CN1148429C

CN1148429C - 一种重防腐耐磨陶瓷涂料

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Publication number: CN1148429C
Application number: CNB011202238A
Authority: CN
Inventors: 贾梦秋
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2001-07-09
Filing date: 2001-07-09
Publication date: 2004-05-05
Anticipated expiration: 2021-07-09
Also published as: CN1325931A

Abstract

本发明一种重防腐耐磨陶瓷涂料是由环氧树脂与陶瓷粉为主体的防腐耐磨涂料，涂料主剂各组成的重量份数为：环氧树脂：28.5～35；邻苯二甲酸二丁酯：3.75～6；二甲苯与邻苯二甲酸正丁酯混合溶剂：20～24；气相SiO₂：0.5～1；陶瓷粉：38～45〔其中：(a)TiO₂：3.0～6.3；(b)Al₂O₃：11.7～20；(c)Si₃N₄：16～20.45〕；主剂与固化剂的重量比为14.5～17比1。涂料可以直接喷涂或涂刷在金属以及玻璃纤维、塑料、混凝土的表面，涂层耐磨性好、附着力强、涂层薄又致密，特别适合作油田管道内壁涂层。

Description

一种重防腐耐磨陶瓷涂料

(一)技术领域

本发明涉一种由环氧树脂与陶瓷粉为主体的防腐耐磨涂料，陶瓷粉由TiO₂、Al₂O₃和Si₃N₄组成，特别是管道内壁用重防腐耐磨涂料。

(二)背景技术

提高涂料的耐磨性的方法分为两大类：一类是对成膜物质进行改进；另一类是在涂料中加入耐磨的填料。在涂料中加入耐磨填料的方法，例如：前苏联的哈哈丽娜等人在《耐磨复合涂层》(俄罗斯专利SU 1742284 A1 АНТИΦРИКЦИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯПОКРЬIТИЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ СКОЛЬЖＥНИЯ)公开了一种改性环氧树脂为成膜物质，石墨、耐酸粉末和石英粉为填料，用胺类固化剂固化的耐磨涂料。该涂料涂层厚度在1.5～2.0mm范围，主要应用于机器制造业，具有滑动摩擦的机床、仪器装置上，其目的是为了提高涂层的抗损耗性。由于涂层致密性差，耐腐蚀性差，因此只适合于对耐化学介质性要求低的场合。《陶瓷重防腐蚀涂料》{《セラミックス系重防食涂料》日本公开特许公报(A)平4-106162，1992年4月8日公开}公开了一种耐盐水性的船舶的压舱水箱用防腐涂料，是一种含陶瓷组分的防腐蚀涂料：该涂料由云母状玻璃鳞片、云母状铁粉、云母粉、稳定氧化锆和氧化铝组成的填料与亚麻油和聚氨酯树脂构成。该涂料采用亚麻油、聚氨酯树脂为成膜物质，加入云母玻璃鳞片、云母为主要填料，氧化锆和氧化铝陶瓷粉为耐磨填料。该涂层主要是靠涂层中层层叠加的玻璃鳞片来延长介质达到基体表面的途径来提高涂层的防腐蚀能力。由于填料颗粒大，所形成的涂层致密性差，并且漆膜又较厚，不能用于管道的内壁，只能用于船舶的压舱水箱等设备。管道内壁用防腐耐磨涂料比用于表面的防腐耐磨涂料要求涂层更致密、更薄，因修补困难对耐蚀性能和施工性能要求也更高。油田油气的集输管道、自喷井、注水井和地下管道等管道和设备的内壁腐蚀情况非常严重，管道和设备受到单纯的腐蚀破坏之外，常伴有液态介质冲刷等机械性破坏。在介质的腐蚀作用中，油田污水的损坏最严重。因为油田污水成分复杂，油田污水不仅为原油污染，而且在高温高压中的油层中溶解了地层中的各种盐类和气体；又由于在采油过程中携带许多油层中的悬浮固体物质，所以油田污水的矿化度很高，可高达5000～8000g/L。这种腐蚀介质不仅对管道内壁的腐蚀性强，而且冲刷磨损厉害，所以金属管道内壁的腐蚀程度远比埋入地下因土壤腐蚀和架在空中因大气腐蚀对管道外壁的腐蚀危害性大得多。研制重防腐耐磨性能好的涂料是油田管道防腐迫切需要解决的问题。

