CN110066590A - 一种用于铜涂层与钢铁基材之间的防腐绝缘涂料 - Google Patents

一种用于铜涂层与钢铁基材之间的防腐绝缘涂料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及海洋防腐涂层技术领域，且公开了一种用于铜涂层与钢铁基材之间的防腐绝缘涂料，包括以下重量份数配比的原料：30～50份微米级的BaTiO3陶瓷颗粒、10～20份Si3N4陶瓷颗粒、30～50份硅烷偶联剂、30～60份环氧树脂、5～10份稀释剂、3～6份防沉剂、10～20份固化剂；将表面粘附有硅烷偶联剂且具有高介电常数的BaTiO3与Si3N4陶瓷浆料，加入到添加有稀释剂与防沉剂的环氧树脂基体中，该BaTiO3与Si3N4陶瓷浆料均匀分散在环氧树脂基体中，同时向环氧树脂基体中加入固化剂，制备得到用于铜涂层与钢铁基材之间的防腐绝缘涂料。本发明解决了目前用于铜涂层与钢铁基材之间的防腐绝缘陶瓷层，在钢铁基材上的附着力不够强的技术问题。

Description

一种用于铜涂层与钢铁基材之间的防腐绝缘涂料
技术领域
本发明涉及海洋防腐涂层技术领域，具体为一种用于铜涂层与钢铁基材之间的防腐绝缘涂料。
背景技术
海水是强烈的天然腐蚀介质，其盐浓度高达3.5％，且富氧，加之海浪冲击和阳光照射，海洋腐蚀环境极为严苛。腐蚀是导致各种基础设施和工业设备破坏和报废的主要原因。与此同时，海洋中的海生物种类繁多，大约有2000多种，当海洋生物附着在光滑的钢铁基材上时，其分泌的酸性物质会加快钢铁的腐蚀。
研究表明，铜离子具备优异的抗菌性，诸多研究者采用喷涂铜或铜合金涂层的方法来保护钢铁基材，防止海洋生物附着在光滑的钢铁基材上。然而铜的电位比铁高，直接将铜或其合金直接喷涂在钢铁基材上，会引发电偶腐蚀，铜作为阴极被保护，反而加快了钢铁基材的腐蚀。
为了避免铜与钢铁基材之间的电偶腐蚀，大量研究者在铜涂层与钢铁基材之间设计了陶瓷层，发挥绝缘作用，阻碍电子通过。目前也有研究者在钢铁基材与铜合金涂层间设计了氧化铝、氧化铝与氧化钛复合等氧化物陶瓷层，但是由于陶瓷材质与钢铁金属合金材质的化学键类型并不相同，所以相互之间的润湿性能比较差，尤其是陶瓷的热膨胀系数与钢铁金属合金的热膨胀系数差异比较大，在制备陶瓷涂层的过程中，在界面层间容易产生残余应力作用，这些因素都会显著降低陶瓷层在钢铁基材上的附着力，并最终导致陶瓷层与钢铁基材之间的结合强度下降。
本发明提供一种用于铜涂层与钢铁基材之间的防腐绝缘涂料，旨在解决目前用于铜涂层与钢铁基材之间的防腐绝缘陶瓷层，在钢铁基材上的附着力不够强的技术问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于铜涂层与钢铁基材之间的防腐绝缘涂料，解决了目前用于铜涂层与钢铁基材之间的防腐绝缘陶瓷层，在钢铁基材上的附着力不够强的技术问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于铜涂层与钢铁基材之间的防腐绝缘涂料，包括以下重量份数配比的原料：30～50份微米级的BaTiO3陶瓷颗粒、10～20份Si3N4陶瓷颗粒、30～50份硅烷偶联剂、30～60份环氧树脂、5～10份稀释剂、3～6份防沉剂、10～20份固化剂；
将表面粘附有硅烷偶联剂且具有高介电常数的BaTiO3与Si3N4陶瓷浆料，加入到添加有稀释剂与防沉剂的环氧树脂基体中，该BaTiO3与Si3N4陶瓷浆料均匀分散在环氧树脂基体中，同时向环氧树脂基体中加入固化剂，制备得到用于铜涂层与钢铁基材之间的防腐绝缘涂料。
优选的，所述BaTiO3陶瓷颗粒的平均粒径≤10um、Si3N4陶瓷颗粒的平均粒径≤10um。
优选的，所述防腐绝缘涂料还包括8～13份硅酸钾溶液。
优选的，所述防腐绝缘涂料的制备方法包括以下步骤：
(1)将30～50份微米级的BaTiO3陶瓷颗粒、10～20份Si3N4陶瓷颗粒加入到无水乙醇中，超声分散均匀，之后倒入装有搅拌装置和加热装置的反应器中，在转速为180～300rpm的搅拌下，缓慢将30～50份硅烷偶联剂加入反应器中，在转速为300～500rpm、温度为80℃下搅拌加热，至无水乙醇全部除去为止；
(2)将30～60份环氧树脂加入高速搅拌器中，在转速为300～500rpm的搅拌下，缓慢将5～10份稀释剂加入高速搅拌器中，对树脂进行稀释处理；
(3)在转速为300～500rpm的搅拌下，先将3～6份防沉剂加入上述高速搅拌器中，再缓慢将步骤(1)中的混合陶瓷浆料加入高速搅拌器中，转为600～800rpm下搅拌1～3h；
(4)在转速为300～500rpm的搅拌下，将10～20份固化剂加入高速搅拌器中，转为600～800rpm下搅拌1～3h，制备得到防腐绝缘涂料。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：
将表面粘附有硅烷偶联剂且具有高介电常数的BaTiO3与Si3N4陶瓷浆料，加入到添加有正丁基缩水甘油醚稀释剂与气相二氧化硅防沉剂的双酚A型E51环氧树脂基体中，该BaTiO3与Si3N4陶瓷浆料均匀分散在环氧树脂基体中，同时向环氧树脂基体中加入异佛尔酮二异氰酸酯固化剂与硅酸钾无机成膜剂，制备得到用于铜涂层与钢铁基材之间的防腐绝缘涂料；
