專(zhuān)利名稱(chēng)：金屬耐磨修補(bǔ)復(fù)合涂層材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改性環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合涂層材料及其制備方法，特別涉及一種金屬耐磨修補(bǔ)復(fù)合涂層材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
改性環(huán)氧樹(shù)脂與無(wú)機(jī)粉體或顆粒復(fù)合物涂層，能綜合環(huán)氧樹(shù)脂的優(yōu)良耐腐蝕性和無(wú)機(jī)粉體或顆粒的優(yōu)異耐磨性，提高復(fù)合物涂層的防腐性和耐磨性等性能。相關(guān)產(chǎn)品的研制和開(kāi)發(fā)已成為重防腐耐磨涂層研發(fā)的熱點(diǎn)之一，在防腐耐磨涂層制造和修復(fù)場(chǎng)合獲得諸多應(yīng)用，如液體漿料輸送泵的內(nèi)層及槳葉的防腐耐磨涂層的構(gòu)建和修復(fù)，氣體、粉體、液體輸送管道的內(nèi)表面防腐耐磨涂層構(gòu)建等。研究表明，環(huán)氧樹(shù)脂具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，對(duì)大多數(shù)的基材表面具有較好的粘接性，尤其對(duì)金屬的附著力強(qiáng)；同時(shí)其耐化學(xué)藥品性和耐油性?xún)?yōu)異，特別是耐酸堿性非常好; 另外，其還容易進(jìn)行加工改性，諸多優(yōu)點(diǎn)使其成為防腐涂料中應(yīng)用的主要樹(shù)脂品種之一。然而，未改性的環(huán)氧樹(shù)脂，由于本身分子結(jié)構(gòu)剛性大，造成本體材料脆性較大，通常需要進(jìn)行改性處理，以提高其韌性。有研究者認(rèn)為，環(huán)氧樹(shù)脂通過(guò)環(huán)氧結(jié)構(gòu)改性、橡膠改性、填充無(wú)機(jī)填料等高性能化后可制成防腐涂料。在眾多對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂改性研究中，無(wú)機(jī)填料改性環(huán)氧樹(shù)脂而備受關(guān)注，如采用無(wú)機(jī)粉體改性環(huán)氧涂層，在無(wú)機(jī)粉體在環(huán)氧樹(shù)脂粉體中分散良好情況，可獲得較好的改性效果， 這也成為這一技術(shù)的關(guān)鍵之一。而涂層的腐蝕防護(hù)直接與所采用的無(wú)機(jī)粉體材料的性質(zhì)相關(guān)，目前研究主要集中在以Ti02、SiO2, A1203、SiC及碳管對(duì)環(huán)氧涂層的改性。其中SiO2表面活性基團(tuán)多，能較好地與環(huán)氧樹(shù)脂基體復(fù)合，同時(shí)還可起到增粘作用。Al2O3粒子的復(fù)合改性，能大大提高環(huán)氧樹(shù)脂抗磨損率性，如有研究者發(fā)現(xiàn)添加在2% (體積分?jǐn)?shù))納米Al2O3 粒子時(shí)，涂層磨損率可降低30%，而在其他含量時(shí)則對(duì)磨損率影響不大甚至使磨損率提高。 選用碳化硅(SiC)，可以使環(huán)氧樹(shù)脂涂層可以綜合其模量高、硬度高、高溫強(qiáng)度大、抗蠕變性能好、耐化學(xué)腐蝕、抗氧化性能好、熱膨脹系數(shù)小及高熱導(dǎo)率等優(yōu)異性能，尤其可提高耐磨損性能性。但是加入的親水性的無(wú)機(jī)粒子與親油性的環(huán)氧樹(shù)脂之間相容性較差，從而影響復(fù)合涂層材料各方面的性能。鑒于采用對(duì)無(wú)機(jī)粒子進(jìn)行表面大分子接枝預(yù)處理，如聚丙烯酰胺可改善無(wú)機(jī)粉體在基體樹(shù)脂中的分散性。