CN103253910A - 新型水泥基复合防腐涂料 - Google Patents

Abstract

本发明公开新型水泥基复合防腐涂料，由固相和液相组成，所述液相与所述固相的质量之比为0.3～1.0；所述固相由砂、水泥和纤维组成，砂与水泥的质量之比为0.3～2.0，纤维在固相中的质量分数为0.5％～5.0％；所述液相由聚合物乳液、水和外加剂组成，聚合物乳液在液相中的质量分数为10％～40％；水在液相中的质量分数为60％～85％；外加剂在液相中的质量分数为0～5％。作为油气管道防腐涂料，其具有良好的抗冲击性能、抗腐蚀性、抗渗性、抑制收缩和耐久性良好，废弃物的应用降低了生产成本，并具有绿色环保性，对可持续发展具有重要意义。在负载作用力下具有多缝开裂的效果，且裂缝宽度在微米级范围内，可直接涂敷，敷设工艺简单，可作为石油天然气管道防腐涂料。

Description

新型水泥基复合防腐涂料

技术领域

本发明涉及一种涂料，特别涉及一种新型水泥基复合防腐涂料。

背景技术

管道作为五大运输工具之一，在运输液体、气体、浆液等方面具有特殊的优势，但是管道的防腐蚀保护是目前有待解决的难点之一。管道防腐材料通常采用有机高分子材料，具有较好的防腐性能，然而这些材料的涂层较薄、价格较高且抗冲击能力弱，在管道铺设中必须采用不带有石块的细土回填，在多石地区需要将细土从远处运来，工程成本很高。且这些涂层材料受到紫外线照射和风化作用都会造成其寿命缩短，需要不断的重复使用，累积消耗的成本较高。因此开发一种既具有防腐性，又具有抗冲击性、价格低廉、环保且涂敷工艺简单的管道防腐涂料对可持续发展具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种既具有防腐性，又具有抗冲击性，并且价格低廉、环保、涂敷工艺简单的新型水泥基复合防腐涂料。

本发明的技术方案是这样实现的：新型水泥基复合防腐涂料，由固相和液相组成，所述液相与所述固相的质量之比为0.3～1.0；所述固相由砂、水泥和纤维组成，砂与水泥的质量之比为0.3～2.0，纤维在固相中的质量分数为0.5％～5.0％；所述液相由聚合物乳液、水和外加剂组成，聚合物乳液在液相中的质量分数为10％～40％；水在液相中的质量分数为60％～85％；外加剂在液相中的质量分数为0～5％。

新型水泥基复合防腐涂料，由固相和液相组成，所述液相与所述固相的质量之比为0.3～1.0；所述固相由砂、水泥、废弃物和纤维组成，砂与水泥和废弃物的混合物的质量之比为0.3～2.0，水泥与废弃物的质量之比为3/7～19/1，纤维在固相中的质量分数为0.5％～5.0％；所述液相由聚合物乳液、水和外加剂组成，聚合物乳液在液相中的质量分数为10％～40％；水在液相中的质量分数为60％～85％；外加剂在液相中的质量分数为0～5％。

上述新型水泥基复合防腐涂料，所述废弃物为粉煤灰或铁矿渣。

上述新型水泥基复合防腐涂料，所述粉煤灰为改性粉煤灰，粉煤灰改性方法如下：分别制备质量分数为1％～5％十六烷基三甲基溴化铵溶液和质量分数为1％～5％硅烷偶联剂溶液，先按照固液质量比(1～5)∶10，将粉煤灰加入到十六烷基三甲基溴化铵溶液中，搅拌24小时以上，水冲洗过滤，烘箱内烘干24h以上，然后按照固液质量比为(1～5)∶10加入到硅烷偶联剂溶液中，搅拌1h以上，再放入70℃～100℃烘箱中24～48h，即得改性粉煤灰。

上述新型水泥基复合防腐涂料，所述纤维为聚乙烯醇纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、纤维素纤维、玻璃纤维、改性聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维中的一种或多种。

上述新型水泥基复合防腐涂料，所述纤维长度为6mm～18mm，直径为10μm～40μm，弹性模量为2000MPa～40GPa。

上述新型水泥基复合防腐涂料，对所述聚乙烯醇纤维表面进行亲油处理得改性聚乙烯醇纤维：将所述聚乙烯醇纤维浸泡在质量分数为1％～5％硅烷偶联剂溶液，24～48小时后取出并室温晾干，在润滑油中浸泡12～24小时进行表面涂油处理后，取出晾干，放置一天后备用。所述润滑油优选合成机油，如5W-40。