将上述防腐绝缘涂料刮涂在钢铁基材试片上，涂层固化后，经ASTM·C-633测试可知，上述涂层与钢铁基材的结合强度为47～59MPa，与对比例中涂层与钢铁基材的结合强度34MPa相比，取得了显著提高用于铜涂层与钢铁基材之间的防腐绝缘陶瓷层的结合强度的技术效果。
具体实施方式
实施例一：
(1)将30g平均粒径≤10um的BaTiO3陶瓷颗粒、10g平均粒径≤10um的Si3N4陶瓷颗粒加入到50mL的无水乙醇中，超声分散均匀，之后倒入装有搅拌装置和加热装置的反应器中，在转速为180rpm的搅拌下，缓慢将30gγ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂加入反应器中，在转速为300rpm、温度为80℃下搅拌加热，至无水乙醇全部除去为止；
(2)将30g双酚A型E51环氧树脂加入高速搅拌器中，在转速为300rpm的搅拌下，缓慢将5g正丁基缩水甘油醚加入高速搅拌器中，对树脂进行稀释处理；
(3)在转速为300rpm的搅拌下，先将3g气相二氧化硅防沉剂加入上述高速搅拌器中，再缓慢将步骤(1)中的混合陶瓷浆料加入高速搅拌器中，转为600rpm下搅拌1h；
(4)在转速为300rpm的搅拌下，依次将10g异佛尔酮二异氰酸酯固化剂与8g硅酸钾溶液加入高速搅拌器中，转为600rpm下搅拌1h，制备得到防腐绝缘涂料；
(5)将上述防腐绝缘涂料热喷涂在钢铁基材试片上，涂层固化后，经ASTM·C-633测试可知，上述涂层与钢铁基材的结合强度为47MPa。
实施例二：
(1)将40g平均粒径≤10um的BaTiO3陶瓷颗粒、15g平均粒径≤10um的Si3N4陶瓷颗粒加入到80mL的无水乙醇中，超声分散均匀，之后倒入装有搅拌装置和加热装置的反应器中，在转速为200rpm的搅拌下，缓慢将40gγ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂加入反应器中，在转速为400rpm、温度为80℃下搅拌加热，至无水乙醇全部除去为止；
(2)将50g双酚A型E51环氧树脂加入高速搅拌器中，在转速为400rpm的搅拌下，缓慢将8g正丁基缩水甘油醚加入高速搅拌器中，对树脂进行稀释处理；
(3)在转速为400rpm的搅拌下，先将5g气相二氧化硅防沉剂加入上述高速搅拌器中，再缓慢将步骤(1)中的混合陶瓷浆料加入高速搅拌器中，转为700rpm下搅拌2h；
(4)在转速为400rpm的搅拌下，依次将15g异佛尔酮二异氰酸酯固化剂与12g硅酸钾溶液加入高速搅拌器中，转为700rpm下搅拌2h，制备得到防腐绝缘涂料；
(5)将上述防腐绝缘涂料刮涂在钢铁基材试片上，涂层固化后，经ASTM·C-633测试可知，上述涂层与钢铁基材的结合强度为59MPa。
实施例三：
(1)将50g平均粒径≤10um的BaTiO3陶瓷颗粒、20g平均粒径≤10um的Si3N4陶瓷颗粒加入到100mL的无水乙醇中，超声分散均匀，之后倒入装有搅拌装置和加热装置的反应器中，在转速为180～300rpm的搅拌下，缓慢将50gγ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂加入反应器中，在转速为500rpm、温度为80℃下搅拌加热，至无水乙醇全部除去为止；
(2)将60g双酚A型E51环氧树脂加入高速搅拌器中，在转速为500rpm的搅拌下，缓慢将10g正丁基缩水甘油醚加入高速搅拌器中，对树脂进行稀释处理；
(3)在转速为500rpm的搅拌下，先将6g气相二氧化硅防沉剂加入上述高速搅拌器中，再缓慢将步骤(1)中的混合陶瓷浆料加入高速搅拌器中，转为800rpm下搅拌3h；
(4)在转速为500rpm的搅拌下，依次将20g异佛尔酮二异氰酸酯固化剂与13g硅酸钾溶液加入高速搅拌器中，转为800rpm下搅拌3h，制备得到防腐绝缘涂料；
(5)将上述防腐绝缘涂料刮涂在钢铁基材试片上，涂层固化后，经ASTM·C-633测试可知，上述涂层与钢铁基材的结合强度为52MPa。
对比例：
(1)将40g平均粒径≤10um的BaTiO3陶瓷颗粒加入到80mL的无水乙醇中，超声分散均匀，在转速为400rpm、温度为80℃下搅拌加热，至无水乙醇全部除去为止；
(2)将50g双酚A型E51环氧树脂加入高速搅拌器中，在转速为400rpm的搅拌下，缓慢将8g正丁基缩水甘油醚加入高速搅拌器中，对树脂进行稀释处理；
(3)在转速为400rpm的搅拌下，先将5g气相二氧化硅防沉剂加入上述高速搅拌器中，再缓慢将步骤(1)中的混合陶瓷浆料加入高速搅拌器中，转为700rpm下搅拌2h；
(4)在转速为400rpm的搅拌下，依次将15g异佛尔酮二异氰酸酯固化剂加入高速搅拌器中，转为700rpm下搅拌2h，制备得到防腐绝缘涂料；
(5)将上述防腐绝缘涂料刮涂在钢铁基材试片上，涂层固化后，经ASTM·C-633测试可知，上述涂层与钢铁基材的结合强度为34MPa。
其中，双酚A型E51环氧树脂(环氧值0.48～0.54eg/mg，40℃时的粘度<2500Pa·s，南通星辰合成材料有限公司)；
γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂(简称KH-550，萨恩化学技术(上海)有限公司)；
硅酸钾溶液的基本性质如下表1所示。
表1
规格 氧化钾％ 二氧化硅％ 模数(M) 黏度(20℃)Pa·s
QPY405-1 ≥11.5 ≥25 3.15～3.3 ≤0.6

