CN109095860A - 一种耐磨陶瓷涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐磨陶瓷涂料，属于无机涂料技术领域。按重量份数计，依次称取：20～30份水泥，5～12份聚丙烯酸酯，5～8份水，1～2份分散剂，1～3份表面活性剂，10～15份改性陶瓷粉体和5～12份改性石墨烯；将水泥与水混合于搅拌机中，并向搅拌机中依次加入聚丙烯酸酯，分散剂，表面活性剂，改性陶瓷粉体和改性石墨烯，于温度为30～50℃，转速为400～600r/min的条件下，搅拌混合30～60min后，得耐磨陶瓷涂料。本发明所得耐磨陶瓷涂料具有优异的耐磨性能。

Description

一种耐磨陶瓷涂料
技术领域
本发明公开了一种耐磨陶瓷涂料，属于无机涂料技术领域。
背景技术
耐磨涂料在建材、火力发电和冶金矿山等工业领域的能量和经济成本消耗中占有相当大的比重。以水泥行业为例，因磨损而引起的停机时间占总停机时间的50%～55%，设备磨损问题已经成为决定一个水泥企业能否搞好运营的至关重要的因素之一。因此，提高行业相关零件的耐磨性，降低耐磨材料的消耗，延长耐磨材料的使用寿命，对提高设备运转效率，降低生产成本，节约能源具有重要意义。
耐磨陶瓷涂料是一种非金属胶凝材料，它是采用耐酸和耐碱的人工合成原料经严格的工艺配比和先进的无机聚合技术制成的一种粉状陶瓷材料。在施工现场，将特制液体无机胶水加入这种材料，采用人工或机械方式涂抹在设备内衬或表面，经过一系列的化学反应，在常温下3d后达到陶瓷的结合强度和硬度，故名耐磨陶瓷涂料。
耐磨陶瓷涂料属于功能涂料领域，是一种新型的水性无机涂料，它是以纳米无机化合物为主要成分，并且以水为分散质，涂装后通常经过低温加热方式固化，形成性能和陶瓷相似的绝缘涂膜。现今的陶瓷绝缘涂料，主要功能绝缘、耐高温，抗腐蚀，机械性能好等特点，通常使用不同的制备方法、一些具有独特性质的填料以及添加剂等来相应制备出具备相应功能的陶瓷涂料，并予以加强其自身的性能。而由于现在绿色环保、低碳、价格低廉、制备工艺简单等理念已广泛地普及，所以一些具备有这些性质的陶瓷涂料会在将来得以进一步的提升和研发。耐磨陶瓷涂料作为一种非金属胶凝材料，既具有陶瓷材料的施工方便、成本低廉，同时又具有耐磨材料的强度大、硬度高及耐磨性好等优良特性。由于离子键和其共价键为强结合键，键能比较高，低温对其影响很小，而且它的震动频率极高，常温难以对其构成威胁，不会产生热震损毁。近几年一些研究者通过加入纳米级原料使耐磨陶瓷涂料的性能有了较大提高，但由于生产成本的限制不能广泛应用于实际生产中。目前传统的耐磨陶瓷涂料还存在耐磨性能无法进一步提高的问题，还需对其进行研究。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对传统耐磨陶瓷涂料耐磨性能无法进一步提高的问题，提供了一种耐磨陶瓷涂料。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种耐磨陶瓷涂料，是由以下重量份数的原料组成：20～30份水泥，5～12份聚丙烯酸酯，5～8份水，1～2份分散剂，1～3份表面活性剂，10～15份改性陶瓷粉体，5～12份改性石墨烯；
所述改性陶瓷粉体的制备方法为：