本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)采用碳化硅顆粒和三氧化二鋁粉體作為耐磨材料，以環(huán)氧樹(shù)脂為樹(shù)脂基體，選用與環(huán)氧固化劑具有反應(yīng)活性的偶聯(lián)劑，這種偶聯(lián)劑的一端通過(guò)偶聯(lián)作用接枝于無(wú)機(jī)粉體表面，起到改善無(wú)機(jī)粉體在基體中的分散性作用；而偶聯(lián)劑的另一端則在樹(shù)脂固化過(guò)程中參與反應(yīng)，通過(guò)化學(xué)鍵與環(huán)氧樹(shù)脂基體形成界面作用，從而較好解決界面相容性問(wèn)題，從而完成了本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種金屬耐磨修補(bǔ)復(fù)合涂層材料，其界面相容性好，對(duì)金屬具有良好的粘接作用，固化后的涂層具有優(yōu)異的耐磨性。本發(fā)明的另一目的是提供一種金屬耐磨修補(bǔ)復(fù)合涂層材料的制備方法。為解決以上技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)前述的技術(shù)效果，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案一種金屬耐磨修補(bǔ)復(fù)合涂層材料，包含由硅烷偶聯(lián)劑、環(huán)氧樹(shù)脂、二異戊基萘、碳化硅顆粒、三氧化二鋁粉體和氣相白炭黑混合而成的主劑；和由硅烷偶聯(lián)劑、三乙烯四胺、 N-氨乙基哌嗪、三氧化二鋁粉體和氣相白炭黑混合而成的固化劑。其中，所述的主劑中環(huán)氧樹(shù)脂為雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂。更優(yōu)選地，所述的雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)氧當(dāng)量為175-200g/eq。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述主劑按照重量比組成為雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂10 20份，二異戊基萘I 10份，碳化硅顆粒50 60份，三氧化二鋁粉體20 30份，硅烷偶聯(lián)劑O. I O. 3份，氣相白炭黑I 3份。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述固化劑按照重量比組成為三乙烯四胺20 30 份，N-氨乙基哌嗪10 20份，三氧化二鋁粉體40 60份，硅烷偶聯(lián)劑I 3份，氣相白炭黑2 4份。其中，所述的碳化娃顆粒的粒徑小于I. 5mm。其中，所述的三氧化二鋁粉體粒度為325 500目。其中，所述的氣相白炭黑粒徑小于200nm。其中，所述的娃燒偶聯(lián)劑為含環(huán)氧基的娃燒偶聯(lián)劑或含氣基的娃燒偶聯(lián)劑中的一種。進(jìn)一步地，所述主劑中優(yōu)選含環(huán)氧基的硅烷偶聯(lián)劑，而所述固化劑優(yōu)選含氨基的硅烷偶聯(lián)劑。其中，所述金屬耐磨修補(bǔ)復(fù)合涂層材料固化后對(duì)不銹鋼的粘接的剪切強(qiáng)度大于 lOMPa，密度為 2. 19 2. 30g/cm3。一種前述的金屬耐磨修補(bǔ)復(fù)合涂層材料的制備方法，包括I)將硅烷偶聯(lián)劑加入環(huán)氧樹(shù)脂中和二異戊基萘制成均勻的溶液，依次將耐磨碳化硅顆粒、三氧化二鋁粉體和氣相白炭黑加入到溶液中，然后攪拌混合，混合10-30分鐘后制得主劑的步驟；2)將硅烷偶聯(lián)劑加入三乙烯四胺和N-氨乙基哌嗪中制成均勻的溶液，然后將三氧化二鋁粉體和氣相白炭黑依次加入其中，然后高速分散混合，混合10 20分鐘制得固化劑的步驟；3)使用時(shí)將主劑組份和固化劑組份按一定重量比混合均勻，固化后即為耐磨涂層。其中，使用時(shí)將主劑組份和固化劑組份混合均勻重量比為5 15 I。有益效果本發(fā)明的金屬耐磨修補(bǔ)復(fù)合涂層材料制備條件簡(jiǎn)單，可以在任何滿(mǎn)足所述條件的具有良好分散和混合效果的裝置中進(jìn)行。本發(fā)明采用碳化硅顆粒和三氧化二鋁粉體作為耐磨材料，以環(huán)氧樹(shù)脂為樹(shù)脂基體，選用與環(huán)氧固化劑具有反應(yīng)活性的偶聯(lián)劑，這種偶聯(lián)劑的一端通過(guò)偶聯(lián)作用接枝于無(wú)機(jī)粉體表面，起到改善無(wú)機(jī)粉體在基體中的分散性作用；而偶聯(lián)劑另一端則在樹(shù)脂固化過(guò)程中參與反應(yīng)，通過(guò)化學(xué)鍵與環(huán)氧樹(shù)脂基體形成界面作用，從而較好解決界面相容性問(wèn)題， 從而提高復(fù)合涂層的力學(xué)性能，如剪切強(qiáng)度、抗沖韌性等。