本发明一种重防腐耐磨陶瓷涂料的目的是提供一种管道内壁用重防腐耐磨陶瓷涂料，涂料中主要包括有环氧树脂与特种陶瓷粉，陶瓷粉颗粒能均匀地被环氧树脂紧密地包在固化膜下，使涂层具有超光滑的表面、极强的抗冲击力、优异的耐腐蚀性和耐磨性。除适用于一般的设备防腐涂层外，而且由于涂层薄、附着力强，特别适用于油田类要求重防腐、耐磨的管道内壁涂层。

(三)发明内容

本发明一种重防腐耐磨陶瓷涂料由主剂和固化剂组成，主剂包括：环氧树脂、溶剂和陶瓷粉，固化剂为胺类环氧固化剂，主剂中还有增韧剂：邻苯二甲酸二丁酯；溶剂为二甲苯与邻苯二甲酸正丁酯混合溶剂；触变剂：气相SiO₂，陶瓷粉由TiO₂、Al₂O₃和Si₃N₄组成，涂料各组成的重量份数为(A)主剂：环氧树脂：28.5～35；增韧剂：3.75～6；混合溶剂：20～24；触变剂：0.5～1；陶瓷粉：38～45其中(a)TiO₂：3.0～6.3；(b)Al₂O₃：11.7～20；(c)Si₃N₄：16～20.45；(B)主剂∶固化剂＝(14.5～17)∶1(重量比)。陶瓷粉中TiO₂的粒径＜1.5μm。陶瓷粉的中Al₂O₃的粒径为0.5～1.0μm。陶瓷粉中Si₃N₄的粒径为0.5～1.0μm。混合溶剂：二甲苯与邻苯二甲酸正丁酯的重量比为7比3。

本发明一种重防腐耐磨陶瓷涂料的制备与施工方法如下：

(A)配制涂料主剂：

(1)先将环氧树脂放在50～60℃水浴上预热，待环氧软化后将环氧树脂放入分散反应釜中，依次加入增韧剂、混合溶剂进行搅拌，直到环氧树脂完全溶解成清液为止。

(2)将TiO₂、Al₂O₃和Si₃N₄陶瓷粉与气相SiO₂混合后加入在上述(1)的溶液中，在多速分散机中进行搅拌和分散。

(3)将上述(2)中混合浆液放入球磨机中研磨，研磨后粒度应小于15μm。

(B)涂刷施工：

(1)表面预处理：管件表面先除油、去尘；对于金属的表面进行喷沙打磨达到白金属表面程度，对于玻璃纤维或复合材料进行打毛处理。

(2)将涂料主剂与固化剂混合：用旋风空气振动器振动或用搅拌器搅拌，直到将所有的陶瓷粉都悬浮于树脂中。在常温下主剂与固化剂混合后的使用期为3～6小时，使用期随温度的提高而降低，当温度在37.8℃时使用期仅为1小时。

