本發(fā)明屬于海洋重防腐涂料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種水下鋼結(jié)構(gòu)復(fù)合防護(hù)涂層及制備方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，海洋工程建設(shè)日益增多，各種已建、在建的海上勘測(cè)平臺(tái)、采油平臺(tái)、海上集油氣管道、船舶、港口碼頭、跨海橋梁等海洋工程如雨后春筍出現(xiàn)。其中這些工程的部分鋼結(jié)構(gòu)需要長(zhǎng)期在海水中服役，長(zhǎng)期浸泡在海水中要求其防護(hù)涂層不僅要有良好的耐蝕性，抗?jié)B透性，而且需要具備一定的抗沖刷性能。目前主要采用重防腐涂料對(duì)海洋鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)，主要有環(huán)氧、聚酯、聚氨酯、醇酸樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、氟碳樹(shù)脂、過(guò)氯乙烯樹(shù)脂、氯化橡膠、氯化聚乙烯等多種涂層應(yīng)用于海洋防腐蝕工程中。中國(guó)專(zhuān)利（200810190125.x）介紹了一種混凝土結(jié)構(gòu)重防腐納米復(fù)合涂層及防護(hù)方法，涂層由納米改性環(huán)氧封閉涂料、納米改性環(huán)氧云鐵中間漆及納米改性含氟聚氨酯等面漆組成，比傳統(tǒng)防腐壽命有所提高。中國(guó)專(zhuān)利（201010580437.9）介紹了一種利用二異氰酸酯將含羧基有機(jī)化合物接枝在環(huán)氧樹(shù)脂上制備帶羧基官能團(tuán)的環(huán)氧樹(shù)脂及其制備方法，中國(guó)專(zhuān)利（201010580494.7）介紹了一種含烷氧基硅官能團(tuán)的環(huán)氧樹(shù)脂，以提高其與金屬的化學(xué)鍵合。目前多項(xiàng)國(guó)家重大工程都采用多層環(huán)氧涂層進(jìn)行防護(hù)，取得了較佳的防腐效果。其中涂層與金屬界面間的結(jié)合力、耐蝕性、抗?jié)B透性、耐磨性不足依然是限制涂層水下服役的關(guān)鍵因素，但以上問(wèn)題在現(xiàn)有專(zhuān)利和公開(kāi)文獻(xiàn)中仍沒(méi)有得到有效的解決。因此，研制開(kāi)發(fā)一種水下鋼結(jié)構(gòu)復(fù)合防護(hù)涂層，使其具有優(yōu)異結(jié)合力，良好耐蝕性及耐磨性，提高服役壽命，適用于海洋水下服役環(huán)境，已成為海洋工程防腐的迫切需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種三層結(jié)構(gòu)的水下鋼結(jié)構(gòu)復(fù)合防護(hù)涂層，其中底層與鋼結(jié)構(gòu)結(jié)合力強(qiáng)，中間層可以實(shí)現(xiàn)超厚涂覆且具有良好的物理屏蔽效果，表面層耐磨、耐蝕、耐候且與環(huán)氧中間層相容性好。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種水下鋼結(jié)構(gòu)復(fù)合防護(hù)涂層，該涂層由三層結(jié)構(gòu)復(fù)合而成，從內(nèi)到外依次為烷氧基硅環(huán)氧底漆、環(huán)氧中間層、聚氨酯環(huán)氧面漆；

