一种高耐候风电塔筒内壁长效防腐环氧涂料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种高耐候风电塔筒内壁长效防腐环氧涂料及其制备方法 (High-weather-resistance long-acting anticorrosive epoxy coating for inner wall of wind power tower and preparation method thereof ) 是由 康瑞瑞 彭毛来 李至秦 魏金伯 李陈郭 于 2021-06-11 设计创作，主要内容包括：本发明涉及化工材料技术领域,特别涉及一种高耐候风电塔筒内壁长效防腐环氧涂料及其制备方法,其中包括甲组分和乙组分,其中,甲组分包括了：改性环氧树脂A、活性稀释剂、环氧树脂B、分散剂、流平剂、紫外光吸收剂、受阻胺类光稳定剂、金红石型钛白、改性纳米铁钛粉、物理防锈填料、体质填料、触变剂、溶剂；乙组分包括了：改性聚酰胺固化剂、硅烷偶联剂、氢化双酚A环氧树脂、K54、溶剂。本发明从成膜物、助剂、粉料体系的多重协同作用,经各组分用量优化,有效提高了传统环氧涂料的耐候性能,满足了风电塔筒配套体系防腐需求与耐候需求,具有重要的实际应用价值。(The invention relates to the technical field of chemical materials, in particular to a long-acting anticorrosive epoxy coating for the inner wall of a high-weather-resistance wind power tower cylinder and a preparation method thereof, wherein the long-acting anticorrosive epoxy coating comprises a component A and a component B, wherein the component A comprises the following components: modified epoxy resin A, an active diluent, epoxy resin B, a dispersant, a flatting agent, an ultraviolet absorber, a hindered amine light stabilizer, rutile titanium white, modified nano-ferrotitanium powder, a physical antirust filler, an extender, a thixotropic agent and a solvent; the component B comprises: modified polyamide curing agent, silane coupling agent, hydrogenated bisphenol A epoxy resin, K54 and solvent. According to the invention, the multiple synergistic effect of the film forming material, the auxiliary agent and the powder system is adopted, the dosage of each component is optimized, the weather resistance of the traditional epoxy coating is effectively improved, the anticorrosion requirement and the weather resistance requirement of a wind power tower cylinder matching system are met, and the coating has important practical application value.)
