CN111116134A - 一种纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料、其制备方法及应用 - Google Patents

一种纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料、其制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料、其制备方法及应用，具体包括粉料和液料；粉料由以下重量份的组分混合制成：无机胶凝材料粉料15～30份、碳纳米管0.1～0.5份、粉末填料2～8份、固态外加剂0.1～2份；液料由以下重量份的组分混合制成：液体聚合物3～10份、氨基丙胺二油酸酯0.05～0.5份、磷酸三丁酯0.01～0.1份、ECO‑2300酸性高效分散剂0.01～0.1份；其中，无机胶凝材料粉料与液体聚合物的质量比为7:1‑3:1。本发明提供的纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料，具有抗裂性能好、耐酸碱性、耐盐雾性等优点，在金属表面固化后粘结牢固，不易脱落，预期使用寿命可达30年以上。

Description

一种纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料、其制备方法及应用
技术领域
本发明属于金属材料防腐领域，具体涉及一种纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料，以及其制备方法和应用。
背景技术
金属腐蚀在我们生产、生活中处处可见。金属腐蚀引起的不良后果，既有对金属本身外表、颜色和强度等影响，还包括由这些金属制成的器械、工具和金属结构等的损坏或报废，降低了它们的利用效能，造成了巨大的损失与资源浪费。据统计，全世界钢材每年约有30％因为腐蚀而造成损失，其中10％因为变为铁锈而报废，极大浪费了资源。
在金属防腐技术中，目前以防腐涂料为主。现有技术中的三组分碳纳米管防腐蚀涂料、磷酸改性碳纳米管/环氧复合涂料等，它们的成膜物质为有机硅环氧树脂、环氧树脂等有机物，耐紫外线破坏能力一般较弱，无法在户外长期使用，需定期重复涂覆更新防腐涂层，费时费力。同时，有机防腐涂料所形成的防腐涂层普遍较薄，对抗外界物理破坏能力较差，外力作用下涂层容易出现局部脱落，影响金属防腐效果。因此，研制新型金属防腐材料，采用长效、经济的防护方法，力求实现金属长寿命防腐，具有十分重要的经济和现实意义。
发明内容
本发明的目的是在现有技术的基础上，提供一种纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料，是一种以无机-有机共固化制成复合型防腐材料，可以赋予复合防腐材料的抗裂性能，兼具无机材料耐久性和耐水性优异以及有机材料柔韧性好、伸长率大等优点，在金属表面固化后粘结牢固，粘附性能好，不易脱落，可以减少对金属腐蚀，预期使用寿命可达30年以上。
本发明的另一目的是提供上述纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料的制备方法。
本发明的又一目的是提供上述纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料施涂于金属表面的应用。
本发明的技术方案如下：
一种纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料，它包括粉料和液料；粉料由以下重量份的组分混合制成：无机胶凝材料粉料15～30份、碳纳米管0.1～0.5份、粉末填料2～8份、固态外加剂0.1～2份；液料由以下重量份的组分混合制成：液体聚合物3～10份、氨基丙胺二油酸酯0.05～0.5份、磷酸三丁酯0.01～0.1份、ECO-2300酸性高效分散剂0.01～0.1份；其中，无机胶凝材料粉料与液体聚合物的质量比为7:1-3:1。
在一种优选方案中，本发明提供的纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料，它包括粉料和液料；粉料由以下重量份的组分混合制成：无机胶凝材料粉料20～30份、碳纳米管0.2～0.5份、粉末填料2～5份、固态外加剂0.5～1.2份；液料由以下重量份的组分混合制成：液体聚合物4～8份、氨基丙胺二油酸酯0.05～0.2份、磷酸三丁酯0.01～0.5份、ECO-2300酸性高效分散剂0.01～0.08份；其中，无机胶凝材料粉料与液体聚合物的质量比为7:1-3:1。
