CN107841231A - 一种耐磨防腐蚀涂层材料的制备方法 - Google Patents

一种耐磨防腐蚀涂层材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐磨防腐蚀涂层材料的制备方法，属于涂料制备技术领域。本发明中以聚苯胺乳液经离心、抽滤、干燥、研磨制得乳胶粉末，乳胶粉末、环氧树脂乳液、水化氧化铝溶胶混合分散，掺入固化剂，得到耐磨防腐蚀涂层材料，在阴极极板表面发生脱水聚合反应，生成O=Al‑O‑Al=O，即氧化铝粒子，氧化铝粒子在涂层材料的缓慢固化过程，会沉积在涂层材料表层形成高密度的氧化金属膜，因此相对于普通固化树脂，涂层材料的耐磨性能得到提高；环氧树脂涂层具有一定的防腐蚀效果，但其阻抗较小，开路电位也较小，聚苯胺的电感耦合作用，在金属表面形成一种很薄的氧化膜，使得腐蚀速率降低，这一作用遍及整个膜下金属表面，使聚苯胺复合涂层具有耐磨抗腐蚀能力。

Description

一种耐磨防腐蚀涂层材料的制备方法
技术领域
本发明公开了一种耐磨防腐蚀涂层材料的制备方法，属于涂料制备技术领域。
背景技术
涂层是涂料一次施涂所得到的固态连续膜，是为了防护，绝缘，装饰等目的，涂布于金属，织物，塑料等基体上的塑料薄层。涂料可以为气态、液态、固态，通常根据需要喷涂的基质决定涂料的种类和状态。
依据所用涂料的种类而有不同的称呼，如底漆的涂层称为底漆层，面漆的涂层称为面漆层。一般涂料所得涂层较薄，约在20～50微米，厚浆型涂料则一次可得厚达1毫米以上的涂层。
当今，随着我国经济快速发展和综合国力增强，海洋石油、船运、风电工业高速发展，处于海洋环境的工程构筑物，如港口码头、钻井平台、跨海大桥、水下管线、船舶、风电塔筒等，由于常年处于海水全浸区、潮差区、飞溅区，遭受海水及海生物的冲磨腐蚀，使得构筑物上原有的防腐保护涂层遭受破坏；在陆地上，由于兴修水利，水库、堤防、水坝、水闸、水利发电站、水利枢纽工程等已是星罗棋布，矿井、隧道、地下建筑物、水处理工程等更是遍布大地，处于淡水及潮湿环境的钢铁结构，常年遭受泥砂的冲蚀和水汽的侵蚀，同样使得原来的防腐保护层受到损坏。
据统计，世界上每年因腐蚀而造成的损失占国民经济生产总值的2％～4％，比因火灾、风灾、水灾和地震等自然灾害所造成的损失总和还要大，因此世界各沿海国家都高度重视海洋腐蚀与防护研究工作。防腐蚀技术多种多样，在钢结构防护时常常把多种技术结合使用。其中，涂层防腐是最简单、运用最广泛的技术。因此，发明一种一种耐磨防腐蚀涂层材料对涂料制备技术领域具有积极意义。
发明内容
本发明主要解决的技术问题，针对以金属为基体的涂层材料应用在海边时，常年经受海水的冲磨，容易腐蚀的缺陷，提供了一种耐磨防腐蚀涂层材料的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种耐磨防腐蚀涂层材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）将按重量份数计，向带有搅拌器和滴液漏斗的三口烧瓶中加入70～80份去离子水、8～10份十二烷基硫酸钠，启动搅拌器，搅拌，得到预乳化液，向预乳化液中加入40～50份苯胺后，用滴液漏斗向三口烧瓶滴加20～25份过硫酸铵溶液，滴加完毕后，常温下反应，出料，得到聚苯胺乳液；
（2）向200～220mL聚苯胺乳液中加入50～60mL丙酮，破乳，得到聚苯胺悬浮乳液，将聚苯胺悬浮乳液置于高速离心机中，离心处理后，抽滤，去除滤液得到滤饼，将滤饼用去离子水洗涤，将抽滤洗涤后的产物置于真空干燥箱中，干燥后，研磨，过筛得到乳胶粉末；
