CN109762465B - 一种污水管防腐防垢涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种污水管防腐防垢涂料，属于涂料组合物技术领域。一种污水管防腐防垢涂料，由如下重量份的原料制成：环氧改性有机硅树脂50~60份、氟碳树脂30~40份、对苯乙烯磺酸钠8~15份、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸1~5份、环氧琥珀酸6~15份、过硫酸钾5~10份、异丙醇2~5份、环己酮20~30份、油酸甲酯10~20份、填料3~7份、成膜助剂2~5份、固化剂1~3份。本发明能够增强污水管道的防腐性能，同时具有良好的防垢性能。

Description

一种污水管防腐防垢涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料组合物技术领域，具体涉及一种污水管防腐防垢涂料及其制备方法。

背景技术

污水管是收集和输送城市污水的管道。污水由支管流入干管，再流入主干管，最后流入污水处理厂。污水水质复杂，悬浮物、油脂类容易使管道腐蚀生锈，生活污水中含量较高的氯离子、硫酸根离子、氨离子等也有一定的腐蚀性。污水管长期浸泡过程中，会产生局部腐蚀，同时也容易结垢。

公开号为CN108912867A的文献公开了一种环保高透明超疏水涂料及其制备方法和制备透明耐久超疏水涂层中的应用，该环保高透明超疏水涂料主要是由以下原料制成：挥发性有机溶剂30-50份，水5-10份，疏水性微纳颗粒0.1-2份，疏水性树脂0.1-1份，固化剂0.01-0.1份。所述疏水性微纳颗粒为粒径10nm-10um的疏水性二氧化钛、金刚砂、碳纳米管、二氧化硅、炭黑中的一种或多种。所述疏水性树脂为能室温固化的氟碳树脂或有机硅树脂中的一种或多种。所述固化剂为二异氰酸酯、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、γ氨丙基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、γ―(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷中的一种或多种。该发明制备的涂层虽然疏水性能突出，但是涂层的柔韧性较差，在水的长时间浸泡下易起皮、脱落，而且耐冲击性能有待改进。

公开号为CN108640301A公开的文献属于化工生产技术领域，具体为一种化工领域用阻垢缓蚀剂及其制备工艺，该化工领域用阻垢缓蚀剂包括如下组成成分：咪唑啉衍生物：10-15份；2-羟基膦基乙酸：2-5份；聚天冬胺酸：4-8份；聚环氧琥珀酸：3-6份；膦酰羟酸盐：6-9份；苯并三氮唑：8-10份；乙醇：10-14份；锌盐：5-7份；聚磺酸盐：10-16份和去离子水：15-20份。该发明阻垢缓蚀剂能够增强缓蚀剂分子与金属表面的物理吸附和化学吸附的作用，提高缓蚀性能，同时具有良好的防垢性能，但是该发明是以投加方式添加进目标系统中，不适用于管道的阻垢缓蚀。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种污水管防腐防垢涂料及其制备方法，能够增强污水管道的防腐性能，同时具有良好的防垢性能。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种污水管防腐防垢涂料，由如下重量份的原料制成：环氧改性有机硅树脂50~60份、氟碳树脂30~40份、对苯乙烯磺酸钠8~15份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸1~5份、环氧琥珀酸6~15份、过硫酸钾5~10份、异丙醇2~5份、环己酮20~30份、油酸甲酯10~20份、填料3~7份、成膜助剂2~5份、固化剂1~3份。

优选地，所述填料为纳米钛溶胶、膨润土和钛白粉中的一种或两种以上的组合物。

优选地，所述填料由纳米钛溶胶和膨润土以重量比（0.2~0.5）：1组成。

优选地，所述成膜助剂为十二碳醇酯或丙二醇甲醚。

优选地，所述固化剂为聚丙烯酰胺、四乙烯五胺和105缩胺中的一种或两种以上的组合物。

优选地，上述污水管防腐防垢涂料的制备方法，包括以下步骤：

（1）取3~7重量份的对苯乙烯磺酸钠，与环氧琥珀酸混合，温度加热至80~82℃，分别缓慢滴入15~20ml过硫酸钾溶液和1~2重量份的异丙醇，反应一定时间T1，得第一混合溶液；向所述第一混合溶液中加入剩余的对苯乙烯磺酸钠和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，缓慢滴入30~35ml的过硫酸钾溶液和剩余的异丙醇，温度保持在80~82℃反应一定时间T2，得第二混合溶液；