技术领域
本发明涉及化工材料
技术领域
，特别涉及一种高耐候风电塔筒内壁长效 防腐环氧涂料及其制备方法。背景技术
作为典型的清洁能源，风电可以节省大量煤炭、石油等不可再生资源， 具有极其重要的经济价值，国内风电装机容量在整个发电装机容量中位列第 三。风机设备大多处于C3～CX腐蚀环境，其防护要兼顾防腐和耐候要求，国 家标准GB/T 31817-2015《风力发电设施防护涂装技术规范》对处于C3、C4 腐蚀环境风电塔筒的防护涂装体系给出了明确要求，见表1所示。
表1 GB/T 31817-2015C3、C4腐蚀环境风电塔筒涂层体系配套要求
由表1可见C3腐蚀环境内外壁以及C4腐蚀环境内壁全部要用环氧厚 浆涂料。国内业主根据船级社的规定以及以往沿用习惯，大多要求风电塔筒 涂料为纯白色或浅灰色系.风机设备实际的组装过程中风电塔筒在涂装涂料 后往往会在户外放置半年左右才运往现场进行组装，这就要求内壁的环氧涂 料除了要有较高的防腐性能，还需具备较好的耐候性能，否则在长达半年的 放置过程中会出现明显的变色和粉化(阳光斜射)。
发明内容
为解决背景技术中提到的风电塔筒涂料的防腐和耐候性问题，本发明实 一种高耐候风电塔筒内壁长效防腐环氧涂料。
其中，一实施例中，包括甲组分和乙组分，其中，甲组分包括了：
改性环氧树脂A、活性稀释剂、环氧树脂B、分散剂、流平剂、紫外光吸 收剂、受阻胺类光稳定剂、金红石型钛白、改性纳米铁钛粉、物理防锈填料、 体质填料、触变剂、溶剂；
乙组分包括了：
改性聚酰胺固化剂、硅烷偶联剂、氢化双酚A环氧树脂、K54、溶剂；
其中，所述纳米二氧化硅改性环氧树脂A为：将环氧树脂A、偶联剂、纳 米二氧化硅、CCl4于容器中搅拌并进行升温反应，该升温的温度优选为100℃， 或100℃左右的温度，保温一段时间后，降温至70～80℃，将容器中的CCl4去除得到；更具体的优选方案中，包括了78～81份环氧树脂A，2～4份KH-560， 3～6份纳米二氧化硅，11～13份CCl4，保温时间为2.5～3h。
所述改性纳米铁钛粉为：将纳米铁钛粉、偶联剂、1，6-己二醇二缩水甘 油醚、CCl4置于容器中搅拌并进行升温反应，该升温的温度优选为100℃，或 100℃左右的温度，保温一段时间后，然后降温至70～80℃，将容器中的CCl4去除得到，更具体的优选方案中，包括了4～6份纳米铁钛粉，2～4份KH-560， 7～9份1，6-己二醇二缩水甘油醚，20～25份CCl4，保温时间为2.5～3h。
在上述方案的基础上，一优选实施例中，按照重量份计算，甲组分包括 改性环氧树脂A 9～25份，环氧树脂B 8～15份，活性稀释剂3～8份，分散剂 0.1～1份，流平剂0.1～1份，紫外光吸收剂0.05～0.5份，受阻胺光稳定剂 0.05～0.5份，金红石型钛白10～30份，改性纳米铁钛粉10～20份，物理防锈 填料5～15份，体质填料10～20份，触变剂0.5～1.5份；
乙组分包括改性聚酰胺固化剂75～90份，硅烷偶联剂1～2份，氢化双酚A 环氧树脂1～5份，K54 0.1～0.4份，溶剂5～15份；
甲组分和乙组分的使用比例为：2:1～5:1。
在上述方案的基础上，一优选实施例中，所述纳米二氧化硅改性环氧树 脂A中，环氧树脂A、偶联剂、纳米二氧化硅、CCl4的按照重量份计算，其用 量比为：78～81：2～4：3～6：11～13；所述偶联剂优选选用KH-560。
在上述方案的基础上，一优选实施例中，所述改性纳米铁钛粉中，纳米 铁钛粉、偶联剂、1，6-己二醇二缩水甘油醚、CCl4的比例为：4～6：2～4：7～9： 25～35；所述偶联剂优选选用KH-560。
在上述方案的基础上，一优选实施例中，所述环氧树脂A为环氧当量为 180-200g/eq的双酚环氧树脂；所述活性稀释剂为环氧当量为150～500g/eq的 低分子量环氧化合物，优选的如660A；所述环氧树脂B为环氧当量为 200-300g/eq的双酚环氧树脂；所述氢化双酚A环氧树脂的环氧当量为 180-200g/eq。