上述新型水泥基复合防腐涂料，所述聚合物乳液为水性环氧乳液、醋酸乙烯-乙烯共聚乳液、丁苯乳液、苯丙乳液和丙烯酸乳液中的一种或多种。

上述新型水泥基复合防腐涂料，所述砂为中细砂，粒度为125～3000μm，通过调节砂粒径来控制涂料在受到冲击、负载后的开裂方式。

上述新型水泥基复合防腐涂料，所述水泥为普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的一种或两种混合，水泥强度等级≥42.5，所述外加剂为消泡剂、减水剂和固化剂(如三乙烯四胺)中的一种或多种。

本发明的有益效果是：

1、本发明的产品生产工艺简单，抗腐蚀性能良好，抗渗性、抗冲击性能强，原材料简单易得，价格低廉，是一种理想的油气管道防腐涂料。

2、本发明利用了纤维的增强增韧性能提高了基体抗变形能力，显著的提高了界面抵抗变形的能力。

3、本发明中可选择普通的聚乙烯醇纤维，结合了纤维脱粘拔出和纤维拉断破坏方式，对普通聚乙烯醇纤维表面进行亲油处理，使得纤维在拉拔过程中做出最大的功，达到最好的增强增韧的效果。

4、聚合物乳液的添加提高了材料的柔韧性、防腐性、粘结力及可涂覆性。它不仅提高了基体本身的性能，而且提高了纤维与水泥基间的相互作用，材料的性能远高于普通混凝土的基本性能。

5、纤维的质量掺量不超过固相总质量的5.0％，在负载力的作用下，应适当控制砂粒径，可以达到多缝开裂的效果；水泥基材料的弯曲强度提高3倍以上。即使在水泥基复合材料初次断裂后仍然能够呈现出优越的假应变硬化行为，显著的提高了水泥基防腐涂料的安全性和耐久性，该材料在负载后具有多缝开裂的效果，且抗弯曲效果好。

6、废弃物替换水泥，大大提高了水泥基材料的韧性以及后期强度，具有长期耐久性，废弃物替换水泥率可达70％，不仅能提高水泥基材料的韧性，而且具有环境可持续性。

7、对管道涂层的厚度可以随意调控(1-10mm)。

具体实施方式

涂覆钢板的防腐性能测试

第一组实施例

上表中：A代表砂与水泥的质量之比；B代表纤维在固相中的质量分数；C代表聚合物乳液在液相中的质量分数；D代表水在液相中的质量分数；E代表外加剂在液相中的质量分数；F代表液相与所述固相的质量之比。

在实施例1中：所述纤维为聚乙烯醇纤维，聚乙烯醇纤维长度为6mm～18mm、直径为20μm～40μm、弹性模量为20GPa～40GPa。所述聚合物乳液为水性环氧乳液，所述砂粒度为400～800μm。所述水泥为硅酸盐水泥。

在实施例2中：所述纤维为芳纶纤维和聚乙烯醇纤维按照质量比1∶1的混合物，纤维长度为12mm～24mm、直径为10μm～40μm、弹性模量为10GPa～40GPa。所述聚合物乳液为醋酸乙烯-乙烯共聚乳液。所述砂粒度为125～200μm。所述水泥为硅酸盐水泥，所述外加剂为消泡剂。

在实施例3中：所述纤维为聚酯纤维，纤维长度为18mm～30mm，直径为10μm～40μm，弹性模量为2000MPa～6000MPa；所述聚合物乳液为丙烯酸乳液，所述砂粒度为，1500～3000μm。所述水泥为硅酸盐水泥；所述外加剂为消泡剂、减水剂和固化剂三者按照质量比1∶1∶1的混合物。

在实施例4中：所述纤维为聚丙烯纤维，纤维长度为6mm～24mm，直径为10μm～20μm，弹性模量为2000MPa～4000MPa。所述聚合物乳液为水性环氧乳液、醋酸乙烯-乙烯共聚乳液和丙烯酸乳液三者的混合物。所述砂粒度为125～400μm。所述水泥为硅酸盐水泥，所述外加剂为固化剂。

