CN110845936B - 一种埋地塑料管材用耐腐蚀涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及耐腐蚀涂料技术领域，具体涉及一种埋地塑料管材用耐腐蚀涂料，包括如下重量份的组分：10~20份的负载石墨烯的偏硼酸钡粉体，80~120份的环氧树脂，20~40份的增强粉末，2~5份的偶联剂，30~50份的有机溶剂，3~5份的消泡剂。制备方法为：将石墨烯负载于偏硼酸钡,然后与、环氧树脂和增强粉末研磨，再将混合物加入有机溶剂中搅拌分散，再加入偶联剂和消泡剂搅拌分散，继续超声分散，真空脱泡，即得。本发明解决了现有技术中盐碱地区、沿海潮汐地区等的埋地塑料管使用寿命较短、容易被盐碱侵蚀等问题，利用偏硼酸钡与石墨烯协同作用利于在涂料中形成超耐腐蚀层，赋予涂料优异的耐腐蚀、抗盐碱功能。

Description

一种埋地塑料管材用耐腐蚀涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐腐蚀涂料技术领域，具体涉及一种埋地塑料管材用耐腐蚀涂料及其制备方法。
背景技术
随着基础设施建设的快速发展，包括塑料管材在内的化学建材的使用范围越来越广，用量越来越大，已经成为继三大传统建材之后的第4大类的建筑材料。目前，PVC塑料管大量代替混凝土排水管已经成为一种趋势和必然，各地也在逐渐推广应用。
在现有技术中，通常采用涂层来实现耐腐蚀之类的功能。常用的耐腐蚀涂料有：生漆、环氧漆、过氧乙烯漆、酚醛耐酸漆、环氧沥青漆、聚氨酯漆、氯化橡胶漆和氯磺化聚乙烯漆。
常用的环氧耐腐蚀涂料通常由环氧树脂和固化剂两个组分组成，但是存在未改性的脂肪胺毒性较大、芳香胺及其改性物反应慢等问题。醇溶性酚醛树脂涂料抗腐蚀性能较好，但施工不便，柔韧性、附着力不太好，应用受到一定限制，因此常需要对酚醛树脂进行改性。
耐腐蚀涂料的成膜物质在腐蚀介质中具有化学稳定性，其标准与成膜物质的组成和化学结构有关。耐腐蚀涂料在被涂物底材表面干燥固化后形成的涂层，它的保护作用主要有屏蔽作用，根据电化学腐蚀原理，钢铁的腐蚀必须要有氧气，水和离子的存在，以及离子流通分导电的途径，漆膜阻止了腐蚀介质和材料表面的存在，隔断腐蚀电池的通路增加了电阻，水，氧和离子对漆膜的渗透速度是不同的，水的渗透速度远远大于离子和氧，理直渗透漆膜较少，可以不考虑它们对底材金属的直接作用。在现有的石油管道一般都是使用了聚脲防腐层，值得一提的是，喷涂聚脲弹性涂料用于管道接口，具有优异的施工性能，一般直管部分能保持和好的连续性和完整性，使整个管道系统密封完整，无接缝，确保了管道的整体防腐蚀性能，采用这种涂层的最大优势就是，被涂管件不用加热，聚脲成型时是放热反应。
由于各地环境的不同，使用场合的不同，其使用的排水管要求也就各不相同。在海边潮汐区或接近盐场的土壤对埋地材料的腐蚀十分严重：在盐碱地区和沿海地区埋地敷设的PVC管材容易遭酸、碱、盐的长期腐蚀，造成管材塑料硬脆、开裂，从而引发爆管、泄露等事故。管道接触的环境是引起腐蚀的主要因素。虽然塑料管材具有良好的耐酸、耐碱性能，但是用于盐碱地区、沿海潮汐地区等的埋地塑料管依然需要具备极强的耐酸碱、耐腐蚀性能。
现有技术的塑料排盐暗管在盐碱程度较低的盐碱地中使用寿命一般为50年，在盐碱程度较高的重度盐碱地中，易受到腐蚀，寿命会严重缩短，一般不超过40年；由于排盐工程铺设暗管需挖开地面深度1.5米以上，如果使用过程中暗管发生损坏或渗漏，修补时耗资耗力耗时非常多；所以需要一种抗盐碱腐蚀性能好的暗管来满足重盐碱地排盐的需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种埋地塑料管材用耐腐蚀涂料及其制备方法，解决了现有技术中盐碱地区、沿海潮汐地区等的埋地塑料管使用寿命较短、容易被盐碱侵蚀等问题。