（2）将所述第二混合溶液、环氧改性有机硅树脂、聚丙烯酰胺、环己酮和油酸甲酯混合，搅拌30~35分钟，再加入填料，采用超声波粉碎机分散10~15分钟，最后加入成膜助剂和固化剂，搅拌50~60分钟，得成品。

优选地，所述过硫酸钾溶液的质量分数为10~20%。

优选地，所述T1为2~2.5小时。

优选地，所述T2为3~3.5小时。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明通过上述技术方案，提供了一种污水管防腐防垢涂料，以期增强污水管道的防腐性能，同时具有良好的防垢性能。本发明首先以环氧改性有机硅树脂和氟碳树脂为基料，其中：环氧改性有机硅树脂是有机硅涂料的主要成膜物质，具有优良的耐热、耐寒、电绝缘、耐潮湿、耐候等优点，但是存在耐稀盐酸、稀硫酸腐蚀性能不佳，以及耐油性不强等缺陷；氟碳树脂具有极好的化学惰性、优良的物理机械性能、疏水性能以及耐候性能，但是存在柔韧性一般，性能稳定性差，易开裂、脱皮，耐热性差等缺陷，将二者组合使用，再通过原料及配比的改进和优化，可显著提升涂料的柔韧性、疏水性以及耐酸碱性等。而且，本发明在上述基料的基础上辅以特定比例的苯乙烯磺酸钠、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和环氧琥珀酸的反应产物，引入羧酸基、磺酸基和酰胺基，使涂料具备优良的阻垢性能；添加一定量的填料，进一步改善涂料的附着力、耐冲击性能以及防腐蚀性能，而且本发明经过大量实验优选纳米钛溶胶、膨润土和钛白粉中的一种或两种以上的组合物，更优选为纳米钛溶胶和膨润土以特定比例配合的组合物，能够使对水和酸碱的腐蚀能力进一步提升，附着力级别为1级；添加合适的成膜助剂和固化剂，使得涂料流平性好，无气泡，无絮凝，提高存贮和使用性能；而且固化时间缩短，便于维护和施工。

本发明制备方法合适，所用设备常规，操作条件易于控制，所得涂料外观均匀、色泽一致、无沉淀、无结块、表面平整。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。

一种污水管防腐防垢涂料，由如下重量份的原料制成：环氧改性有机硅树脂50~60份、氟碳树脂30~40份、对苯乙烯磺酸钠8~15份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸1~5份、环氧琥珀酸6~15份、过硫酸钾5~10份、异丙醇2~5份、环己酮20~30份、油酸甲酯10~20份、填料3~7份、成膜助剂2~5份、固化剂1~3份。

本发明所用环氧改性有机硅树脂通过市售获取，主要技术指标如下表所示：

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本发明中，填料为纳米钛溶胶、膨润土和钛白粉中的一种或两种以上的组合物，优选为纳米钛溶胶、膨润土和钛白粉两种以上的组合物，更优选由纳米钛溶胶和膨润土以重量比（0.2~0.5）：1组成，最优选由纳米钛溶胶和膨润土以重量比0.3：1组成。

本发明中，成膜助剂为十二碳醇酯或丙二醇甲醚，更优选为十二碳醇酯。

本发明中，固化剂为聚丙烯酰胺、四乙烯五胺和105缩胺中的一种或两种以上的组合物，更优选为聚丙烯酰胺和四乙烯五胺的组合物，或聚丙烯酰胺和105缩胺的组合物，最优选为聚丙烯酰胺和四乙烯五胺以重量比1~5：1组成的组合物。

实施例1

一种污水管防腐防垢涂料，由如下重量份的原料制成：环氧改性有机硅树脂50份、氟碳树脂30份、对苯乙烯磺酸钠8份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸1份、环氧琥珀酸6份、过硫酸钾5份、异丙醇2份、环己酮20份、油酸甲酯10份、填料3份、十二碳醇酯2份、聚丙烯酰胺1份。

本组实施例分别采用了如下表所示的填料：

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上述污水管防腐防垢涂料的制备方法，包括以下步骤：

（1）取3重量份的对苯乙烯磺酸钠，与环氧琥珀酸混合，温度加热至80℃，分别缓慢滴入15ml过硫酸钾溶液和1重量份的异丙醇，反应2小时，得第一混合溶液；向第一混合溶液中加入剩余的对苯乙烯磺酸钠和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，缓慢滴入35ml的过硫酸钾溶液和剩余的异丙醇，温度保持在80℃反应3小时，得第二混合溶液；

