一种常温固化耐磨涂料及其制备方法与流程

2021-02-02 20:02:37|

425|

起点商标网

本发明属于涂料技术领域，具体的，本发明涉及一种常温固化耐磨涂料及其制备方法。

背景技术：

在有色、冶金、火力发电、洗煤等行业内，大量设备备件的工况条件中存在流体的冲刷、磨损和腐蚀，由于流体的运行速度高，线速度快，同时还含有大量的硬质颗粒及电化学腐蚀，设备及备件使用寿命大幅度减少，直接导致设备停机维修次数增多，维修成本高，加大了维修工人的工作强度，同时，设备的运行效率降低，电耗量增大，非正常停机等导致生产成本大幅上升，而废旧备件的产生也导致资源的浪费。

要解决上述难题，目前所采用的方法主要有：在易磨损部位粘结瓷片、橡胶、铸石板、喷涂聚氨酯、聚脲等，或采用高铬合金等其它耐磨合金材质。但这些方法都存在不同的缺点，粘结陶瓷片，施工难度较大，陶瓷片易在强冲击条件下脱落；粘结橡胶，由于橡胶属非极性物质，因此与基体粘结强度低，易脱层鼓泡；粘结铸石板，铸石板耐磨性较差，一般采用的铸石板厚度均在1cm以上，因此对于曲面很难施工，而铸石板之间的缝隙由胶泥填补，胶泥耐磨性能低，缝隙很容易被流体冲蚀磨损，影响整体的耐磨性，喷涂聚氨酯和聚脲时对喷涂表面处理要求苛刻，对环境温度和湿度也要相应要求，施工难度较大，易磨损部件选用高铬合金等耐磨材质时，耐磨性能明显提高，但成本也明显增加，不利于大范围的推广使用。中国专利cn101012121a中公开的“耐磨陶瓷涂料”，选择不同平均粒度的电熔棕刚玉、电熔亚白刚玉、电熔白刚玉、碳化硅、电熔莫来石中的至少一种作为主料和辅料，采用ca50铝酸钙水泥或纯铝酸钙水泥作结合剂，中国专利cn1872919中公开的“一种耐磨陶瓷涂料及其制备方法”，骨料选择刚玉、硅石、碳化硅、高铝矾土熟料、莫来石、硅线石、红柱石、兰晶石、石榴石中一种或多种，采用硅酸盐水泥、高铝水泥、纯铝酸钙水泥作为结合剂，以上两个专利在结合剂的选择上存在很大缺陷，由于有水的存在涂料收缩率较大，与基体的粘接强度较低，施工过程中需要在设备要保护部位焊接钢筋及增强钢板网，这些都限制了该涂料的使用范围，同时降低了涂料的耐磨性能。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种常温固化耐磨涂料，包括a组分和b组分，b组分的重量份为a组分的5-30％；所述的a组分的组成及重量份为：主料：50-90份；填料：4～8份；增强剂：0.5～2份；碳酸钙晶须：10～20份；氧基硅烷：0.1～0.5份；环氧树脂：15～25份。

作为一种优选的技术方案，所述主料选自陶瓷球、碳化硅、锆刚玉、亚白刚玉、棕刚玉、白刚玉、莫来石中的至少一种。

作为一种优选的技术方案，所述主料的平均粒度为10～240目。

作为一种优选的技术方案，所述主料为碳化硅、锆刚玉、莫来石；所述碳化硅、锆刚玉、莫来石的重量比为5-6：4-5：2-3。

作为一种优选的技术方案，所述填料选自硅灰石粉、灰钙粉、改性钛白粉、云母粉、气相二氧化硅中的至少一种。

作为一种优选的技术方案，所述氧基硅烷选自3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、(((2-氨基乙基)氨基)甲基)三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

作为一种优选的技术方案，所述3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，(((2-氨基乙基)氨基)甲基)三乙氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷的重量比为2-3：2-3：1。

作为一种优选的技术方案，所述碳酸钙晶须为羟基烷酸改性碳酸钙晶须。

作为一种优选的技术方案，所述羟基烷基酸为11-羟基十四烷酸。

本发明的第二方面提供了所述的常温固化耐磨涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将环氧树脂、碳酸钙晶须加入高速分散机中进行搅拌分散，搅拌时间5-10分钟；