本发明提供的埋地塑料管材用耐腐蚀涂料利用偏硼酸钡的分散性优良促进石墨烯的分散，与石墨烯协同作用利于在涂料中形成超耐腐蚀层，赋予涂料优异的耐腐蚀、抗盐碱功能。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种埋地塑料管材用耐腐蚀涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将石墨烯加入氢氧化钡预处理溶液中搅拌分散至少30min，在超声搅拌下滴加硼酸溶液，滴加完成后在30~50℃下反应60~90min，陈化，过滤，洗涤，烘干得到非晶态纳米偏硼酸钡粉体；再将非晶态纳米偏硼酸钡粉体在400~600℃下焙烧至少1h，即得负载石墨烯的偏硼酸钡粉体；
（2）将负载石墨烯的偏硼酸钡粉体、环氧树脂和增强粉末放入研磨机中研磨至全部粉末通过200目筛，得到混合物待用；
（3）将混合物加入有机溶剂中搅拌分散至少30min，再加入偶联剂和消泡剂搅拌分散至少10min，继续超声分散至少10min，真空脱泡，即得埋地塑料管材用耐腐蚀涂料。
优选的，所述石墨烯：氢氧化钡：硼酸的质量比为1：（10~15）：（20~30）。
优选的，所述氢氧化钡预处理溶液包括如下重量份的组分：30~40份的氢氧化钡，1000份的水，1.0~3.0份的PEG-400；所述硼酸溶液中硼酸的质量分数为4%。通过在氢氧化钡中预先分散表面活性剂PEG-400，可以更好地把纳米级的石墨烯镶嵌在偏硼酸钡表面。
优选的，所述增强粉末为白炭黑、云母粉中的至少一种；所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、镁类偶联剂、锆类偶联剂中的至少一种；所述有机溶剂为环己酮、二甲苯、甲苯、环己烷、丙酮中的至少一种；所述消泡剂为乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷中的至少一种。
优选的，所述耐腐蚀涂料包括如下重量份的组分：10~20份的负载石墨烯的偏硼酸钡粉体，80~120份的环氧树脂，20~40份的增强粉末，2~5份的偶联剂，30~50份的有机溶剂，3~5份的消泡剂。
通过偏硼酸钡的分散性优良促进石墨烯的分散，与石墨烯协同作用利于在涂料中形成超耐腐蚀层，赋予涂料优异的耐腐蚀、抗盐碱功能，将该涂料涂刷至PVC管可解决现有塑料管道抗盐碱、耐腐蚀性能不足的技术问题，涂层不易脱落，延长了使用寿命，可广泛用于盐碱地区、沿海潮汐地区的埋地管材。
在涂料中添加增强粉末加强涂层的稳定性，并且添加的增强粉末其成本较低，在较好的增强涂层的稳定性的同时降低了成本。在涂层中添加偶联剂、有机溶剂、消泡剂之类的助剂均可有效提高涂层的成膜性能，并可延长涂层的使用寿命。
埋地塑料管材用耐腐蚀涂料的制备过程中，先将粉体物料预先研磨粉碎，提高涂料的均匀度；在通过搅拌分散将粉末分散在有机溶剂中，有机溶剂和混合物的比重均较大，采用搅拌分散即可实现较大程度的混合均匀；再加入其余助剂搅拌分散，助剂的添加量较少，先用搅拌分散使得助剂分散，在采用超声分散提高助剂分散的均匀度；最后进行真空脱泡即可。
进一步，本发明提供由上述方法制备得到的一种埋地塑料管材用耐腐蚀涂料。通过合成偏硼酸钡，将纳米级的石墨烯镶嵌在偏硼酸钡表面，偏硼酸钡具有防霉、防污染、抗粉化、防止变色、阻燃等作用，且在耐腐蚀涂料中运用成熟，经简单的工艺处理，利用偏硼酸钡的分散性优良促进石墨烯的分散，与石墨烯协同作用利于在涂料中形成超耐腐蚀层，赋予涂料优异的耐腐蚀、抗盐碱功能，将该涂料涂刷至PVC管可解决现有塑料管道抗盐碱、耐腐蚀性能不足的技术问题，涂层不易脱落，延长了使用寿命，可广泛用于盐碱地区、沿海潮汐地区的埋地管材。
