一种UV光固化防腐涂料及其制备方法与流程

本发明属于功能涂料，具体涉及一种uv光固化防腐涂料及其制备方法。

背景技术：

1、uv光固化涂料以其零/低voc排放、超高施工效率和优异的物理化学性能，正逐步成为传统溶剂型防腐涂料在大型钢结构、风电设备、海洋工程等领域的绿色替代技术。这些应用场景要求防腐涂料不仅能快速固化以适应工厂化、模块化的生产节奏，更需要具备长达数年甚至数十年的可靠防腐寿命。

2、然而，传统uv光固化防腐涂料在实现长期重防腐保护方面存在一个根本性的技术缺陷。其固化成膜依赖于丙烯酸酯类官能团的快速自由基聚合，形成高交联密度的聚合物网络。这种网络结构虽然赋予了涂层高硬度和耐化学品性，但也导致涂层内应力大、质地刚硬而脆。当涂覆于大型金属基材上时，温度变化引起的热胀冷缩、运输安装过程中的机械振动或外力冲击，极易导致脆性涂层产生肉眼不可见的微裂纹。这些微裂纹会成为腐蚀介质(水、氧气、盐分)入侵的快速通道，绕过涂料中防腐填料的物理阻隔，直达涂层与基材界面，引发涂层附着力丧失和基材的早期腐蚀，使涂层的长期防护使命缩短。

3、此外，本领域还存在一个普遍存在但常被忽视的技术难题。用于防腐的uv涂料通常需要施涂较厚的涂层(例如80-150μm)以保证物理隔绝效果，但在uv固化过程中，空气中的氧气对自由基有强烈的猝灭作用，即氧阻聚效应。这导致厚涂层的表面难以彻底固化，常出现发粘、光泽低、硬度不足等问题，不仅影响外观，更使得涂层表面易于受损，成为防腐体系的薄弱环节。因此，如何在解决涂层脆性问题的同时，还能克服厚膜施工中的表面氧阻聚效应，实现涂层的“内外兼修”，是推动uv固化技术在重防腐领域实现突破性应用的关键，具有迫切的技术需求和重大的市场价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种uv光固化防腐涂料及其制备方法。该涂料旨在通过两种关键原料的协同作用，不仅解决涂层的脆性问题，还将防腐蚀性能提升至新的水平，并同时克服表面氧阻聚的技术难题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种uv光固化防腐涂料，按重量份计，包括以下组分：

4、环氧丙烯酸酯树脂 25-40份；

5、聚氨酯丙烯酸酯树脂 10-20份；

6、活性稀释剂 18-35份；

7、双重固化硅烷偶联剂 2-9份；

8、氨基改性石墨烯 1-8份；

9、光引发剂 4-8份；

10、助剂 1.5-2.0份；

11、所述双重固化硅烷偶联剂为一端含有可光固化不饱和基团、另一端含有可水解硅烷基的硅烷偶联剂；所述氨基改性石墨烯表面含有氨基官能团，能够与所述双重固化硅烷偶联剂水解产生的硅羟基发生化学反应或形成氢键结合。

12、进一步的，所述uv光固化防腐涂料，按重量份计，包括以下组分：

13、环氧丙烯酸酯树脂 40份；

14、聚氨酯丙烯酸酯树脂 15份；

15、活性稀释剂 30份；

16、双重固化硅烷偶联剂 5份；

17、氨基改性石墨烯 4份；

18、光引发剂 5份；

19、助剂 1.5份。

20、进一步的，所述活性稀释剂为异冰片基丙烯酸酯和己二醇二丙烯酸酯的混合物，二者的重量比为(10-25):(8-10)。

21、进一步的，所述双重固化硅烷偶联剂为3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，即kh-570；所述氨基改性石墨烯由kh-550对石墨烯进行表面氨基化改性制得。