(2)将填料、增强剂加入步骤(1)的高速分散机中搅拌分散5～10分钟，混合均匀；

(3)将氧基硅烷和主料加入强力搅拌机中搅拌5～10分钟，然后再将步骤(2)中的物质加入，搅拌时间5-10分钟，得a组分；

(4)取b组分，加入到a组分中，得到常温固化耐磨涂料。

有益效果：通过以下描述更能体现本发明的有益效果。

具体实施方式

为了下面的详细描述的目的，应当理解，本发明可采用各种替代的变化和步骤顺序，除非明确规定相反。此外，除了在任何操作实例中，或者以其他方式指出的情况下，表示例如说明书和权利要求中使用的成分的量的所有数字应被理解为在所有情况下被术语“约”修饰。因此，除非相反指出，否则在以下说明书和所附权利要求中阐述的数值参数是根据本发明所要获得的期望性能而变化的近似值。至少并不是试图将等同原则的适用限制在权利要求的范围内，每个数值参数至少应该根据报告的有效数字的个数并通过应用普通舍入技术来解释。

尽管阐述本发明的广泛范围的数值范围和参数是近似值，但是具体实例中列出的数值尽可能精确地报告。然而，任何数值固有地包含由其各自测试测量中发现的标准偏差必然产生的某些误差。

当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。例如，从“1至10”的指定范围应视为包括最小值1与最大值10之间的任何及所有的子范围。范围1至10的示例性子范围包括但不限于1至6.1、3.5至7.8、5.5至10等。

为了解决上述问题，本发明提供了一种常温固化耐磨涂料，包括a组分和b组分，b组分的重量份为a组分的5-30％；所述的a组分的组成及重量份为：主料：50-90份；填料：4～8份；增强剂：0.5～2份；碳酸钙晶须：10～20份；氧基硅烷：0.1～0.5份；环氧树脂：15～25份。

所述主料选自陶瓷球、碳化硅、锆刚玉、亚白刚玉、棕刚玉、白刚玉、莫来石中的至少一种；优选的，所述莫来石为电熔莫来石。

所述主料的平均粒度为10～240目；

优选的，所述主料为碳化硅、锆刚玉、电熔莫来石；所述碳化硅、锆刚玉、电熔莫来石的重量比为5-6：4-5：2-3。

优选的，所述碳化硅的平均粒度为10-60目，所述锆刚玉的平均粒度为60-150目、所述电熔莫来石的平均粒度为150-240目。更优选的，所述碳化硅的平均粒度为50目，所述锆刚玉的平均粒度为100目，所述电熔莫来石的平均粒度为200目。

锆刚玉是以氧化铝、氧化锆为原料在电弧炉中经2000℃以上高温冶炼而成。所述锆刚玉包括低锆刚玉、中锆刚玉、和高锆刚玉；本申请中，所述锆刚玉的牌号为za40。

所述电熔莫来石是将配合料在电弧炉中熔融，莫来石从熔体中冷却析晶而制的。电熔莫来石的矿相组成一般为莫来石晶体和玻璃相。所述电熔莫来石为市售产品，购买厂家无特别限定，例如郑州中意耐火材料有限公司。

所述填料选自硅灰石粉、灰钙粉、改性钛白粉、云母粉、气相二氧化硅中的至少一种；优选的，所述填料为改性钛白粉。

所述改性钛白粉的制备方法，包括以下步骤：

s1.将5g钛白粉浸泡在150ml20wt％的硫酸水溶液中30分钟，用去离子水洗涤；

s2.将步骤s1得到的钛白粉加入到200ml乙醇和水的混合溶液中(乙醇和水的体积比为4：1)，超声分散均匀，然后加入1g巯丙基氧基硅烷，在40-45℃反应4h后，过滤，干燥，得氧基硅烷改性钛白粉；

s3.将氧基硅烷改性钛白粉加入到200ml二氧六环中，加入0.8g甲基丙烯酸甲酯，三乙胺(三乙胺为氧基硅烷改性钛白粉的3wt％)，在40-45℃反应5h后；加入0.1g偶氮二异丁氰和1g甲基丙烯酸甲酯，在60-65℃氮气氛围下反应15h；继续加入0.5g苯乙烯，在60-65℃氮气氛围下反应10h，将产物用石油醚沉淀，再用四氢呋喃溶解，下层固体即为改性钛白粉。