在负载石墨烯的偏硼酸钡粉体的制备过程中，先将石墨烯预分散在氢氧化钡预处理溶液中，再缓慢滴加硼酸溶液；通过合成偏硼酸钡，将纳米级的石墨烯镶嵌在偏硼酸钡表面，偏硼酸钡具有防霉、防污染、抗粉化、防止变色、阻燃等作用，且在耐腐蚀涂料中运用成熟，经简单的工艺处理，利用偏硼酸钡的分散性优良促进石墨烯的分散，与石墨烯协同作用利于在涂料中形成超耐腐蚀层，赋予涂料优异的耐腐蚀、抗盐碱功能。
本发明的有益效果是：通过合成偏硼酸钡，将纳米级的石墨烯镶嵌在偏硼酸钡表面，偏硼酸钡具有防霉、防污染、抗粉化、防止变色、阻燃等作用；偏硼酸钡在耐腐蚀涂料中运用成熟，经简单的工艺处理；再次利用偏硼酸钡的分散性优良促进石墨烯的分散，与石墨烯协同作用利于在涂料中形成超耐腐蚀层，赋予涂料优异的耐腐蚀、抗盐碱功能；将制备得到的涂料涂刷至PVC管可解决现有塑料管道抗盐碱、耐腐蚀性能不足的技术问题，涂层不易脱落，延长了使用寿命，可广泛用于盐碱地区、沿海潮汐地区的埋地管材。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
一种埋地塑料管材用耐腐蚀涂料，所述耐腐蚀涂料包括如下重量份的组分：10份的负载石墨烯的偏硼酸钡粉体，80份的环氧树脂，20份的增强粉末，2份的偶联剂，30份的有机溶剂，3份的乳化硅油；
所述增强粉末为白炭黑和云母粉按照质量比为1：0.5组合而成；
所述偶联剂为硅烷偶联剂；
所述有机溶剂为环己酮和二甲苯按照体积比为1：1.0混合而成。
上述埋地塑料管材用耐腐蚀涂料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、按照重量份的配比将负载石墨烯的偏硼酸钡粉体、环氧树脂和增强粉末放入研磨机中研磨至全部粉末通过200目筛，得到混合物待用；
步骤二、按照重量份的配比将混合物加入有机溶剂中搅拌分散至少30min，再按照重量比加入偶联剂和消泡剂搅拌分散至少10min，继续超声分散至少10min，真空脱泡，即得埋地塑料管材用耐腐蚀涂料。
具体地，所述步骤一中负载石墨烯的偏硼酸钡粉体的制备过程为：将石墨烯加入氢氧化钡预处理溶液中搅拌分散至少30min，在超声搅拌下滴加硼酸的质量分数为4%的硼酸溶液，滴加完成后在30℃下反应90min，在温度为50℃下陈化2h，过滤，洗涤，烘干得到非晶态纳米偏硼酸钡粉体；再将非晶态纳米偏硼酸钡粉体在400℃下焙烧2h，即得负载石墨烯的偏硼酸钡粉体；其中石墨烯：氢氧化钡：硼酸的质量比为1：10：20；其中氢氧化钡预处理溶液包括如下重量份的组分：30份的氢氧化钡，1000份的水，1.0份的PEG-400。
实施例2
一种埋地塑料管材用耐腐蚀涂料，所述耐腐蚀涂料包括如下重量份的组分： 20份的负载石墨烯的偏硼酸钡粉体， 120份的环氧树脂， 40份的增强粉末， 5份的偶联剂， 50份的有机溶剂， 5份的聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚；
所述增强粉末为白炭黑和云母粉按照质量比为1：0.6组合而成；
所述偶联剂为硅烷偶联剂；
所述有机溶剂为环己酮和二甲苯按照体积比为1：1.5混合而成。
上述埋地塑料管材用耐腐蚀涂料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、按照重量份的配比将负载石墨烯的偏硼酸钡粉体、环氧树脂和增强粉末放入研磨机中研磨至全部粉末通过200目筛，得到混合物待用；
步骤二、按照重量份的配比将混合物加入有机溶剂中搅拌分散至少30min，再按照重量比加入偶联剂和消泡剂搅拌分散至少10min，继续超声分散至少10min，真空脱泡，即得埋地塑料管材用耐腐蚀涂料。
