CN113429816A - 一种涂覆在金属表面的抗粉化硅酸盐涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种涂覆在金属表面的抗粉化硅酸盐涂料，内容包括涂料的配方以及制备流程；本发明公开的抗粉化硅酸盐涂料的原料包含二氧化钛、二氧化硅纳米胶体、三氧化二铝、硅酸钠、三氧化二硼、甘油、天然滑石以及其他添加剂；所述涂料配方中加入甘油降低涂层的表面张力，使涂层更为平整光滑；在高温环境下，涂层形成以硅氧键为主的网络，同时三氧化二铝形成铝氧四面体进入到此网络中，提高涂层的致密性；三氧化二硼和天然滑石则降低涂层的热膨胀系数，抵抗热应力所带来的收缩或膨胀，增强涂层的热震稳定性以及抗化学侵蚀能力，提升涂层的附着力及抗粉化性能；在20‑400℃的温度区间，涂层表面致密光滑，且无开裂粉化；涂料制备方法简单，设备要求低。
Description
技术领域
本发明涉及涂层技术，具体内容为一种涂覆在金属表面的抗粉化硅酸盐涂料配方和制备流程。
背景技术
随着科学技术的进一步发展，关于金属材料的保护是一个越来越值得重视的问题；在现代工业中，用于金属保护的涂料主要有油性有机漆料和陶瓷涂料；油性有机漆料适用范围广，成膜性和密闭性优异，但是通常无法满足高温环境的要求并且释放大量VOC，环境污染比较严重，而陶瓷涂料则具有较高的成本和比较复杂的操作工艺；现有的硅酸盐保护涂料，主要成分包括硅酸盐基料，填充料以及其他添加剂，基料和其他填充料在高温情况下可以形成以硅氧键为主的网状结构，虽然在高温环境下可以稳定存在，但在工作环境的温度发生剧烈变化时，会导致涂层中整个网状结构中的弱键发生断裂，涂层发生粉化脱落，最终防护失效。
在此，提出一种硅酸盐涂料，所涂覆的涂层具有高附着力和抗粉化性，以保护温度剧烈变化环境下的金属部件，延长金属部件的工作寿命；本发明所公开的抗粉化硅酸盐涂料在高温下可以形成含有铝氧四面体的硅氧网络结构，铝氧四面体则是由三氧化二铝夺取非桥氧所形成，这使整个涂层趋于紧密的状态，提高了涂层的结合稳定性及致密度；本发明所公开的抗粉化硅酸盐涂料，改良了传统配方，加入了少量的甘油，降低了涂层表面的张力，使涂层更平整光滑；加入的三氧化二硼和天然滑石，降低了涂层的热膨胀系数，在受到剧烈的温度变化时能够良好的抵抗热应力所带来的收缩或膨胀，大大增强了涂层的热震稳定性以及抗化学侵蚀能力，防止涂层在骤冷骤热下开裂粉化。
发明内容
(一)解决的技术问题
根据现有硅酸盐涂料的不足之处，提出以硅酸钠为主要原料的硅酸盐涂料配方，提高涂层的附着力以及抗粉化性能；由此配方制备的涂料所形成的涂层，在20-400℃温度区间下，涂层表面保持光滑且无开裂粉化现象，具有能够在高温环境下保护金属部件的优异效果。
(二)发明技术方案
本发明公开了一种抗粉化硅酸盐涂料，所述抗粉化硅酸盐涂料由如下质量配比原料组成：二氧化硅纳米胶体05-0.9份、硅酸钠71.4-84.9份、二氧化钛4.7-9.4份、三氧化二铝1.6-3.6份、三氧化二硼1.8-3.8份、甘油0.01-0.03份、流平剂0.9-3.9份、分散剂0.9-3.9份、天然滑石0-1份。
所述三氧化二硼需要进行预处理，保证三氧化二硼具有较小的颗粒度，处理方式是将40-60目的三氧化二硼中加入适量酒精球磨8h后，用去离子水离心，取出置于烘箱60℃烘干，得到10-30μm的三氧化二硼微粒。
所述二氧化硅纳米胶体由25w％的氨水、乙醇、正硅酸乙酯、丙酮、明胶粉末制备而成。制备方法为：
(1)所述3份氨水和50份乙醇混合，600rad/min搅拌4h，加入正硅酸乙酯在室温下反应1h，在零下4℃过夜。然后离心、洗涤、干燥得到二氧化硅纳米粒子；
(2)所述明胶粉末在50℃下溶于去离子水中，在搅拌过程中加入丙酮得到高分子量明胶，再加入由(1)所得二氧化硅纳米粒子，继续搅拌得到二氧化硅纳米胶体。
所述抗粉化硅酸盐涂料需要将一定配比的二氧化钛、三氧化二铝、预处理的三氧化二硼混合并加入适量酒精进行球磨，用去离子水离心，置于烘箱60℃烘干，得到预处理的混合物。
所述抗粉化硅酸盐涂料需要将预处理混合物烘干后的粉末加入一定量的硅酸钠粘结剂、流平剂、分散剂，用球磨机球磨均匀后，加入二氧化硅纳米胶体、甘油、天然滑石继续球磨至均匀即得。
