CN114988760B - 一种钛矿渣聚合物防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钛矿渣聚合物防腐涂料及其制备方法，该防腐涂料为固、液两相双组分复合材料；固相料由以下材料按重量份数混配而成：钛矿渣75～85份，触变剂1～5份，膨胀剂6～10份；其中，触变剂采用有机膨润土，膨胀剂采用硫铝酸钙‑氧化钙复合膨胀剂；液相料由以下材料按重量百分比混配而成：环氧丙烯酸乳液40～50份，水35～45份，减水剂0.6～1份，消泡剂0.6～1份。本发明以工业废弃物钛矿渣作为制备防腐涂料的原料，即解决了高炉渣大量堆积的现状，还获得了综合性能优异的防腐涂料，且制备工艺简单，成本低廉。

Description

一种钛矿渣聚合物防腐涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于节能环保建筑材料技术领域，具体涉及一种钛矿渣聚合物防腐涂料及其制备方法。

背景技术

建筑物易受到酸、碱、盐、大气、地下水、地面水以及土壤中所含侵蚀性介质的腐蚀；同时，我国很多建筑物年代久远，大批建筑需要翻新维护，做好防腐蚀工作显得尤为重要。目前我国建筑腐蚀渗漏十分严重，但国内防腐涂料质量参差不齐。

钛是一种银白色的过渡金属，其特征为重量轻，强度高，具金属光泽，耐湿氯气腐蚀，被大量应用于航空工业、造船工业和化学工业等。钛在高温下性质十分活泼，极易与氧、氮、碳等元素化合，要提炼出纯钛需要十分苛刻的条件，因此钛被认为是一种稀有金属。我国拥有丰富的钛矿资源，目前主要用高炉冶炼钒钛磁铁矿技术来提取钒和铁，钒几乎全部进入炉渣，形成含TiO₂约25％的高炉渣。由于高炉渣的综合利用难度较大，还未找到切实可行的综合利用方法，造成高炉渣的大量堆积，迄今已堆放超过1亿吨，并且高炉渣还以每年300万吨左右的速度增加。如此大量的高炉渣得不到合理利用，不仅造成资源浪费，堆积占据土地，还严重污染环境，因此，如何有效的综合利用含钛高炉渣是一项很有意义的工作。

含钛高炉渣(即钛矿渣)的主要化学成分包括TiO₂、TFe、SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO等，其中TiO₂的含量最高，占到16％～25％。考虑到TiO₂钛表面易生成极薄的致密氧化物保护膜，可抵抗强酸甚至王水的腐蚀，表现出极强的抗腐蚀性，而且钛矿渣抗硫酸盐的侵蚀性能强。因此考虑将钛矿渣用作防腐涂料的原料，充分利用钛资源，可保护环境，减少污染。

公告号为CN101333403A的中国专利，其公开了一种水泥基聚合物防腐涂料及其制备方法，其制得的防腐涂料具有优良的耐腐蚀性和抗老化性，且防火、施工安全简单、无毒性，是一种理想的抗硫酸盐腐蚀材料。但是该防腐涂料的填料主要是水泥，不利于降低碳排放和节约资源。

公告号为CN107513323A的中国专利，其公开了一种聚合物水泥防水涂料，该防水涂料兼具优异的防水性能及储存稳定性，但是强度不高。而且由于原料采用水泥，同样不利于降低碳排放和节约资源。

目前的防腐涂料大多存在难以同时兼顾防腐性和强度的问题，而且目前也未有防腐涂料采用纯固废来完全替代水泥，所以需要一种既能保证防腐性能又兼具高强度的环保型防腐涂料。

发明内容

本发明的目的是提供一种同时兼顾防腐性、高强度及环保性的钛矿渣聚合物防腐涂料及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种钛矿渣聚合物防腐涂料，为固、液两相双组分复合材料；