将混合粉末煅烧，得预处理改性粉末，将预处理改性粉末洗涤后，干燥，得改性粉末，将改性粉末与盐酸按质量比1：10～1：15混合，超声分散，浸泡，过滤，得预处理改性粉末，将预处理改性粉末与混合金属盐溶液按质量比1：5～1：8混合，超声分散后，调节pH至10.0～10.6，过滤，得添加剂坯料，将添加剂与氯化钾溶液按质量比1：10～1：15混合浸泡，过滤，干燥，得添加剂，将碳化硅与碳化硼按质量比3：1～4：1混合，并加入碳化硅质量0.1～0.3倍的添加剂，搅拌混合后，烧结，得改性陶瓷粉体；
所述改性石墨烯的制备方法为：
将氧化石墨烯与3-氨丙基三乙氧基硅烷按质量比1：100～1：120混合，超声分散，并加入氧化石墨烯质量0.1～0.3倍的N,N'-二环己基碳二亚胺，搅拌反应后，过滤，洗涤，干燥，得预处理石墨烯，将预处理石墨烯与乙醇溶液按质量比1：120～1：150混合，并加入预处理石墨烯质量20～30倍的正硅酸乙酯，超声分散后，再加入预处理石墨烯质量15～25倍的氨水，搅拌反应后，过滤，干燥，得改性石墨烯。
所述水泥为普通42.5级硅酸盐水泥或普通42.5R级硅酸盐水泥中任意一种。
所述分散剂为分散剂NNO，分散剂MF或分散剂5040中任意一种。
所述表面活性剂为将十二烷基苯磺酸钠于硅烷偶联剂KH-560按质量比1：1～2：1混合，得表面活性剂。
所述混合粉末为将二氧化钛和碳酸钾按摩尔比4.0：1.3～4.0：1.5混合研磨，得混合粉末。
所述混合金属盐溶液为将质量分数为10～20%的四水合醋酸钴溶液与质量分数为10～18%的氯化铅溶液按质量比1：1～2：1混合，得混合金属盐溶液。
所述乙醇溶液为将乙醇与水按质量比2：1～3：1混合，得乙醇溶液。
本发明的有益效果是：
（1）本发明在制备耐磨陶瓷涂料时加入改性石墨烯，首先，改性石墨烯再制备过程中用3-氨丙基三乙氧基硅烷对氧化石墨烯进行还原，从而3-氨丙基三乙氧基硅烷可进入石墨烯的片层结构中，扩大石墨烯的层间距，并且由于3-氨丙基三乙氧基硅烷大分子链的存在，片层石墨烯间可通过物理缠绕，而提高结合力，进而使产品的耐磨性提高，其次，石墨烯在经过改性后，二氧化硅可包覆于石墨烯表面，从而使改性石墨烯的耐磨性提高，并且在二氧化硅被消耗后，石墨烯的片层结构可再次起到润滑作用，进而使产品的耐磨性进一步提高；
（2）本发明在制备耐磨陶瓷涂料时加入改性陶瓷粉体，一方面，陶瓷粉体在改性过程中加入添加剂，添加剂中含有片层结构的四钛酸钾，在烧结过程中，四钛酸钾可形成六钛酸钾，并包覆于陶瓷粉体表面，从而使改性陶瓷粉体的耐磨性提高，进而使产品的耐磨性提高，另一方面，添加剂中加入了氢氧化铅和氢氧化钴的混合物，可在烧结过程中在四钛酸钾层间结构中形成铅钴合金，并在后续烧结过程中熔化，并在形成六钛酸钾的作用下包覆于陶瓷粉体表面，从而使陶瓷粉体的耐磨性提高，进而使产品的耐磨性进一步提高。
具体实施方式
将混合粉末于温度为750～850℃的条件下，保温煅烧15～22h后，得预处理改性粉末，将预处理改性粉末先用质量分数为10～12%的盐酸洗涤5～8次后，再用去离子水洗涤5～8次，并将洗涤后的预处理改性粉末于温度为85～90℃的条件下干燥5～6h后，得改性粉末，将改性粉末与质量分数为20～25%的盐酸按质量比1：10～1：15混合，于频率为45～60kHz的条件下超声分散10～15min后，并于室温条件下浸泡15～20min，过滤，得预处理改性粉末，将预处理改性粉末与混合金属盐溶液按质量比1：5～1：8混合于烧瓶中，于频率为55～60kHz的条件下超声分散1～2h后，并用质量分数为12～20%的氨水调节烧杯内物料的pH至10.0～10.6后，过滤，得添加剂坯料，将添加剂与质量分数为10～15%的氯化钾溶液按质量比1：10～1：