在一种优选方案中，本发明提供的纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料，它包括粉料和液料；粉料由以下重量份的组分混合制成：无机胶凝材料粉料25～30份、碳纳米管0.3～0.4份、粉末填料3～4.5份、固态外加剂0.7～1份；液料由以下重量份的组分混合制成：液体聚合物5～7份、氨基丙胺二油酸酯0.05～0.1份、磷酸三丁酯0.01～0.04份、ECO-2300酸性高效分散剂0.01～0.04份；其中，无机胶凝材料粉料与液体聚合物的质量比为6:1-3.5:1。
本发明中，制备粉料时采用纳米碳管可以提高复合防腐材料抗开裂性能，粉末填料(例如：碳酸钙、硫酸钡、高岭土)可以提高复合防腐材料的耐酸碱性和耐盐雾性，在其他条件的配合情况下，具有耐久性和耐水性优异、耐酸碱性、耐盐雾性、柔韧性好、伸长率大等优点，在金属表面固化后粘结牢固，预期使用寿命可达30年以上。在一种优选方案中，所选用的碳纳米管内径为3-5nm，外径为8-15nm，长度为3-12μm。
本发明采用的可以为无机胶凝材料粉料为硅酸盐水泥熟料和/或铝酸盐水泥熟料。
本发明所选用的硅酸盐水泥熟料可以但不局限于，P·O 52.5硅酸盐水泥熟料或P·O 32.5硅酸盐水泥熟料。
本发明所选用的铝酸盐水泥熟料可以但不局限于，CA-50铝酸盐水泥熟料。
在一种优选方案中，硅酸盐水泥熟料与铝酸盐水泥熟料组合使用时两者的重量份配比为5:1-1:1。
本发明提及的粉末填料可以为碳酸钙、硫酸钡、高岭土或膨润土中的一种或几种。
进一步地，本发明提及的固态外加剂可以为纤维素、胶粉或纳米二氧化硅中的一种或几种。
在制备液料时，本发明采用的液体聚合物可以为不饱和聚酯和/或环氧树脂。
本发明所选用的不饱和聚酯可以但不局限于，940B-不饱和聚酯或FX-DC196不饱和聚酯树脂。
本发明所选用的环氧聚酯可以但不局限于，EP686环氧树脂或BJ-707环氧树脂改性丙烯酸。
本发明还提供了上述纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料的制备方法，它包括以下步骤：将粉料和液料进行混合、搅拌，再加水调节浆体流动度至170±5mm，即可。
在一种优选方案中，上述复合防腐材料的制备方法，它包括以下更详细的步骤：将上述粉料和液料全部加入净浆搅拌机内进行混合、搅拌，再加入自来水调节浆体粘稠度控制流动度至170±5mm，先低速(62±5r/min)搅拌2～5min，优选为3min，再高速(125±10r/min)搅拌2～5min，优选为3min，即得到纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料浆体。
本发明提供的纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料可以施涂于金属表面形成抗裂复合防腐层，具体使用方法如下：将粉料和液料进行混合、搅拌，再加水调节浆体流动度至170±5mm制成浆料，均匀施涂于打磨处理后的金属表面，待养护完全固化形成抗裂复合防腐层，其养护的条件为：温度15-25℃、相对湿度60±5％、避光、时间为28天以上。
据防腐要求及使用环境的不同，本发明使用复合防腐材料施涂于金属表面形成抗裂复合防腐层时，涂层厚度为0.5-10mm。
在金属表面施涂之前，使用砂纸打磨或喷砂的方法充分对金属表面进行处理，彻底除去金属表面锈渍、油渍和污物等，确保金属表面干净、光滑，然后通过毛刷、刮刀等工具将制得的纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料浆体均匀涂覆在打磨处理后的金属表面，试样涂层要求较厚时，为防止浆体流淌，可在金属表面放置模具辅助成形。随后在温度15-25℃、相对湿度60±5％条件下避光养护28天以上，使纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料完全固化即可。
采用本发明的技术方案，优势如下:
本发明提供的纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料，具有抗裂性能好、耐酸碱性、耐盐雾性和耐水性优异、柔韧性好、伸长率大等优点，在金属表面固化后粘结牢固，粘附性能好，不易脱落，可以减少对金属腐蚀，预期使用寿命可达30年以上。
附图说明
图1是本发明提供的纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料的制备流程。
具体实施方式
通过以下实施例并结合附图对本发明的复合防腐材料作进一步的说明，但这些实施例不对本发明构成任何限制。