本發(fā)明采用碳化硅顆粒和三氧化二鋁粉體作為耐磨材料，對(duì)金屬具有良好的粘接作用，固化后的涂層具有優(yōu)異的耐磨性。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。將硅烷偶聯(lián)劑加入環(huán)氧樹(shù)脂和二異戊基萘中制成均勻的溶液，依次將耐磨碳化硅顆粒、三氧化二鋁粉體和氣相白炭黑加入到溶液中，然后攪拌混合，比如用雙行星攪拌器進(jìn)行混合但不限于此，混合10-30分鐘后制得主劑；將硅烷偶聯(lián)劑加入三乙烯四胺和N-氨乙基哌嗪中制成均勻的溶液，然后將三氧化二鋁粉體和氣相白炭黑依次加入其中，然后高速分散混合，比如用高速分散機(jī)進(jìn)行分散混合但不限于此，混合10-20分鐘制得固化劑。使用時(shí)，將主劑組份和固化劑組份按5 15 I重量比混合均勻，固化后即為耐磨涂層。本發(fā)明的金屬耐磨修補(bǔ)復(fù)合涂層材料，按照ASTM D1002或GB/T7124-1986的所述方法測(cè)定涂層粘接不繡鋼拉伸剪切強(qiáng)度；用漿液濃度60% (固體含量約I. 3kg/L)的粒徑 100 200目的砂粒漿液，噴射角度90° ;噴砂水流平均速度18m/s，噴射試樣片，在一段時(shí)間后，測(cè)量試樣片被磨損的深度，根據(jù)被磨損深度表征涂層的耐磨性能。實(shí)施例I在容量為2L的雙行星攪拌釜中，投入200. OOg雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂和二異戊基萘 28. 64g，攪拌混合均勻后加入3. 30g硅烷偶聯(lián)劑，繼續(xù)攪拌形成均勻的溶液，然后依次將 788. 60g耐磨碳化硅顆粒、259. 92g三氧化二鋁粉體和29. OOg氣相白炭黑加入到溶液中，然后用雙行星攪拌器進(jìn)行混合，混合10-30分鐘后制得主劑；在高速分散釜中，將20. 16g三乙烯四胺和24. 26g N-氨乙基哌嗪中攪拌制成均勻的混合溶液，然后將3. 30g硅烷偶聯(lián)劑加入并繼續(xù)攪拌得到均勻的溶液，然后將79. 40g三氧化二鋁粉體和3. 82g氣相白炭黑依次加入其中，高速分散進(jìn)行分散混合10 20分鐘制得固化劑。使用時(shí)，將樹(shù)脂組份和固化劑組份按一定重量比10 I混合均勻，固化后即為耐磨涂層，涂層密度為2. 28g/cm3。按照ASTM D1002或GB/T7124-1986的所述方法測(cè)定涂層粘接不繡鋼拉伸剪切強(qiáng)度，剪切強(qiáng)度11. 5MPa ;用漿液濃度60% (固體含量約I. 3kg/L)的粒徑100 200目的砂粒漿液，噴射角度90° ;噴砂水流平均速度18m/s，噴射試樣片，噴射5小時(shí)，測(cè)量試樣片被磨損的深度O. 15mm。作為對(duì)比，采用同樣方法測(cè)試3mm的304不銹鋼板的耐磨性，噴射2小時(shí)，不銹鋼板被磨穿。實(shí)施例2在容量為2L的雙行星攪拌釜中，投入200. OOg雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂和二異戊基萘 57. 28g，攪拌混合均勻后加入2. 48g硅烷偶聯(lián)劑，繼續(xù)攪拌形成均勻的溶液，然后依次將 700. OOg耐磨碳化硅顆粒、285. 91g三氧化二鋁粉體和29. OOg氣相白炭黑加入到溶液中，然后用雙行星攪拌器進(jìn)行混合，混合10 30分鐘后制得主劑；在高速分散釜中，將24. 16g三乙烯四胺和20. 26g N-氨乙基哌嗪中攪拌制成均勻的混合溶液，然后將2. 48g硅烷偶聯(lián)劑加入并繼續(xù)攪拌得到均勻的溶液，然后將60. OOg三氧化二鋁粉體和3. 82g氣相白炭黑依次加入其中，高速分散進(jìn)行分散混合10 20分鐘制得固化劑。使用時(shí)，將樹(shù)脂組份和固化劑組份按一定重量比11. 5 I混合均勻，固化后即為耐磨涂層，涂層密度為2. 26g/cm3。