15混合，于室温条件下浸泡1～2h后，过滤，得滤饼，将滤饼于温度为80～90℃的条件下干燥2～3h后，得添加剂，将碳化硅与碳化硼按质量比3：1～4：1混合，并向碳化硅与碳化硼的混合物中加入碳化硅质量0.1～0.3倍的添加剂，于温度为45～60℃，转速为300～500r/min的条件下，搅拌混合30～40min后，得改性陶瓷粉体坯料，将改性陶瓷粉体坯料移入马弗炉中，并向马弗炉内以100～200mL/min的速率通入氮气，并以5～8℃/min的升温速率升温至300～350℃，再向马弗炉内以50～80mL/min的速率通入氢气，保温还原烧结1～2h后，继续向马弗炉内以150～300mL/min的速率通入氮气，并以8～12℃/min的升温速率升温至1000～1150℃，保温烧结1～2h后，将马弗炉内温度降至室温出料，得改性陶瓷粉体；将氧化石墨烯与3-氨丙基三乙氧基硅烷按质量比1：100～1：120混合于烧瓶中，于频率为55～60kHz的条件下超声分散50～80min，并向烧瓶中加入氧化石墨烯质量0.1～0.3倍的N,N'-二环己基碳二亚胺，于温度为70～78℃，转速为250～380r/min的条件下，搅拌反应10～13h后，过滤，得预处理石墨烯坯料，将预处理石墨烯坯料用无水乙醇洗涤8～10次后，并于温度为80～90℃的条件下干燥3～4h后，得预处理石墨烯，将预处理石墨烯与乙醇溶液按质量比1：120～1：150混合于三口烧瓶中，并向三口烧瓶中加入预处理石墨烯质量20～30倍的正硅酸乙酯，于频率为55～60kHz的条件下超声分散1～2h后，再向三口烧瓶中加入预处理石墨烯质量15～25倍的质量分数为12～20%的氨水，于温度为40～50℃，转速为250～380r/min的条件下，搅拌反应10～12h后，过滤，得改性石墨烯坯料，将改性石墨烯坯料于温度为60～80℃的条件下干燥3～5h后，得改性石墨烯；按重量份数计，依次称取：20～30份水泥，5～12份聚丙烯酸酯，5～8份水，1～2份分散剂，1～3份表面活性剂，10～15份改性陶瓷粉体和5～12份改性石墨烯；将水泥与水混合于搅拌机中，并向搅拌机中依次加入聚丙烯酸酯，分散剂，表面活性剂，改性陶瓷粉体和改性石墨烯，于温度为30～50℃，转速为400～600r/min的条件下，搅拌混合30～60min后，得耐磨陶瓷涂料。所述水泥为普通42.5级硅酸盐水泥或普通42.5R级硅酸盐水泥中任意一种。所述分散剂为分散剂NNO，分散剂MF或分散剂5040中任意一种。所述表面活性剂为将十二烷基苯磺酸钠于硅烷偶联剂KH-560按质量比1：1～2：1混合，得表面活性剂。所述混合粉末为将二氧化钛和碳酸钾按摩尔比4.0：1.3～4.0：1.5混合研磨，得混合粉末。所述混合金属盐溶液为将质量分数为10～20%的四水合醋酸钴溶液与质量分数为10～18%的氯化铅溶液按质量比1：1～2：1混合，得混合金属盐溶液。所述乙醇溶液为将乙醇与水按质量比2：1～3：1混合，得乙醇溶液。
将混合粉末于温度为850℃的条件下，保温煅烧22h后，得预处理改性粉末，将预处理改性粉末先用质量分数为12%的盐酸洗涤8次后，再用去离子水洗涤8次，并将洗涤后的预处理改性粉末于温度为90℃的条件下干燥6h后，得改性粉末，将改性粉末与质量分数为25%的盐酸按质量比1：15混合，于频率为60kHz的条件下超声分散15min后，并于室温条件下浸泡20min，过滤，得预处理改性粉末，将预处理改性粉末与混合金属盐溶液按质量比1：8混合于烧瓶中，于频率为60kHz的条件