如图1所示，本发明提供的纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料由粉料和液料组成。其中，粉料由无机胶凝材料粉料、碳纳米管、粉末填料以及固态外加剂混合后制成；液料由液体聚合物、氨基丙胺二油酸酯、磷酸三丁酯以及ECO-2300酸性高效分散剂混合后制成。使用时，将上述粉料和液料全部加入净浆搅拌机内进行混合、搅拌，再加入自来水调节浆体粘稠度控制流动度至170±5mm制成浆体，均匀涂覆在打磨处理后的金属表面，试样涂层要求较厚时，为防止浆体流淌，可在金属表面放置模具辅助成形。随后在温度15-25℃、相对湿度60±5％条件下避光养护28天以上，使纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料完全固化即可。
实施例1
准确称取P·O 52.5硅酸盐水泥熟料25kg、碳纳米管(内径：3-5nm，外径：8-15nm，长度：3-12μm)0.3kg、碳酸钙2.5kg、高岭土2kg、纤维素0.5kg、纳米二氧化硅0.5kg通过搅拌机搅拌预混后密封包装制得纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料粉料。称取FX-DC196不饱和聚酯树脂7kg、氨基丙胺二油酸酯0.1kg、磷酸三丁酯0.03kg、ECO-2300酸性高效分散剂0.01kg通过搅拌机搅拌预混后密封包装制得纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料液料。把上述粉料和液料全部加入净浆搅拌机内进行混合、搅拌，再加入自来水调节浆体粘稠度控制流动度(170±5)mm，先以62r/min低速搅拌3min，再以125r/min高速搅拌3min，即得到纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料浆体。施工时使用砂纸打磨金属表面，彻底除去金属表面锈渍、油渍和污物等，使金属表面干净、光滑。然后，通过毛刷将制得的纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料浆体均匀涂覆在打磨处理后的金属表面，厚度为1mm。在温度20℃、相对湿度62％条件下避光养护30天，涂覆的纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料浆体完全固化后与金属表面紧密相连，即实现对金属的防腐蚀保护。
表1性能测试结果
Figure BDA0002341229990000041
Figure BDA0002341229990000051
实施例2
准确称取CA-50铝酸盐水泥熟料30kg、碳纳米管(内径：3-5nm，外径：8-15nm，长度：3-12μm)0.4kg、硫酸钡2kg、膨润土1kg、纤维素0.3kg、纳米二氧化硅0.4kg通过搅拌机搅拌预混后预混后密封包装制得纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料粉料。称取BJ-707环氧树脂改性丙烯酸5kg、氨基丙胺二油酸酯0.08kg、磷酸三丁酯0.02kg、ECO-2300酸性高效分散剂0.01kg通过搅拌机搅拌预混后密封包装制得纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料液料。把上述粉料和液料全部加入净浆搅拌机内进行混合、搅拌，再加入自来水调节浆体粘稠度控制流动度(170±5)mm，先以62r/min低速搅拌3min，再以125r/min高速搅拌3min，即得到纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料浆体。施工时使用砂纸打磨金属表面，彻底除去金属表面锈渍、油渍和污物等，使金属表面干净、光滑。然后，通过模具辅助使浆体包覆在打磨处理后的金属表面，厚度为3mm。在温度20℃、相对湿度62％条件下避光养护40天。
表2性能测试结果
Figure BDA0002341229990000052
对比例1
在对比例1中缺少组分碳纳米管，其余组分、复合防腐材料的制备方法以及具体使用方法，均与实施例1相同。结果显示，防腐层表面出现不规则的裂纹，进行耐盐雾和耐盐水测试时，涂层表面有部分脱落。
对比例2
在对比例2中加入碳纳米管1.2kg，其余组分、复合防腐材料的制备方法以及具体使用方法，均与实施例1相同。结果显示，防腐层表面未出现明显裂纹，进行耐酸性和耐碱性测试时，涂层表面有部分脱落。
对比例3
