CN103184000A - 水利工程建筑物的抗冲耐磨保护纳米涂料及其制备方法 - Google Patents

水利工程建筑物的抗冲耐磨保护纳米涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

水利工程建筑物的抗冲耐磨保护纳米涂料及其制备方法，纳米涂料由甲组份和乙组份组成，两者重量比为100：15-25；其中，甲组份的组成及重量比是；环氧树脂35-45；活性溶剂20-40；纳米级功能粉体材料1.2-2.0；偶联剂0.3-0.5；碳化硅20-30；颜料2-4；乙组份：T31环氧树脂固化剂。制备工艺是甲组份各物质分散、砂磨，使用时将甲乙组份按重量比混合，搅拌均匀，即可。本发明针对水利工程中建筑物受高速夹砂水流冲刷及推移质撞击冲磨的破坏特点，提供的该纳米涂料比传统的纳米涂料具有更高的抗冲耐磨性能。其硬度与柔韧性也明显提高。

Description

水利工程建筑物的抗冲耐磨保护纳米涂料及其制备方法
技术领域
    本发明涉及一种涂料，具体涉及一种水利工程建筑物的抗冲耐磨保护纳米涂料，本发明还涉及该涂料的制备方法。
背景技术
水利工程中建筑物受高速夹砂水流冲刷及推移质撞击冲磨，遭受严重破坏，这一直是水利水电建设中有待解决的问题，我国运行中的大坝泄水建筑物有70%存在程度不同的冲磨破坏。随着西部大开发和西电东输战略的实施，一批以溪洛渡和锦屏一级为代表的大型高水头水电站相继开工建设，其泄流最大流速可达50m/s,现有的环氧砂浆、喷涂聚脲、衬砌钢板、硅粉高强砂浆均不能满足这一高要求，主要原因是上述材料无法做到高强度与韧性的统一。
采用耐磨涂料对泄水建筑物进行表面抗冲耐磨保护是解决上述问题行之有效的方法，文献“水工泄水建筑物抗冲耐磨涂料的研究”（化学建材，2003年第2期）及“水工泄水建筑物耐磨涂层护面工艺探讨”（水利水电技术，2003年第6期）介绍了FS抗冲耐磨涂料的研制及其施工工艺，该涂料由环氧树脂和呋喃树脂为成膜树脂，以碳化硅为耐磨填料，合成的涂料具有很高的耐磨损性能，缺点是涂层较脆，抵抗硬物冲击的性能不好。申请号为200810042852.1的中国专利“混凝土底材上的减阻耐磨涂料”介绍了一种能够降低混凝土表面阻力提高耐磨性的涂料，由于其以羟基丙烯酸树脂或羟基聚酯树脂为成膜树脂，以重晶石粉、滑石粉、云母粉中的一种或一种以上材料为填料，涂层硬度不足于抵抗高速夹砂石水流的冲磨。
利用纳米粒子的小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应，将纳米技术应用于涂料合成工艺，制备纳米功能涂料已成为现代涂料研究的一个重要发展方向。在高硬度的耐磨涂料中加入纳米相，可进一步提高涂层的硬度和耐磨性能，并保持较高的韧性。申请号为200410013860.5的中国专利“纳米透明耐磨复合涂料”分别介绍了一种双组份耐磨复合涂料和单组份耐磨复合涂料，可涂于树脂、金属和木材表面，由于所用的树脂是饱和羟基聚酯树脂、羟基丙烯酸树脂、环氧树脂、醇酸树脂中的一种树脂，所用涂层硬度有限，另外单纯依靠纳米粒子和成膜树脂的耐磨性，其耐磨性能也有限。申请号为200610025286.4的中国专利“一种耐磨耐腐蚀纳米复合环氧沥青修补涂料的制备方法”在环氧沥青防腐涂料中加入一种或两种纳米级功能粉体材料，制得的涂料与原环氧沥青防腐涂料相比，耐摩擦性有明显提高，但是仅仅依靠纳米粒子的耐磨性，涂料提高的耐摩擦性能有限，无法满足水利工程中建筑物遭受高速夹砂水流冲刷及推移质的撞击冲磨。申请号为200610025288.3的中国专利“一种耐磨耐腐蚀纳米复合环氧富锌涂料的制备方法” 在环氧富锌涂料中加入一种或两种纳米级功能粉体材料，制得的涂料与原环氧富锌涂料相比，耐摩擦性有明显提高，同样仅仅依靠纳米粒子的耐磨性，涂料提高的耐摩擦性能有限。