具体地，所述步骤一中负载石墨烯的偏硼酸钡粉体的制备过程为：将石墨烯加入氢氧化钡预处理溶液中搅拌分散至少30min，在超声搅拌下滴加硼酸的质量分数为4%的硼酸溶液，滴加完成后在50℃下反应60min，在温度为60℃下陈化1h，过滤，洗涤，烘干得到非晶态纳米偏硼酸钡粉体；再将非晶态纳米偏硼酸钡粉体在600℃下焙烧1h，即得负载石墨烯的偏硼酸钡粉体；其中石墨烯：氢氧化钡：硼酸的质量比为1：15：30；其中氢氧化钡预处理溶液包括如下重量份的组分： 40份的氢氧化钡， 1000份的水， 3.0份的PEG-400。
实施例3
一种埋地塑料管材用耐腐蚀涂料，所述耐腐蚀涂料包括如下重量份的组分：15份的负载石墨烯的偏硼酸钡粉体，90份的环氧树脂，25份的增强粉末，3份的偶联剂，35份的有机溶剂，4份的聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚；
所述增强粉末为白炭黑和云母粉按照质量比为1：0.5组合而成；
所述偶联剂为钛酸酯偶联剂；
所述有机溶剂为环己酮和二甲苯按照体积比为1：1.2混合而成。
上述埋地塑料管材用耐腐蚀涂料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、按照重量份的配比将负载石墨烯的偏硼酸钡粉体、环氧树脂和增强粉末放入研磨机中研磨至全部粉末通过200目筛，得到混合物待用；
步骤二、按照重量份的配比将混合物加入有机溶剂中搅拌分散至少30min，再按照重量比加入偶联剂和消泡剂搅拌分散至少10min，继续超声分散至少10min，真空脱泡，即得埋地塑料管材用耐腐蚀涂料。
具体地，所述步骤一中负载石墨烯的偏硼酸钡粉体的制备过程为：将石墨烯加入氢氧化钡预处理溶液中搅拌分散至少30min，在超声搅拌下滴加硼酸的质量分数为4%的硼酸溶液，滴加完成后在35℃下反应70min，在温度为55℃下陈化1.5h，过滤，洗涤，烘干得到非晶态纳米偏硼酸钡粉体；再将非晶态纳米偏硼酸钡粉体在450℃下焙烧1.5h，即得负载石墨烯的偏硼酸钡粉体；其中石墨烯：氢氧化钡：硼酸的质量比为1：12：25；其中氢氧化钡预处理溶液包括如下重量份的组分：35份的氢氧化钡，1000份的水，2.0份的PEG-400。
实施例4
一种埋地塑料管材用耐腐蚀涂料，所述耐腐蚀涂料包括如下重量份的组分：18份的负载石墨烯的偏硼酸钡粉体，100份的环氧树脂，30份的增强粉末，4份的偶联剂，45份的有机溶剂，4份的乳化硅油；
所述增强粉末为白炭黑和云母粉按照质量比为1：0.6组合而成；
所述偶联剂为硅烷偶联剂；
所述有机溶剂为环己酮和二甲苯按照体积比为1：1.3混合而成。
上述埋地塑料管材用耐腐蚀涂料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、按照重量份的配比将负载石墨烯的偏硼酸钡粉体、环氧树脂和增强粉末放入研磨机中研磨至全部粉末通过200目筛，得到混合物待用；
步骤二、按照重量份的配比将混合物加入有机溶剂中搅拌分散至少30min，再按照重量比加入偶联剂和消泡剂搅拌分散至少10min，继续超声分散至少10min，真空脱泡，即得埋地塑料管材用耐腐蚀涂料。
具体地，所述步骤一中负载石墨烯的偏硼酸钡粉体的制备过程为：将石墨烯加入氢氧化钡预处理溶液中搅拌分散至少30min，在超声搅拌下滴加硼酸的质量分数为4%的硼酸溶液，滴加完成后在45℃下反应70min，在温度为55℃下陈化1.5h，过滤，洗涤，烘干得到非晶态纳米偏硼酸钡粉体；再将非晶态纳米偏硼酸钡粉体在500℃下焙烧1h，即得负载石墨烯的偏硼酸钡粉体；其中石墨烯：氢氧化钡：硼酸的质量比为1：12：25；其中氢氧化钡预处理溶液包括如下重量份的组分：35份的氢氧化钡，1000份的水，2.0份的PEG-400。
对比例1