所述巯丙基氧基硅烷选自甲基巯丙基二甲氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷、巯丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

本申请通过加入硅灰石粉、灰钙粉、钛白粉、云母粉、气相二氧化硅中的至少一种，使得到的涂料具有良好的隔热性，弹性，而且光泽度好，稳定性高；但是简单的加入上述填料功能有限，无法满足多种条件下涂料的性能要求。本申请人发现，当所述填料为改性钛白粉，得到的涂料不仅收缩率低，耐水汽好，而且耐磨性高；推测是：改性钛白粉通过在表面接枝巯丙基氧基硅烷，然后再在三乙胺的作用下通过巯基与双键进行加成，再在偶氮二异丁氰的作用下，形成嵌段聚合物；涂料固化后，改性钛白粉的活性基团与环氧树脂、氧基硅烷相互作用，同时在涂膜的表面形成了一定程度的凸起，而凸起上又布满了由嵌段聚合物相分离的微观结构，从而使涂膜表面形成了具有不同等级粗糙度的微观结构；特别是所述巯丙基氧基硅烷为甲基巯丙基二甲氧基硅烷时，涂料耐200℃水蒸气120小时，不起泡，不开裂，无脱落。

所述增强剂选自聚丙烯纤维、玻璃纤维、碳纤维、聚酯纤维中的至少一种。优选的，所述增强剂为聚丙烯纤维。本申请中，所述聚丙烯纤维的平均长度为5-7mm，购买于廊坊傲天节能科技有限公司。

所述碳酸钙晶须为羟基烷酸改性碳酸钙晶须；碳酸钙晶须的长度范围为20-40微米，品牌为振金。

所述羟基烷酸改性碳酸钙晶须的制备方法，包括以下步骤：将50mg碳酸钙晶须和0.5g羟基烷基酸加入到100ml水中，加热温度到60-80℃反应0.5-2小时，过滤，干燥，即得羟基烷酸改性碳酸钙晶须。优选的，所述羟基烷基酸为11-羟基十四烷酸。

碳酸钙的碳原子和氧原子之间存在很强的位阻作用，当添加到涂料中时，碳酸钙的位阻作用急剧增大，起到抑制沉降作用；但是将碳酸钙晶须加入到涂料中会使得其脆性开裂；本申请人发现，加入11-羟基十四烷酸改性碳酸钙晶须，晶须细长的形貌、与纤维可以充当涂料的“骨架”，与环氧树脂等形成紧密的定向结构。

所述氧基硅烷选自3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、(((2-氨基乙基)氨基)甲基)三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷中的至少一种；优选的，所述氧基硅烷为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，(((2-氨基乙基)氨基)甲基)三乙氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷；所述3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，(((2-氨基乙基)氨基)甲基)三乙氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷的重量比为2-3：2-3：1。

本申请通过加入氧基硅烷提高了主料、填料、纤维、环氧树脂之间的相容性，本申请人发现，在本体系中，所述氧基硅烷选自3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、(((2-氨基乙基)氨基)甲基)三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷中的至少一种，使得涂料与浮选机、矿箱等基体的粘结强度增大；特别是所述3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，(((2-氨基乙基)氨基)甲基)三乙氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷的重量比为2-3：2-3：1时，涂料与碳钢的附着力为1级，推测碳钢是含碳量在0.0218％～2.11％的铁氧体结构，一定量的氧基硅烷、环氧树脂促进了陶瓷涂层紧紧附着在碳钢表面。

所述环氧树脂的型号没有特别限制；为了进一步提高涂料的韧性等性能，还可以对环氧树脂进行改性，例如，聚氨酯改性环氧树脂。

本申请通过加入一定重量的主料，以及限定不同主料的平均粒度，减弱了冲击能在主料、环氧树脂、纤维等的界面积累，耐冲蚀磨损性能提升，剪切强度达到20-30mpa，耐磨涂层使用寿命是普通碳钢的5～10倍。