所述烷氧基硅環(huán)氧底漆為烷氧基硅改性環(huán)氧樹(shù)脂施工固化后獲得，所述烷氧基硅改性環(huán)氧樹(shù)脂通過(guò)以下方法制備：按質(zhì)量份計(jì)，取環(huán)氧樹(shù)脂5-8份，硅烷偶聯(lián)劑1-3份，先用無(wú)水溶劑將環(huán)氧樹(shù)脂溶解，充入氮?dú)獗Ｗo(hù)；然后用無(wú)水溶劑將硅烷偶聯(lián)劑溶解，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以20-80滴/分鐘的速度加入環(huán)氧樹(shù)脂溶液中，滴加完成后于室溫反應(yīng)2小時(shí)，隨后升溫至80℃-120℃反應(yīng)5-10小時(shí)，最后減壓蒸餾，除去無(wú)水溶劑，獲得烷氧基硅改性環(huán)氧樹(shù)脂；所得的烷氧基硅環(huán)氧樹(shù)脂經(jīng)充分交聯(lián)固化，形成了多維立體網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)。

上述所用環(huán)氧樹(shù)脂為雙酚a型環(huán)氧樹(shù)脂、雙酚f型環(huán)氧樹(shù)脂中的一種或兩種，且分子上含有羥基官能團(tuán)。

上述所用硅烷偶聯(lián)劑需含有羥基、羧基、伯氨基、仲氨基中的一種或多種活性官能團(tuán)，或者所用硅烷偶聯(lián)劑含有r-six3結(jié)構(gòu)，其中x為甲氧基或乙氧基，r為脂肪族、芳香族或脂環(huán)族結(jié)構(gòu)；上述所用無(wú)水溶劑為丙酮、丁酮、甲苯、正丁醇、異丁醇、環(huán)己酮、n-甲基吡咯烷酮中的一種或多種混合；

所述環(huán)氧中間層為無(wú)溶劑環(huán)氧涂料施工固化后獲得。

所述聚氨酯環(huán)氧面漆為市售的聚氨酯環(huán)氧類(lèi)防腐涂料產(chǎn)品施工固化后獲得。

所述一種水下鋼結(jié)構(gòu)復(fù)合防護(hù)涂層的烷氧基硅環(huán)氧底漆干膜厚度為30-200μm，環(huán)氧中間層干膜厚度為200-800μm，聚氨酯環(huán)氧面漆干膜厚度為100-400μm。

所述無(wú)溶劑環(huán)氧涂料是雙酚a型環(huán)氧樹(shù)脂防腐涂料、酚醛改性環(huán)氧樹(shù)脂防腐涂料、雙酚f型環(huán)氧樹(shù)脂防腐涂料、丙烯酸改性環(huán)氧樹(shù)脂防腐涂料、羧酸改性環(huán)氧樹(shù)脂防腐涂料和烷氧基硅烷改性環(huán)氧樹(shù)脂防腐涂料中的一種或多種混合，可以選用市售的該類(lèi)防腐涂料產(chǎn)品。

所述烷氧基硅環(huán)氧樹(shù)脂、無(wú)溶劑環(huán)氧涂料和聚氨酯環(huán)氧防腐涂料，在涂覆前需要攪拌1-10分鐘，混合均勻后采用噴涂或刷涂方式進(jìn)行涂覆。

一種水下鋼結(jié)構(gòu)復(fù)合防護(hù)涂層的制備方法，包括下述步驟：

1）對(duì)將要施涂的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行打磨除銹除污處理，除去疏松層，獲得合格預(yù)處理表面；

2）在鋼結(jié)構(gòu)表面涂覆烷氧基硅環(huán)氧樹(shù)脂1-2道，常溫固化24小時(shí)后形成烷氧基硅環(huán)氧樹(shù)脂底漆，涂層干膜厚度為30-200μm；

3）隨后，再涂覆2-8道無(wú)溶劑環(huán)氧涂料，常溫固化后得到環(huán)氧中間涂層，涂層干膜厚度為200-800μm；

4）最后，涂覆2-3道聚氨酯環(huán)氧防腐涂料，常溫固化后得到聚氨酯環(huán)氧面漆，涂層干膜厚度為100-400μm，即得所述水下鋼結(jié)構(gòu)復(fù)合防護(hù)涂層。