固相料由以下材料按重量份数混配而成：

钛矿渣75～85份，触变剂1～5份，膨胀剂6～10份；其中，触变剂采用有机膨润土，膨胀剂采用硫铝酸钙-氧化钙复合膨胀剂；

液相料由以下材料按重量百分比混配而成：

环氧丙烯酸乳液40～50份，水35～45份，减水剂0.6～1份，消泡剂0.6～1份。

作为优选方案，钛矿渣聚合物防腐涂料为固、液两相双组分复合材料；

固相料由以下材料按重量份数混配而成：

钛矿渣75～80份，触变剂1～5份，膨胀剂6～10份；其中，触变剂采用有机膨润土，膨胀剂采用硫铝酸钙-氧化钙复合膨胀剂；

液相料由以下材料按重量百分比混配而成：

环氧丙烯酸乳液45份，水40～45份，减水剂0.8～1份，消泡剂0.6～0.8份。

在一些具体实施方式中，触变剂的重量份数为3份，且膨胀剂的重量份数为8份。

在一些具体实施方式中，钛矿渣采用高炉冶炼钒钛磁铁矿经猝冷或自然冷却后所得到的粒状或块状废渣，并破碎至粒径不大于50μm。

在一些具体实施方式中，环氧丙烯酸乳液中挥发性有机化合物含量不大于80g/L，固含量为60％～65％。

在一些具体实施方式中，减水剂为减水率≥25％的聚羧酸类减水剂或萘系减水剂。

在一些具体实施方式中，消泡剂为有机硅型消泡剂或聚醚类消泡剂。

上述钛矿渣聚合物防腐涂料的制备方法，包括：

(1)按前述重量份数混配固相料；

(2)按前述重量份数混配液相料；

(3)将液相料倒入固相料经搅拌即得钛矿渣聚合物防腐涂料。

在一些具体实施方式中，步骤(2)具体为：

先将水加入环氧丙烯酸乳液搅拌，再加入减水剂、消泡剂混合，得液相料。

在一些具体实施方式中，步骤(3)具体为：

对固相料进行搅拌，保持搅拌的同时加入液相料，待液相料加完后继续搅拌3～5min，即得钛矿渣聚合物防腐涂料。

本发明钛矿渣聚合物防腐涂料可用作建筑物防腐，具体可采用无气喷涂方式对建筑物表面进行喷涂施工。

和现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

(1)本发明防腐涂料强度高，抗渗等级高，具有高的粘结强度，耐腐蚀性、柔韧性、流动性以及抗老化性能好，价格便宜，制备方法简单，对施工工艺要求低。

(2)本发明将工业废弃物钛矿渣作为防腐涂料的原料，有效解决了高炉渣大量堆积的现状，既保护环境，又充分利用钛资源；而且本发明防腐涂料的胶凝材料为纯固废，完全避免使用水泥作为胶凝材料，实现节能环保，变废为宝。同时，用钛矿渣做胶凝材料，很好的利用了本身的特性，TiO₂表面易生成一层极薄的致密的氧化物保护膜，可以抵抗强酸甚至王水的作用，表现出强的抗腐蚀性，而且钛矿渣抗硫酸盐侵蚀性能优良。

(3)虽然钛矿渣的活性比一般高炉矿渣低，但可以作为一种新组分来配制防腐涂料。钛矿渣涂料不仅使矿渣得到了充分和全面的应用，而且具有极好的物理力学性能和耐久性能。钛矿渣防腐涂料硬化快、强度高、水化热低、孔结构优良、抗渗、抗冻性好和抗化学侵蚀能力强等。

(4)本发明采用环氧丙烯酸乳液，环氧丙烯酸乳液是利用丙烯酸酯类的单体来改变环氧树脂的性质，可有效降低挥发性有机物，更加环保，能够更加满足生产和生活的需要。环氧丙烯酸乳液的机械性能、耐化学性、绝缘性能良好，黏结强度高，粘结性能优异，干燥速度快，有一定保光性，并且在钛矿渣水化产物结构表面成膜，封闭砂浆孔隙，阻断水分及氯离子渗透通道，抵抗氯离子侵蚀。

