CN106634450B - 一种矿浆管线内壁耐磨涂料及其制备和喷涂方法 - Google Patents

一种矿浆管线内壁耐磨涂料及其制备和喷涂方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是针对流体矿浆管件内壁易磨损的问题，提供了一种矿浆管线内壁耐磨涂料及其制备和喷涂方法，属于管道耐磨处理技术领域。该涂料包括面漆和底漆，面漆包括E型环氧树脂，4,5‑环氧环己烷‑1,2‑二甲酸二缩水甘油酯，橡胶，芳香二胺，填料，醇类有机溶剂，流平剂，消泡剂和分散剂；底漆包括E型环氧树脂，芳香二胺，硅烷偶联剂和醇类有机溶剂。制备方法为，将面漆或底漆中的各原料按照配比加入到分散机中分散20～30min，然后放入球磨机中球磨5～10min。该涂料具有硬度适中，韧性适中，耐磨性优等特点，有助于提高选矿设备的作业率，降低运行成本，提升经济效益。

Description

一种矿浆管线内壁耐磨涂料及其制备和喷涂方法
技术领域
本发明属于管道耐磨处理技术领域，特别涉及一种矿浆管线内壁耐磨涂料及其制备和喷涂方法。
背景技术
矿山选矿厂流体矿浆通常采用管道运输的方式，管道管壁的磨损是普遍存在的现象，尤其是弯头处管道的内壁，矿浆对其磨损更严重。采用合金管等材料虽然能起到一定防磨的效果，但存在费用高、使用寿命短、更换频繁和检修造成生产效率低等问题。采用耐磨涂料对对管道内壁是比较经济、简单易实现的保护方法。矿上尾矿矿浆输送管道的保护涂层一般采用耐磨橡胶涂层或者价格更低的柏油涂层。但是，由于矿浆的流速快，矿浆中的各种大小的砂石对管壁的磨损严重，致使管件更换频繁，且对其进行耐磨处理困难较大，影响矿山的经济效益。
随着技术发展，一些耐磨涂料也被引用到矿上机械的耐磨防腐的保护中。例如，江苏仪征铁矿厂采用环氧树脂黄砂耐磨用于磁选机的防护(朱东正，金属矿山，1980，2，64转68.)；中国石油兰州石化公司研究院采用液体橡胶/环氧树脂抗腐蚀涂层对设备进行表面修补及防护(胡少坤，邓春华，液体橡胶/环氧树脂抗腐蚀涂层的应用，粘接，2008，12 46-47)，但其应用设备是发电站设备的叶轮等，与尾矿矿浆相比，磨蚀性能较小，因此，对涂层的硬度要求较低；胡松霞等报道了聚脲弹性体涂料在矿山设备中的应用(胡松霞，刘培礼等，喷涂聚脲弹性体技术及其在矿业中的应用，现代涂料与涂装，2010，13(2)：30-33)，耐磨、耐腐蚀性能优异，但是由于材料是由是两种化学活性极高的组分通过快速反应成膜，需要高效的喷涂设备，喷涂设备本身具有加热、加压和充分混合功能，只有美国的GracoGusmer公司和Glas-Craft公司能提供这种设备，难以在矿山大规模推广使用。
发明内容
本发明的目的是针对流体矿浆管件内壁易磨损的问题，提供了一种矿浆管线内壁耐磨涂料及其制备和喷涂方法。该涂料以线型环氧树脂为基体，添加一定量的纳米橡胶和三官能度的环氧树脂，并添加耐磨填料。该涂料具有硬度适中，韧性适中，耐磨性优等特点，有助于提高选矿设备的作业率，降低运行成本，提升经济效益。
一种矿浆管线内壁耐磨涂料，包括底漆和面漆；
所述的面漆包括E型环氧树脂，4，5-环氧环己烷-1，2-二甲酸二缩水甘油酯(TDE-85)，橡胶，芳香二胺，填料，醇类有机溶剂，流平剂，消泡剂和分散剂；所述E型环氧树脂与TDE-85、橡胶、填料、醇类有机溶剂、流平剂、消泡剂和分散剂的质量份数比为100∶(5～15)∶(1～10)∶(2～5)∶(30～80)∶(0.1～0.5)∶(0.1～0.7)∶(0.1～0.5)，芳香二胺的加入当量与E型环氧树脂的当量值为0.95～1.1∶1；
所述的底漆包括E型环氧树脂，芳香二胺，硅烷偶联剂和醇类有机溶剂；所述芳香二胺的加入当量与E型环氧树脂的当量值为0.95～1.1∶1，E型环氧树脂与硅烷偶联剂、醇类有机溶剂的质量份数比为100∶(0.2～0.6)∶(10.0～50.0)；
其中，所述E型环氧树脂的环氧值范围为0.44～0.53；