所述抗粉化硅酸盐涂料涂覆在经800、1200、2000目砂纸打磨后的金属材料表面，目的是为了去掉表面氧化物及污垢，方法是用乙醇溶液擦拭，自然晾干，然后用丙酮溶液擦拭进行脱脂。
所述抗粉化硅酸盐涂料通过刷涂方式将所述抗粉化硅酸盐涂料涂覆在金属表面上，厚度约为40μm，涂层需要在80℃下固化成型。
(三)发明有益效果
与现有的涂料技术相比，本发明提供了一种以硅酸钠为主要原料的硅酸盐涂料配方，此配方中加入了二氧化硅纳米胶体，其中含有明胶粒子以及二氧化硅粒子，在这两种粒子作用下，涂层中更容易形成范德华键，使得涂层具有更强的稳定性；在高温环境下涂层可以形成硅氧网络结构，同时三氧化二铝的存在，可以夺取非桥氧形成铝氧四面体进入到涂层的硅氧网络中，使整个涂层趋于紧密的状态，减小了开裂的风险；而甘油的加入，降低了涂层表面的张力，使涂层表面更为平整光滑；天然滑石则具有较高的二氧化硅含量，低的失重率，降低了涂层在冷热温度剧烈变化下的膨胀能力，在受到剧烈的温度变化时能够良好的抵抗热应力所带来的收缩或膨胀，大大增强了涂层的热震稳定性以及抗化学侵蚀能力，并且涂层中二氧化钛被紧密的硅氧网络所束缚，不易析出涂层表面，造成粉化，破坏涂层内部结构；本发明所公开抗粉化硅酸盐涂料所形成的涂层可以在400℃高温下稳定存在，不会产生裂纹或者凸起，具有高附着力以及抗粉化性能，能够有效的保护温度剧烈变化环境下工作的金属部件。
具体实施方式
下面通过具体的实施例，对本发明进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例中所用的原料、试剂或者装置如无特殊说明，均可从商业途径得到或者从已公开的方法制备。
实施例1
按配方称取二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝，细化过的三氧化二硼混合后加入酒精，球磨12h，用去离子水离心，置于烘箱60℃烘干后，研磨得到混合物粉末。
将干燥后的混合物粉末加入硅酸钠粘结剂以及一定组分的流平剂、分散剂和去离子水球磨8h后得到混合组分。
将混合组分加入二氧化硅纳米胶体、甘油以及天然滑石，继续球磨4h至均匀状态得到所需涂料。
对所要保护的金属板材表面(此处使用的是Q235钢片)进行800、1200、2000目砂纸打磨，去掉表面氧化物及污垢，用乙醇溶液擦拭，自然晾干，然后用丙酮溶液擦拭进行脱脂。
将所得涂料均匀涂覆在金属板材表面上，置于马弗炉中以5℃/min的速率升温，升温到200℃，保温运行2h，待炉中冷却到室温。
将冷却到室温下的金属板材继续置于马弗炉中以5℃/min的速率升温，升温到400℃，保温运行2h，待炉中冷却到室温。
将高温环境运行后的带有涂层的金属板材进行附着力测试，选用划格刀片间距1mm的刀具，在试片涂层上切割6道相互平行的、间距相等的切痕，然后再垂直切割与前者切割道数及间距相同的切痕；用软毛刷沿方格的两对角线方向轻轻刷掉切屑，并用标准胶带粘贴并缓缓撕下，然后检查并评价涂层附着性能；经检验后，附着力良好，未发生粉化脱落现象。
实施例2
按配方称取二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝，细化过的三氧化二硼混合后加入酒精，进行球磨12h，用去离子水离心，置于烘箱60℃烘干，研磨得到混合物粉末。
将干燥后的混合物粉末加入硅酸钠粘结剂以及一定组分的流平剂、分散剂和去离子水球磨8h后得到混合组分。
将混合组分加入二氧化硅纳米胶体、甘油以及天然滑石，继续球磨4h至均匀状态得到所需涂料。
对所要保护的金属板材表面(此处使用的是Q235钢片)进行800、1200、2000目砂纸打磨，去掉表面氧化物及污垢，用乙醇溶液擦拭，自然晾干，然后用丙酮溶液擦拭，在干燥后用乙醇溶液擦拭。
将所得混合均匀的涂料均匀涂覆在金属板材表面上，置于马弗炉中以5℃/min的速率升温，升温到200℃，保温运行2h，待炉中冷却到室温。
将冷却到室温下的金属板材继续置于马弗炉中以5℃/min的速率升温，升温到400℃，保温运行2h，待炉中冷却到室温。