下超声分散2h后，并用质量分数为20%的氨水调节烧杯内物料的pH至10.6后，过滤，得添加剂坯料，将添加剂与质量分数为15%的氯化钾溶液按质量比1：15混合，于室温条件下浸泡2h后，过滤，得滤饼，将滤饼于温度为90℃的条件下干燥3h后，得添加剂，将碳化硅与碳化硼按质量比4：1混合，并向碳化硅与碳化硼的混合物中加入碳化硅质量0.3倍的添加剂，于温度为60℃，转速为500r/min的条件下，搅拌混合40min后，得改性陶瓷粉体坯料，将改性陶瓷粉体坯料移入马弗炉中，并向马弗炉内以200mL/min的速率通入氮气，并以8℃/min的升温速率升温至350℃，再向马弗炉内以80mL/min的速率通入氢气，保温还原烧结2h后，继续向马弗炉内以300mL/min的速率通入氮气，并以12℃/min的升温速率升温至1150℃，保温烧结2h后，将马弗炉内温度降至室温出料，得改性陶瓷粉体；将氧化石墨烯与3-氨丙基三乙氧基硅烷按质量比1：120混合于烧瓶中，于频率为60kHz的条件下超声分散80min，并向烧瓶中加入氧化石墨烯质量0.3倍的N,N'-二环己基碳二亚胺，于温度为78℃，转速为380r/min的条件下，搅拌反应13h后，过滤，得预处理石墨烯坯料，将预处理石墨烯坯料用无水乙醇洗涤10次后，并于温度为90℃的条件下干燥4h后，得预处理石墨烯，将预处理石墨烯与乙醇溶液按质量比1：150混合于三口烧瓶中，并向三口烧瓶中加入预处理石墨烯质量30倍的正硅酸乙酯，于频率为60kHz的条件下超声分散2h后，再向三口烧瓶中加入预处理石墨烯质量25倍的质量分数为20%的氨水，于温度为50℃，转速为380r/min的条件下，搅拌反应12h后，过滤，得改性石墨烯坯料，将改性石墨烯坯料于温度为80℃的条件下干燥5h后，得改性石墨烯；按重量份数计，依次称取：30份水泥，12份聚丙烯酸酯，8份水，2份分散剂，3份表面活性剂，15份改性陶瓷粉体和12份改性石墨烯；将水泥与水混合于搅拌机中，并向搅拌机中依次加入聚丙烯酸酯，分散剂，表面活性剂，改性陶瓷粉体和改性石墨烯，于温度为50℃，转速为600r/min的条件下，搅拌混合60min后，得耐磨陶瓷涂料。所述水泥为普通42.5级硅酸盐水泥。所述分散剂为分散剂NNO。所述表面活性剂为将十二烷基苯磺酸钠于硅烷偶联剂KH-560按质量比2：1混合，得表面活性剂。所述混合粉末为将二氧化钛和碳酸钾按摩尔比4.0：1.5混合研磨，得混合粉末。所述混合金属盐溶液为将质量分数为20%的四水合醋酸钴溶液与质量分数为18%的氯化铅溶液按质量比2：1混合，得混合金属盐溶液。所述乙醇溶液为将乙醇与水按质量比3：1混合，得乙醇溶液。
将碳化硅与碳化硼按质量比4：1混合，于温度为60℃，转速为500r/min的条件下，搅拌混合40min后，得改性陶瓷粉体坯料，将改性陶瓷粉体坯料移入马弗炉中，并向马弗炉内以200mL/min的速率通入氮气，并以8℃/min的升温速率升温至350℃，再向马弗炉内以80mL/min的速率通入氢气，保温还原烧结2h后，继续向马弗炉内以300mL/min的速率通入氮气，并以12℃/min的升温速率升温至1150℃，保温烧结2h后，将马弗炉内温度降至室温出料，得改性陶瓷粉体；将氧化石墨烯与3-氨丙基三乙氧基硅烷按质量比1：120混合于烧瓶中，于频率为60kHz的条件下超声分散80min，并向烧瓶中加入氧化石墨烯质量0.3倍的N,N'-二环己基碳二亚胺，于温度为78℃，转速为380r/min的条件下，搅拌反应13h后，过滤，得预处理石墨烯坯