22、进一步的，所述光引发剂为光引发剂184和光引发剂tpo的混合物，二者的重量比为(2-5):(2-3)；所述助剂包括流平剂和消泡剂。

23、进一步的，所述氨基改性石墨烯的制备方法为：将石墨烯粉末分散于无水乙醇中，加入氨基丙基三乙氧基硅烷，在50-90℃下回流反应4-8小时，经洗涤、干燥后得到。

24、作为本发明的进一步方案，一种uv光固化防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：

25、(s1)将环氧丙烯酸酯树脂、聚氨酯丙烯酸酯树脂、活性稀释剂和双重固化硅烷偶联剂混合均匀，形成混合树脂液a；

26、(s2)向所述混合树脂液a中加入氨基改性石墨烯和助剂，分散后研磨至细度小于15μm，得到防腐色浆b；

27、(s3)在避光条件下向所述防腐色浆b中加入光引发剂，搅拌均匀后过滤、脱泡，即得所述uv光固化防腐涂料。

28、进一步的，在所述步骤(s1)中，搅拌转速为200-400转/分钟，搅拌时间为15-25分钟；在所述步骤(s2)中，分散的转速为1200-1800转/分钟，分散时间为30-60分钟，且在研磨过程中控制料浆温度低于40℃。

29、进一步的，在所述步骤(s3)中，光引发剂分批加入，并在200-400转/分钟的搅拌条件下混合15-25分钟；过滤采用100目滤网，脱泡时间为5-15分钟；所得涂料在uv固化后指触表干时间≤10秒，附着力为0级，铅笔硬度为4h-5h，柔韧性为3-5mm，经1500小时中性盐雾试验后划痕腐蚀扩展宽度≤0.5-1.5mm。

30、本发明的有益效果：

31、本发明所公开的一种uv光固化防腐涂料及其制备方法，旨在解决现有uv光固化防腐涂料在应用于重防腐领域时所面临的两大核心技术难题：一是高交联密度网络导致的涂层脆性大、易开裂，从而影响长期防腐效果；二是在厚膜施工中，表面因氧阻聚效应而固化不完全，导致表面发粘、性能下降。本发明通过引入氨基改性石墨烯与双重固化硅烷偶联剂(kh-570)，并使二者在特定的树脂体系中产生协同作用，成功克服了上述缺陷，获得了兼具物理机械性能和耐腐蚀性的uv光固化防腐涂层。具体有益效果主要体现在以下几个方面：

32、(1)解决厚膜表面氧阻聚问题，实现表面固化：

33、现有技术指出，厚涂uv涂料的表面固化是行业难题。本发明的效果通过实施例2与对比例1的对比得到了证明。实施例2中，在uv固化后，其指触表干时间小于等于10秒，涂层表面干爽、硬实。而对比例1仅将实施例2中的4份“氨基改性石墨烯”替换为等量的传统防腐填料“磷酸锌”，其表干时间则超过60秒且表面持续发粘。

34、原理分析： 这一数据证明氨基改性石墨烯在本体系中发挥了关键的抗氧阻聚作用。在uv固化过程中，空气中的氧气会猝灭引发剂产生的光自由基，阻碍表层树脂的聚合。本发明中，石墨烯表面的氨基(-nh2)具有较强的还原性和自由基捕获能力，能够优先与渗透到涂层表面的氧气或过氧自由基反应，从而有效消耗表层的氧气，为光引发剂产生的碳中心自由基提供了良好的聚合环境，确保了丙烯酸酯官能团在涂层表面也能有效快速交联固化。这从根本上解决了传统uv厚涂层表面固化不完全的问题，保证了涂层从内到外均一的高性能。

35、(2)构建了兼具高附着力、高硬度和优良柔韧性的“有机-无机互穿网络”涂层，克服了传统涂层的脆性缺陷：

36、传统uv涂料硬而脆，本发明通过引入双重固化硅烷偶联剂kh-570，并与聚氨酯丙烯酸酯(pua)等柔性树脂配合，构建了硬韧均衡的涂层体系。

37、a.双重固化硅烷偶联剂(kh-570)是构建高性能网络的基础：

38、对比例3在实施例2的基础上仅仅去除了kh-570，其结果是涂层附着力从0级急剧下降至2级，铅笔硬度从4h降至2h，柔韧性虽然数值上同为3mm，但其在盐雾试验中失效(腐蚀扩展>5.0mm，严重起泡锈蚀)，表明其整体防护结构已经崩溃。