所述b组分为固化剂，所述的固化剂为脂肪胺类、指环胺类、改性胺类中的至少一种；本申请中，所述固化剂的型号为593，购买于无锡市品华化工有限公司。

所述常温固化耐磨涂料的制备，包括以下步骤：

(1)将环氧树脂、碳酸钙晶须加入高速分散机中进行搅拌分散，搅拌时间5-10分钟；

(2)将填料、增强剂加入步骤(1)的高速分散机中搅拌分散5～10分钟，混合均匀；

(3)将氧基硅烷和主料加入强力搅拌机中搅拌5～10分钟，然后再将步骤(2)中的物质加入，搅拌时间5-10分钟，得a组分；

(4)取b组分，加入到a组分中，得到常温固化耐磨涂料。

所述常温固化耐磨涂料用于不便于加热施工的场合与设备，如浮选机、浮选柱、矿箱、溜槽、跳汰机、振动筛、接料箱、匀料箱等设备，施工简便快速。

下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售得到的。

实施例

实施例1

一种常温固化耐磨涂料，包括a组分和b组分，b组分的重量份为a组分的10％；所述的a组分的组成及重量份为：主料：90份；填料：8份；增强剂：2份；碳酸钙晶须：20份；氧基硅烷：0.5份；环氧树脂e44：25份。b组分为固化剂593。

所述主料为碳化硅、锆刚玉、电熔莫来石；所述碳化硅、锆刚玉、电熔莫来石的重量比为5：4：3。所述碳化硅的平均粒度为50目，所述锆刚玉的平均粒度为100目，所述电熔莫来石的平均粒度为200目。所述锆刚玉的牌号为za40。所述电熔莫来石购买于郑州中意耐火材料有限公司。

所述填料为改性钛白粉。所述改性钛白粉的制备方法，包括以下步骤：

s1.将5g钛白粉浸泡在150ml20wt％的硫酸水溶液中30分钟，用去离子水洗涤；

s2.将步骤s1得到的钛白粉加入到200ml乙醇和水的混合溶液中(乙醇和水的体积比为4：1)，超声分散均匀，然后加入1g甲基巯丙基二甲氧基硅烷(cas号：31001-77-1)，在40-45℃反应4h后，过滤，干燥，得氧基硅烷改性钛白粉；

所述增强剂为聚丙烯纤维，所述聚丙烯纤维的平均长度为6mm，购买于廊坊傲天节能科技有限公司。

所述碳酸钙晶须为羟基烷酸改性碳酸钙晶须；碳酸钙晶须的长度范围为20-40微米，品牌为振金。

所述羟基烷酸改性碳酸钙晶须的制备方法，包括以下步骤：将50mg碳酸钙晶须和0.5g羟基烷基酸加入到100ml水中，加热温度到70℃反应1小时，过滤，干燥，即得羟基烷酸改性碳酸钙晶须。所述羟基烷基酸为11-羟基十四烷酸。

所述氧基硅烷为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷(cas号：2530-83-8)，(((2-氨基乙基)氨基)甲基)三乙氧基硅烷(cas号：41555-92-4)和甲基三甲氧基硅烷；所述3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，(((2-氨基乙基)氨基)甲基)三乙氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷的重量比为2.5：2.5：1。

所述常温固化耐磨涂料的制备，包括以下步骤：

(1)将环氧树脂、碳酸钙晶须加入高速分散机中进行搅拌分散，搅拌时间10分钟；

(2)将填料、增强剂加入步骤(1)的高速分散机中搅拌分散10分钟，混合均匀；

(3)将氧基硅烷和主料加入强力搅拌机中搅拌10分钟，然后再将步骤(2)中的物质加入，搅拌时间10分钟，得a组分；

(4)取b组分，加入到a组分中，得到常温固化耐磨涂料。

实施例2

一种常温固化耐磨涂料，具体实施方式同实施例1，不同点在于，一种常温固化耐磨涂料，具体实施方式同实施例1，不同点在于，包括a组分和b组分，b组分的重量份为a组分的10％；所述的a组分的组成及重量份为：主料：50份；填料：4份；增强剂：0.5份；碳酸钙晶须：10份；氧基硅烷：0.1份；环氧树脂：15份。

实施例3

一种常温固化耐磨涂料，具体实施方式同实施例1，不同点在于，包括a组分和b组分，b组分的重量份为a组分的10％；所述的a组分的组成及重量份为：主料：70份；填料：5份；增强剂：1份；碳酸钙晶须：15份；氧基硅烷：0.4份；环氧树脂：20份。