在实施例5中：所述纤维为聚乙烯醇纤维、芳纶纤维、聚酯纤维和聚丙烯纤维四者按照质量比1∶1∶1∶1的混合物，纤维长度为3mm～40mm，直径为10μm～40μm，弹性模量为2000MPa～40GPa。所述聚合物乳液为水性环氧乳液和醋酸乙烯-乙烯共聚乳液二者按照质量比1∶1的混合物。所述砂粒度为125～200μm。所述水泥为硅酸盐水泥，所述外加剂为消泡剂和减水剂二者按照质量比1∶1的混合物，消泡剂为有机硅消泡剂，减水剂为聚羧酸类减水剂。

根据GB17671-1999测定材料的抗折、抗压性能。根据GBT21120-2007对抗冲击性能进行测定。根据GB23445-2009对材料黏结性能进行测定。根据SY/T5273-2000对碳钢板腐蚀速率进行测定。实施例1～5的性能测试结果

如下：

第二组实施例

本组实施例与第一组实施例的区别在于：

实施例2-1与实施例1的区别：所述固相由砂、水泥、废弃物和纤维组成，砂与水泥和废弃物的混合物的质量之比为：砂∶水泥和废弃物的混合物＝0.3，水泥与废弃物的质量之比为3/7，废弃物为粉煤灰。

实施例2-2与实施例2的区别：所述固相由砂、水泥、废弃物和纤维组成，砂与水泥和废弃物的混合物的质量之比为：砂∶水泥和废弃物的混合物＝2.0，水泥与废弃物的质量之比为19/1，废弃物为粉煤灰。

实施例2-3与实施例3的区别：所述固相由砂、水泥、废弃物和纤维组成，砂与水泥和废弃物的混合物的质量之比为：砂∶水泥和废弃物的混合物＝0.6，水泥与废弃物的质量之比为4/1，废弃物为粉煤灰。

实施例2-4与实施例4的区别：所述固相由砂、水泥、废弃物和纤维组成，砂与水泥和废弃物的混合物的质量之比为：砂∶水泥和废弃物的混合物＝1.2，水泥与废弃物的质量之比为1/1，废弃物为粉煤灰。

实施例2-5与实施例5的区别：所述固相由砂、水泥、废弃物和纤维组成，砂与水泥和废弃物的混合物的质量之比为：砂∶水泥和废弃物的混合物＝1.8，水泥与废弃物的质量之比为3/2，废弃物为粉煤灰。

实施例2-1～2-5的性能测试结果如下：

第三组实施例

本组实施例与第二组实施例的区别在于：

实施例3-1与实施例2-1的区别：所述粉煤灰为改性粉煤灰，粉煤灰改性方法如下：分别制备质量分数为1％十六烷基三甲基溴化铵溶液和质量分数为1％硅烷偶联剂溶液，先按照固液质量比1∶10，将粉煤灰加入到十六烷基三甲基溴化铵溶液中，搅拌24小时，水冲洗过滤，烘箱内烘干24h，然后按照固液质量比为1∶10加入到硅烷偶联剂溶液中，搅拌1h，再放入70℃烘箱中24h，即得改性粉煤灰。

实施例3-2与实施例2-2的区别：所述粉煤灰为改性粉煤灰，粉煤灰改性方法如下：分别制备质量分数为5％十六烷基三甲基溴化铵溶液和质量分数为5％硅烷偶联剂溶液，先按照固液质量比1∶2，将粉煤灰加入到十六烷基三甲基溴化铵溶液中，搅拌30小时，水冲洗过滤，烘箱内烘干28h，然后按照固液质量比为1∶2加入到硅烷偶联剂溶液中，搅拌11h以上，再放入100℃烘箱中48h，即得改性粉煤灰。

实施例3-3与实施例2-3的区别：所述粉煤灰为改性粉煤灰，粉煤灰改性方法如下：分别制备质量分数为3％十六烷基三甲基溴化铵溶液和质量分数为2％硅烷偶联剂溶液，先按照固液质量比3∶10，将粉煤灰加入到十六烷基三甲基溴化铵溶液中，搅拌48小时，水冲洗过滤，烘箱内烘干24h，然后按照固液质量比为1∶5加入到硅烷偶联剂溶液中，搅拌16h，再放入80℃烘箱中36h，即得改性粉煤灰。

