CN113881313A - 一种环保型润滑耐磨水性环氧涂料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种环保型润滑耐磨水性环氧涂料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于润滑耐磨涂料技术领域，特别公开了一种环保型润滑耐磨水性环氧涂料及其制备方法与应用。所述包括如下步骤：(1)将正硅酸乙酯、硅烷偶联剂、水、乙醇混合均匀后获得无机组份配料A；(2)将环氧树脂与固化剂加入无机组分配料A中，继续充分混合均匀，获得有机‑无机杂化粘结剂；(3)将经乙醇分散好的聚四氟乙烯粉末加入至有机‑无机杂化粘结剂中，搅拌后获得环保型润滑耐磨水性环氧涂料。本发明为了改善环氧涂料的耐磨润滑性能，通过将TEOS与硅烷偶联剂水解缩合形成无机网络，并引入到环氧涂料中，并添加了PTFE作为润滑剂，并通过简单的喷涂及热处理制得耐磨润滑涂层。

Description

一种环保型润滑耐磨水性环氧涂料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于润滑耐磨涂料技术领域，特别涉及一种环保型润滑耐磨水性环氧涂料及其制备方法与应用。
背景技术
民用船舶、军用舰船、石油采集平台、海上风力发电装置、深海平台等重要海洋设施，因材料腐蚀而造成严重的经济损失。这些装置的关键受力部件材料在海洋盐雾等极端恶劣且多变工作环境下，由于摩擦损伤导致涂层防腐失效。环氧树脂作为一种热固性材料，具有机械强度高、化学稳定性好、附着力强、耐老化性好、耐水性强等特点，作为性能优异的粘结剂被广泛应用于汽车、船舶、航天、电子等重要工业领域。但是环氧的高度交联网络结构导致脆性和差的耐磨性，传统的环氧涂料已经无法满足海洋工程中某些活动部件上的润滑防腐要求。因此改善环氧涂料的耐磨性是一项具有重要意义的工作。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种环保型润滑耐磨水性环氧涂料的制备方法。
本发明另一目的在于提供上述方法制备得到的环保型润滑耐磨水性环氧涂料。
本发明再一目的在于提供上述环保型润滑耐磨水性环氧涂料在制备润滑耐磨材料中的应用中的应用。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种环保型润滑耐磨水性环氧涂料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将正硅酸乙酯(TEOS)、硅烷偶联剂、水、乙醇混合均匀后获得无机组份配料A；
(2)将环氧树脂与固化剂加入无机组分配料A中，继续充分混合均匀，获得有机-无机杂化粘结剂；
(3)将经乙醇分散好的聚四氟乙烯(PTFE)粉末加入至有机-无机杂化粘结剂中，搅拌后获得环保型润滑耐磨水性环氧涂料(杂化-PTFE环氧复合涂料)。
步骤(1)所述TEOS、硅烷偶联剂、水、乙醇的质量比例为0.3:1:1～2:2～4，优选为0.3:1:2:4。
步骤(1)所述硅烷偶联剂为KH550、KH560和KH570中的至少一种。
步骤(1)所述混合均匀为将正硅酸乙酯、硅烷偶联剂、水、乙醇混合后搅拌10～30min。
步骤(2)所述环氧树脂与步骤(1)所述正硅酸乙酯的质量比例为100：3～15。
步骤(2)所述固化剂与环氧树脂的质量比例为3：8～12，优选为3：10。
步骤(3)所述的杂化-PTFE复合涂料中PTFE与有机-无机杂化粘结剂的质量比例为0.2～1.2：1，优选为0.4～0.8：1。
一种环保型润滑耐磨水性环氧涂料，通过上述方法制备得到。
一种耐磨涂层的制备方法，具体为，将所得环保型润滑耐磨水性环氧涂料采用冷喷涂的方式在基体上成膜，热固化后获得固体润滑耐磨涂层。
所述的热固化具体进行分阶段处理，60～100℃阶段为水分子与乙醇分子蒸发阶段，180～200℃为涂层加速交联固化阶段。更具体为，在60～80℃固化1～3h，然后在80～100℃固化1～3h，再于180～200℃下固化0.5～2h。
所述环保型润滑耐磨水性环氧涂料在制备耐磨材料中的应用。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