在上述方案的基础上，一优选实施例中，所述分散剂包括但不局限于 BYK-110，优卡710S；所述流平剂包括但不局限于BYK-354，优卡384S。
在上述方案的基础上，一优选实施例中，所述紫外光吸收剂包括但不局 限于Tinuvin400，Tinuvin384-2；所述受阻胺类光稳定剂包括但不局限于 Tinuvin292，Tinuvin249。
在上述方案的基础上，一优选实施例中，所述物理防锈颜料为绢云母粉， 包括湿法绢云母粉以及干法绢云母粉；所述体质填料为滑石粉、长石粉中的 任一种或两种混合物；所述触变剂为聚酰胺蜡、有机膨润土中的一种或两种。
在上述方案的基础上，一优选实施例中，所述改性聚酰胺固化剂胺值为 200～250mgKOH/g，25℃粘度为3000～5000cp；即现有技术中的改性聚酰胺固化 剂经改性后胺值满足该条件的均属于本发明的发明构思，具体的，如8700-D 固化剂，但不限于该固化剂。
本发明还提供一种如上任意所述高耐候风电塔筒内壁长效防腐环氧涂料 的制备方法，包括：
步骤a、在300～800rpm低速搅拌下，向分散容器中加入改性环氧树脂A、 环氧树脂B、活性稀释剂、分散剂、流平剂、紫外光吸收剂以及受阻胺光稳定 剂，并在300～800rpm下低速分散5～10min；
步骤b、加入金红石型钛白、改性纳米铁钛粉、物理防锈颜料、体质颜料， 在800～1500rpm下高速分散至细度≤60μm；
步骤c、在上述步骤得到的混合物加入触变剂进行分散；
步骤d、在上述加入溶剂分散后，过滤，即得到所述甲组分；
乙组分的制备方法为：
低速搅拌下，向分散缸中加入改性聚酰胺固化剂、硅烷偶联剂、氢化双 酚A环氧树脂、K54以及溶剂，300～500rpm下在40～50℃环境保温4.5～5小 时，过滤，即得到乙组分。
本发明实施例提供的高耐候风电塔筒内壁长效防腐环氧涂料及其制备方 法，包括以下原理：
一实施例方案中，通过纳米二氧化硅对环氧树脂的表面改性处理，提高 了环氧树脂的耐候性能，同时解决了纳米二氧化硅在环氧体系中相容性与分 散性差问题，提高了纳米二氧化硅的用量，进一步提高了涂层的耐候性和防 腐性。其中，双酚A环氧树脂中含有大量苯环，容易在光照条件下发生氧化 降解，经纳米二氧二氧化硅表面改性后可有效吸收部分能量，降低环氧树脂 的老化性能，提高涂层的耐候性能。同时纳米二氧化硅由于比表面积大，表 面剩余键能多，在涂料中大量应用时存在吸油量高、分散性差的特点，无法 大量使用。通过环氧基硅烷偶联剂与纳米二氧化硅的键合作用、环氧树脂与 纳米二氧化硅的键合作用，将纳米二氧化硅表面铆定了环氧基团，提高了其 在环氧树脂中的分散性并降低了其吸油量，有效提高配方用量，提高其紫外 光吸收能力和纳米尺寸效应，达到同时提高漆膜的耐候性和防腐性的目的。
一实施例中，通过金红石型钛白、紫外光吸收剂、受阻胺类光稳定剂、 氢化双酚A环氧树脂、改性聚酰胺固化剂以及纳米二氧化硅的协同作用提高 了环氧涂料的耐候性能。
其中，金红石型钛白可以有效吸收350～400nm波段的紫外线；紫外光吸 收剂可吸收290～400nm波段的紫外线能量进行分子异构重组，释放体系中的 因吸收紫外而形成热量，阻止了体系的热氧化降解，同时有助于提高受阻胺 类光稳定剂的光电作用；受阻胺类光稳定剂在光电作用下形成氮氧自由基， 可有效捕捉清除环氧树脂降解老化形成的自由基，从而抑制聚合物降解老化 的链反应；纳米二氧化硅中Si-O键能为460kJ/mol，高于紫外线能量(315～ 415kJ/mol)，和金红石型钛白形成组合对紫外线进行吸收，具有优异的紫外线吸收能力；改性聚酰胺固化剂中不含有不饱和键，不易发生电子跃迁氧化 反应，与其他类型固化剂相比，具有更好的耐候性能，氢化双酚A环氧树脂 中不含有苯环，具有较好的耐候性能。