（3）配置硝酸铝溶液，将氨水滴加至150～180mL的硝酸铝溶液中，静置，得到析出沉淀的混合液，将混合液抽滤，去除抽滤瓶中液体得到沉淀，将所得沉淀用去离子水洗涤，直至洗涤液呈中性；
（4）按重量份数计，将20～30份沉淀加入90～100份乙醇溶液中，搅拌，再加入5～8份硝酸溶液，水浴加热升温，继续搅拌，得到水化氧化铝溶胶；
（5）按重量份数计，将20～30份乳胶粉末、50～60份双酚A型环氧树脂乳液、10～15份水化氧化铝溶胶混合，置于高速分散机中高速分散，得到预分散料，向预分散料中加入15～20份HGF固化剂，搅拌，得到耐磨防腐蚀涂层材料。
步骤（1）所述的搅拌转速为300～330r/min，搅拌时间为45～50min，滴液漏斗的滴加速率为3～5mL/min，过硫酸铵溶液的质量分数为5%，反应时间为6～7h。
步骤（2）所述的破乳时间为2～3h，高速离心机转速为4000～4500r/min，离心处理时间为10～12min，洗涤次数为3～5次，真空干燥箱的温度为40～45℃，干燥时间为12～14h，过筛规格为100目。
步骤（3）所述的硝酸铝溶液的质量分数为20%，氨水的质量分数为5%，氨水滴加到硝酸铝溶液直至溶液pH为9.2～9.5，静置时间为5～10min。
步骤（4）所述的乙醇溶液的质量分数为30%，搅拌时间为10～15min，硝酸溶液的质量分数为60%，加热升温后温度为80～85℃，搅拌时间为30～35min。
步骤（5）所述的双酚A型环氧树脂乳液的质量分数为40%，高速分散机转速为6000～6500r/min，高速分散时间为15～20min，搅拌时间为20～25min。
本发明的有益效果是：
（1）本发明中以聚苯胺乳液经离心、抽滤、干燥、研磨制得乳胶粉末，乳胶粉末、环氧树脂乳液、水化氧化铝溶胶混合分散，掺入固化剂，得到耐磨防腐蚀涂层材料，耐磨防腐蚀涂层材料需要通过电泳沉积的方式涂覆在基体上，将分散好的涂层材料作为电泳液置于电泳池中，通电后，溶胶中带正电的水化氧化铝粒子在电场力的作用下不断地向阴极迁移，当其靠近阴极极板时，吸附层中的氢离子接触到阴极，并从阴极上得到电子，从而产生氢气从溶液中析出，而失去了外层正电荷的胶核粒子则相互结合，在阴极极板表面发生脱水聚合反应，生成O=Al-O-Al=O，即氧化铝粒子，氧化铝粒子在涂层材料的缓慢固化过程，会沉积在涂层材料表层形成高密度的氧化金属膜，因此相对于普通固化树脂，涂层材料的耐磨性能得到提高；
（2）本发明环氧树脂涂层具有一定的防腐蚀效果，但其阻抗较小，开路电位也较小，其基本作用就是充当一种物理屏障来阻止电解质的侵入，然而并非所有的有机层都是永远密封的，一旦外层出现缺陷，腐蚀便产生了，聚苯胺因具有特殊的氧化还原能力，涂覆到金属表面后会与金属反应，由于聚苯胺的电感耦合作用，在金属表面形成一种很薄的氧化膜，增加了腐蚀阻力，使得腐蚀速率降低，而且这一作用遍及整个膜下金属表面，从而使聚苯胺复合涂层具有耐磨抗腐蚀能力。
具体实施方式