本发明为了改善环氧涂料的耐磨润滑性能，通过将TEOS与硅烷偶联剂KH550水解缩合形成无机网络，并引入到环氧涂料中，并添加了PTFE作为润滑剂，并通过简单的喷涂及热处理制得耐磨润滑涂层。且由于水解缩合产物所形成的Si-O-Si无机网络的引入，可以极大地提升环氧涂料的机械强度，增强耐磨性能。另一方面，化学稳定性优异的PTFE作为固体润滑剂的引入，增强涂料防腐性能的同时，进一步提升涂料的润滑性能，降低磨损。通过简单的机械搅拌方式制备出一种杂化-PTFE环氧复合涂料，并通过冷喷涂成膜，烘箱固化，最终获得耐磨润滑特性优异的防腐环氧涂层。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例中所用试剂如无特殊说明均可从市场常规购得。
实施例1
将0.3g TEOS、2g水、4g乙醇、1.0g KH550依次加入至容器中磁力搅拌10min、20min、30min，加入10g环氧树脂与3g固化剂后继续搅拌20min获得不同分散程度的杂化环氧涂料，喷涂于经过喷砂清洗后的不锈钢基材上，获得不同分散性的环氧涂层，每种涂层的喷涂厚度一致(50μm左右)放入烘箱固化，固化温度为60℃2小时，90℃2小时，190℃1小时，获得固化后的涂层，使用白光干涉仪测量涂层表面的粗糙度结果如下：
表1
序号 搅拌时间(min) 涂层表面粗糙度(μm)
1 10 0.35±0.03
2 20 0.38±0.02
3 30 0.42±0.01
实施例2
按照表2进行配比，A组分加入后仅此30min的磁力搅拌器，加入10g环氧树脂与3g固化剂后继续搅拌20min，获得理论0％～15％的有机-无机杂化涂料，喷涂于经过喷砂清洗后的不锈钢基材上，获得不同的杂化环氧涂层，每种涂层的喷涂厚度一致(100μm左右)放入烘箱固化，固化温度为60℃2小时，90℃2小时，190℃1小时，获得固化后的涂层，使用白光干涉仪测量涂层表面的粗糙度，并进行了纳米压痕测测试获得涂层硬度，使用直径为6mm的轴承钢钢球，采用载荷在5N，频率5Hz，摩擦长度108m，进行了摩擦磨损测试，具体测试结果如表3所示。
表2
Figure BDA0003310217420000041
表3
Figure BDA0003310217420000042
Figure BDA0003310217420000051
实施例3
将0.9g TEOS、6g水、12g乙醇、3.0g KH550依次加入至容器中磁力搅拌30min获得A组分，将10g环氧树脂与3g固化剂加入无机组分配料A中。将PTFE粉末以0.2：1，0.4：1，0.6：1，0.8：1，1.0：1，1.2：1的质量比加入杂化粘结剂B中，继续搅拌20分钟，获得杂化-PTFE环氧复合涂料C，喷涂于经过喷砂清洗后的不锈钢基材上，获得不同的PTFE-杂化环氧涂层，每种涂层的喷涂厚度一致(100μm左右)放入烘箱固化，固化温度为60℃2小时，90℃2小时，190℃1小时，获得固化后的涂层，使用白光干涉仪测量涂层表面的粗糙度，使用直径为6mm的轴承钢钢球，采用载荷在10N，频率5Hz，摩擦长度108m，进行了摩擦磨损测试，具体测试结果如表4所示。
表4
Figure BDA0003310217420000052
Figure BDA0003310217420000061
对比例1
将0.3g TEOS、2g水、4g乙醇、1.0g KH550依次加入至容器中磁力搅拌0min，5min，40min，加入环氧树脂与固化剂后继续搅拌20min获得不同分散程度的杂化环氧涂料，喷涂于经过喷砂清洗后的不锈钢基材上，获得不同分散性的环氧涂层，每种涂层的喷涂厚度一致(50μm左右)放入烘箱固化，固化温度为60℃2小时，90℃2小时，190℃1小时，获得固化后的涂层，测量表面粗糙度及显微硬度，结果如下：
表5
序号 搅拌时间(min) 显微硬度(HV) 涂层表面粗糙度(μm)
1 0 14 0.35±0.01
2 5 16 0.36±0.01
3 40 19 2.40±0.07
对比例2
