高-si-o-si-空间网状漆膜的稳定性，极大地改善硅酸钾成膜的脆性，减少涂层开裂，提高涂层整理的柔韧性，避免因温度梯度冲击导致的涂层开裂。

7、作为一种优选的技术方案，所述无机填料选自立德粉、硅微粉、金红石型钛白粉、滑石粉、高岭土、重钙粉、硅酸钾中的至少一种。优选的，所述无机填料为高岭土、金红石型钛白粉的组合；优选的，所述高岭土、金红石型钛白粉的质量比为1：(1-2)。基于本发明体系，通过引入质量比为1：(1-2)的高岭土、金红石型钛白粉作为无机填料，在其他原料的相互作用下，与有机聚合物体系实现良好的相容和结合，有效提高涂料的耐磨性能和抗开裂性能；这可能是由于，在体系中硅烷偶联剂的作用下，高岭土、金红石型钛白粉在体系中实现良好分散，二者在涂料体系中的填充和支撑作用可以与硅酸钾成膜时的收缩应力相抵消，减少涂层开裂，提高涂层致密度。

8、所述高岭土的型号为gy680，来源于江阴市广源超微粉有限公司；所述金红石型钛白粉的型号为hr-248，来源于南阳恒翔化工产品有限公司。

9、作为一种优选的技术方案，所述不饱和聚酯树脂选自双酚a型不饱和聚酯、问苯二甲酸型树脂和松香改性不饱和聚酯中的至少一种；优选的，所述不饱和聚酯树脂为双酚a型不饱和聚酯，所述双酚a型不饱和聚酯的酸值为16-25mgkoh/g。所述双酚a型不饱和聚酯的型号为gm197，来源于无锡欣叶豪化工有限公司。

10、作为一种优选的技术方案，所述双酚a型不饱和聚酯、聚碳酸酯的质量比为(10-15)：(15-20)。所述聚碳酸酯的型号为lexan pc fl405，来源于广州华秀塑胶有限公司。

11、基于本发明体系，通过引入质量比为(10-15)：(15-20)的双酚a型不饱和聚酯、聚碳酸酯，与体系中的聚合物乳液相互作用，有效提高涂料涂层的抗冲击性能和抗开裂性能。

12、作为一种优选的技术方案，所述溶剂为乙醇、水、异丙醇、乙酸乙酯、丙酮中的至少一种；所述溶剂为乙酸乙酯和水，所述乙酸乙酯和水的质量比为(2-5)：(1-3)。

13、作为一种优选的技术方案，所述助剂至少包括硅烷偶联剂、成膜助剂、引发剂、防冻剂。优选的，所述硅烷偶联剂、成膜助剂、引发剂、防冻剂的质量比为(0.8-1.2)：(0.5-1)：(0.1-0.5)：1。

14、优选的，所述硅烷偶联剂为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的至少一种；优选的，所述硅烷偶联剂为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷。基于本发明体系，引入硅烷偶联剂，尤其是当硅烷偶联剂为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷时，显著改善体系中树脂、乳液与无机填料之间的相容性，提高涂料的机械强度和耐久性；同时3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷能够与体系中的活性单体共聚，提高涂料对船体的附着力，尤其是大幅度提高了涂料的湿态机械强度，满足作为货船底部涂层的实际使用要求。发明人分析原因可能为，基于3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷中特殊的环氧基官能团和三个可水解的甲氧基机构，与体系中的无机填料和有机聚合物之间通过双向化学作用提高两者之间结合和相容程度，进而有效提高涂料的力学性能、粘结强度和耐水性能，避免了涂层因基材伸缩引起的开裂现象，使涂料具有优异的长期贮存稳定性。

15、优选的，所述成膜助剂为丙二醇甲醚醋酸酯、醇酯十二、丙二醇单丁醚、二丙二醇丁醚中的至少一种；优选的，所述成膜助剂为丙二醇甲醚醋酸酯、醇酯十二的组合；优选的，所述丙二醇甲醚醋酸酯、醇酯十二的质量比为(4-6)：(2-4)。

16、优选的，所述引发剂为有机过氧化物引发剂；优选的，所述有机过氧化物引发剂为过氧化甲乙酮。

17、优选的，所述防冻剂为乙二醇。

18、本发明第二方面提供一种货船底涂耐磨抗开裂涂料的制备工艺，至少包括以下步骤：按重量份，将不饱和聚酯树脂、聚碳酸酯、助剂加入到溶剂中，在200-300r/min下搅拌20-30min；之后依次加入无机填料、聚合物乳液、硅酸钾水溶液，在800-1000r/min的条件下分散30-40min后即得。

19、有益效果

20、1、本发明提供了一种货船底涂耐磨抗开裂涂料，涂料体系稳定性高，具有优异的附着力性能、耐磨性能、抗冲击性能和抗开裂性能，可作为货船底涂使用。

21、2、基于本发明体系，通过采用苯丙乳液和氟硅乳液的聚合物乳液组合，尤其是控制体系中的苯丙乳液、氟硅乳液、硅酸钾水溶液的质量比为(1.5-3)：(0.8-1.2)：(4-6)，在该质量比下，苯丙乳液、氟硅乳液与硅酸钾水溶液之间发生强相互作用，形成si-o-si空间网状漆膜，克服了普通含c-c键分子链的成膜树脂耐紫外辐照时间短的缺点，同时避免由于硅酸盐水溶液的引入导致的涂料体系稳定性降低和涂膜开裂问题。

22、3、基于本发明体系，通过引入质量比为1：(1-2)的高岭土、金红石型钛白粉作为无机填料，在其他原料的相互作用下，与有机聚合物体系实现良好的相容和结合，有效提高涂料的耐磨性能和抗开裂性能。

23、4、基于本发明体系，通过引入质量比为(10-15)：(15-20)的双酚a型不饱和聚酯、聚碳酸酯，与体系中的聚合物乳液相互作用，有效提高涂料涂层的抗冲击性能和抗开裂性能。

24、5、基于本发明体系，引入硅烷偶联剂，尤其是当硅烷偶联剂为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷时，显著改善体系中树脂、乳液与无机填料之间的相容性，提高涂料的机械强度和耐久性；同时3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷能够与体系中的活性单体共聚，提高涂料对船体的附着力，尤其是大幅度提高了涂料的湿态机械强度，满足作为货船底部涂层的实际使用要求。