发明内容
针对水利工程中建筑物受高速夹砂水流冲刷及推移质撞击冲磨的破坏特点，本发明将提供一种水利工程建筑物的抗冲耐磨保护纳米涂料，该耐磨纳米涂料以纳米级功能粉体材料和活性溶剂同时对环氧树脂进行改性，以高硬度的碳化硅为耐磨填料。本发明提供的该纳米涂料比传统的纳米涂料具有更高的抗冲耐磨性能。其硬度与柔韧性也明显提高。
完成上述发明任务的方案是，一种水利工程建筑物的抗冲耐磨保护纳米涂料，其特征在于，该纳米涂料由甲组份和乙组份组成，甲组份与乙组份的重量比为100：15-25；其中，甲组份的组成及重量比如下；
      环氧树脂                     35-45
      活性溶剂                     20-40
      纳米级功能粉体材料           1.2-2.0
      偶联剂                       0.3-0.5
      碳化硅                       20-30
      颜料                         2-4；
乙组份： T31环氧树脂固化剂。
本申请推荐：以上方案中所述的环氧树脂采用E44环氧树脂或E51环氧树脂。
所述的纳米级功能粉体材料主要对环氧树脂进行增韧增强改性，纳米级功能粉体材料可以包含a相纳米三氧化二铝和四方纳米二氧化锆中的一种或两种, 采用两种时，两者之间的比例可以是任意比例。其中a相纳米三氧化二铝的平均粒径为50nm，四方纳米二氧化锆的平均粒径为50nm。
活性溶剂在涂料配制时起溶剂的作用，在涂料涂装后的固化过程中，活性溶剂间能反应，并对环氧树脂进行增强增硬改性。
所述的活性溶剂可以由糠醛和丙酮组成；糠醛与丙酮的重量比为40-60：60-40）
颜料为常用的炭黑、钛白粉、氧化铬绿中的一种或两种以上；
碳化硅的平均粒径为150mm。
本发明推荐：甲组份与乙组份的重量比采用为100： 20；其中，甲组份的组成及重量比如下；
      E44环氧树脂                 40
      糠醛                         15
      丙酮                         15
      a相纳米三氧化二铝            0.8
      四方纳米二氧化锆             0.8
      偶联剂                       0.4
      碳化硅                       25
      颜料                         3。
所述的偶联剂可以采用KH550硅烷偶联剂或KH570硅烷偶联剂，KH550硅烷偶联剂的化学结构式为NH2-CH2-CH2-Si-(OC2H5)3, KH570硅烷偶联剂的化学结构式为CH2=C(CH3)-CO-O-CH2-CH2-CH2-Si-(OCH3)3。
以上材料均可采用工业品。
完成本申请第2个发明任务的方案是，上述水利工程建筑物的抗冲耐磨保护纳米涂料的制备方法，其特征在于，步骤如下，
甲组份制备工艺：
配方量的丙酮、偶联剂、纳米级功能粉体材料在高速分散机中分散；
加入配方量的E44环氧树脂继续分散；
将配方中甲组份中的余下材料按配方量全部加入，继续分散；
将全部材料移出分散机，转入砂磨机中，砂磨，即得涂料甲组份；
使用时，将甲乙组份按重量比混合，搅拌均匀，即可涂刷。
更具体和更优化地说，本发明的制备方法中各步骤的具体操作如下，