一实施例方案中，通过改性纳米铁钛粉、物理防锈颜料形成致密物理屏 蔽膜以及纳米铁钛粉与基材形成化学钝化膜提高环氧涂层的防腐能力。其中 纳米铁钛粉经改性后与环氧涂料具有良好的相容性和分散性，可以有效发挥 其纳米效应，极大改善了涂膜的致密度和平整性，有效阻隔了H2O、Cl-、O2等对钢铁表面的侵蚀，物理防锈颜料通过片状结构延长了H2O、Cl-、O2等到达 基材表面的路径与时间。此外，纳米铁钛粉还可与基材反应形成钝化膜，进 一步提高涂膜的防腐性能。
一实施例方案中，选择具有纳米尺寸效应的白色纳米铁钛粉为化学防锈 颜料，但白色纳米铁钛粉分散性较差，无法充分发挥纳米尺寸效应，本发明 将纳米铁钛粉表面进行了硅烷偶联剂、二缩水甘油醚锚定改性，提高了其在 环氧涂料中的相容性与分散性，进一步发挥其纳米尺寸效应以及化学钝化作 用，提高涂膜的防腐性。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供如下实施例(单位质量份数)：
表2
上述实施例中，具体的：
实施例1
甲组分中：环氧树脂B为E44，所述活性稀释剂为660A、环氧当量为 150～200g/eq，所述分散剂为BYK-110，所述流平剂为BYK-354，所述紫外光 吸收剂为Tinuvin 384-2，所述受阻胺光稳定剂为Tinuvin 292，所述物理防 锈颜料为湿法绢云母粉，所述体质填料为长石粉，所述触变剂为聚酰胺蜡；
改性环氧树脂A为：将80份环氧树脂A，3份KH-560，5份纳米二氧化 硅，12份CCl4置于三口烧瓶中开启磁力搅拌并升温至100℃，保温3h，然后 降温至70～80℃进行减压蒸馏，将容器中的CCl4蒸馏出，密封保存备用；所述 环氧树脂A为E51；
改性纳米铁钛粉为：5份纳米铁钛粉，3份KH-560，8份1，6-己二醇二 缩水甘油醚，30份CCl4置于三口烧瓶中开启磁力搅拌并升温至100℃，保温 3h，然后降温至70～80℃进行减压蒸馏，将容器中的CCl4蒸馏出得到；
所述溶剂为正丁醇与二甲苯7:3的混合溶剂。
乙组分中：所述改性聚酰胺固化剂胺值为200～250mgKOH/g，所述溶剂为 正丁醇与二甲苯1:2的混合溶剂；
改性聚酰胺固化剂胺为：8700-D固化剂。
本实施例中的具体原料和参数的选择，除上述已经陈述表示进行的选择 外，其余的本领域技术人员均可根据本发明的发明构思进行常规性的选择和 调整。
实施例2
甲组分中：所述环氧树脂A为E51，环氧树脂B为E44，所述活性稀释剂 为NC-513，环氧当量为300～500g/eq，所述分散剂为优卡710S，所述流平剂 为优卡384S，所述紫外光吸收剂为Tinuvin 400，所述受阻胺光稳定剂为 Tinuvin 292，所述物理防锈颜料为绢云母粉，所述体质填料为滑石粉和长石 粉质量比1:1的混合填料，所述触变剂为聚酰胺蜡；
改性环氧树脂A为：将80份环氧树脂A，3份KH-560，5份纳米二氧化 硅，12份CCl4置于三口烧瓶中开启磁力搅拌并升温至100℃，保温3h，然后 降温至70～80℃进行减压蒸馏，将容器中的CCl4蒸馏出，密封保存备用；所述 环氧树脂A为E51；
所述溶剂为正丁醇与二甲苯7:3的混合溶剂。
乙组分中：所述改性聚酰胺固化剂胺值为200～250mgKOH/g，所述溶剂为 正丁醇与二甲苯1:2的混合溶剂。
改性聚酰胺固化剂胺为：8700-D固化剂。
本实施例中的具体原料和参数的选择，除上述已经陈述表示进行的选择 外，其余的本领域技术人员均可根据本发明的发明构思进行常规性的选择和 调整。
实施例3
甲组分中：环氧树脂B为E44，所述活性稀释剂为NC-513，环氧当量为300～500g/eq，所述分散剂为优卡710S，所述流平剂为优卡384S，所述紫外 光吸收剂为Tinuvin 400，所述受阻胺光稳定剂为Tinuvin 219，所述物理防 锈颜料为绢云母粉，所述体质填料为滑石粉和长石粉质量比1:3的混合填料， 所述触变剂为聚酰胺蜡；
改性环氧树脂A为：将80份环氧树脂A，3份KH-560，5份纳米二氧化 硅，12份CCl4置于三口烧瓶中开启磁力搅拌并升温至100℃，保温3h，然后 降温至70～80℃进行减压蒸馏，将容器中的CCl4蒸馏出，密封保存备用；所述 环氧树脂A为E51；