将按重量份数计，向带有搅拌器和滴液漏斗的三口烧瓶中加入70～80份去离子水、8～10份十二烷基硫酸钠，启动搅拌器，以300～330r/min的转速搅拌45～50min，得到预乳化液，向预乳化液中加入40～50份苯胺后，用滴液漏斗以3～5mL/min的滴加速率向三口烧瓶滴加20～25份质量分数为5%的过硫酸铵溶液，滴加完毕后，常温下反应6～7h，出料，得到聚苯胺乳液；向200～220mL聚苯胺乳液中加入50～60mL丙酮，破乳2～3h，得到聚苯胺悬浮乳液，将聚苯胺悬浮乳液置于高速离心机中，以4000～4500r/min的转速离心处理10～12min后，抽滤，去除滤液得到滤饼，将滤饼用去离子水洗涤3～5次，将抽滤洗涤后的产物置于设定温度为40～45℃的真空干燥箱中，干燥12～14h后，研磨，过100目筛得到乳胶粉末；配置质量分数为20%的硝酸铝溶液，将质量分数为5%的氨水滴加至150～180mL的硝酸铝溶液中，直至溶液pH为9.2～9.5，静置5～10min，得到析出沉淀的混合液，将混合液抽滤，去除抽滤瓶中液体得到沉淀，将所得沉淀用去离子水洗涤，直至洗涤液呈中性；按重量份数计，将20～30份沉淀加入90～100份质量分数为30%乙醇溶液中，搅拌10～15min，再加入5～8份质量分数为60%的硝酸溶液，水浴加热升温至80～85℃，继续搅拌30～35min，得到水化氧化铝溶胶；按重量份数计，将20～30份乳胶粉末、50～60份质量分数为40%的双酚A型环氧树脂乳液、10～15份水化氧化铝溶胶混合，置于高速分散机中以6000～6500r/min的转速，高速分散15～20min，得到预分散料，向预分散料中加入15～20份HGF固化剂，搅拌20～25min，得到耐磨防腐蚀涂层材料。
实例1
将按重量份数计，向带有搅拌器和滴液漏斗的三口烧瓶中加入70份去离子水、8份十二烷基硫酸钠，启动搅拌器，以300r/min的转速搅拌45min，得到预乳化液，向预乳化液中加入40份苯胺后，用滴液漏斗以3mL/min的滴加速率向三口烧瓶滴加20份质量分数为5%的过硫酸铵溶液，滴加完毕后，常温下反应6h，出料，得到聚苯胺乳液；向200mL聚苯胺乳液中加入50mL丙酮，破乳2h，得到聚苯胺悬浮乳液，将聚苯胺悬浮乳液置于高速离心机中，以4000r/min的转速离心处理10min后，抽滤，去除滤液得到滤饼，将滤饼用去离子水洗涤3次，将抽滤洗涤后的产物置于设定温度为40℃的真空干燥箱中，干燥12h后，研磨，过100目筛得到乳胶粉末；配置质量分数为20%的硝酸铝溶液，将质量分数为5%的氨水滴加至150mL的硝酸铝溶液中，直至溶液pH为9.2，静置5min，得到析出沉淀的混合液，将混合液抽滤，去除抽滤瓶中液体得到沉淀，将所得沉淀用去离子水洗涤，直至洗涤液呈中性；按重量份数计，将20份沉淀加入90份质量分数为30%乙醇溶液中，搅拌10min，再加入5份质量分数为60%的硝酸溶液，水浴加热升温至80℃，继续搅拌30min，得到水化氧化铝溶胶；按重量份数计，将20份乳胶粉末、50份质量分数为40%的双酚A型环氧树脂乳液、10份水化氧化铝溶胶混合，置于高速分散机中以6000r/min的转速，高速分散15min，得到预分散料，向预分散料中加入15份HGF固化剂，搅拌20min，得到耐磨防腐蚀涂层材料。
实例2
将按重量份数计，向带有搅拌器和滴液漏斗的三口烧瓶中加入75份去离子水、9份十二烷基硫酸钠，启动搅拌器，以315r/min的转速搅拌47min，得到预乳化液，向预乳化液中加入45份苯胺后，用滴液漏斗以4mL/min的滴加速率向三口烧瓶滴加22份质量分数为5%的过硫酸铵溶液，滴加完毕后，常温下反应6.5h，出料，得到聚苯胺乳液；向210mL聚苯胺乳液中加入55mL丙酮，破乳2.5h，得到聚苯胺悬浮乳液，将聚苯胺悬浮乳液置于高速离心机中，以4200r/min的转速离心处理11min后，抽滤，去除滤液得到滤饼，将滤饼用去离子水洗涤4次，将抽滤洗涤