料，将预处理石墨烯坯料用无水乙醇洗涤10次后，并于温度为90℃的条件下干燥4h后，得预处理石墨烯，将预处理石墨烯与乙醇溶液按质量比1：150混合于三口烧瓶中，并向三口烧瓶中加入预处理石墨烯质量30倍的正硅酸乙酯，于频率为60kHz的条件下超声分散2h后，再向三口烧瓶中加入预处理石墨烯质量25倍的质量分数为20%的氨水，于温度为50℃，转速为380r/min的条件下，搅拌反应12h后，过滤，得改性石墨烯坯料，将改性石墨烯坯料于温度为80℃的条件下干燥5h后，得改性石墨烯；按重量份数计，依次称取：30份水泥，12份聚丙烯酸酯，8份水，2份分散剂，3份表面活性剂，15份改性陶瓷粉体和12份改性石墨烯；将水泥与水混合于搅拌机中，并向搅拌机中依次加入聚丙烯酸酯，分散剂，表面活性剂，改性陶瓷粉体和改性石墨烯，于温度为50℃，转速为600r/min的条件下，搅拌混合60min后，得耐磨陶瓷涂料。所述水泥为普通42.5级硅酸盐水泥。所述分散剂为分散剂NNO。所述表面活性剂为将十二烷基苯磺酸钠于硅烷偶联剂KH-560按质量比2：1混合，得表面活性剂。所述混合粉末为将二氧化钛和碳酸钾按摩尔比4.0：1.5混合研磨，得混合粉末。所述混合金属盐溶液为将质量分数为20%的四水合醋酸钴溶液与质量分数为18%的氯化铅溶液按质量比2：1混合，得混合金属盐溶液。所述乙醇溶液为将乙醇与水按质量比3：1混合，得乙醇溶液。
将混合粉末于温度为850℃的条件下，保温煅烧22h后，得预处理改性粉末，将预处理改性粉末先用质量分数为12%的盐酸洗涤8次后，再用去离子水洗涤8次，并将洗涤后的预处理改性粉末于温度为90℃的条件下干燥6h后，得改性粉末，将改性粉末与质量分数为25%的盐酸按质量比1：15混合，于频率为60kHz的条件下超声分散15min后，并于室温条件下浸泡20min，过滤，得预处理改性粉末，将预处理改性粉末与混合金属盐溶液按质量比1：8混合于烧瓶中，于频率为60kHz的条件下超声分散2h后，并用质量分数为20%的氨水调节烧杯内物料的pH至10.6后，过滤，得添加剂坯料，将添加剂与质量分数为15%的氯化钾溶液按质量比1：15混合，于室温条件下浸泡2h后，过滤，得滤饼，将滤饼于温度为90℃的条件下干燥3h后，得添加剂，将碳化硅与碳化硼按质量比4：1混合，并向碳化硅与碳化硼的混合物中加入碳化硅质量0.3倍的添加剂，于温度为60℃，转速为500r/min的条件下，搅拌混合40min后，得改性陶瓷粉体坯料，将改性陶瓷粉体坯料移入马弗炉中，并向马弗炉内以200mL/min的速率通入氮气，并以8℃/min的升温速率升温至350℃，再向马弗炉内以80mL/min的速率通入氢气，保温还原烧结2h后，继续向马弗炉内以300mL/min的速率通入氮气，并以12℃/min的升温速率升温至1150℃，保温烧结2h后，将马弗炉内温度降至室温出料，得改性陶瓷粉体；按重量份数计，依次称取：30份水泥，12份聚丙烯酸酯，8份水，2份分散剂，3份表面活性剂，15份改性陶瓷粉体和12份氧化石墨烯；将水泥与水混合于搅拌机中，并向搅拌机中依次加入聚丙烯酸酯，分散剂，表面活性剂，改性陶瓷粉体和氧化石墨烯，于温度为50℃，转速为600r/min的条件下，搅拌混合60min后，得耐磨陶瓷涂料。所述水泥为普通42.5级硅酸盐水泥。所述分散剂为分散剂NNO。所述表面活性剂为将十二烷基苯磺酸钠于硅烷偶联剂KH-560按质量比2：1混合，得表面活性剂。所述混合粉末为将二氧化钛和碳酸钾按摩尔比4.0：1.5混合研磨，得混合粉末。所述混合金属盐溶液为将质量分数为20%的四水合醋酸钴溶液与质量分数为18%的氯化铅溶液按质量比2：1混合，得混合金属盐溶液。所述乙醇溶液为将乙醇与水按质量比3：1混合，得乙醇溶液。