加入TDE-85的目的是提高涂料硬度；
所述的橡胶为全硫化纳米橡胶，目的是提高涂层的韧性；
所述的芳香二胺为固化剂，由4，4′-二氨基二苯砜与4，4′-二氨基二苯甲烷按照质量比为2∶1～1∶1混合；
所述的填料为经液体羧基丁腈橡胶进行表面处理的纳米氮化硅和纳米碳化硅的混合物，氮化硅和碳化硅的质量比为3∶2～1∶1；经羧基丁腈橡胶进行表面处理的目的是改善纳米填料的分散性，并且端羧基与环氧树脂中的羟基反应能够进一步提高填料与基体的相容性；
所述的醇类有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇等一元醇中的一种或多种的混合物；
所述的流平剂为聚丙烯酸酯类流平剂；
所述的消泡剂为聚硅氧烷类消泡剂；
所述的分散剂为不饱和聚氨基聚酰胺和酸性聚酯的盐溶液；
上述面漆和底漆在160～180℃下保温0.5～1小时后固化；
上述填料经液体羧基丁腈橡胶进行表面处理的方法为：将液体丁腈橡胶溶解于甲苯中配成浓度为25～30％的溶液，再将填料加入到溶液中，高速搅拌下在回流温度反应4～5小时，过滤，取滤渣干燥；
其中，液体丁腈橡胶的加入质量为填料质量的5～10％。
上述矿浆管线内壁耐磨涂料的制备方法，包括如下步骤：
将面漆的各原料按照配比加入到分散机中，以1000～2000转/分钟的速度分散20～30min，然后放入球磨机中球磨5～10min，即得到面漆；
将底漆的各原料按照配比加入到分散机中，以1000～2000转/分钟的速度分散20～30min，然后放入球磨机中球磨5～10min，即得到底漆。
上述涂料的喷涂方法，采用如下方法A或方法B：
当涂层厚度要求为150～200μm时，采用方法A：
(1)将管件内壁喷砂处理至ISO Sa 2.5～3级，表面粗糙度为40～70μm；
(2)向管件内壁喷涂一道底漆，然后将管件加热升温至160～180℃，再保温0.5～1小时，使底漆固化，形成底漆涂层；
(3)向管件内壁喷涂一道面漆，然后将管件由常温加热升温至160～180℃，再保温0.5～1小时，使面漆固化，形成面漆涂层；
当涂层厚度要求为200～250μm时，采用方法B：
(1)将管件内壁喷砂处理至ISO Sa 2.5～3级，表面粗糙度为40～70μm；
(2)向管件内壁喷涂一道底漆，然后将管件加热升温至160～180℃，再保温0.5～1小时，使底漆固化，形成底漆涂层；
(3)向管件内壁喷涂一道面漆，然后将管件由常温加热升温至160～180℃，再保温0.5～1小时，使面漆固化，形成面漆涂层；
(4)重复一遍步骤(3)。
上述涂料经检测，耐磨涂料的面漆性状见表1，固化后面漆的性能检测结果见表2，固化后底漆的性能检测结果见表3：
表1耐磨涂料性状
表2耐磨涂料面漆的性能检测结果
表3耐磨涂料底漆的性能检测结果
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1、高分子耐磨蚀涂层的性能主要依赖于基体树脂的种类和特殊填料配方。其中环氧树脂作为基体在耐磨防腐蚀涂料中占有重要地位。本发明采用混合型环氧树脂，即E型环氧树脂与三官能度的环氧树脂(TDE-85)，其中E型环氧树脂为基体成膜物，但其硬度不够，为了提高成膜物的硬度，添加官能度更多的TDE-85以便提高交联度，进而提高漆膜的硬度；添加耐磨颗粒纳米氮化硅和纳米碳化硅的混合物，并经液体羧基丁腈橡胶进行表面处理提高分散性及与环氧树脂的界面性能；全硫化纳米橡胶填料添加少量即能提高涂层的一定韧性。本发明涂料应用于矿浆管线内壁的耐磨抗冲刷的防护，具有优异的耐磨性和抗腐蚀特性，现场施工方便，能减少管道的检修次数，延长管道的使用寿命。
2、该涂层具有硬度适中，韧性适中，耐磨性优等特点，提高设备的作业率，降低运行成本，提升经济效益。
3、本发明涂层施工操作简单、方便，对管道内壁保护强，同时还适用其他耐磨保护的场所。
附图说明
图1、实施例1中面漆涂层固化前后的对比红外谱图。
具体实施方式
以下实施例中的材料为市购。
实施例1