对比例1相比于实施例1，没有在偏硼酸钡粉形成时加入石墨烯，而是焙烧形成偏硼酸钡粉后再加入石墨烯，由于没有利用偏硼酸钡粉负载石墨烯，使得石墨烯直接分散困难，造成涂料中石墨烯的分散不均，得到的耐腐蚀涂料性能提升不明显。
对比例2
对比例2相比于实施例1，没有加入增强粉，得到的耐腐蚀涂料，耐腐蚀性一般。
对比例1相对于实施例1而言没有添加负载石墨烯的偏硼酸钡粉体，对比例2相对于实施例1而言没有添加增强粉末。将实施例1~实施例4以及对比例1~对比例2制备得到的耐腐蚀涂料的测试结果如表格1所示。
中性盐雾试验：将涂料涂敷于PVC板材，涂覆厚度为0.2mm，在室温条件下浸入浓度为5%的盐中，观察涂层的变化。
耐碱性试验：将涂料涂敷于PVC板材，涂覆厚度为0.2mm，在室温条件下浸入浓度为5%的氢氧化钠中，观察涂层的变化。
表
Figure DEST_PATH_IMAGE001
测试项目 中性盐雾试验 耐碱性试验
实施例1 200h无起泡 48h无起泡
实施例2 200h无起泡 48h无起泡
实施例3 200h无起泡 48h无起泡
实施例4 200h无起泡 48h无起泡
对比例1 160h起泡 9h起泡
对比例2 180h无起泡 12h起泡
从表格1中的测试结果可以看出，实施例1~实施例4提供的耐腐蚀涂料制备得到的涂层具有较好的耐盐雾和耐间腐蚀性。

Claims (6)

1.一种埋地塑料管材用耐腐蚀涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将石墨烯加入氢氧化钡预处理溶液中搅拌分散至少30min，在超声搅拌下滴加硼酸溶液，滴加完成后在30~50℃下反应60~90min，陈化，过滤，洗涤，烘干得到非晶态纳米偏硼酸钡粉体；再将非晶态纳米偏硼酸钡粉体在400~600℃下焙烧至少1h，即得负载石墨烯的偏硼酸钡粉体；
（2）将负载石墨烯的偏硼酸钡粉体、环氧树脂和增强粉末放入研磨机中研磨至全部粉末通过200目筛，得到混合物待用；所述增强粉末为白炭黑、云母粉中的至少一种；
（3）将混合物加入有机溶剂中搅拌分散至少30min，再加入偶联剂和消泡剂搅拌分散至少10min，继续超声分散至少10min，真空脱泡，即得埋地塑料管材用耐腐蚀涂料。
2.根据权利要求1所述的一种埋地塑料管材用耐腐蚀涂料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯：氢氧化钡：硼酸的质量比为1：（10~15）：（20~30）。
3.根据权利要求1所述的一种埋地塑料管材用耐腐蚀涂料的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钡预处理溶液包括如下重量份的组分：30~40份的氢氧化钡，1000份的水，1.0~3.0份的PEG-400；所述硼酸溶液中硼酸的质量分数为4%。
4.根据权利要求1所述的一种埋地塑料管材用耐腐蚀涂料的制备方法，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、镁类偶联剂、锆类偶联剂中的至少一种；所述有机溶剂为环己酮、二甲苯、甲苯、环己烷、丙酮中的至少一种；所述消泡剂为乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种埋地塑料管材用耐腐蚀涂料的制备方法，其特征在于，所述耐腐蚀涂料包括如下重量份的组分：10~20份的负载石墨烯的偏硼酸钡粉体，80~120份的环氧树脂，20~40份的增强粉末，2~5份的偶联剂，30~50份的有机溶剂，3~5份的消泡剂。
6.一种埋地塑料管材用耐腐蚀涂料，其特征在于，由权利要求1-5任一项所述的方法制备得到。
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