(5)本发明以有机膨润土作为触变剂，可显著改善触变性，在搅拌外力的作用下环氧丙烯酸溶液变成低稠度流体，使防腐涂料更适合喷涂，施工效率更高，且节约成本。

(6)本发明的膨胀剂采用硫铝酸钙-氧化钙复合膨胀剂，可引入定量的体积膨胀，补偿防腐涂料硬化过程中的收缩值，从而防止涂料出现收缩开裂。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将进一步提供本发明的具体实施方式及实施例。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面将提供制备钛矿渣聚合物防腐涂料的具体实施方式，包括步骤：

(1)将钛矿渣、膨胀剂和触变剂混合，经搅拌筛分制得干粉料。

本发明中钛矿渣的重量份数为75～85份，还可以为75～80份、80～85份。钛矿渣采用高炉冶炼钒钛磁铁矿经猝冷或自然冷却后所得到的粒状或块状废渣，在优选方案中，对钛矿渣进行破碎、过筛，获得粒径不大于50μm的钛矿渣。本发明中触变剂的重量份数为1～5份，还可以为1～3份、3～5份，优选为3份，触变剂采用有机膨润土。本发明中膨胀剂的重量份数为6～10份，还可以为6～8份、8～10份，优选为8份，膨胀剂采用硫铝酸钙-氧化钙复合膨胀剂。

(2)将水加入环氧丙烯酸乳液中搅拌，再加入减水剂、消泡剂混合，制得液料。

本发明中环氧丙烯酸乳液的重量份数为40～50份，还可以为40～45份、45～50份，环氧丙烯酸乳液可直接市面购买也可自制，自制方法为：由环氧树脂和丙烯酯单体按(0.9～1)：(0.9～1)的摩尔比聚合，所得环氧丙烯酸乳液中挥发性有机化合物含量不大于80g/L，固含量为60％～65％。

本发明中水的重量份数为35～45份，还可以为35～40份、40～45份；减水剂的的重量份数为0.6～1份，还可以为0.6～0.8份、0.8～1份，优选采用聚羧酸减水剂或萘系减水剂。本发明中消泡剂的重量份数为0.6～1份，还可以为0.6～0.8份、0.8～1份，优选采用有机硅型消泡剂或聚醚类消泡剂。

(3)对干粉料进行搅拌，搅拌的同时加入液料，待液料全部加完后继续搅拌3min～5min，即得到钛矿渣聚合物防腐涂料。

下面将提供制备钛矿渣聚合物防腐涂料的实施例和对比例，在实施例和对比例中，所用原料来源如下：钛矿渣，购买于攀枝花钢城集团凉山瑞海实业有限公司，型号S95级，其主要成分包括TiO₂、TFe、SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO；环氧丙烯酸乳液，购买于北京高盟新材料股份有限公司，型号Protec-3330；聚羧酸高性能减水剂，购买于山东柯普化工有限公司，工业级；萘系高效减水剂，购买于济南千奇化工有限公司，优品级；有机硅型消泡剂，采用聚二甲基硅氧烷，购买于河北蓝凯节能科技有限公司，工业级；聚醚类消泡剂，采用聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚，购买于河北蓝凯节能科技有限公司，工业级；有机膨润土，购买于建平佳鑫矿业有限责任公司，工业级，其主要成分为季铵型有机膨润土；硫铝酸钙-氧化钙复合膨胀剂，购买于河南博浪实业有限公司，型号HCSA。

实施例1

本实施例钛矿渣聚合物防腐涂料的各组分按重量份数计为：钛矿渣75份，环氧丙烯酸乳液45份，水45份，聚羧酸高性能减水剂0.8份，聚二甲基硅氧烷0.8份，触变剂3份，膨胀剂8份。

本实施例钛矿渣聚合物防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将钛矿渣、膨胀剂和触变剂混合，经搅拌制得干粉料；

(2)将水加入环氧丙烯酸乳液中搅拌，再加入减水剂、消泡剂混合，制得液料；

(3)对干粉料进行搅拌，搅拌的同时加入液料，待液料全部加完后继续搅拌3min～5min，即得到钛矿渣聚合物防腐涂料。

实施例2

本实施例钛矿渣聚合物防腐涂料的各组分按重量份数计为：钛矿渣85份，环氧丙烯酸乳液40份，水40份，聚羧酸减水剂0.8份，聚二甲基硅氧烷0.8份，触变剂3份，膨胀剂8份。本实施例钛矿渣聚合物防腐涂料的制备方法同实施例1。

