CN113777174A - 一种用于建筑或桥梁钢结构的超声波探伤耦合剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于建筑或桥梁钢结构的超声波探伤耦合剂及其制备方法。该超声波探伤耦合剂按质量份数计包括以下组分：水性醇酸树脂10‑25份，氧化石墨烯0.1‑0.5份，消泡剂0.02‑0.05份，增稠剂1‑3份，乳化剂0.1‑0.3份，催干剂0.1‑0.2份，水75‑85份。通过先将水性醇酸树脂和氧化石墨烯用高速搅拌机混合均匀后，再依次加入水、消泡剂、增稠剂、乳化剂和催干剂，混合均匀后制备得到。该耦合剂具有优良的超声波耦合性能、在完成探测后无需清洗，可自然快速干燥成膜，长效稳定，对建筑或桥梁钢结构表面有优良的防腐耐磨性能，化学添加剂量小，对人体无毒副作用且VOC排放低。

Description

一种用于建筑或桥梁钢结构的超声波探伤耦合剂及其制备 方法

技术领域

本发明涉及耦合剂技术领域，具体涉及一种用于建筑或桥梁钢结构的超声波探伤耦合剂及其制备方法。

背景技术

超声波探伤或测厚时，会先在被测工件表面涂抹一层透声介质，这层介质就叫耦合剂，也叫超声波耦合剂、干粉耦合剂(稀释后使用)、探伤耦合剂等。超声波耦合剂是指在探头与工件表面之间施加的一层透声介质。超声波耦合剂的主要作用是排除探头与被测工件表面之间的空气，使超声波能有效地穿入被测工件，保证探测面上有足够的声强透射率，以达到检测的目的。此外，有一定流动性的耦合剂还可以减小摩擦，在用直接接触法检测时对探头在工件上移动起到润滑及延长探头使用寿命的作用。

超声波耦合剂主要用于工业探伤、工业测厚。超声波耦合剂适用于锅炉,压力容器,造船，建筑钢结构等。超声波耦合剂适用于钢板、焊接、铸件、锻件的超声波探伤检测和测厚检测。然而工业耦合剂主要是以机油、化学浆糊，或者是商品化的家用洗洁精等作为耦合剂。

除了压力容器,造船等行业所使用的超声波探伤用耦合剂外，使用量最大，范围最广泛的是普通工业、民用建筑钢结构所使用的超声波探伤用耦合剂，其必须有来源方便，价格低廉，对后期涂装影响小的特点，目前主要使用化学浆糊或者洗洁精。随着市场竞争逐渐激烈，使用工况发生了变化，对超声波探伤用耦合剂的要求逐渐提高。超声波探伤不仅要求打磨焊缝而且要求打磨焊缝两侧50mm-150mm宽的范围。超声波探伤用耦合剂使用完后，没有时间和成本进行仔细清理。一般是简单擦拭清理，或者等待耦合剂干燥后直接进行抛丸除锈，然后开展油漆涂刷工作。但是化学浆糊或者洗洁精这些传统的超声波探伤用耦合剂中通常含有使表面致蚀的成分,如氯离子、醋酸根离子,高浓度的氢氧根离子等，要完全消除几乎是不可能的。与使用矿物油后清除表面的情况相似，凭借清洗的方法清除焊缝及打磨表面，不仅需要支付颇大的成本，而且还花费很大的工作量，它在实际操作环境中有时是无法清除的。因此，不仅要解决腐蚀问题保护产品，还要解决使生产得以顺利进行的问题。

因此现有技术中制备的超声波探伤用耦合剂，由于缺少防腐耐磨活性官能团，在耦合剂涂覆在金属表面以后会导致对金属的防护能力弱，造成局部锈蚀；另外，化学添加剂用量多，且需要支付高昂成本和增加工作量来清洗探测后的焊缝残留耦合剂，以及打磨表面，增加了大气污染物(VOC)排放。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于建筑或桥梁钢结构的超声波探伤耦合剂及其制备方法，具有优良的超声波耦合性能，在完成探测后无需清洗，可自然快速干燥成膜，长效稳定，对钢结构表面有优良的防腐耐磨性能，化学添加剂量小，对人体无毒副作用。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

提供一种用于建筑或桥梁钢结构的超声波探伤耦合剂，按质量份数包括以下组分：水性醇酸树脂10-25份，氧化石墨烯0.1-0.5份，消泡剂0.02-0.05份，增稠剂1-3份，乳化剂0.1-0.3份，催干剂0.1-0.2份，水75-85份。