在对比例3中缺少组分ECO-2300酸性高效分散剂，其余组分、复合防腐材料的制备方法以及具体使用方法，均与实施例2相同。结果显示，涂层时不易均匀涂布于金属表面，进行耐盐雾和耐盐水测试时，涂层表面有部分脱落。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可能对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料，其特征在于，它包括粉料和液料；所述粉料由以下重量份的组分混合制成：无机胶凝材料粉料15～30份、碳纳米管0.1～0.5份、粉末填料2～8份、固态外加剂0.1～2份；所述液料由以下重量份的组分混合制成：液体聚合物3～10份、氨基丙胺二油酸酯0.05～0.5份、磷酸三丁酯0.01～0.1份、ECO-2300酸性高效分散剂0.01～0.1份；其中，所述无机胶凝材料粉料与所述液体聚合物的质量比为7:1-3:1。
2.根据权利要求1所述的纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料，其特征在于，所述粉料由以下重量份的组分混合制成：无机胶凝材料粉料20～30份、碳纳米管0.2～0.5份、粉末填料2～5份、固态外加剂0.5～1.2份；所述液料由以下重量份的组分混合制成：液体聚合物4～8份、氨基丙胺二油酸酯0.05～0.2份、磷酸三丁酯0.01～0.5份、ECO-2300酸性高效分散剂0.01～0.08份；其中，所述无机胶凝材料粉料与所述液体聚合物的质量比为7:1-3:1。
3.根据权利要求1所述的纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料，其特征在于，所述粉料由以下重量份的组分混合制成：无机胶凝材料粉料25～30份、碳纳米管0.3～0.4份、粉末填料3～4.5份、固态外加剂0.7～1份；所述液料由以下重量份的组分混合制成：液体聚合物5～7份、氨基丙胺二油酸酯0.05～0.1份、磷酸三丁酯0.01～0.04份、ECO-2300酸性高效分散剂0.01～0.04份；其中，所述无机胶凝材料粉料与所述液体聚合物的质量比为6:1-3.5:1。
4.根据权利要求1、2或3所述的纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料，其特征在于，所述碳纳米管内径为3-5nm，外径为8-15nm，长度为3-12μm。
5.根据权利要求1、2或3所述的纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料，其特征在于，所述无机胶凝材料粉料为硅酸盐水泥熟料和/或铝酸盐水泥熟料；优选地，所述硅酸盐水泥熟料为P·O 52.5硅酸盐水泥熟料或P·O 32.5硅酸盐水泥熟料；所述铝酸盐水泥熟料为CA-50铝酸盐水泥熟料。
6.根据权利要求1、2或3所述的纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料，其特征在于，所述粉末填料为碳酸钙、硫酸钡、高岭土或膨润土中的一种或几种。
7.根据权利要求1、2或3所述的纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料，其特征在于，所述固态外加剂为纤维素、胶粉或纳米二氧化硅中的一种或几种。
8.根据权利要求1、2或3所述的纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料，其特征在于，所述液体聚合物为不饱和聚酯和/或环氧树脂；优选地，所述不饱和聚酯为940B-不饱和聚酯或FX-DC196不饱和聚酯树脂；所述环氧树脂为EP686环氧树脂或BJ-707环氧树脂改性丙烯酸。
9.权利要求1所述的纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：将粉料和液料进行混合、搅拌，再加水调节浆体流动度至170±5mm，即可。
10.权利要求1所述的纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料施涂于金属表面的应用，其特征在于，将权利要求1至3中任一项所述的纳米碳管改性抗裂型复合防腐材料中的粉料和液料进行混合、搅拌，再加水调节浆体流动度至170±5mm制成浆料，均匀施涂于打磨处理后的金属表面，待养护完全固化形成抗裂复合防腐层，其养护的条件为：温度15-25℃、相对湿度60±5％、避光、时间为28天以上。
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