甲组份制备工艺：
在高速分散机中加入配方量的丙酮、偶联剂、纳米级功能粉体材料，在转速为5000转/分钟条件下分散1小时。再将配方量的E44环氧树脂加入高速分散机中，在转速为5000转/分钟条件下继续分散1小时。再将配方中甲组份中的余下材料按配方量全部加入高速分散机中，在转速为4000转/分钟条件下继续分散30分钟，将全部材料移出分散机，转入砂磨机中，在转速为1000转/分钟条件下砂磨30分钟，即得涂料甲组份。
 所得涂料具有以下性能指标：
项目 指标 测试方法
柔韧性 1mm GB/T1731-93
铅笔硬度 ＞6H GB/T6739-2006
耐磨性（1000g,1000转） 0.005g GB/T1768-1979
具体实施方式
实施例1，水利工程建筑物的抗冲耐磨保护纳米涂料，甲组份与乙组份的重量比采用为100： 20；其中，甲组份的组成及重量比如下；E44环氧树脂40； 糠醛 15；丙酮 15； a相纳米三氧化二铝0.8；四方纳米二氧化锆0.8； 偶联剂0.4； 碳化硅25； 颜料3：其中，炭黑0.5；钛白粉2.5。偶联剂采用KH550硅烷偶联剂。其制备方法是，甲组份制备工艺：配方量的丙酮、偶联剂、纳米级功能粉体材料在高速分散机中分散；加入配方量的E44环氧树脂继续分散；将配方中甲组份中的余下材料按配方量全部加入，继续分散；将全部材料移出分散机，转入砂磨机中，砂磨，即得涂料甲组份；使用时，将甲乙组份按重量比混合，搅拌均匀，即可涂刷。
    实施例2，与实施例1基本相同，但有以下改变：
甲组份与乙组份的重量比为100：15；其中，甲组份的组成及重量比如下；环氧树脂35；活性溶剂20；所述的活性溶剂由糠醛与丙酮组成，其中，糠醛的重量比为 10；丙酮的重量比为10；纳米级功能粉体材料1.2；由四方纳米二氧化锆与a相纳米三氧化二铝组成，其中 a相纳米三氧化二铝的重量比为 0.6；四方纳米二氧化锆的重量比为0.6。偶联剂0.3； 碳化硅20；颜料2。本实施例中，颜料采用：炭黑0.5；钛白粉1.5。
实施例3，与实施例1基本相同，但有以下改变：
甲组份与乙组份的重量比为100：25；其中，甲组份的组成及重量比如下；环氧树脂45；活性溶剂40；所述的活性溶剂由糠醛与丙酮组成，其中，糠醛的重量比为 24；丙酮的重量比为16；纳米级功能粉体材料2.0；由四方纳米二氧化锆与a相纳米三氧化二铝组成，其中 a相纳米三氧化二铝的重量比为 1.0；四方纳米二氧化锆的重量比为1.0。偶联剂0.5；碳化硅30；颜料4。本实施例中，颜料采用：炭黑0.5；钛白粉3.5。
所述的偶联剂为KH570硅烷偶联剂。
实施例4，与实施例1基本相同，但有以下改变：
甲组份的组成及重量比如下；环氧树脂45；活性溶剂30；所述的活性溶剂由糠醛与丙酮组成，其中，糠醛的重量比为 12；丙酮的重量比为18；纳米级功能粉体材料1.8；由四方纳米二氧化锆与a相纳米三氧化二铝组成，其中 a相纳米三氧化二铝的重量比为 0.8；四方纳米二氧化锆的重量比为1.0。偶联剂0.3； 碳化硅20；颜料4。本实施例中，颜料采用：氧化铬绿4。
所述的环氧树脂为E51环氧树脂。

Claims (10)

1.  一种水利工程建筑物的抗冲耐磨保护纳米涂料，其特征在于，该纳米涂料由甲组份和乙组份组成，甲组份与乙组份的重量比为100：15-25；其中，甲组份的组成及重量比如下；
      环氧树脂                     35-45
      活性溶剂                     20-40
      纳米级功能粉体材料           1.2-2.0
      偶联剂                       0.3-0.5