将0.3g TEOS、2g水、4g乙醇、1.0g KH550依次加入至容器中磁力搅拌30min，加入环氧树脂与固化剂后继续搅拌20min获得杂化环氧涂料，喷涂于经过喷砂清洗后的不锈钢基材上，获得同一涂层，每种涂层的喷涂厚度一致(50μm左右)放入烘箱固化，将涂层分为A、B、C三组，A组固化温度为190℃1小时；B组固化温度为30℃2小时，90℃2小时，190℃1小时；C组固化温度为60℃2小时，90℃2小时，220℃1小时，获得固化后的涂层A、B、C，结果如下：
表6
Figure BDA0003310217420000062
Figure BDA0003310217420000071
对比例3
将0.3g、0.6g、0.9g的TEOS、2g水、4g乙醇、2.0g、3g、4g KH550依次加入至容器中磁力搅拌30min，加入10g环氧树脂与3g固化剂后继续搅拌20min，获得九种杂化比例下的杂化涂料，配置好后的涂料情况如表7所示：
表7
Figure BDA0003310217420000072
对比例4
将0.9g TEOS、6g水、12g乙醇、3.0g KH550依次次加入至容器中磁力搅拌30min获得A组分，将10g环氧树脂与3g固化剂加入无机组分配料A中。将PTFE粉末以1.4:1,1.6:1，1.8:1的质量比加入杂化粘结剂B中，继续搅拌20分钟，获得杂化-PTFE环氧复合涂料C，喷涂于经过喷砂清洗后的不锈钢基材上，获得不同的PTFE-杂化环氧涂层，每种涂层的喷涂厚度一致(100μm左右)放入烘箱固化，固化温度为60℃2小时，90℃2小时，190℃1小时，获得固化后的涂层，观察涂层状态，结果如表8所示。
表8
序号 PTFE:杂化粘结剂 固化后涂层状态
1 1.4:1 表面粗糙，涂层表面出现少量PTFE颗粒
2 1.6:1 表面粗糙，涂层表面出现大量PTFE颗粒
3 1.8:1 粘结剂失效，固化后基材表面为PTFE粉末
4 2.0:1 粘结剂失效，无法喷涂
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种环保型润滑耐磨水性环氧涂料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将正硅酸乙酯、硅烷偶联剂、水、乙醇混合均匀后获得无机组份配料A；
(2)将环氧树脂与固化剂加入无机组分配料A中，继续充分混合均匀，获得有机-无机杂化粘结剂；
(3)将经乙醇分散好的聚四氟乙烯粉末加入至有机-无机杂化粘结剂中，搅拌后获得环保型润滑耐磨水性环氧涂料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述TEOS、硅烷偶联剂、水、乙醇的质量比例为0.3:1:1～2:2～4。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述环氧树脂与步骤(1)所述正硅酸乙酯的质量比例为100：3～15。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述固化剂与环氧树脂的质量比例为3：8～12。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述的杂化-PTFE复合涂料中PTFE与有机-无机杂化粘结剂的质量比例为0.2～1.2：1。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述硅烷偶联剂为KH550、KH560和KH570中的至少一种。
7.一种环保型润滑耐磨水性环氧涂料，通过权利要求1～6任一项所述方法制备得到。
8.一种耐磨涂层的制备方法，具体为，将权利要求7所得环保型润滑耐磨水性环氧涂料采用冷喷涂的方式在基体上成膜，热固化后获得固体润滑耐磨涂层。
9.根据权利要求8所述的耐磨涂层的制备方法，其特征在于：所述的热固化具体进行分阶段处理，60～100℃阶段为水分子与乙醇分子蒸发阶段，180～200℃为涂层加速交联固化阶段。
10.根据权利要求7所述环保型润滑耐磨水性环氧涂料在制备耐磨材料中的应用。
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