按上述方案，所述消泡剂为有机硅消泡剂BYK-028和Tego-810中一种或混合物。

按上述方案，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素或RM-8W(疏水改性聚氨酯)。

按上述方案，所述乳化剂为异构醇醚或醇醚羧酸盐。

按上述方案，所述催干剂为ZH-101、123Aqua(复合型水性催干剂)和WD06(水性Co催干剂)中的一种或混合物。

按上述方案，所述水性醇酸树脂为水性醇酸树脂AK-389、W6001和水性超支化丙烯酸改性醇酸树脂D106A中的一种或混合物。

提供一种上述用于建筑或桥梁钢结构的超声波探伤耦合剂的制备方法，具体包括以下步骤：

将水性醇酸树脂10-25份和氧化石墨烯0.1-0.5份用高速搅拌机混合均匀后，再依次加入水75-85份，消泡剂0.02-0.05份，增稠剂1-3份，乳化剂0.1-0.3份和催干剂0.1-0.2份，混合均匀后得到用于建筑或桥梁钢结构的超声波探伤耦合剂。

本发明以水为溶剂，以水性醇酸树脂为主体组分，通过氧化石墨烯进行改性，再配合消泡剂、增稠剂、乳化剂和催干剂等添加剂，得到一种建筑钢结构用超声波探伤耦合剂。其中：水性醇酸树脂以水为分散介质，可以大幅降低大气污染物(VOC)排放，绿色环保，原料易得且价格低廉。在超声波探伤用耦合剂中添加氧化石墨烯GO：首先，稳定的sp²杂化结构使其能在金属与活性介质间形成物理阻隔层，阻止扩散渗透的进行；其次，石墨烯具有很好的热稳定性和化学稳定性，同时还兼具高的强度，并进一步降低涂层厚度，增加对基材的附着力，提升超声波探伤用耦合剂的防腐耐磨性。GO属于纳米材料，作为防腐耐磨添加剂，添加量大幅减少，无毒副作用，可降低VOC排放。微量增稠剂，提供良好流平性、均匀的成膜性能、光泽展现性和高增稠效率，较好的形成保护膜，不易反水吸潮而产生锈蚀。由于本发明耦合剂以水为溶剂，水的挥发速度较慢、表面张力高以及干燥过程更易受到湿度等影响。钴类催干剂有较好的催表干作用，而复合催干剂含有可与钴起辅助催干以及协同催干的金属元素，有较好的实干作用，因此本发明添加适量催干剂后加速了耦合剂成膜时间，减少了金属表面的暴露时间，也利于防止腐蚀。此外，由于水的表面张力大，因此水性涂料很容易产生气泡，同时大量的亲水物质和乳化剂的加入，经常会起到稳泡的作用，导致水性涂料漆膜外观较差。添加消泡剂能够在一定程度上消除涂料体系中的气泡，而有机硅类消泡剂的消泡效果显著、化学稳定性好、生理惰性：已被证明对人畜没有毒性。醇醚羧酸盐AEC是一类新型的多功能阴离子表面活性剂，它的一般结构式为：R-(OCH₂CH₂)nOCH₂COONa(H)，与肥皂十分相似，但嵌入的EO链使其兼备阴离子和非离子表面活性剂的特点，可以在广泛的pH条件下使用。异构醇醚属非离子型表面活性剂，主要分为异构十醇聚氧乙烯醚、异构十一醇聚氧乙烯醚、异构十三醇聚氧乙烯醚等几种。异构醇醚或醇醚羧酸盐类乳化剂能有效降低表面张力，提高体系分散性和润湿剂性能，具有良好的配伍性能，能与任何离子型或表面活性剂配伍，尤其对阳离子的调理性能没有干扰，易生物降解，价格低廉，且无毒，使用安全。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明提供的建筑或桥梁钢结构用超声波探伤耦合剂以水为溶剂，是以水性醇酸树脂为主体组分，通过氧化石墨烯进行改性，再配合消泡剂、增稠剂、乳化剂和催干剂等添加剂得到的；该耦合剂具有优良的超声波耦合性能、在完成探测后无需清洗，可自然快速干燥成膜，长效稳定，对建筑或桥梁钢结构表面有优良的防腐耐磨性能，化学添加剂量小，对人体无毒副作用且VOC排放低。

2.本发明与常用防腐油漆相容性好，可以直接涂刷油漆，不影响后期涂装，节省大量时间和费用。

3.制备方法简单，简单混合即可制备得到，具有工业化应用前景。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