本發(fā)明中，底涂層主要成膜物質(zhì)為烷氧基硅環(huán)氧樹(shù)脂，是按照本發(fā)明所提供的方法自制；中涂層的主要成膜物質(zhì)為無(wú)溶劑環(huán)氧防腐涂料，無(wú)溶劑環(huán)氧防腐涂料可以選用雙酚a型環(huán)氧、酚醛改性環(huán)氧、雙酚f型環(huán)氧、丙烯酸改性環(huán)氧、羧酸改性環(huán)氧或烷氧基硅烷改性環(huán)氧防腐涂料中的一種或多種，可以為市售防腐涂料產(chǎn)品，如優(yōu)龍es301，yl101，阿克蘇諾貝爾e-12，604，華潤(rùn)、立邦、多樂(lè)士、三棵樹(shù)、紫荊花及其他品牌的無(wú)溶劑環(huán)氧涂料。面涂層為聚氨酯環(huán)氧面漆，主要成膜物質(zhì)為聚氨酯環(huán)氧防腐涂料，可以為市售的聚氨酯環(huán)氧防腐涂料產(chǎn)品，例如可以從立邦、多樂(lè)士、杜邦、三棵樹(shù)、華潤(rùn)、阿克蘇諾貝爾及其他任一相關(guān)企業(yè)的防腐涂料產(chǎn)品中購(gòu)得。

本發(fā)明采用三層環(huán)氧結(jié)構(gòu)，每層環(huán)氧樹(shù)脂各有特點(diǎn)，協(xié)同增強(qiáng)涂層的綜合性能。烷氧基硅環(huán)氧樹(shù)脂作為底層，可與金屬表面羥基發(fā)生化學(xué)鍵合，顯著提高涂層附著力，還可增加涂層交聯(lián)度、致密性，在含有部分銹蝕的鋼材表面，依然可以獲得良好的涂層結(jié)合力，從而提高防護(hù)涂層的穩(wěn)定性。中涂層采用可以實(shí)現(xiàn)超厚涂覆無(wú)溶劑環(huán)氧樹(shù)脂涂料，減少了涂層固化過(guò)程溶劑揮發(fā)形成的針孔，增加了涂層致密性，在水下具有很強(qiáng)的物理屏蔽作用；面涂層選用聚氨酯環(huán)氧涂層，一方面該涂層具有聚氨酯涂層耐磨耐沖刷性好的優(yōu)點(diǎn)，也具有環(huán)氧涂層耐蝕性好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于環(huán)氧組分的存在，與中間環(huán)氧層具有很好的相容性。

有益效果：

1、本發(fā)明采用烷氧基硅環(huán)氧涂層作為底漆，可提高與基材的附著力，同時(shí)樹(shù)脂內(nèi)部可以充分交聯(lián)固化，形成多維立體網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)，提高交聯(lián)度、改善致密性；

2、本發(fā)明采用無(wú)溶劑環(huán)氧涂層做為中涂層，實(shí)現(xiàn)了超厚涂裝，同時(shí)減少了固化過(guò)程溶劑揮發(fā)形成的針孔，提高了涂層物理屏蔽性能；

3、本發(fā)明采用聚氨酯環(huán)氧面漆，既滿(mǎn)足一定的耐磨性、耐候性要求，又滿(mǎn)足耐蝕性要求，同時(shí)與中間層的相容性也好。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的上述技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但絕不限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明中除非特別指明外，所涉及的比例均為質(zhì)量比，所涉及的份數(shù)均為質(zhì)量份。