后的产物置于设定温度为42℃的真空干燥箱中，干燥13h后，研磨，过100目筛得到乳胶粉末；配置质量分数为20%的硝酸铝溶液，将质量分数为5%的氨水滴加至170mL的硝酸铝溶液中，直至溶液pH为9.4，静置7min，得到析出沉淀的混合液，将混合液抽滤，去除抽滤瓶中液体得到沉淀，将所得沉淀用去离子水洗涤，直至洗涤液呈中性；按重量份数计，将25份沉淀加入95份质量分数为30%乙醇溶液中，搅拌12min，再加入7份质量分数为60%的硝酸溶液，水浴加热升温至82℃，继续搅拌32min，得到水化氧化铝溶胶；按重量份数计，将25份乳胶粉末、55份质量分数为40%的双酚A型环氧树脂乳液、12份水化氧化铝溶胶混合，置于高速分散机中以6200r/min的转速，高速分散17min，得到预分散料，向预分散料中加入17份HGF固化剂，搅拌22min，得到耐磨防腐蚀涂层材料。
实例3
将按重量份数计，向带有搅拌器和滴液漏斗的三口烧瓶中加入80份去离子水、10份十二烷基硫酸钠，启动搅拌器，以330r/min的转速搅拌50min，得到预乳化液，向预乳化液中加入50份苯胺后，用滴液漏斗以5mL/min的滴加速率向三口烧瓶滴加25份质量分数为5%的过硫酸铵溶液，滴加完毕后，常温下反应7h，出料，得到聚苯胺乳液；向220mL聚苯胺乳液中加入60mL丙酮，破乳3h，得到聚苯胺悬浮乳液，将聚苯胺悬浮乳液置于高速离心机中，以4500r/min的转速离心处理12min后，抽滤，去除滤液得到滤饼，将滤饼用去离子水洗涤5次，将抽滤洗涤后的产物置于设定温度为45℃的真空干燥箱中，干燥14h后，研磨，过100目筛得到乳胶粉末；配置质量分数为20%的硝酸铝溶液，将质量分数为5%的氨水滴加至180mL的硝酸铝溶液中，直至溶液pH为9.5，静置10min，得到析出沉淀的混合液，将混合液抽滤，去除抽滤瓶中液体得到沉淀，将所得沉淀用去离子水洗涤，直至洗涤液呈中性；按重量份数计，将30份沉淀加入100份质量分数为30%乙醇溶液中，搅拌15min，再加入8份质量分数为60%的硝酸溶液，水浴加热升温至85℃，继续搅拌35min，得到水化氧化铝溶胶；按重量份数计，将30份乳胶粉末、60份质量分数为40%的双酚A型环氧树脂乳液、15份水化氧化铝溶胶混合，置于高速分散机中以6500r/min的转速，高速分散20min，得到预分散料，向预分散料中加入20份HGF固化剂，搅拌25min，得到耐磨防腐蚀涂层材料。
对比例
以深圳某公司生产的耐磨防腐蚀涂层材料作为对比例 对本发明制得的耐磨防腐蚀涂层材料和对比例中的耐磨防腐蚀涂层材料进行性能检测，检测结果如表1所示：
1、测试方法：
磨料粒径测试采用磨料粒度机械仪表进行检测，磨料粒径越大耐磨性能越高；
耐磨转数测试方法：按照国家标准，将实例1～3和对比例中的涂层材料均匀涂布于塑料板上，用180目砂纸对实例1～3和对比例中的地板测试，每500转换砂纸一条。测得最后的耐磨转数；
硬度测试用铅笔的硬度来表示；
防腐蚀性测试采用盐雾试验额方法进行检测，检测方法为：将实例1～3和对比例中的防腐蚀涂层材料均匀涂布于塑料板上，将涂布完的试样等量的暴露在盐雾试验箱中（5%NaCl）溶液喷雾中，经过168h后，取出试样，观察表面腐蚀情况如下：
表1
根据上述中数据可知，本发明制得的耐磨防腐蚀涂层材料磨料粒径达到了200目，耐磨转数达到9500转，硬度达到了5H，耐磨性能好，本发明制得的耐磨防腐蚀涂层材料在经过168h后的盐雾试验后还能保持完好，没有出现腐蚀现象，耐腐蚀性能好，因此，本发明制得的耐磨防腐蚀涂层材料具有广阔的应用前景。