实施例3-4与实施例2-4的区别：所述粉煤灰为改性粉煤灰，粉煤灰改性方法如下：分别制备质量分数为4％十六烷基三甲基溴化铵溶液和质量分数为2.5％硅烷偶联剂溶液，先按照固液质量比2∶5，将粉煤灰加入到十六烷基三甲基溴化铵溶液中，搅拌32小时，水冲洗过滤，烘箱内烘干34h，然后按照固液质量比为1.5∶10加入到硅烷偶联剂溶液中，搅拌15h，再放入90℃烘箱中40h，即得改性粉煤灰。

实施例3-5与实施例2-5的区别：所述粉煤灰为改性粉煤灰，粉煤灰改性方法如下：分别制备质量分数为3.5％十六烷基三甲基溴化铵溶液和质量分数为1.5％硅烷偶联剂溶液，先按照固液质量比1∶10，将粉煤灰加入到十六烷基三甲基溴化铵溶液中，搅拌24小时，水冲洗过滤，烘箱内烘干24h，然后按照固液质量比为1∶10加入到硅烷偶联剂溶液中，搅拌11h，再放入85℃烘箱中36h，即得改性粉煤灰。

实施例3-1～3-5的性能测试结果如下：

第四组实施例

实施例4-1与实施例3-1的区别：对所述聚乙烯醇纤维表面进行亲油处理得改性聚乙烯醇纤维：将所述聚乙烯醇纤维浸泡质量分数为1％硅烷偶联剂溶液，24小时后取出并室温晾干，在合成机油5W/40中浸泡12小时进行表面涂油处理后，取出晾干，放置一天备用。

实施例4-2与实施例3-2的区别：对所述聚乙烯醇纤维表面亲油处理得改性聚乙烯醇纤维：将所述聚乙烯醇纤维浸泡在质量分数为5％硅烷偶联剂溶液，36小时后取出并室温晾干，在合成机油5W/40中浸泡24小时进行表面涂油处理后，取出晾干，放置一天备用。

实施例4-5与实施例3-5的区别：对所述聚乙烯醇纤维表面亲油处理得改性聚乙烯醇纤维：将所述聚乙烯醇纤维浸泡在质量分数为3.5％硅烷偶联剂溶液，48小时后取出并室温晾干，在合成机油10W/20浸泡12小时，表面涂油处理后，取出晾干，放置一天备用。

实施例4-1、实施例4-2和实施例4-5的性能测试结果如下：

力学性能	实施例4-1	实施例4-2	实施例4-5
				抗弯曲强度(28天，MPa)	23	25	31
抗压强度(28天，MPa)	42	44	47
				抗冲击强度(N·m)	3900	4018	4704

第五组实施例

实施例5-1与实施例2-1的区别在于把粉煤灰替换成铁矿渣。

实施例5-2与实施例2-2的区别在于把粉煤灰替换成铁矿渣。

实施例5-3与实施例2-3的区别在于把粉煤灰替换成铁矿渣。

实施例5-4与实施例2-4的区别在于把粉煤灰替换成铁矿渣。

实施例5-5与实施例2-5的区别在于把粉煤灰替换成铁矿渣。

实施例5-1～5-5的性能测试结果如下：

涂覆水泥试件的防腐性能测试

本部分实施例通过计算抗折保留率(％)来比较耐腐蚀性能。测试方法为：在水泥块表面涂敷一层防腐涂料，涂层厚度为1.5mm。把涂刷好的试件放置28天，用5％Na₂SO₄溶液浸泡16小时，然后取出晾干1小时，转让80℃烘箱中烘6小时，冷却1小时后取出进行干湿循环试验，检测在循环过程中试件的抗折强度变化，并计算抗折强度保留率(％)即耐腐蚀系数。

第六组实施例：本组实施例6-1～6-5中的涂料依次来自第一组实施例1～5中的涂料。性能测试结果：

本组实施例6-1～6-5中涂覆防腐涂料的水泥试件在弯曲负载(GB17671-1999)作用力(5000N)下，裂缝平均宽度分别为：230μm、180μm、150μm、200μm、140μm。