(3)涂层：涂刷两遍，每遍100～125μm，干膜厚度150～200μm。

本发明提供的涂料采用陶瓷粉可以提高涂料的硬度和耐磨性。本发明的陶瓷粉由TiO₂、Al₂O₃、Si₃N₄三种粉料组成，各组成的作用：TiO₂(用市售的金红石型)提高附着力；Al₂O₃是质轻的多孔球形材料，耐磨性好；Si₃N₄是轻质的空心球形材料，耐磨性优良并起到润滑作用。陶瓷粉三种组分的比例及协调作用使涂层的性能比单一陶瓷粉涂层的性能有明显的提高。由于采用微米、亚微米级陶瓷粉，能使每一个陶瓷颗粒均被环氧树脂包覆，最终被紧密地包覆在固化膜下。成膜物质固化过程中陶瓷粉不参加反应，没有新物质生成，而且在固化过程中陶瓷粉产生的收缩极小，固化后能形成致密保护涂层。该涂层内应力很小，能提高涂层的抗渗性和耐化学浸泡能力。本发明采用环氧树脂作成膜物质，与固化剂交联固化成膜。增韧剂能与环氧树脂产生交联作用，降低环氧树脂的脆性，增加柔软性。触变剂气相SiO₂能改变流平性，改善施工性能。应合理选用填料的体积浓度(PVC值)，使陶瓷颗粒充分被环氧树脂浸润，陶瓷粉用量过多超过临界体积浓度(CPVC＝50％)时成膜性变差，陶瓷粉过多会使涂料的附着力降低，机械性能下降。涂料的溶剂既能溶解基料又能用以控制涂料粘度使之符合存放和施工要求。采用混合溶剂可以弥补单一溶剂的不足，可降低成本，改善漆膜性能和施工性能，提高溶剂的溶解能力。本发明的涂料具有很好的附着力，易涂敷，无需底漆，可以直接喷涂或涂刷涂敷在碳钢、不锈钢、铝、钛等金属以及玻璃纤维、塑料、混凝土的表面。

本发明提供的涂料经国家涂料检测中心检测结果表明：涂料粘度：63(秒)，固含量：88.97(％)，外观：灰色，柔韧性：1(mm)，附着力：1(级)，抗冲击性能：50(kg/cm²)，耐磨性(750g/500转)：21mg，硬度：0.52，表干时间：4(h)，实干时间：24(h)，耐温性能：150℃不变化，280℃变色，瞬间脱落。经腐蚀试验表明本发明的涂料在常温下耐以下腐蚀介质：盐酸(浓度10％～15％)、硝酸(10％～30％)、硫酸(10％～30％)、柠檬酸(5％)、磷酸(10％～35％)、氨水(20％)、氢氧化钠(10％～70％)、氢氧化钾(20％～50％)、氯化钠(50％)、硫酸钙(50％)、氯化钙(饱和)、石蜡、机油、花生油、石油醚、丙烷、松节油、食用油、二甲苯、苯、柴油机燃料、乙二醇、甲醛、汽油、乙醇、甲苯、汽油、油田污水等以及具有耐盐雾性能。耐各种化学品浸泡性能优异，能够在各种不同浓度的酸、碱、盐和有机溶剂等苛刻条件下连续使用，并保持其使用性能不变，具有优异的综合物理机械性能。电镜扫描测试结果表明涂膜非常致密，比普通碳酸钙、硼润土为填料的防腐涂层更致密，涂层的厚度更薄，涂刷两遍干膜厚度才150～200μm，比一般的重防腐涂层(例如俄罗斯的涂层为1.5～2.0mm)要薄得多。它不仅可以作为重防腐耐磨涂料用于海洋平台、船舶等设备，甚至可以用于成分复杂且矿化度很高的油田污水管道的内壁，在120～130℃的温度条件下也具有优良的性能。

(四)具体实施方式

实施例1

涂料各组成的重量份数为：主剂为环氧树脂：30.25；增韧剂为邻苯二甲酸二丁酯：3.75；混合溶剂为二甲苯与邻苯二甲酸正丁酯的混合液：22，二甲苯∶邻苯二甲酸正丁酯＝7∶3(重量比)；触变剂为气相SiO₂：1；陶瓷粉：43(其中：粒径＜1.5μm的金红石型TiO₂：3；粒径为0.5～1.0μm的Al₂O₃：20；粒径为0.5～1.0μm的Si₃N₄：20)。固化剂为市售的T-31改性胺类固化剂，主剂∶固化剂＝16.5∶1(重量比)。按国家标准检测涂料的耐磨性为19.6mg，柔韧性为1(mm)，附着力1级，抗冲击性能50kg/cm²。