1)耐磨涂料中面漆配方
2)耐磨涂料中底漆配方
上述耐磨涂料的制备方法如下：
(1)耐磨填料的表面活化处理
将0.15kg的液体丁腈橡胶溶解于甲苯中配成浓度为25％的溶液，再将填料加入到溶液中，高速搅拌下在回流温度反应4小时，过滤，取滤渣干燥；
(2)分散、研磨均匀
将面漆配方中各原料加入到分散机中，以1200转/分钟的速度分散30min，然后放入球磨机中球磨5min，即得到面漆；
将底漆配方中各原料加入到分散机中，以1200转/分钟的速度分散30min，然后放入球磨机中球磨5min，即得到底漆；
上述耐磨涂料的喷涂方法如下：
(1)将管件内壁用专用喷砂机进行喷砂处理，ISO Sa 2.5～3级，表面粗糙度为40～70μm；
(2)采用高压无气喷涂机对管件内壁进行喷涂，喷涂机的进气压力：3～4kgf/cm2、压缩比1∶65，喷嘴型号：流量/幅宽19/30；首先喷涂一道底漆，然后将管件由室温开始加热升温至160℃，再保温0.5小时，完成固化反应；其次，喷涂一道面漆，然后将管件由室温开始加热升温至160℃，再保温0.5小时，完成固化反应；底漆和面漆涂层在厚度为190～200μm。
上述涂料经检测，耐磨涂料的面漆性状见表4，固化后面漆的性能检测结果见表5，固化后底漆的性能检测结果见表6：
表4耐磨涂料性状
表5耐磨涂料面漆的性能检测结果
表6耐磨涂料底漆的性能检测结果
本实施例中经耐磨涂料处理的管件在某矿山尾矿泵站中可连续使用200天以上，原部位采用沥青涂层只能使用不到3个月。
实施例2
1)耐磨涂料中面漆配方
2)耐磨涂料中底漆配方
上述耐磨涂料的制备方法如下：
(1)耐磨填料的表面活化处理
将0.5kg的液体丁腈橡胶溶解于甲苯中配成浓度为30％的溶液，再将填料加入到溶液中，高速搅拌下在回流温度反应5小时，过滤，取滤渣干燥；
(2)分散、研磨均匀
将面漆或底漆配方中各原料加入到分散机中，以1000转/分钟的速度分散30min，然后放入球磨机中球磨10min，即得到面漆或底漆。
上述耐磨涂料的喷涂方法如下：
(1)将管件内壁用专用喷砂机进行喷砂处理，ISO Sa 2.5～3级，表面粗糙度为40～70μm；
(2)采用高压无气喷涂机对管件内壁进行喷涂，喷涂机的进气压力：3～4kgf/cm2、压缩比1∶65，喷嘴型号：流量/幅宽19/30；首先喷涂一道底漆，然后将管件由室温开始加热升温至170℃，再保温0.5小时，完成固化反应；其次，喷涂一道面漆，然后将管件由室温开始加热升温至170℃，再保温1小时，完成固化反应；底漆和面漆涂层在厚度为150～160μm。
上述涂料经检测，耐磨涂料的面漆性状见表7，固化后面漆的性能检测结果见表8，固化后底漆的性能检测结果见表9：
表7耐磨涂料性状
表8耐磨涂料面漆的性能检测结果
表9耐磨涂料底漆的性能检测结果
本实施例中经耐磨涂料处理的管件在某矿山尾矿泵站中可连续使用200天以上。
实施例3
1)耐磨涂料中面漆配方
2)耐磨涂料中底漆配方
上述耐磨涂料的制备方法如下：
(1)耐磨填料的表面活化处理
将0.16kg的液体丁腈橡胶溶解于甲苯中配成浓度为28％的溶液，再将填料加入到溶液中，高速搅拌下在回流温度反应4.5小时，过滤，取滤渣干燥；
(2)分散、研磨均匀
将面漆或底漆配方中各原料加入到分散机中，以2000转/分钟的速度分散20min，然后放入球磨机中球磨8min，即得到面漆或底漆。
上述耐磨涂料的喷涂方法如下：
(1)将管件内壁用专用喷砂机进行喷砂处理，ISO Sa 2.5～3级，表面粗糙度为40～70μm；
(2)采用高压无气喷涂机对管件内壁进行喷涂，喷涂机的进气压力：3～4kgf/cm2、压缩比1∶65，喷嘴型号：流量/幅宽19/30；首先喷涂一道底漆，然后将管件由室温开始加热升温至180℃，再保温1小时，完成固化反应；其次，喷涂第一道面漆，然后将管件由室温开始加热升温至180℃，再保温0.5小时，完成固化反应；再次，喷涂第二道面漆，然后将管件由室温开始加热升温至180℃，再保温0.5小时，完成固化反应；底漆和面漆涂层厚度为240～250μm。