按照ASTM D1002或GB/T7124-1986的所述方法測(cè)定涂層粘接不繡鋼拉伸剪切強(qiáng)度，剪切強(qiáng)度11. 9MPa ;用漿液濃度60% (固體含量約I. 3kg/L)的粒徑100 200目的砂粒漿液，噴射角度90° ;噴砂水流平均速度18m/s，噴射試樣片，噴射5小時(shí)，測(cè)量試樣片被磨損的深度O. 17mm。作為對(duì)比，采用同樣方法測(cè)試304不銹鋼板的耐磨性，噴射2小時(shí)，3mm 不銹鋼板被磨穿。實(shí)施例3在容量為2L的雙行星攪拌釜中，投入200. OOg雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂和二異戊基萘 30. 80g,攪拌混合均勻后加入3. 50g硅烷偶聯(lián)劑，繼續(xù)攪拌形成均勻的溶液，然后依次將 600. OOg耐磨碳化硅顆粒、355. OOg三氧化二鋁粉體和20. OOg氣相白炭黑加入到溶液中，然后用雙行星攪拌器進(jìn)行混合，混合10 30分鐘后制得主劑；在高速分散釜中，將34. 16g三乙烯四胺和10. 26g N-氨乙基哌嗪中攪拌制成均勻的混合溶液，然后將3. 30g硅烷偶聯(lián)劑加入并繼續(xù)攪拌得到均勻的溶液，然后將79. 40g三氧化二鋁粉體和3. 82g氣相白炭黑依次加入其中，高速分散進(jìn)行分散混合10 20分鐘制得固化劑。使用時(shí)，將樹(shù)脂組份和固化劑組份按一定重量比9. 22 I混合均勻，固化后即為耐磨涂層，涂層密度為2. 23g/cm3。按照ASTM D1002或GB/T7124-1986的所述方法測(cè)定涂層粘接不繡鋼拉伸剪切強(qiáng)度，剪切強(qiáng)度12. IMPa ;用漿液濃度60% (固體含量約I. 3kg/L)的粒徑100 200目的砂粒漿液，噴射角度90° ;噴砂水流平均速度18m/s，噴射試樣片，噴射5小時(shí)，測(cè)量試樣片被磨損的深度O. 18mm。作為對(duì)比，采用同樣方法測(cè)試304不銹鋼板的耐磨性，噴射2小時(shí)，3mm 不銹鋼板被磨穿。實(shí)施例4在容量為2L的雙行星攪拌釜中，投入200. OOg雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂和二異戊基萘 40. 90g,攪拌混合均勻后加入2. OOg硅烷偶聯(lián)劑，繼續(xù)攪拌形成均勻的溶液，然后依次將 650. OOg耐磨碳化硅顆粒、240. OOg三氧化二鋁粉體和29. OOg氣相白炭黑加入到溶液中，然后用雙行星攪拌器進(jìn)行混合，混合10 30分鐘后制得主劑；在高速分散釜中，將30. OOg三乙烯四胺和14. 42g N-氨乙基哌嗪中攪拌制成均勻的混合溶液，然后將2. OOg硅烷偶聯(lián)劑加入并繼續(xù)攪拌得到均勻的溶液，然后將60. OOg三氧化二鋁粉體和3. 82g氣相白炭黑依次加入其中，高速分散進(jìn)行分散混合10 20分鐘制得固化劑。使用時(shí)，將樹(shù)脂組份和固化劑組份按一定重量比10.53 I混合均勻，固化后即為耐磨涂層，涂層密度為2. 19g/cm3。按照ASTM D1002或GB/T7124-1986的所述方法測(cè)定涂層粘接不繡鋼拉伸剪切強(qiáng)度，剪切強(qiáng)度12. 5MPa ;用漿液濃度60% (固體含量約I. 3kg/L)的粒徑100 200目的砂粒漿液，噴射角度90° ;噴砂水流平均速度18m/s，噴射試樣片，噴射5小時(shí)，測(cè)量試樣片被磨損的深度O. 20mm。作為對(duì)比，采用同樣方法測(cè)試304不銹鋼板的耐磨性，噴射2小時(shí)，3mm 不銹鋼板被磨穿。盡管上文對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
給予了詳細(xì)描述和說(shuō)明，但是應(yīng)該指明的是， 我們可以依據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行各種等效改變和修改，其所產(chǎn)生的功能作用仍未超出說(shuō)明書(shū)所涵蓋的精神時(shí)，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.金屬耐磨修補(bǔ)復(fù)合涂層材料，包含由硅烷偶聯(lián)劑、環(huán)氧樹(shù)脂、二異戊基萘、碳化硅顆粒、三氧化二鋁粉體和氣相白炭黑混合而制成的主劑；和由硅烷偶聯(lián)劑、三乙烯四胺、N-氨乙基哌嗪、三氧化二鋁粉體和氣相白炭黑混合而制成的固化劑。