實(shí)施例1

將環(huán)己酮、環(huán)氧樹(shù)脂和硅烷偶聯(lián)劑除水、干燥提純。在裝有溫度計(jì)，攪拌器、冷凝器的反應(yīng)容器中，用300ml無(wú)水環(huán)己酮將50ge51環(huán)氧樹(shù)脂溶解，充入氮?dú)獗Ｗo(hù)；用150ml無(wú)水環(huán)己酮將28g3-氨丙基三甲氧基硅烷溶解，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下移至恒壓滴液漏斗，以每分鐘20滴/分鐘的速度加入環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)己酮溶液中，滴加完成后于室溫?cái)嚢?小時(shí)，隨后升溫至100℃繼續(xù)反應(yīng)5小時(shí)，冷卻，最后減壓蒸餾，除去環(huán)己酮，獲得烷氧基硅改性環(huán)氧樹(shù)脂；

采用砂紙逐級(jí)打磨鋼q235鋼板表面，去除表面疏松物，銹蝕和油污，然后噴涂烷氧基硅環(huán)氧樹(shù)脂1道，常溫固化24小時(shí)，干膜厚度為70μm；再?lài)娡縠s301無(wú)溶劑環(huán)氧樹(shù)脂涂料5道，常溫固化48小時(shí)，涂層干膜厚度450μm；最后再?lài)娡?道聚氨酯環(huán)氧防腐涂料，得到聚氨酯環(huán)氧面漆，常溫固化一個(gè)星期，涂層干膜厚度為200μm。

經(jīng)過(guò)上述涂裝施工，漆膜總厚度約720μm，防腐效果良好。經(jīng)過(guò)檢測(cè)，防護(hù)涂層與基材的結(jié)合力大于12mpa、耐候性、防腐性能滿(mǎn)足防護(hù)要求。

實(shí)施例2

將甲苯、環(huán)氧樹(shù)脂和硅烷偶聯(lián)劑除水、干燥提純。在裝有溫度計(jì)，攪拌器、冷凝器的反應(yīng)容器中，用450ml無(wú)水甲苯將70ge44環(huán)氧樹(shù)脂溶解，充入氮?dú)獗Ｗo(hù)；用220ml無(wú)水甲苯將26g3-氨丙基三乙氧基硅烷溶解，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下移至恒壓滴液漏斗，以每分鐘45滴/分鐘的速度加入環(huán)氧樹(shù)脂的甲苯溶液中，滴加完成后于室溫?cái)嚢?小時(shí)，隨后升溫至80℃繼續(xù)反應(yīng)3小時(shí)，冷卻，最后減壓蒸餾，除去甲苯，獲得烷氧基硅改性環(huán)氧樹(shù)脂；

對(duì)某港口tsc管樁q345鋼試涂裝，采用電動(dòng)角磨機(jī)打磨去除銹蝕和污垢，去除表面疏松物，獲得清潔的預(yù)處理表面，然后噴涂2道本實(shí)施例制備的烷氧基硅改性環(huán)氧樹(shù)脂，常溫固化24小時(shí)，干膜厚度為150μm；再?lài)娡?道es301無(wú)溶劑環(huán)氧樹(shù)脂涂料，常溫固化48小時(shí)，涂層干膜厚度800μm；最后再?lài)娡?道聚氨酯環(huán)氧防腐涂料，得到聚氨酯環(huán)氧面漆，常溫固化一個(gè)星期，涂層干膜厚度為300μm。

經(jīng)過(guò)上述涂裝施工，漆膜總厚度達(dá)到1250μm，防腐效果優(yōu)異。經(jīng)過(guò)檢測(cè)，防護(hù)涂層與基材的結(jié)合力大于12mpa、涂層耐候性、防腐性能滿(mǎn)足滿(mǎn)足防護(hù)要求。

實(shí)施例3

將甲苯、環(huán)氧樹(shù)脂和硅烷偶聯(lián)劑除水、干燥提純。在裝有溫度計(jì)，攪拌器、冷凝器的反應(yīng)容器中，用200ml無(wú)水甲苯將50ge44環(huán)氧樹(shù)脂溶解，充入氮?dú)獗Ｗo(hù)；用80ml無(wú)水甲苯將25g3-氨丙基三乙氧基硅烷溶解，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下移至恒壓滴液漏斗，以每分鐘20滴/分鐘的速度加入環(huán)氧樹(shù)脂的甲苯溶液中，滴加完成后于室溫?cái)嚢?小時(shí)，隨后升溫至90℃繼續(xù)反應(yīng)2小時(shí)，冷卻，最后減壓蒸餾，除去溶劑，獲得烷氧基硅改性環(huán)氧樹(shù)脂；