(1)耦合剂的制备：AK-389水性醇酸树脂15份和氧化石墨烯0.2份用高速搅拌机混合均匀后加入调漆罐中，开启高速搅拌机，依次加入纯净水78份，Tego-810消泡剂0.03份、增稠剂羟丙基甲基纤维素2份，乳化剂异构十醇聚氧乙烯醚0.2份，123Aqua催干剂0.15份、混合均匀后，得到氧化石墨烯改性的建筑或桥梁钢结构用超声波探伤耦合剂。

(2)对比试验方法：

使用材料有，灰色无机富锌底漆，Q345B钢板，耦合剂有本发明实施例1，2，3所得超声波探伤耦合剂，洗洁精和化学浆糊。钢板试验面表面打磨处理，粗糙度RZ25-50。涂刷耦合剂以后不处理表面，自然干燥。抛丸处理后，涂刷油漆到干漆膜厚度250-300(微米)。

油漆附着力试验：使用本实施例耦合剂的油漆附着力大于5MPa，符合标准要求。使用洗洁精，化学浆糊的油漆附着力均小于5MPa，不符合标准要求。

耐久性锈蚀试验：对比样品放在室外，历经90天，180天，270天观察试件表面情况。可以观察到使用本实施例耦合剂的油漆表面和不使用耦合剂的油漆表面一样平整无锈蚀。历经90天到270天使用洗洁精的油漆表面不平整且有点状锈蚀占比从10％增长到40％。历经90天到270天使用化学浆糊的油漆表面不平整且有点状锈蚀、片状锈蚀占比从70％增长到100％。试验数据表明本发明因为与常用防腐油漆相容性好，油漆表面平整，且不会锈蚀金属表面。试验结果见表1。

实施例2

提供一种超声波探伤用耦合剂，由以下质量份数的原料制成：W6001水性醇酸树脂20份，氧化石墨烯0.3份，纯净水80份，BYK-028消泡剂0.04份，RM-8W增稠剂1.5份，醇醚羧酸盐AEC-9Na 0.2份，ZH-101催干剂0.15份。制备方法和试验方法同实施例1，结果见表1。

实施例3

提供一种超声波探伤用耦合剂，由以下质量份数的原料制成：水性超支化丙烯酸改性醇酸树脂D106A 16份，氧化石墨烯0.15份，纯净水84份，消泡剂BYK-028和Tego-810分别0.01份混合，羟丙基甲基纤维素1.5份，ZH-101催干剂0.08份与WD06水性Co催干剂0.05份混合，异构十醇聚氧乙烯醚0.15份。

制备方法和试验方法同实施例1，结果见表1。

表1为实施例1-3、化学浆糊和洗洁精的性能对比数据。

表1

因此从上述超声波耦合试验数据看出本发明的耦合剂与已有的耦合剂相比具有更优良的耦合性能，而且无需清洗，自然形成防腐耐磨漆膜。此外本发明的耦合剂制备方法简单、成本低、毒性小、对人体安全可靠，为使用量最大，范围最广泛的普通工业、民用建筑钢结构或桥梁钢结构探伤检查提供了一种绿色环保，配制简单的超声波探伤用耦合剂，具有很好的应用前景。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改变、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于建筑或桥梁钢结构的超声波探伤耦合剂，其特征在于，按质量份数计包括以下组分：水性醇酸树脂10-25份，氧化石墨烯0.1-0.5份，消泡剂0.02-0.05份，增稠剂1-3份，乳化剂0.1-0.3份，催干剂0.1-0.2份，水75-85份。

2.根据权利要求1所述的超声波探伤耦合剂，其特征在于，所述消泡剂为有机硅消泡剂BYK-028和Tego-810中一种或混合物。

3.根据权利要求1所述的超声波探伤耦合剂，其特征在于，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素或RM-8W。

4.根据权利要求1所述的超声波探伤耦合剂，其特征在于，所述乳化剂为异构醇醚或醇醚羧酸盐。

5.根据权利要求1所述的超声波探伤耦合剂，其特征在于，所述催干剂为ZH-101、123Aqua和WD06中的一种或混合物。

6.根据权利要求1所述的超声波探伤耦合剂，其特征在于，所述水性醇酸树脂为水性醇酸树脂AK-389、W6001和水性超支化丙烯酸改性醇酸树脂D106A中的一种或混合物。

7.一种权利要求1-6任一项所述的用于建筑或桥梁钢结构的超声波探伤耦合剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

将水性醇酸树脂10-25份和氧化石墨烯0.1-0.5份用高速搅拌机混合均匀后，再依次加入水75-85份，消泡剂0.02-0.05份，增稠剂1-3份，乳化剂0.1-0.3份和催干剂0.1-0.2份，混合均匀后得到用于建筑或桥梁钢结构的超声波探伤耦合剂。