将高温环境运行后的带有涂层的金属板材进行附着力测试，选用划格刀片间距1mm的刀具，在试片涂层上切割6道相互平行的、间距相等的切痕，然后再垂直切割与前者切割道数及间距相同的切痕；用软毛刷沿方格的两对角线方向轻轻刷掉切屑，并用标准胶带粘贴并缓缓撕下，然后检查并评价涂层附着性能；经检验后，附着力较好，未发生脱落粉化现象。
实施例3
按配方称取二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝，细化过的三氧化二硼混合后加入酒精，进行球磨12h，用去离子水离心，置于烘箱60℃烘干，研磨得到混合物粉末。
将干燥后的混合物粉末加入硅酸钠粘结剂以及一定组分的流平剂、分散剂和去离子水球磨8h后得到混合组分。
将混合组分加入二氧化硅纳米胶体、甘油以及天然滑石，继续球磨4h至均匀状态得到所需涂料。
对所要保护的金属材料表面(此处使用的是Q235钢片)进行800、1200、2000目砂纸打磨，去掉表面氧化物及污垢，用乙醇溶液擦拭，自然晾干，然后用丙酮溶液擦拭进行脱脂。
将所得混合均匀的涂料均匀涂覆在金属板材表面上，置于马弗炉中以5℃/min的速率升温，升温到200℃，保温运行2h，待炉中冷却到室温。
将冷却到室温下的金属板材继续置于马弗炉中以5℃/min的速率升温，升温到400℃，保温运行2h，待炉中冷却到室温。
将高温环境运行后的带有涂层的金属板材进行附着力测试，选用划格刀片间距1mm的刀具，在试片涂层上切割6道相互平行的、间距相等的切痕，然后再垂直切割与前者切割道数及间距相同的切痕；用软毛刷沿方格的两对角线方向轻轻刷掉切屑，并用标准胶带粘贴并缓缓撕下，然后检查并评价涂层附着性能。经检验后，附着力较好，未发生脱落粉化现象。
Claims (6)
1.一种涂覆在金属表面的抗粉化硅酸盐涂料，其特征在于，这种抗粉化硅酸盐涂料的成分包含硅酸钠、二氧化硅纳米胶体、二氧化钛、三氧化二铝、三氧化二硼、甘油、天然滑石以及其他添加剂。
2.根据权利要求1所述的一种涂覆在金属表面的抗粉化硅酸盐涂料，其特征在于，按重量份计，主要由以下成分组成：
3.根据权利要求1所述的一种涂覆在金属表面的抗粉化硅酸盐涂料，其特征在于，原料中的二氧化硅纳米胶体由25w％的氨水、乙醇、正硅酸乙酯、丙酮、明胶粉末制备而成；制备方法为：
(1)3份所述氨水和50份所述乙醇混合，600rad/min搅拌4h，加入正硅酸乙酯在室温下反应1h，在零下4℃过夜；然后离心、洗涤、干燥得到二氧化硅纳米粒子；
(2)所述明胶粉末在50℃下溶于一定量的去离子水，在搅拌过程中加入丙酮得到高分子量明胶，再加入二氧化硅纳米粒子，搅拌得到二氧化硅纳米胶体。
4.根据权利要求1所述的一种涂覆在金属表面的抗粉化硅酸盐涂料，其特征在于，原料中天然滑石包括水镁石、菱镁矿、水菱镁矿，水镁石、菱镁矿、水菱镁矿属于含高SiO2含量的矿石。
5.根据权利要求1所述的一种涂覆在金属表面的抗粉化硅酸盐涂料，其特征在于，原料中三氧化二硼需要处理成大小为10μm-30μm的微粒。
6.根据权利要求1所述的一种涂覆在金属表面的抗粉化硅酸盐涂料，其特征在于，还涉及一种制备方法，其步骤为：
(1)一定配比的二氧化钛、三氧化二铝、三氧化二硼混合后，加入酒精进行球磨，球磨12h后，用去离子水离心，取出置于烘箱60℃烘干，并研磨成粉末；
(2)将研磨后的粉末加入一定量的硅酸钠粘结剂、去离子水、流平剂、分散剂，用球磨机进行球磨，球磨均匀后，加入二氧化硅纳米胶体、甘油、天然滑石继续球磨至均匀，即得到所需抗粉化硅酸盐涂料。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112592142A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-04-02 | 浙江创想节能科技有限公司 | 一种设备用耐高温隔音降噪涂层及其制备方法 |
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2021
- 2021-07-15 CN CN202110802126.0A patent/CN113429816A/zh active Pending
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