实施例4

一种常温固化耐磨涂料，具体实施方式同实施例3，不同点在于，所述填料为钛白粉。

实施例5

一种常温固化耐磨涂料，具体实施方式同实施例3，不同点在于，所述改性钛白粉的制备方法，包括以下步骤：

s1.将5g钛白粉浸泡在150ml20wt％的硫酸水溶液中30分钟，用去离子水洗涤；

s2.将步骤s1得到的钛白粉加入到200ml乙醇和水的混合溶液中(乙醇和水的体积比为4：1)，超声分散均匀，然后加入1g甲基巯丙基二甲氧基硅烷，在40-45℃反应4h后，过滤，干燥，得氧基硅烷改性钛白粉。

实施例6

一种常温固化耐磨涂料，具体实施方式同实施例3，不同点在于，所述改性钛白粉的制备方法，包括以下步骤：

s1.将5g钛白粉浸泡在150ml20wt％的硫酸水溶液中30分钟，用去离子水洗涤；

s2.将步骤s1得到的钛白粉加入到200ml乙醇和水的混合溶液中(乙醇和水的体积比为4：1)，超声分散均匀，然后加入1g3-巯丙基三乙氧基硅烷，在40-45℃反应4h后，过滤，干燥，得氧基硅烷改性钛白粉；

实施例7

一种常温固化耐磨涂料，具体实施方式同实施例3，不同点在于，所述改性钛白粉的制备方法，包括以下步骤：

s1.将5g钛白粉浸泡在150ml20wt％的硫酸水溶液中30分钟，用去离子水洗涤；

s3.将氧基硅烷改性钛白粉加入到200ml二氧六环中，加入0.2g甲基丙烯酸甲酯，三乙胺(三乙胺为氧基硅烷改性钛白粉的3wt％)，在40-45℃反应5h后；加入0.05g偶氮二异丁氰和0.3g苯乙烯，在60-65℃氮气氛围下反应15h；将产物用石油醚沉淀，再用四氢呋喃溶解，下层固体即为改性钛白粉。

实施例8

一种常温固化耐磨涂料，具体实施方式同实施例3，不同点在于，所述改性钛白粉的制备方法，包括以下步骤：

s1.将5g钛白粉浸泡在150ml20wt％的硫酸水溶液中30分钟，用去离子水洗涤；

s3.将氧基硅烷改性钛白粉加入到200ml二氧六环中，加入0.8g甲基丙烯酸甲酯，三乙胺(三乙胺为氧基硅烷改性钛白粉的3wt％)，在40-45℃反应5h后；加入0.1g偶氮二异丁氰和1g甲基丙烯酸甲酯，在60-65℃氮气氛围下反应15h；将产物用石油醚沉淀，再用四氢呋喃溶解，下层固体即为改性钛白粉。

实施例9

一种常温固化耐磨涂料，具体实施方式同实施例3，不同点在于，所述羟基烷酸改性碳酸钙晶须替换为硬脂酸改性碳酸钙晶须；制备方法同羟基烷酸改性碳酸钙晶须。

实施例10

一种常温固化耐磨涂料，具体实施方式同实施例3，不同点在于，所述羟基烷酸改性碳酸钙晶须替换为12-羟基十八烷酸改性碳酸钙晶须；制备方法同羟基烷酸改性碳酸钙晶须。

实施例11

一种常温固化耐磨涂料，具体实施方式同实施例3，不同点在于，所述3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，(((2-氨基乙基)氨基)甲基)三乙氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷的重量比为1：2.5：1。

实施例12

一种常温固化耐磨涂料，具体实施方式同实施例3，不同点在于，所述3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，(((2-氨基乙基)氨基)甲基)三乙氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷的重量比为2.5：1：1。

实施例13

一种常温固化耐磨涂料，具体实施方式同实施例3，不同点在于，所述3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，(((2-氨基乙基)氨基)甲基)三乙氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷的重量比为2.5：2.5：3。

实施例14

一种常温固化耐磨涂料，具体实施方式同实施例3，不同点在于，所述碳化硅、锆刚玉、电熔莫来石的重量比为3：4：5。