Claims (4)

1.一种用于铜涂层与钢铁基材之间的防腐绝缘涂料，其特征在于，包括以下重量份数配比的原料：30～50份微米级的BaTiO3陶瓷颗粒、10～20份Si3N4陶瓷颗粒、30～50份硅烷偶联剂、30～60份环氧树脂、5～10份稀释剂、3～6份防沉剂、10～20份固化剂；
将表面粘附有硅烷偶联剂且具有高介电常数的BaTiO3与Si3N4陶瓷浆料，加入到添加有稀释剂与防沉剂的环氧树脂基体中，该BaTiO3与Si3N4陶瓷浆料均匀分散在环氧树脂基体中，同时向环氧树脂基体中加入固化剂，制备得到用于铜涂层与钢铁基材之间的防腐绝缘涂料。
2.根据权利要求1所述的防腐绝缘涂料，其特征在于，所述BaTiO3陶瓷颗粒的平均粒径≤10um、Si3N4陶瓷颗粒的平均粒径≤10um。
3.根据权利要求1所述的防腐绝缘涂料，其特征在于，所述防腐绝缘涂料还包括8～13份硅酸钾溶液。
4.根据权利要求1所述的防腐绝缘涂料，其特征在于，所述防腐绝缘涂料的制备方法包括以下步骤：
(1)将30～50份微米级的BaTiO3陶瓷颗粒、10～20份Si3N4陶瓷颗粒加入到无水乙醇中，超声分散均匀，之后倒入装有搅拌装置和加热装置的反应器中，在转速为180～300rpm的搅拌下，缓慢将30～50份硅烷偶联剂加入反应器中，在转速为300～500rpm、温度为80℃下搅拌加热，至无水乙醇全部除去为止；
(2)将30～60份环氧树脂加入高速搅拌器中，在转速为300～500rpm的搅拌下，缓慢将5～10份稀释剂加入高速搅拌器中，对树脂进行稀释处理；
(3)在转速为300～500rpm的搅拌下，先将3～6份防沉剂加入上述高速搅拌器中，再缓慢将步骤(1)中的混合陶瓷浆料加入高速搅拌器中，转为600～800rpm下搅拌1～3h；
(4)在转速为300～500rpm的搅拌下，将10～20份固化剂加入高速搅拌器中，转为600～800rpm下搅拌1～3h，制备得到防腐绝缘涂料。
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