对比例：株洲某新材料科技股份有限公司生产的耐磨涂料。
将实例1至3所得耐磨陶瓷涂料和对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
按照GB1768检测其耐磨性能，具体检测结果如表1所示：
表1：性能检测表
检测内容 实例1 实例2 实例3 对比例
磨耗/mg 0.031 0.437 0.468 0.872
由表1检测结果可知，本发明所得耐磨陶瓷涂料具有优异的耐磨性能。

Claims (7)

1.一种耐磨陶瓷涂料，其特征在于，是由以下重量份数的原料组成：20～30份水泥，5～12份聚丙烯酸酯，5～8份水，1～2份分散剂，1～3份表面活性剂，10～15份改性陶瓷粉体，5～12份改性石墨烯；
所述改性陶瓷粉体的制备方法为：
将混合粉末煅烧，得预处理改性粉末，将预处理改性粉末洗涤后，干燥，得改性粉末，将改性粉末与盐酸按质量比1：10～1：15混合，超声分散，浸泡，过滤，得预处理改性粉末，将预处理改性粉末与混合金属盐溶液按质量比1：5～1：8混合，超声分散后，调节pH至10.0～10.6，过滤，得添加剂坯料，将添加剂与氯化钾溶液按质量比1：10～1：15混合浸泡，过滤，干燥，得添加剂，将碳化硅与碳化硼按质量比3：1～4：1混合，并加入碳化硅质量0.1～0.3倍的添加剂，搅拌混合后，烧结，得改性陶瓷粉体；
所述改性石墨烯的制备方法为：
将氧化石墨烯与3-氨丙基三乙氧基硅烷按质量比1：100～1：120混合，超声分散，并加入氧化石墨烯质量0.1～0.3倍的N,N'-二环己基碳二亚胺，搅拌反应后，过滤，洗涤，干燥，得预处理石墨烯，将预处理石墨烯与乙醇溶液按质量比1：120～1：150混合，并加入预处理石墨烯质量20～30倍的正硅酸乙酯，超声分散后，再加入预处理石墨烯质量15～25倍的氨水，搅拌反应后，过滤，干燥，得改性石墨烯。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨陶瓷涂料，其特征在于：所述水泥为普通42.5级硅酸盐水泥或普通42.5R级硅酸盐水泥中任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种耐磨陶瓷涂料，其特征在于：所述分散剂为分散剂NNO，分散剂MF或分散剂5040中任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种耐磨陶瓷涂料，其特征在于：所述表面活性剂为将十二烷基苯磺酸钠于硅烷偶联剂KH-560按质量比1：1～2：1混合，得表面活性剂。
5.根据权利要求1所述的一种耐磨陶瓷涂料，其特征在于：所述混合粉末为将二氧化钛和碳酸钾按摩尔比4.0：1.3～4.0：1.5混合研磨，得混合粉末。
6.根据权利要求1所述的一种耐磨陶瓷涂料，其特征在于：所述混合金属盐溶液为将质量分数为10～20%的四水合醋酸钴溶液与质量分数为10～18%的氯化铅溶液按质量比1：1～2：1混合，得混合金属盐溶液。
7.根据权利要求1所述的一种耐磨陶瓷涂料，其特征在于：所述乙醇溶液为将乙醇与水按质量比2：1～3：1混合，得乙醇溶液。
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