對(duì)某船廠(chǎng)壓載艙局部進(jìn)行防護(hù)實(shí)驗(yàn)，采用電動(dòng)角磨機(jī)打磨去除嚴(yán)重銹蝕或污垢處，去除表面疏松物，獲得清潔的預(yù)處理表面，然后噴涂本實(shí)施例制備的烷氧基硅改性環(huán)氧樹(shù)脂1道，常溫固化24小時(shí)，干膜厚度為90μm；再?lài)娡?道阿克蘇諾貝爾無(wú)溶劑環(huán)氧型粉末涂料，固化后涂層干膜厚度200μm；最后再?lài)娡?道pn-968t-52聚氨酯環(huán)氧防腐涂料，得到聚氨酯環(huán)氧面漆，常溫固化一個(gè)星期，涂層干膜厚度為100μm。

經(jīng)過(guò)上述涂裝施工，漆膜總厚度達(dá)到390μm，防腐效果良好。經(jīng)過(guò)檢測(cè)，防護(hù)涂層與基材的結(jié)合力大于11.5mpa、耐候性、防腐性能滿(mǎn)足防護(hù)要求。

實(shí)施例4

將丁酮、環(huán)氧樹(shù)脂和硅烷偶聯(lián)劑除水、干燥提純。在裝有溫度計(jì)，攪拌器、冷凝器的反應(yīng)容器中，用350ml無(wú)水丁酮將50ge21環(huán)氧樹(shù)脂溶解，充入氮?dú)獗Ｗo(hù)；用120ml無(wú)水丁酮將11gn-（β氨乙基）-γ-氨丙基甲基-二甲氧基硅烷溶解，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下移至恒壓滴液漏斗，以每分鐘50滴/分鐘的速度加入環(huán)氧樹(shù)脂的丁酮溶液中，滴加完成后于室溫?cái)嚢?小時(shí)，隨后升溫至110℃繼續(xù)反應(yīng)3小時(shí)，冷卻，最后減壓蒸餾，除去丁酮，獲得烷氧基硅改性環(huán)氧樹(shù)脂；

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，對(duì)冷軋普通a3鋼板進(jìn)行防護(hù)，采用砂紙打磨鋼板表面除去銹蝕和油污，用毛刷刷去表面疏松灰塵和碎屑，然后噴涂1道本實(shí)施例制備的烷氧基硅環(huán)氧樹(shù)脂，常溫固化24小時(shí)，干膜厚度為30μm；再?lài)娡?道葉氏化工無(wú)溶劑環(huán)氧樹(shù)脂涂料，常溫固化48小時(shí)，涂層干膜厚度650μm；最后再?lài)娡?道聚氨酯環(huán)氧防腐涂料，得到聚氨酯環(huán)氧面漆，常溫固化一個(gè)星期，涂層干膜厚度為400μm。

經(jīng)過(guò)上述涂裝施工，漆膜總厚度達(dá)到1080μm，防腐效果良好。經(jīng)過(guò)檢測(cè)，防護(hù)涂層與基材的結(jié)合力大于10mpa、耐候性、防腐性能滿(mǎn)足滿(mǎn)足防護(hù)要求。