39、原理分析： kh-570是一种“双重固化”的分子桥梁。其一端是甲基丙烯酰氧基，可以在uv光照下与环氧丙烯酸酯(ea)、聚氨酯丙烯酸酯(pua)等树脂发生自由基共聚，成为有机交联网络的一部分。其另一端是三甲氧基硅烷基，在环境湿气作用下会水解成活性的硅羟基(-si-oh)。这些硅羟基之间会发生脱水缩合反应，形成刚性的无机“si-o-si”网络；同时，硅羟基还能与金属基材表面的羟基形成牢固的化学键(m-o-si)，这解释了为何实施例2的附着力能达到0级，而缺少kh-570的对比例3附着力仅为2级。因此，kh-570通过uv固化和湿气固化两种途径，在涂层内部形成了有机网络与无机网络相互贯穿、在涂层与基材界面形成化学键合的“有机-无机互穿网络(ipn)”结构。该结构赋予了涂层高硬度、高附着力和优异的致密性。

40、b.实现了硬度与柔韧性的平衡：

41、实施例1、2、3展示了不同配比下的性能变化。实施例2(硬度4h，柔韧性3mm)相比实施例1(硬度3h，柔韧性4mm)硬度更高，相比实施例3(硬度5h，柔韧性5mm)柔韧性更好，达到了硬韧平衡。这得益于配方中刚性的环氧丙烯酸酯、柔性的聚氨酯丙烯酸酯以及形成的无机si-o-si网络之间的配比，改善了传统uv涂料的脆性问题。

42、(3)实现了防腐填料与树脂网络的化学键合，构建了协同作用的复合防腐屏障，耐腐蚀性能得到显著提升：

43、本发明最大的改进在于通过氨基改性石墨烯与kh-570的协同作用，将物理屏蔽填料“焊接”到涂层网络中，实现了优异的防腐效果。

44、a.“表面改性”是实现化学键合的关键：

45、实施例2与对比例2的对比凸显了石墨烯“氨基改性”的必要性。对比例2使用未改性的石墨烯，其附着力降至1级，盐雾划痕腐蚀宽度扩大到2.0-3.0mm，远劣于实施例2(附着力0级，腐蚀宽度≤0.5mm)。

46、原理分析： 未改性的石墨烯与树脂基体仅为物理共混，界面相容性差，易形成缺陷。而本发明中的氨基改性石墨烯，其表面的氨基可以与kh-570水解后产生的硅羟基发生反应或形成强氢键作用，从而将石墨烯片层通过kh-570这个“桥梁”牢固地“锚定”在有机-无机互穿网络中。这种化学键合消除填料与基体之间的薄弱界面，使得整个涂层形成致密整体。

47、b.协同作用构建了防腐屏障：

48、综合对比实施例2与所有对比例，尤其是与传统防腐体系的对比例1(腐蚀宽度3.5-4.5mm)和缺少关键组分的对比例3(腐蚀宽度>5.0mm)，实施例2的耐盐雾性能(1500h后腐蚀宽度≤0.5mm，板面无异常)呈现出较好的防腐效果。

49、综上所述，本发明的构建了一个三位一体的协同防腐体系。首先，kh-570通过双重固化形成了高附着力、高致密性的有机-无机互穿网络骨架；其次，氨基改性石墨烯不仅解决了表面氧阻聚问题，更关键的是，它通过其表面氨基与kh-570发生化学键合，被牢固地“焊接”到网络骨架中，其优异的片层结构在涂层中形成了“迷宫效应”，延长了腐蚀介质的渗透路径；最后，整个致密的、填料与基体化学键合的复合涂层，通过kh-570与金属基材形成的化学键，牢牢地附着在基材表面。这三者的协同作用，构建了一个兼具快速固化、硬韧均衡、较好附着力和物理屏蔽性能的防腐涂层。