实施例2

涂料各组成的重量份数为：主剂为环氧树脂：33.3；增韧剂为邻苯二甲酸二丁酯：6；混合溶剂为二甲苯与邻苯二甲酸正丁酯的混合液：20，二甲苯∶邻苯二甲酸正丁酯＝7∶3(重量比)；触变剂为气相SiO₂：0.7；陶瓷粉：40(其中：粒径＜1.5μm的金红石型TiO₂：4；粒径为0.5～1.0μm的Al₂O₃：20；粒径为0.5～1.0μm的Si₃N₄：16)。固化剂为T-31改性胺类固化剂，主剂∶固化剂＝15∶1(重量比)。按国家标准检测涂料的耐磨性为20mg，柔韧性为1(mm)，附着力1级，抗冲击性能50kg/cm²。

实施例3

涂料各组成的重量份数为：主剂为环氧树脂：35；增韧剂为邻苯二甲酸二丁酯：5；混合溶剂为二甲苯与邻苯二甲酸正丁酯的混合液：21，二甲苯∶邻苯二甲酸正丁酯＝7∶3(重量比)；触变剂为气相SiO₂：1；陶瓷粉：38(其中：粒径＜1.5μm的金红石型TiO₂：5.85；粒径为0.5～1.0μm的Al₂O₃：11.70；粒径为0.5～1.0μm的Si₃N₄：20.45)。固化剂为T-31改性胺类固化剂，主剂∶固化剂＝14.5∶1(重量比)。按国家标准检测涂料的耐磨性为21mg，柔韧性为1(mm)，附着力1级，抗冲击性能50kg/cm²。

实施例4

涂料各组成的重量份数为：主剂为环氧树脂：28.5；增韧剂为邻苯二甲酸二丁酯：4；混合溶剂为二甲苯与邻苯二甲酸正丁酯的混合液：24，二甲苯∶邻苯二甲酸正丁酯＝7∶3(重量比)；触变剂为气相SiO₂：0.5；陶瓷粉：45(其中：粒径＜1.5μm的金红石型TiO₂：6.3；粒径为0.5～1.0μm的Al₂O₃：18；粒径为0.5～1.0μm的Si₃N₄：20.7)。固化剂为T-31改性胺类固化剂，主剂∶固化剂＝17∶1(重量比)。按国家标准检测涂料的耐磨性为20.4mg，柔韧性为1(mm)，附着力1级，抗冲击性能50kg/cm²。

Claims

1、一种重防腐耐磨陶瓷涂料由主剂和固化剂组成，主剂包括：环氧树脂、溶剂和陶瓷粉，固化剂为胺类环氧固化剂，其特征在于：主剂中还有增韧剂：邻苯二甲酸二丁酯；溶剂为二甲苯与邻苯二甲酸正丁酯混合溶剂，二甲苯与邻苯二甲酸正丁酯的重量比为7比3；触变剂：气相SiO₂，陶瓷粉由TiO₂、Al₂O₃和Si₃N₄组成，涂料各组成的重量份数为：

(A)主剂：

(1)环氧树脂：28.5～35；

(2)增韧剂：3.75～6；

(3)混合溶剂：20～24；

(4)触变剂：0.5～1；

(5)陶瓷粉：38～45 (a)TiO₂：3.0～6.3；

(b)Al₂O₃：11.7～20；

(c)Si₃N₄：16～20.45；

(B)主剂∶固化剂＝(14.5～17)∶1(重量比)。

2、根据权利要求1所述涂料，其特征在于：陶瓷粉中TiO₂的粒径＜1.5μm。

3、根据权利要求1所述涂料，其特征在于：陶瓷粉的中Al₂O₃的粒径为0.5～1.0μm。

4、根据权利要求1所述涂料，其特征在于：陶瓷粉中Si₃N₄的粒径为0.5～1.0μm。