Claims (6)

1.一种耐磨防腐蚀涂层材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）将按重量份数计，向带有搅拌器和滴液漏斗的三口烧瓶中加入70～80份去离子水、8～10份十二烷基硫酸钠，启动搅拌器，搅拌，得到预乳化液，向预乳化液中加入40～50份苯胺后，用滴液漏斗向三口烧瓶滴加20～25份过硫酸铵溶液，滴加完毕后，常温下反应，出料，得到聚苯胺乳液；
（2）向200～220mL聚苯胺乳液中加入50～60mL丙酮，破乳，得到聚苯胺悬浮乳液，将聚苯胺悬浮乳液置于高速离心机中，离心处理后，抽滤，去除滤液得到滤饼，将滤饼用去离子水洗涤，将抽滤洗涤后的产物置于真空干燥箱中，干燥后，研磨，过筛得到乳胶粉末；
（3）配置硝酸铝溶液，将氨水滴加至150～180mL的硝酸铝溶液中，静置，得到析出沉淀的混合液，将混合液抽滤，去除抽滤瓶中液体得到沉淀，将所得沉淀用去离子水洗涤，直至洗涤液呈中性；
（4）按重量份数计，将20～30份沉淀加入90～100份乙醇溶液中，搅拌，再加入5～8份硝酸溶液，水浴加热升温，继续搅拌，得到水化氧化铝溶胶；
（5）按重量份数计，将20～30份乳胶粉末、50～60份双酚A型环氧树脂乳液、10～15份水化氧化铝溶胶混合，置于高速分散机中高速分散，得到预分散料，向预分散料中加入15～20份HGF固化剂，搅拌，得到耐磨防腐蚀涂层材料。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨防腐蚀涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的搅拌转速为300～330r/min，搅拌时间为45～50min，滴液漏斗的滴加速率为3～5mL/min，过硫酸铵溶液的质量分数为5%，反应时间为6～7h。
3.根据权利要求1所述的一种耐磨防腐蚀涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的破乳时间为2～3h，高速离心机转速为4000～4500r/min，离心处理时间为10～12min，洗涤次数为3～5次，真空干燥箱的温度为40～45℃，干燥时间为12～14h，过筛规格为100目。
4.根据权利要求1所述的一种耐磨防腐蚀涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的硝酸铝溶液的质量分数为20%，氨水的质量分数为5%，氨水滴加到硝酸铝溶液直至溶液pH为9.2～9.5，静置时间为5～10min。
5.根据权利要求1所述的一种耐磨防腐蚀涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的乙醇溶液的质量分数为30%，搅拌时间为10～15min，硝酸溶液的质量分数为60%，加热升温后温度为80～85℃，搅拌时间为30～35min。
6.根据权利要求1所述的一种耐磨防腐蚀涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤（5）所述的双酚A型环氧树脂乳液的质量分数为40%，高速分散机转速为6000～6500r/min，高速分散时间为15～20min，搅拌时间为20～25min。
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