（2）将第二混合溶液、环氧改性有机硅树脂、聚丙烯酰胺、环己酮和油酸甲酯混合，搅拌30分钟，再加入填料，采用超声波粉碎机分散10分钟，最后加入成膜助剂和固化剂，搅拌50分钟，得成品。

过硫酸钾溶液的质量分数为10%。

实施例2

一种污水管防腐防垢涂料，由如下重量份的原料制成：环氧改性有机硅树脂60份、氟碳树脂40份、对苯乙烯磺酸钠15份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸5份、环氧琥珀酸15份、过硫酸钾10份、异丙醇5份、环己酮30份、油酸甲酯20份、填料7份、丙二醇甲醚5份、固化剂3份。

填料由纳米钛溶胶和膨润土以重量比0.3：1组成。

本组实施例分别采用了如下表所示的固化剂：

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上述污水管防腐防垢涂料的制备方法，包括以下步骤：

（1）取5重量份的对苯乙烯磺酸钠，与环氧琥珀酸混合，温度加热至82℃，分别缓慢滴入20ml过硫酸钾溶液和2重量份的异丙醇，反应2.5小时，得第一混合溶液；向第一混合溶液中加入剩余的对苯乙烯磺酸钠和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，缓慢滴入30ml的过硫酸钾溶液和剩余的异丙醇，温度保持在82℃反应3.5小时，得第二混合溶液；

（2）将第二混合溶液、环氧改性有机硅树脂、聚丙烯酰胺、环己酮和油酸甲酯混合，搅拌35分钟，再加入填料，采用超声波粉碎机分散15分钟，最后加入成膜助剂和固化剂，搅拌60分钟，得成品。

过硫酸钾溶液的质量分数为20%。

实施例3

一种污水管防腐防垢涂料，由如下重量份的原料制成：环氧改性有机硅树脂55份、氟碳树脂35份、对苯乙烯磺酸钠12份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸3份、环氧琥珀酸10份、过硫酸钾7份、异丙醇3份、环己酮25份、油酸甲酯16份、填料5份、十二碳醇酯3.5份、固化剂2份。

填料由纳米钛溶胶和膨润土以重量比0.3：1组成。

本组实施例分别采用了如下表所示的固化剂：

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上述污水管防腐防垢涂料的制备方法，包括以下步骤：

（1）取7重量份的对苯乙烯磺酸钠，与环氧琥珀酸混合，温度加热至80℃，分别缓慢滴入18ml过硫酸钾溶液和1.2重量份的异丙醇，反应2小时，得第一混合溶液；向第一混合溶液中加入剩余的对苯乙烯磺酸钠和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，缓慢滴入32ml的过硫酸钾溶液和剩余的异丙醇，温度保持在80℃反应3.2小时，得第二混合溶液；

（2）将第二混合溶液、环氧改性有机硅树脂、聚丙烯酰胺、环己酮和油酸甲酯混合，搅拌32分钟，再加入填料，采用超声波粉碎机分散12分钟，最后加入成膜助剂和固化剂，搅拌58分钟，得成品。

过硫酸钾溶液的质量分数为14%。

实施例4

一种污水管防腐防垢涂料，由如下重量份的原料制成：环氧改性有机硅树脂52份、氟碳树脂32份、对苯乙烯磺酸钠10份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸2份、环氧琥珀酸8份、过硫酸钾6份、异丙醇3份、环己酮23份、油酸甲酯12份、填料4份、十二碳醇酯3份、固化剂2份。

填料由纳米钛溶胶和膨润土以重量比0.4：1组成。

固化剂由聚丙烯酰胺和四乙烯五胺以重量比3.5：1组成。

本实施例污水管防腐防垢涂料的制备方法参阅实施例3。

实施例5

一种污水管防腐防垢涂料，由如下重量份的原料制成：环氧改性有机硅树脂58份、氟碳树脂38份、对苯乙烯磺酸钠13份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸4份、环氧琥珀酸13份、过硫酸钾9份、异丙醇4份、环己酮28份、油酸甲酯18份、填料6份、成膜助剂4份、固化剂2.5份。

