CN100999645A - 纳米陶瓷防水耐候高机械强度保护层涂料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米陶瓷防水、耐候、高机械强度得涂料及其制备方法和应用。该涂料包括成膜物质、填料和改性纳米粉，优选还可以包括助剂，其中所述物质的量优选为：成膜物质、填料、助剂和改性纳米粉的重量比例为20－60∶30－65∶1－5∶1－10。本发明的涂料具有良好的防水、耐候性，机械强度高，可以用作高温管道的保护层，而且便于使用。

Description

纳米陶瓷防水耐候高机械强度保护层涂料

技术领域

本发明涉及材料领域，尤其涉及防水耐候机械强度高的纳米陶瓷涂料。

背景技术

随着工业的快速发展，人民生活水平大幅度提高，许多工业需要高温蒸气热(一般在600℃以下)，生活小区集中供热、供暖。这些高温气体来源于城市郊区生产高温气体的热力公司，或工业废气等(如发电厂的废气等)。高温气体多用管道输送到城里，输送距离从几公里到几十公里不等。管道多数走地下，少数走地上。不论是走地上或走地下，管道都需要做防腐(四季通高温200℃以上的气体可以不做防腐层)、保温、防水、防火，并有一定的机械强度。为满足这么高的要求，一般需要三层结构：

第一层：耐高温防腐层

第二层：耐高温保温层

第三层：耐水、具有较高机械强度的保护层。

国内对这种工程的传统做法如下：

第一层：在输热管道外表面涂一层防锈漆(如红丹漆)。经调查，高温输热管道的温度一般在200℃以上至600℃以下。红丹漆耐不了这么高温度.

第二层：保温层用岩棉、珍珠岩、聚氨酯发泡等，能达到相应的保温要求，但保温层很厚(如管内温度在300℃-600℃时，厚度达15-25cm)。且不防水。一旦大量吸潮或吸水，则失去保温能力。

第三层：保护层，必须严密防水并提供一定的机械强度。传统做法是在保温层的外面再套一钢管，称为“钢套钢”。可以达到使用要求。但造价上升1/3以上，重量增加，施工困难。使用寿命因地质、水质、空气等腐蚀环境及钢管壁厚的不同，约5～25年。

Φ720的输热管道，管内温度400℃，保温材料厚度25cm，保温后的温度40℃，上述三层综合造价每延米造价达2500元以上。一条十几公里的管道，防腐保温费用达到数千万元以上。

国内已有大量的地下输热管道，防腐保温都不理想，有不少已没有防腐保温措施了。这些管道再外套钢管是不可能的了。

据有关部门统计，我国蒸汽管网系统，每年消耗的煤达3.1亿吨，占全国总用煤量的1/3，而且热量的利用率仅30％左右，损失巨大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米陶瓷防水、耐候、高机械强度的涂料，代替外套钢管作为高温输热管道防腐保温的第三层保护层使用。

本发明的另一目的在于提供上述涂料的制备方法及其应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明提供了一种纳米陶瓷防水、耐候、高机械强度的涂料，其包括成膜物质、填料和改性的纳米粉，优选还可以包括助剂。

本发明的涂料中，上述物质的量优选为：成膜物质、填料、助剂和改性的纳米粉的重量比例为20-60∶30-65∶1-5∶1-10。

本发明的涂料中，所用成膜物质选自丙烯酸改性的有机硅树脂、有机硅改性的醇酸树脂、有机硅改性的环氧树脂、AH-CR602树脂、AH-404树脂(己烯基)和199A树脂(二醇型)。可以使用其中一种或两种以上的组合。

本发明的涂料中，所用填料选自石膏粉、石英砂粉、二氧化硅粉、玻璃微球、陶瓷微球、硅灰石粉、氧化锌粉、二氧化钛粉和玻璃磷片等。可以使用其中一种或两种以上的组合。

填料是本发明的重要组成部分，增强机械强度，提高防火等级，具有很强的耐紫外线性能和防辐射能力，能提高耐候性。

本发明的涂料中，所用助剂选自过氧化甲乙酮、过氧化乙酸叔丁酯、辛酸钴、环烷酸钴、A-555和A-560。可以使用其中一种或两种以上的组合。

本发明的涂料中，所用改性纳米粉选自改性的纳米三氧化二锑、改性纳米三氧化二铝、改性纳米三氧化二铁、改性纳米二氧化钛、改性纳米二氧化硅、改性纳米二氧化锆、改性纳米氧化锌、改性纳米碳化硅、改性纳米氧化钙等。可以使用其中一种或两种以上的组合。