实施例3

本实施例钛矿渣聚合物防腐涂料的各组分按重量份数计为：钛矿渣80份，环氧丙烯酸乳液50份，水35份，聚羧酸减水剂0.8份，聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚0.8份，触变剂3份，膨胀剂8份。本实施例钛矿渣聚合物防腐涂料的制备方法同实施例1。

实施例4

本实施例钛矿渣聚合物防腐涂料的各组分按重量份数计为：钛矿渣80份，环氧丙烯酸乳液45份，水40份，聚羧酸减水剂0.6份，聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚1份，触变剂3份，膨胀剂8份。本实施例钛矿渣聚合物防腐涂料的制备方法同实施例1。

实施例5

本实施例钛矿渣聚合物防腐涂料的各组分按重量份数计为：钛矿渣80份，环氧丙烯酸乳液45份，水40份，高浓型奈系高效减水剂1份，聚二甲基硅氧烷0.6份，触变剂3份，膨胀剂8份。本实施例钛矿渣聚合物防腐涂料的制备方法同实施例1。

实施例6

本实施例钛矿渣聚合物防腐涂料的各组分按重量份数计为：钛矿渣80份，环氧丙烯酸乳液45份，水40份，高浓型奈系高效减水剂0.8份，聚二甲基硅氧烷0.8份，触变剂1份，膨胀剂10份。本实施例钛矿渣聚合物防腐涂料的制备方法同实施例1。

实施例7

本实施例钛矿渣聚合物防腐涂料的各组分按重量份数计为：钛矿渣80份，环氧丙烯酸乳液45份，水40份，高浓型奈系高效减水剂0.8份，聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚0.8份，触变剂5份，膨胀剂6份。本实施例钛矿渣聚合物防腐涂料的制备方法同实施例1。

实施例8

本实施例钛矿渣聚合物防腐涂料的各组分按重量份数计为：钛矿渣80份，环氧丙烯酸乳液45份，水40份，高浓型奈系高效减水剂0.8份，聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚0.8份，触变剂3份，膨胀剂8份。本实施例钛矿渣聚合物防腐涂料的制备方法同实施例1。

实施例9

本实施例钛矿渣聚合物防腐涂料的各组分按重量份数计为：钛矿渣80份，环氧丙烯酸乳液40份，水45份，高浓型奈系高效减水剂0.8份，聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚0.8份，触变剂3份，膨胀剂8份。

对比例1

本对比例在实施例1的基础上，采用氢化蓖麻油触变剂替换实施例1中的有机膨润土触变剂，其他均不变。

对比例2

本对比例在实施例1的基础上，采用硫铝酸钙膨胀剂替换实施例1中的硫铝酸钙-氧化钙膨胀剂，其他均不变。

对比例3

本对比例在实施例1的基础上，采用P.042.5普通硅酸盐水泥替换实施例1中的钛矿渣，其他均不变。

对比例4

本实施例钛矿渣聚合物防腐涂料的各组分按重量份数计为：钛矿渣65份，环氧丙烯酸乳液65份，水35份，减水剂0.6份，消泡剂1份，触变剂3份，膨胀剂8份。本实施例钛矿渣聚合物防腐涂料的制备方法同实施例1。

对比例5

本实施例钛矿渣聚合物防腐涂料的各组分按重量份数计为：钛矿渣65份，环氧丙烯酸乳液35份，水65份，减水剂0.8份，消泡剂1份，触变剂3份，膨胀剂8份。本实施例钛矿渣聚合物防腐涂料的制备方法同实施例1。

需要说明的是，上述实施例1～9和对比例1～5所采用的钛矿渣粒径不大于50μm。

对实施例1～9和对比例1～5所制备防腐涂料进行性能测试，根据国家标准JGJ/T234-2011测试涂料的抗压强度，根据国家标准GB/T1766-1995测试涂料的耐化学腐蚀性能，根据国家标准DL/T5150测试涂料的抗渗系数，根据国家标准GB/T 16777-2008测试涂料的粘结强度，根据国家标准GB/T 21782.11-2010来测试涂料的流动性。性能测试数据见表1。