填料由纳米钛溶胶和膨润土以重量比0.3：1组成。

固化剂由聚丙烯酰胺和四乙烯五胺以重量比3：1组成。

本实施例污水管防腐防垢涂料的制备方法参阅实施例3。

对比例1

该对比例一种污水管防腐防垢涂料的基本组成同实施例1-5，不同的是：减少环氧改性有机硅树脂的含量，增加氟碳树脂的含量，

具体由如下重量份的原料制成：环氧改性有机硅树脂30份、氟碳树脂50份、对苯乙烯磺酸钠8份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸1份、环氧琥珀酸6份、过硫酸钾5份、异丙醇2份、环己酮20份、油酸甲酯10份、填料3份、十二碳醇酯2份、聚丙烯酰胺1份。

对比例2

该对比例一种污水管防腐防垢涂料组成与实施例2-5基本相同，所不同的是：填料为云母粉。

对比例3

该对比例一种污水管防腐防垢涂料组成与实施例3-3基本相同，所不同的是：省略对苯乙烯磺酸钠，相应的，该涂料制备方法为：

（1）取环氧琥珀酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸混合，温度加热至80℃，分别缓慢滴入40ml过硫酸钾溶液和异丙醇，反应3小时，得混合溶液；（2）将混合溶液、环氧改性有机硅树脂、聚丙烯酰胺、环己酮和油酸甲酯混合，搅拌32分钟，再加入填料，采用超声波粉碎机分散12分钟，最后加入成膜助剂和固化剂，搅拌58分钟，得成品。

对比例4

该对比例一种污水管防腐防垢涂料组成与实施例3-3基本相同，所不同的是：将环己酮和油酸甲酯采用丙酮和二甲苯替代，其中：丙酮13份、二甲苯28份。

对比例5

该对比例一种污水管防腐防垢涂料组成与实施例3-5基本相同，所不同的是：采用三-（二甲胺基甲基）苯酚和650低分子聚酰胺取代本发明固化剂，具体为：三-（二甲胺基甲基）苯酚与650低分子聚酰胺重量比1：1。

对比例6

该对比例一种污水管防腐防垢涂料组成与实施例3-5相同，不同的是：制备方法的步骤（1）为：

（1）取2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，与环氧琥珀酸混合，温度加热至80℃，分别缓慢滴入18ml过硫酸钾溶液和1.2重量份的异丙醇，反应2小时，得第一混合溶液；向第一混合溶液中加入对苯乙烯磺酸钠，缓慢滴入32ml的过硫酸钾溶液和剩余的异丙醇，温度保持在80℃反应3.2小时，得第二混合溶液。

效果评价

将制备好的涂料喷涂在处理过的底板上，厚度控制在80~85微米，然后室温固化，干燥，待测。

①表面形貌观察

表面形貌观察用目测。

②耐冲击强度的测定

参照GB/T1732-93落球法；在23±2℃和相对湿度50%±5%的条件下进行测试。用四倍放大镜观察，判断涂膜有无裂纹、皱纹、及剥落等现象。

③附着力测试

参照GB/T1720-79(89)划圈法；测定完毕后以四倍放大镜检查划痕并评级。

④柔韧性测定

参照GB/T1731-93；弯曲后，用四倍放大镜观察涂膜并评级。

⑤硬度测定

参照GB/T6739-86；在试验仪上从最硬开始，依次降低，至五道划痕只有一次犁伤后换下一级。从6B-6H逐个检验。

⑥耐水性测定

参照GB/T甲法测试；目视检查试板，并记录是否有失光、变色、起泡、起皱、脱落、生锈等现象。

⑦耐化学试剂性测试

按GB/T1763-79（89）测试，包括耐盐水性、耐酸性、耐碱性。

⑧静态接触角的测试：采用接触角测定仪测量涂层表面对水的接触角，测试方法为液滴法，即将液滴通过注射器针头滴在载玻片上，使用切线法读出接触角。分别测量不少于5个位置，取平均值。

本发明实施例1-实施例3的部分实施例所得涂料的各项性能测试结果列于表1。

表1本发明污水管防腐防垢涂料涂膜性能测试结果

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表1结果显示，本发明污水管防腐防垢涂料固化时间≤1.5小时，表面光亮平整，耐冲击强度在40-50N·cm以上，柔韧性在2mm以下，硬度为3H-5H，耐水性、耐盐水性、耐酸性、耐碱性能优异，静态接触角＞130°，具有良好的疏水性能，能够一定程度上阻止污垢粘附，减少污垢管材表面停留，从而起到防垢效果。