上述涂料经检测，耐磨涂料的面漆性状见表10，固化后面漆的性能检测结果见表11，固化后底漆的性能检测结果见表12：
表10耐磨涂料性状
表11耐磨涂料面漆的性能检测结果
表12耐磨涂料底漆的性能检测结果
本实施例中经耐磨涂料处理的管件在某矿山尾矿泵站中可连续使用200天以上。

Claims (6)

1.一种矿浆管线内壁耐磨涂料，包括面漆和底漆，其特征在于，所述的面漆包括E型环氧树脂，TDE-85，全硫化纳米橡胶，芳香二胺，填料，醇类有机溶剂，流平剂，消泡剂和分散剂；所述E型环氧树脂与TDE-85、全硫化纳米橡胶、填料、醇类有机溶剂、流平剂、消泡剂和分散剂的质量份数比为100∶(5～15)∶(1～10)∶(2～5)∶(30～80)∶(0.1～0.5)∶(0.1～0.7)∶(0.1～0.5)，芳香二胺的加入当量与E型环氧树脂的当量值之比为0.95～1.1∶1；
所述的底漆包括E型环氧树脂，芳香二胺，硅烷偶联剂和醇类有机溶剂；所述芳香二胺的加入当量与E型环氧树脂的当量值之比为0.95～1.1∶1，E型环氧树脂与硅烷偶联剂、醇类有机溶剂的质量份数比为100∶(0.2～0.6)∶(10.0～50.0)；
所述E型环氧树脂的环氧值范围为0.44～0.53；
所述的填料为经液体羧基丁腈橡胶进行表面处理的纳米氮化硅和纳米碳化硅的混合物，氮化硅和碳化硅的质量比为3∶2～1∶1；
所述的醇类有机溶剂为一元醇中的一种或多种的混合物；
所述的流平剂为聚丙烯酸酯类流平剂；
所述的消泡剂为聚硅氧烷类消泡剂；
所述的分散剂为不饱和聚氨基聚酰胺和酸性聚酯的盐溶液。
2.根据权利要求1所述的一种矿浆管线内壁耐磨涂料，其特征在于，所述的芳香二胺为质量比2∶1～1∶1的4，4′-二氨基二苯砜与4，4′-二氨基二苯甲烷的混合物。
3.权利要求1或2所述的一种矿浆管线内壁耐磨涂料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
将面漆或底漆中的各原料按照配比加入到分散机中，以1000～2000转/分钟的速度分散20～30min，然后放入球磨机中球磨5～10min，即得到面漆或底漆。
4.根据权利要求3所述的一种矿浆管线内壁耐磨涂料的制备方法，其特征在于，该方法制备的耐磨涂料细度≤30μm，黏度31.2～85.6s。
5.权利要求1或2所述的矿浆管线内壁耐磨涂料的喷涂方法，其特征在于，采用如下方法A或方法B：
当涂层厚度要求为150～200μm时，采用方法A：
(1)将管件内壁喷砂处理至ISO Sa 2.5～3级，表面粗糙度为40～70μm；
(2)向管件内壁喷涂一道底漆，然后将管件加热升温至160～180℃，再保温0.5～1小时，使底漆固化，形成底漆涂层；
(3)向管件内壁喷涂一道面漆，然后将管件由常温加热升温至160～180℃，再保温0.5～1小时，使面漆固化，形成面漆涂层；
当涂层厚度要求为200～250μm时，采用方法B：
(1)将管件内壁喷砂处理至ISO Sa 2.5～3级，表面粗糙度为40～70μm；
(2)向管件内壁喷涂一道底漆，然后将管件加热升温至160～180℃，再保温0.5～1小时，使底漆固化，形成底漆涂层；
(3)向管件内壁喷涂一道面漆，然后将管件由常温加热升温至160～180℃，再保温0.5～1小时，使面漆固化，形成面漆涂层；
(4)重复一遍步骤(3)。
6.根据权利要求5所述的一种矿浆管线内壁耐磨涂料的喷涂方法，其特征在于，固化后的面漆：附着力：1级，柔韧性：1mm，耐冲击性：40～50cm，750g/100r耐磨性：0.018～0.022，硬度：6～7H，25％NaOH溶液，7d耐碱性：不起泡、不脱落，24h，20℃，5％NaCl耐盐水性：不起泡、不脱落；
固化后的底漆：附着力：1级，柔韧性：1mm，耐冲击性：40～50cm，硬度：5～6H。
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