實(shí)施例5

將異丁醇、環(huán)氧樹(shù)脂和硅烷偶聯(lián)劑除水、干燥提純。在裝有溫度計(jì)，攪拌器、冷凝器的反應(yīng)容器中，用400ml無(wú)水異丁醇將50ge44環(huán)氧樹(shù)脂溶解，充入氮?dú)獗Ｗo(hù)；用200ml無(wú)水異丁醇將28gn-2-（氨乙基）-3-氨丙基三甲氧基硅烷溶解，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下移至恒壓滴液漏斗，以每分鐘60滴/分鐘的速度加入環(huán)氧樹(shù)脂的異丁醇溶液中，滴加完成后于室溫?cái)嚢?小時(shí)，隨后升溫至120℃繼續(xù)反應(yīng)6小時(shí)，冷卻，最后減壓蒸餾，除去異丁醇，獲得烷氧基硅改性環(huán)氧樹(shù)脂；

對(duì)某船廠(chǎng)的側(cè)板進(jìn)行防護(hù)，首先砂紙打磨去除銹蝕和污垢，處理后表面無(wú)銹蝕或油污。然后噴涂2道本實(shí)施例制備的烷氧基硅環(huán)氧樹(shù)脂，常溫固化24小時(shí)，干膜厚度為200μm；再?lài)娡?道yl101無(wú)溶劑環(huán)氧涂料，常溫固化36小時(shí)，涂層干膜厚度300μm；最后再?lài)娡?道聚氨酯環(huán)氧防腐涂料，得到聚氨酯環(huán)氧樹(shù)脂面漆，常溫固化一個(gè)星期，涂層干膜厚度為350μm。

經(jīng)過(guò)上述涂裝施工，漆膜總厚度達(dá)到850μm，防腐效果良好。經(jīng)過(guò)檢測(cè)，防護(hù)涂層與基材的結(jié)合力大于12mpa、耐候性、防腐性能滿(mǎn)足防護(hù)要求。

實(shí)施例6

將丙酮、環(huán)氧樹(shù)脂和硅烷偶聯(lián)劑除水、干燥提純。在裝有溫度計(jì)，攪拌器、冷凝器的反應(yīng)容器中，用200ml無(wú)水丙酮將50ge51環(huán)氧樹(shù)脂溶解，充入氮?dú)獗Ｗo(hù)；用150ml無(wú)水丙酮將22g3-氨丙基三甲氧基硅烷溶解，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下移至恒壓滴液漏斗，以每分鐘30滴/分鐘的速度加入環(huán)氧樹(shù)脂的丙酮溶液中，滴加完成后于室溫?cái)嚢?小時(shí)，隨后升溫至85℃繼續(xù)反應(yīng)4小時(shí)，冷卻，最后減壓蒸餾，除去丙酮，獲得烷氧基硅改性環(huán)氧樹(shù)脂；

對(duì)江蘇某貨運(yùn)港口儲(chǔ)罐進(jìn)行防護(hù)，首先采用電動(dòng)角磨機(jī)打磨去除銹蝕和污垢，去除表面疏松物及銹蝕，然后噴涂2道本實(shí)施例制備的烷氧基硅環(huán)氧樹(shù)脂，常溫固化24小時(shí)，固化后干膜厚度為110μm；再?lài)娡?道hch01-18無(wú)溶劑環(huán)氧涂料，常溫固化48小時(shí)，干膜厚度700μm；最后再?lài)娡?道聚氨酯環(huán)氧防腐涂料，得到聚氨酯環(huán)氧面漆，常溫固化一個(gè)星期，涂層干膜厚度為150μm。

經(jīng)過(guò)上述涂裝施工，漆膜總厚度達(dá)到960μm，防腐效果良好。經(jīng)過(guò)檢測(cè)，防護(hù)涂層與基材的結(jié)合力大于11mpa、耐候性、防腐性能滿(mǎn)足防護(hù)要求。

以上所述，僅是本發(fā)明可行的實(shí)施例，不能以此局限本發(fā)明之權(quán)利范圍，依本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)思路做出其它各種相應(yīng)的改變和變形，仍屬本發(fā)明所涵蓋的保護(hù)范圍。