本发明中所用改性纳米粉可以使用经伯醇、硬脂酸钠、硬脂酸、丙酮、KH-550、DL-482和DL-882中的一种或多种改性剂改性过的上述纳米三氧化二锑、纳米三氧化二铝、纳米三氧化二铁、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米二氧化锆、纳米氧化锌、纳米碳化硅或纳米氧化钙。例如可以使用经KH-550和丙酮改性的纳米二氧化硅。改性过程可以通过将干燥纳米粉与上述改性剂混合、用超声波处理并干燥来完成。

本发明还提供了上述涂料的制备方法，该方法包括：将改性纳米粉与成膜物质和填料混合均匀；例如将改性纳米粉与成膜物质混合均匀后，再加入填料混合均匀；

或者该方法包括：将成膜物质与填料和改性纳米粉混合均匀，在使用前再加入助剂混合均匀；例如将成膜物质与填料混合均匀后，再加入改性纳米粉混合均匀，在使用前再加入助剂混合均匀；或者例如将成膜物质与部分填料混合均匀，再加入改性纳米粉混合均匀，然后在加入剩余部分的填料混合均匀，在使用前再加入助剂混合均匀。

本发明涂料的制备方法还可以包括预先使用改性剂将纳米粉进行改性而得到改性纳米粉。

本发明的涂料具有良好的防水、耐侯性，机械强度高，可以用作高温管道的保护层。其优点具体如下：

1.有很好的防水性能，本涂料和钢管接触的附着力达30MPa以上，而水的渗透率小于0.2％。

2.有很好的机械强度，完全满足制成管的吊装、搬运和泥土的挤压，涂层的厚度，即机械强度还可以人为控制。因此穿过公路其强度足以耐受挤压。

3.钢管受热的伸长率0.3％左右，本涂层的断裂延伸率大于2％～5％，远超过钢管的伸长率，不会断裂。

4.本涂层与钢管相比，重量轻，方便搬运、施工，特别是管道弯曲部分，有开关、管道分枝、支架、伸缩节等障碍物时可任意涂刷。对已投入使用的旧管道，防腐保温性能的修复很方便。

5.造价低，是“钢套钢”作法的二分之一左右。

6.使用年限50年以上。

这些优点基本上弥补了“钢套钢”方式的不足。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的特点和优点将会通过实施例的描述而更加清晰。但这些实施例仅是示例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明精神和范围情况下对本发明的细节和描述方式进行的任何常规替换均落入本发明的保护范围。

实施例1

取丙烯酸改性的有机硅树脂60kg、井红石钛白粉15kg、石膏粉9.7kg、玻璃磷片10kg、A-560 0.3kg和改性纳米二氧化硅5kg：

其中改性纳米二氧化硅是将纳米二氧化硅在80-100℃下烘干脱水，然后与0.06kg KH-550和1.2kg丙酮制得的偶联剂丙酮溶液，混合搅拌均匀后，用超声波处理30分钟，静止60分钟左右，再加热到约60℃以脱去丙酮从而制成的。

将改性纳米二氧化硅加入到丙烯酸改性的有机硅树脂中，以约1200转/分的高速搅拌40分钟，静止30分钟，再加入A-560并搅拌10分钟，再在搅拌的情况下加入井红石钛白粉、石膏粉和玻璃磷片并继续搅拌30分钟，经研磨使其细度达到40μm左右，得到地上高温管道使用的保护层涂料。

试验：

将一本书卷成实心圆柱状，并捆扎结实，然后在其外表而涂布实施例1的涂料，涂层厚度为3mm，涂层干燥后将其放入水中淹没。经过两年后，取出发现书没有被浸湿，说明涂料的防水性能非常好。

实施例2

取作为成膜物质的AH-CR602树脂60kg、石英砂15kg、石膏粉8.5kg、玻璃微球10kg、过氧化甲乙酮1.2kg、辛酸钴0.3kg、改性纳米二氧化硅5kg，其中改性纳米二氧化硅如实施例1中所述方法进行制备。