2.如權(quán)利要求I所述的金屬耐磨修補(bǔ)復(fù)合涂層材料，其特征在于所述主劑中的環(huán)氧樹(shù)脂為雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂；所述雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)氧當(dāng)量為175-200g/eq。
3.如權(quán)利要求2所述的金屬耐磨修補(bǔ)復(fù)合涂層材料，其特征在于所述主劑按照重量比組成為雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂10 20份，二異戊基萘I 10份，碳化硅顆粒50 60份，三氧化二鋁粉體20 30份，硅烷偶聯(lián)劑O. I O. 3份，氣相自炭黑I 3份。
4.如權(quán)利要求I所述的金屬耐磨修補(bǔ)復(fù)合涂層材料，其特征在于所述固化劑按照重量比組成為三乙烯四胺20 30份，N-氨乙基哌嗪10 20份，三氧化二鋁粉體40 60份， 硅烷偶聯(lián)劑I 3份，氣相白炭黑2 4份。
5.如權(quán)利要求I或3所述的金屬耐磨修補(bǔ)復(fù)合涂層材料，其特征在于所述的碳化硅顆粒的粒徑小于I. 5mm,所述的氣相白炭黑粒徑小于200nm。
6.如權(quán)利要求I或3或4所述的金屬耐磨修補(bǔ)復(fù)合涂層材料，其特征在于所述的三氧化二鋁粉體粒度范圍為325 500目。
7.如權(quán)利要求I或3或4所述的金屬耐磨修補(bǔ)復(fù)合涂層材料，其特征在于所述的硅烷偶聯(lián)劑為含環(huán)氧基的娃燒偶聯(lián)劑或含氣基的娃燒偶聯(lián)劑中的一種。
8.如權(quán)利要求7所述的金屬耐磨修補(bǔ)復(fù)合涂層材料，其特征在于所述主劑中優(yōu)選含環(huán)氧基的硅烷偶聯(lián)劑，而所述固化劑優(yōu)選含氨基的硅烷偶聯(lián)劑。
9.如權(quán)利要求I或3或4所述的金屬耐磨修補(bǔ)復(fù)合涂層材料的制備方法，包括I)將硅烷偶聯(lián)劑加入環(huán)氧樹(shù)脂和二異戊基萘中制成均勻的溶液，依次將耐磨碳化硅顆粒、三氧化二鋁粉體和氣相白炭黑加入到溶液中，然后攪拌混合，混合10-30分鐘后制得主劑的步驟；2)將硅烷偶聯(lián)劑加入三乙烯四胺和N-氨乙基哌嗪中制成均勻的溶液，然后將三氧化二鋁粉體和氣相白炭黑依次加入其中，然后高速分散混合，混合10 20分鐘制得固化劑的步驟；3)使用時(shí)將主劑組份和固化劑組份按一定重量比混合均勻，固化后即為耐磨涂層。
10.如權(quán)利要求9所述的金屬耐磨修補(bǔ)復(fù)合涂層材料的制備方法，其特征在于使用時(shí)將主劑組份和固化劑組份混合均勻?yàn)? 15 I。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種金屬耐磨修補(bǔ)復(fù)合涂層材料及其制備方法，包含由硅烷偶聯(lián)劑、環(huán)氧樹(shù)脂、二異戊基萘、碳化硅顆粒、三氧化二鋁粉體和氣相白炭黑混合而制成的主劑；和由硅烷偶聯(lián)劑、三乙烯四胺、N-氨乙基哌嗪、三氧化二鋁粉體和氣相白炭黑混合而制成的固化劑。通過(guò)對(duì)無(wú)機(jī)粉體填充改性環(huán)氧樹(shù)脂涂層性能的優(yōu)化，制備得到具有優(yōu)良防腐蝕性和耐磨性的雙組份室溫固化復(fù)合涂層。制備的耐磨涂層對(duì)金屬具有良好的粘接作用，固化后的涂層具有優(yōu)異的耐磨性，可應(yīng)用于液體漿料輸送泵的內(nèi)層及槳葉的防腐耐磨涂層的構(gòu)建和修復(fù)，氣體、粉體、液體輸送管道的內(nèi)表面防腐耐磨涂層構(gòu)建。
文檔編號(hào)C09J11/06GK102585746SQ20121004282
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者翁盛光 申請(qǐng)人:依工聚合工業(yè)(吳江)有限公司