改性纳米铁钛粉为：5份纳米铁钛粉，3份KH-560，8份1，6-己二醇二 缩水甘油醚，30份CCl4置于三口烧瓶中开启磁力搅拌并升温至100℃，保温 3h，然后降温至70～80℃进行减压蒸馏，将容器中的CCl4蒸馏出得到；
所述溶剂为正丁醇与二甲苯7:3的混合溶剂。
乙组分中：所述改性聚酰胺固化剂胺值为200～250mgKOH/g，所述溶剂为 正丁醇与二甲苯1:2的混合溶剂；
改性聚酰胺固化剂胺为：8700-D固化剂。
本实施例中的具体原料和参数的选择，除上述已经陈述表示进行的选择 外，其余的本领域技术人员均可根据本发明的发明构思进行常规性的选择和 调整。
将实施例1的甲乙组分按甲：乙＝2.8：1(质量比)、实施例2的甲乙组 分按甲：乙＝3.5：1(质量比)和实施例3的甲乙组分按甲：乙＝4.2：1(质 量比)以及对比例1～8分别按照甲：乙＝2.8:1(质量比)、对比例9甲：乙 ＝3.6:1(质量比)进行性能测试，测试结果如表2所示。
表3
将实施例和对比例进行以下测试，测试标准和测试结果如下表所示：
表4
其中，耐盐雾性(干膜厚120μm)为满足测试标准厚度测试指标值。
上述实施例和对比例中：
对比例1和实施例1相比，未加入紫外光吸收剂和受阻胺类光稳定剂， 其耐暴晒的性能和实施例1例相比，显著降低；
对比例2和实施例1相比，采用了一般的改性环氧树脂A，未采用实施例 1中的改性环氧树脂A，且未加入紫外光吸收剂和受阻胺类光稳定剂。可以看 出，对比例2的耐盐雾性能显著降低，而和对比例1相比，其耐暴晒的性能 和对比例1例相比更进一步降低，说明了实施例1中的改性环氧树脂A和紫 外光吸收剂和受阻胺类光稳定剂相互配合，至少对耐暴晒的性能有进一步提 升。
对比例3在对比例2的基础上，其乙组分中未加入氢化双酚A环氧树脂， 对比例5在对比例3的基础上，甲组份中未采用改性纳米铁钛粉，乙组分未 加入氢化双酚A环氧树脂，即和对比例4相比方案中未采用改性纳米铁钛粉 和氢化双酚A环氧树脂的组合，结合和对比例2相比，改性纳米铁钛粉和氢 化双酚A环氧树脂的组合对耐盐雾性能和耐暴晒的性能有着显著提高；同时 和实施例2相比，证明了加入氢化双酚A环氧树脂耐候性更好。
对比例4在对比例1的基础上，未使用改性纳米铁钛粉，耐盐雾性能和 耐暴晒的性能相对实施例1是显著降低的，且和对比例1相比，其耐盐雾性 显著降低，可见实施例1中的改性纳米铁钛粉对耐盐雾性的积极作用。
对比例6和实施例1相比，未采用采用了一般的改性环氧树脂A，未采用 实施例1中的改性环氧树脂A、改性纳米铁钛粉和氢化双酚A环氧树脂的组合。 其耐盐雾性能和耐暴晒的性能和实施例1相比，具有显著的降低。
对比例7在对比例6的基础上，调整了物理防锈填料和体质填料的使用 比例，其耐盐雾性和对比例6相比，具有一定的降低，可见物理防锈填料和 体质填料的比例对耐盐雾性具有一定影响。
对比例8在对比例1的基础上，未采用改性纳米铁钛粉而加入了相同比 例的三聚磷酸铝，其耐盐雾性具有显著的降低。
对比例9在对比例1的基础上，未采用改性聚酰胺固化剂而加入了相同比例 的腰果壳油改性胺固化剂，其耐暴晒性具有显著的降低。
本发明提供的实施例方案中，经过纳米填料的改性处理有效提高了纳米 二氧化硅耐候防腐性能、纳米铁钛粉的物理屏障与化学防腐功效，达到了一 个物质发挥多重功效的目的。此外，从成膜物、助剂、粉料体系的多重协同 作用，经各组分用量优化，有效提高了传统环氧涂料的耐候性能，满足了风 电塔筒配套体系防腐需求与耐候需求，具有重要的实际应用价值。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对 其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通 技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并 不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。