      碳化硅                       20-30
      颜料                         2-4；
乙组份： T31环氧树脂固化剂。
2. 根据权利要求1所述的水利工程建筑物的抗冲耐磨保护纳米涂料，其特征在于，
所述的环氧树脂为E44环氧树脂或E51环氧树脂；
所述的活性溶剂由糠醛与丙酮组成，其中，糠醛与丙酮的重量比为40-60：60-40；
     所述的纳米级功能粉体材料由四方纳米二氧化锆与a相纳米三氧化二铝组成，其中 a相纳米三氧化二铝的重量比为 0.6-1.0；四方纳米二氧化锆的重量比为0.6-1.0。
3.根据权利要求1所述的水利工程建筑物的抗冲耐磨保护纳米涂料，其特征在于，所述甲组份与乙组份的重量比采用为100： 20。
4.根据权利要求2所述的水利工程建筑物的抗冲耐磨保护纳米涂料，其特征在于，所述甲组份的组成及重量比如下；
      E44环氧树脂                 40
      糠醛                         15
      丙酮                         15
      a相纳米三氧化二铝           0.8
      四方纳米二氧化锆             0.8
      偶联剂                       0.4
      碳化硅                       25
      颜料                         3。
5.根据权利要求1-4之一所述的水利工程建筑物的抗冲耐磨保护纳米涂料，其特征在于，所述的偶联剂采用KH550硅烷偶联剂或KH570硅烷偶联剂。
6.根据权利要求5所述的水利工程建筑物的抗冲耐磨保护纳米涂料，其特征在于，所述a相纳米三氧化二铝的平均粒径为50nm，四方纳米二氧化锆的平均粒径为50nm。
7.权利要求1所述的水利工程建筑物的抗冲耐磨保护纳米涂料的制备方法，其特征在于，步骤如下，
甲组份制备工艺：
配方量的丙酮、偶联剂、纳米级功能粉体材料在高速分散机中分散；
加入配方量的环氧树脂继续分散；
将配方中甲组份中的余下材料按配方量全部加入，继续分散；
将全部材料移出分散机，转入砂磨机中，砂磨，即得涂料甲组份；
使用时，将甲乙组份按重量比混合，搅拌均匀，即可。
8.根据权利要求7所述的水利工程建筑物的抗冲耐磨保护纳米涂料，其特征在于，所述的环氧树脂为E44环氧树脂或E51环氧树脂；所述的活性溶剂由糠醛与丙酮组成，所述的纳米级功能粉体材料由四方纳米二氧化锆与a相纳米三氧化二铝组成；所述的偶联剂采用KH550硅烷偶联剂或KH570硅烷偶联剂。
9.根据权利要求8或8所述的水利工程建筑物的抗冲耐磨保护纳米涂料，其特征在于，所述甲组份制备工艺的具体操作如下，
在高速分散机中加入配方量的丙酮、偶联剂、纳米级功能粉体材料，在转速为5000转/分钟条件下分散1小时；再将配方量的环氧树脂加入高速分散机中，在转速为5000转/分钟条件下继续分散1小时；再将配方中甲组份中的余下材料按配方量全部加入高速分散机中，在转速为4000转/分钟条件下继续分散30分钟，将全部材料移出分散机，转入砂磨机中，在转速为1000转/分钟条件下砂磨30分钟，即得涂料甲组份。
10.根据权利要求8或8所述的水利工程建筑物的抗冲耐磨保护纳米涂料，其特征在于，所述a相纳米三氧化二铝的平均粒径为50nm，四方纳米二氧化锆的平均粒径为50nm；所述碳化硅的平均粒径为150mm。
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