表1实施例1～9和对比例1～5所制备防腐涂料的性能参数

从表1可以看出，对比例1中采用氢化蓖麻油触变剂替换实施例1中的有机膨润土触变剂，对比例1所得防腐涂料的流动性显著降低，严重影响实际施工效率。对比例2中采用硫铝酸钙膨胀剂替换实施例1中的硫铝酸钙-氧化钙复合膨胀剂，对比例2所得防腐涂料的抗压强度、耐化学腐蚀性、抗渗性、粘结强度均显著降低。对比例3中采用水泥替换实施例1中的钛矿渣，对比例3的防腐涂料其28天龄期的抗压强度低于实施例1。在对比例4～5中，钛矿渣、环氧丙烯酸乳液、水的重量份数超出了本发明所要求的范围，可以看出对比例4～5的防腐涂料，其综合性能均更差，且对比例5的防腐涂料还存在表面起泡、开裂的问题。

而实施例1～9的防腐涂料综合性能明显更优，其中又以实施例1、5～7的防腐涂料性能最优。本发明有效的利用固废来制得防腐涂料，变废为宝，对环境友好，值得大面积推广使用。

上述本发明做了详细说明并且描述了实施例，但是对于本发明并不局限于此，本领域的普通技术人员，显然可以按照上述说明而做出各种形式上的改动和创新，只要不脱离本发明权利要求所保护的范围内，均受保护。

Claims (9)

1.一种钛矿渣聚合物防腐涂料，其特征是：

为固、液两相双组分复合材料；

固相料由以下材料按重量份数混配而成：

钛矿渣75～85份，触变剂1～5份，膨胀剂6～10份；其中，触变剂采用有机膨润土，膨胀剂采用硫铝酸钙-氧化钙复合膨胀剂；

液相料由以下材料按重量百分比混配而成：

环氧丙烯酸乳液40～50份，水35～45份，减水剂0.6～1份，消泡剂0.6～1份；

所述钛矿渣采用高炉冶炼钒钛磁铁矿经猝冷或自然冷却后所得到的粒状或块状废渣，并破碎至粒径不大于50μm。

2.如权利要求1所述的钛矿渣聚合物防腐涂料，其特征是：

为固、液两相双组分复合材料；

固相料由以下材料按重量份数混配而成：

钛矿渣75～80份，触变剂1～5份，膨胀剂6～10份；其中，触变剂采用有机膨润土，膨胀剂采用硫铝酸钙-氧化钙复合膨胀剂；

液相料由以下材料按重量百分比混配而成：

环氧丙烯酸乳液45份，水40～45份，减水剂0.8～1份，消泡剂0.6～0.8份。

3.如权利要求1或2所述的钛矿渣聚合物防腐涂料，其特征是：

所述触变剂的重量份数为3份，且所述膨胀剂的重量份数为8份。

4.如权利要求1或2所述的钛矿渣聚合物防腐涂料，其特征是：

所述环氧丙烯酸乳液中挥发性有机化合物含量不大于80g/L，固含量为60％～65％。

5.如权利要求1或2所述的钛矿渣聚合物防腐涂料，其特征是：

所述减水剂为减水率≥25％的聚羧酸类减水剂或萘系减水剂。

6.如权利要求1或2所述的钛矿渣聚合物防腐涂料，其特征是：

所述消泡剂为有机硅型消泡剂或聚醚类消泡剂。

7.一种钛矿渣聚合物防腐涂料的制备方法，其特征是，包括：

(1)按权利要求1中的重量份数混配固相料；

(2)按权利要求1中的重量份数混配液相料；

(3)将液相料倒入固相料经搅拌即得钛矿渣聚合物防腐涂料。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征是：

步骤(2)具体为：

先将水加入环氧丙烯酸乳液搅拌，再加入减水剂、消泡剂混合，得液相料。

9.如权利要求7所述的制备方法，其特征是：

步骤(3)具体为：

对固相料进行搅拌，保持搅拌的同时加入液相料，待液相料加完后继续搅拌3～5min，即得钛矿渣聚合物防腐涂料。