对比例1-对比例6的所得涂料的各项性能测试结果列于表2。

表2对比例污水管防腐防垢涂料涂膜性能测试结果

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表2结果显示，对比例1减少环氧改性有机硅树脂的含量，增加氟碳树脂的含量，即改变两种基料的含量配比，结果显示，所得涂料柔韧性下降，抗酸碱腐蚀能力下降，而且静态接触角减小，能够看出本申请基料配比更加科学，涂料的综合性能更优。

对比例2填料以云母粉替代用之于本申请实施例2-5中，尽管其他材料及配比没有变化，但是对于涂料的耐冲击强度以及附着力的影响是比较突出的。

对比例3省略对苯乙烯磺酸钠，涂料耐盐水性能、抗酸碱腐蚀性能有所降低，而静态接触角下降，疏水性能下降。

对比例4将本发明所用溶剂环己酮和油酸甲酯采用丙酮和二甲苯替代，尽管能够制备出表面形貌无差的涂料，但是涂料的固化时间延长，附着力、硬度、耐盐水性能等均有劣化，显示出溶剂选择的重要性。

对比例5采用三-（二甲胺基甲基）苯酚和650低分子聚酰胺取代本发明固化剂，一方面固化时间增加了约2倍，而且涂料的表面形貌存在缺陷，柔韧性降低，在水的长时间浸泡下易于脱落，产生裂纹。

对比例6改变了制备方法步骤（1）的原料加入顺序，所得涂料附着力降低、耐盐水性、耐酸碱性能降低，并且表面疏水性降低，表面原料的加入顺序影响第一混合溶液的成分及状态，进而影响涂料的综合性能。

上述实验及结果表明，本发明污水管防腐防垢涂料原料组配合理，制备方法得当，所得涂料具有显著耐冲击性、柔韧性能、耐腐蚀性能以及防垢性能突出。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种污水管防腐防垢涂料，其特征在于，由如下重量份的原料制成：环氧改性有机硅树脂50~60份、氟碳树脂30~40份、对苯乙烯磺酸钠8~15份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸1~5份、环氧琥珀酸6~15份、过硫酸钾5~10份、异丙醇2~5份、环己酮20~30份、油酸甲酯10~20份、填料3~7份、成膜助剂2~5份、固化剂1~3份，

所述污水管防腐防垢涂料的制备方法，包括以下步骤：

（1）取3~7重量份的对苯乙烯磺酸钠，与环氧琥珀酸混合，温度加热至80~82℃，分别缓慢滴入15~20ml过硫酸钾溶液和1~2重量份的异丙醇，反应一定时间T1，得第一混合溶液；向所述第一混合溶液中加入剩余的对苯乙烯磺酸钠和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，缓慢滴入30~35ml的过硫酸钾溶液和剩余的异丙醇，温度保持在80~82℃反应一定时间T2，得第二混合溶液；

（2）将所述第二混合溶液、环氧改性有机硅树脂、聚丙烯酰胺、环己酮和油酸甲酯混合，搅拌30~35分钟，再加入填料，采用超声波粉碎机分散10~15分钟，最后加入成膜助剂和固化剂，搅拌50~60分钟，得成品。

2.如权利要求1所述的污水管防腐防垢涂料，其特征在于：所述填料为纳米钛溶胶、膨润土和钛白粉中的一种或两种以上的组合物。

3.如权利要求2所述的污水管防腐防垢涂料，其特征在于：所述填料由纳米钛溶胶和膨润土以重量比（0.2~0.5）：1组成。

4.如权利要求1-3任一项所述的污水管防腐防垢涂料，其特征在于：所述成膜助剂为十二碳醇酯或丙二醇甲醚。

5.如权利要求4所述的污水管防腐防垢涂料，其特征在于：所述固化剂为聚丙烯酰胺、四乙烯五胺和105缩胺中的一种或两种以上的组合物。

6.如权利要求1所述的污水管防腐防垢涂料，其特征在于：所述过硫酸钾溶液的质量分数为10~20%。

7.如权利要求6所述的污水管防腐防垢涂料，其特征在于：所述T1为2~2.5小时。

8.如权利要求7所述的污水管防腐防垢涂料，其特征在于：所述T2为3~3.5小时。