将AH-CR602树脂进行搅拌，并在搅拌中加入石英砂和石膏粉，并以约1200转/分的高速搅拌30分钟，加入改性纳米二氧化硅，再搅拌0.5小时，然后加入玻璃微球，以80转/分的速率搅拌均匀，得到混合物1。

在使用前将上述混合物1与过氧化甲乙酮先搅拌均匀后，再加入辛酸钴搅拌均匀即可使用。得到地下高温管道使用的保护层涂料。

试验：

在宣外大街的地下管道Φ820上做保温层和保护层综合试验，其中对于试验组，保温层使用根据中国专利申请200610113748.8(申请号)所得的保温涂料，保温层厚度为4cm，保温层之上的保扩层使用实施例2的涂料，保护层厚度为3mm，管道长度为20m；而对比组则是在地下管道Φ820上以12cm的硅酸铝珍珠岩作为保温层，在保温层外以1cm的水泥沙浆层作为保扩层，管道长度也为20m。经过6个月后，对比组管道保护层有所破坏，供热管管道外表面温度为67℃，回水管外表面温度为61℃；而试验组保护层完好无损，说明其在地下压力大、潮湿的环境中保护层具有足够的机械强度、防潮、防水、抗酸碱效果非常好，供热管管道外表面温度为44℃，回水管外表面温度为38℃。

以上实施例及试验说明本发明的涂料具有良好的机械强度，防水、防潮、抗酸碱等效果非常好，即其防腐保温效果良好，并且本发明涂料使用方法及其简单，而且涂层厚度非常薄，一般只需约3mm即可具有非常显著的保护效果。而水泥沙浆保护层，一般涂层机械强度不够，且防水防潮效果不好，对于酸碱环境比较敏感，从而容易破坏而影响管道整体的保温效果，且保护层的形成方法复杂，难于地下施工。而本发明则解决了现有技术的这些问题，因此具有显著的进步性。

Claims (10)

1、一种纳米陶瓷防水、耐候、高机械强度得涂料，其包括成膜物质、填料和改性纳米粉，优选还可以包括助剂。

2、根据权利要求1所述的涂料，其中所述物质的量为：成膜物质、填料、助剂和改性纳米粉的重量比例为20-60∶30-65∶1-5∶1-10。

3、根据权利要求1或2所述的涂料，其中成膜物质选自丙烯酸改性的有机硅树脂、有机硅改性的醇酸树脂、有机硅改性的环氧树脂、AH-CR602树脂、AH-404树脂(己烯基)和199A树脂(二醇型)中的一种或两种以上的组合。

4、根据权利要求1或2所述的涂料，其中用填料选自石膏粉、石英砂粉、二氧化硅粉、玻璃微球、陶瓷微球、硅灰石粉、氧化锌粉、二氧化钛粉和玻璃磷片中的一种或两种以上的组合。

5、根据权利要求1或2所述的涂料，其中助剂选自过氧化甲乙酮、过氧化乙酸叔丁酯、辛酸钴、环烷酸钴、A-555和A-560中的一种或两种以上的组合。

6、根据权利要求1或2所述的涂料，其中改性纳米粉选自改性纳米三氧化二锑、改性纳米三氧化二铝、改性纳米三氧化二铁、改性纳米二氧化钛、改性纳米二氧化硅、改性纳米二氧化锆、改性纳米氧化锌、改性纳米碳化硅和改性纳米氧化钙中的一种或两种以上的组合。

7、如权利要求6所述的涂料，其中改性纳米粉是用伯醇、硬脂酸钠、硬脂酸、丙酮、KH-550、DL-482和DL-882中的一种或多种进行改性的。

8、制备权利要求1-7任一项所述涂料的方法，该方法包括：将改性纳米粉与成膜物质和填料混合均匀；或者该方法包括：将成膜物质与改性纳米粉混合均匀，在使用前再加入助剂混合均匀。

9、根据权利要求8的方法，其特征在于，该方法还包括预先使用改性剂将纳米粉进行改性而得到改性纳米粉。

10、如权利要求1-7任一项所述涂料在高温管道保护层中的应用。