第七组实施例：本组实施例7-1～7-5中的涂料依次来自第二组实施例2-1～2-5中的涂料。性能测试结果：

本组实施例7-1～7-5中涂覆防腐涂料的水泥试件在弯曲负载(GB17671-1999)作用力(5000N)下，裂缝平均宽度分别为：150μm、100μm、130μm、145μm、130μm。

第八组实施例：本组实施例8-1～8-5中的涂料依次来自第三组实施例3-1～3-5中的涂料。性能测试结果：

本组实施例8-1～8-5中涂覆防腐涂料的水泥试件在弯曲负载(GB17671-1999)力(5000N)作用下，裂缝平均宽度分别为：60μm、50μm、45μm、50m、40μm。

第九组实施例

本组实施例9-1、9-2、9-5中的涂料依次来自第三组实施例4-1、4-2、4-5中的涂料。性能测试结果：

本组实施例9-1、9-2、9-5中涂覆防腐涂料的水泥试件在弯曲负载(GB17671-1999)力(5000N)作用下，裂缝宽度均小于60μm。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明创造所作的举例，而并非对本发明创造具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。

Claims (10)

1.新型水泥基复合防腐涂料，其特征在于，由固相和液相组成，所述液相与所述固相的质量之比为0.3～1.0；

所述固相由砂、水泥和纤维组成，砂与水泥的质量之比为0.3～2.0，纤维在固相中的质量分数为0.5％～5.0％；

所述液相由聚合物乳液、水和外加剂组成，聚合物乳液在液相中的质量分数为10％～40％；水在液相中的质量分数为60％～85％；外加剂在液相中的质量分数为0～5％。

2.新型水泥基复合防腐涂料，其特征在于，由固相和液相组成，所述液相与所述固相的质量之比为0.3～1.0；

所述固相由砂、水泥、废弃物和纤维组成，砂与水泥和废弃物的混合物的质量之比为0.3～2.0，水泥与废弃物的质量之比为3/7～19/1，纤维在固相中的质量分数为0.5％～5.0％；

所述液相由聚合物乳液、水和外加剂组成，聚合物乳液在液相中的质量分数为10％～40％；水在液相中的质量分数为60％～85％；外加剂在液相中的质量分数为0～5％。

3.根据权利要求2所述的新型水泥基复合防腐涂料，其特征在于，所述废弃物为粉煤灰或铁矿渣。

4.根据权利要求3所述的新型水泥基复合防腐涂料，其特征在于，所述粉煤灰为改性粉煤灰，粉煤灰改性方法如下：分别制备质量分数为1％～5％十六烷基三甲基溴化铵溶液和质量分数为1％～5％硅烷偶联剂溶液，先按照固液质量比(1～5)∶10，将粉煤灰加入到十六烷基三甲基溴化铵溶液中，搅拌24小时以上，水冲洗过滤，烘箱内烘干24h以上，然后按照固液质量比为(1～5)∶10加入到硅烷偶联剂溶液中，搅拌1h以上，再放入70℃～100℃烘箱中24～48h，即得改性粉煤灰。

5.根据权利要求1～4任一所述的新型水泥基复合防腐涂料，其特征在于，所述纤维为聚乙烯醇纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、纤维素纤维、改性聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的新型水泥基复合防腐涂料，其特征在于，所述纤维长度为3mm～40mm，直径为10μm～40μm，弹性模量为2000MPa～40GPa。

7.根据权利要求5所述的新型水泥基复合防腐涂料，其特征在于，对所述聚乙烯醇纤维表面进行亲油处理得改性聚乙烯醇纤维：将所述聚乙烯醇纤维浸泡在质量分数为1％～5％硅烷偶联剂溶液，24～48小时后取出并室温晾干，在润滑油中浸泡12～24小时进行表面涂油处理后，取出晾干，放置备用。

8.根据权利要求1～4任一所述的新型水泥基复合防腐涂料，其特征在于，所述聚合物乳液为醋酸乙烯-乙烯共聚乳液、水性环氧乳液、丁苯乳液、丙烯酸乳液、苯丙乳液中的一种或多种。

9.根据权利要求1～4任一所述的新型水泥基复合防腐涂料，其特征在于，所述砂为中细砂，粒度为125～3000μm。

10.根据权利要求1～4任一所述的新型水泥基复合防腐涂料，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和中的一种或多种，水泥强度等级≥42.5，所述外加剂为消泡剂、减水剂和固化剂中的一种或多种。