專(zhuān)利名稱(chēng)：水利工程建筑物的抗沖耐磨保護(hù)納米涂料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種涂料，具體涉及一種水利工程建筑物的抗沖耐磨保護(hù)納米涂料，本發(fā)明還涉及該涂料的制備方法。
背景技術(shù)：
水利工程中建筑物受高速夾砂水流沖刷及推移質(zhì)撞擊沖磨，遭受?chē)?yán)重破壞，這一直是水利水電建設(shè)中有待解決的問(wèn)題，我國(guó)運(yùn)行中的大壩泄水建筑物有70%存在程度不同的沖磨破壞。隨著西部大開(kāi)發(fā)和西電東輸戰(zhàn)略的實(shí)施，一批以溪洛渡和錦屏一級(jí)為代表的大型高水頭水電站相繼開(kāi)工建設(shè)，其泄流最大流速可達(dá)50m/s，現(xiàn)有的環(huán)氧砂漿、噴涂聚脲、襯砌鋼板、硅粉高強(qiáng)砂漿均不能滿(mǎn)足這一高要求，主要原因是上述材料無(wú)法做到高強(qiáng)度與韌性的統(tǒng)一。采用耐磨涂料對(duì)泄水建筑物進(jìn)行表面抗沖耐磨保護(hù)是解決上述問(wèn)題行之有效的方法，文獻(xiàn)“水工泄水建筑物抗沖耐磨涂料的研究”(化學(xué)建材，2003年第2期)及“水工泄水建筑物耐磨涂層護(hù)面工藝探討”(水利水電技術(shù)，2003年第6期)介紹了 FS抗沖耐磨涂料的研制及其施工工藝，該涂料由環(huán)氧樹(shù)脂和呋喃樹(shù)脂為成膜樹(shù)脂，以碳化硅為耐磨填料，合成的涂料具有很高的耐磨損性能，缺點(diǎn)是涂層較脆，抵抗硬物沖擊的性能不好。申請(qǐng)?zhí)枮?00810042852.1的中國(guó)專(zhuān)利“混凝土底材上的減阻耐磨涂料”介紹了一種能夠降低混凝土表面阻力提高耐磨性的涂料，由于其以羥基丙烯酸樹(shù)脂或羥基聚酯樹(shù)脂為成膜樹(shù)脂，以重晶石粉、滑石粉、云母粉中的一種或一種以上材料為填料，涂層硬度不足于抵抗高速夾砂石水流的沖磨。利用納米粒子的小尺寸效應(yīng)、表面與界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)，將納米技術(shù)應(yīng)用于涂料合成工藝，制備納米功能涂料已成為現(xiàn)代涂料研究的一個(gè)重要發(fā)展方向。在高硬度的耐磨涂料中加入納米 相，可進(jìn)一步提高涂層的硬度和耐磨性能，并保持較高的韌性。申請(qǐng)?zhí)枮?00410013860.5的中國(guó)專(zhuān)利“納米透明耐磨復(fù)合涂料”分別介紹了一種雙組份耐磨復(fù)合涂料和單組份耐磨復(fù)合涂料，可涂于樹(shù)脂、金屬和木材表面，由于所用的樹(shù)脂是飽和羥基聚酯樹(shù)脂、羥基丙烯酸樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、醇酸樹(shù)脂中的一種樹(shù)脂，所用涂層硬度有限，另外單純依靠納米粒子和成膜樹(shù)脂的耐磨性，其耐磨性能也有限。申請(qǐng)?zhí)枮?00610025286.4的中國(guó)專(zhuān)利“一種耐磨耐腐蝕納米復(fù)合環(huán)氧浙青修補(bǔ)涂料的制備方法”在環(huán)氧浙青防腐涂料中加入一種或兩種納米級(jí)功能粉體材料，制得的涂料與原環(huán)氧浙青防腐涂料相比，耐摩擦性有明顯提高，但是僅僅依靠納米粒子的耐磨性，涂料提高的耐摩擦性能有限，無(wú)法滿(mǎn)足水利工程中建筑物遭受高速夾砂水流沖刷及推移質(zhì)的撞擊沖磨。申請(qǐng)?zhí)枮?00610025288.3的中國(guó)專(zhuān)利“一種耐磨耐腐蝕納米復(fù)合環(huán)氧富鋅涂料的制備方法”在環(huán)氧富鋅涂料中加入一種或兩種納米級(jí)功能粉體材料，制得的涂料與原環(huán)氧富鋅涂料相比，耐摩擦性有明顯提高，同樣僅僅依靠納米粒子的耐磨性，涂料提高的耐摩擦性能有限
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)水利工程中建筑物受高速夾砂水流沖刷及推移質(zhì)撞擊沖磨的破壞特點(diǎn)，本發(fā)明將提供一種水利工程建筑物的抗沖耐磨保護(hù)納米涂料，該耐磨納米涂料以納米級(jí)功能粉體材料和活性溶劑同時(shí)對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行改性，以高硬度的碳化硅為耐磨填料。本發(fā)明提供的該納米涂料比傳統(tǒng)的納米涂料具有更高的抗沖耐磨性能。其硬度與柔韌性也明顯提高。完成上述發(fā)明任務(wù)的方案是，一種水利工程建筑物的抗沖耐磨保護(hù)納米涂料，其特征在于，該納米涂料由甲組份和乙組份組成，甲組份與乙組份的重量比為100:15-25 ;其中，甲組份的組成及重量比如下；
環(huán)氧樹(shù)脂35-45
活性溶劑20-40
納米級(jí)功能粉體材料1.2-2.0
偶聯(lián)劑0.3-0.5
碳化娃20-30
顏料2-4 ；
乙組份:T31環(huán)氧樹(shù)脂固化劑。本申請(qǐng)推薦:以上方案中所述的環(huán)氧樹(shù)脂采用E44環(huán)氧樹(shù)脂或E51環(huán)氧樹(shù)脂。所述的納米級(jí)功能 粉體材料主要對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行增韌增強(qiáng)改性，納米級(jí)功能粉體材料可以包含a相納米三氧化二鋁和四方納米二氧化鋯中的一種或兩種，采用兩種時(shí)，兩者之間的比例可以是任意比例。其中a相納米三氧化二鋁的平均粒徑為50nm，四方納米二氧化鋯的平均粒徑為50nm?；钚匀軇┰谕苛吓渲茣r(shí)起溶劑的作用，在涂料涂裝后的固化過(guò)程中，活性溶劑間能反應(yīng)，并對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行增強(qiáng)增硬改性。所述的活性溶劑可以由糠醛和丙酮組成；糠醛與丙酮的重量比為40-60:60-40) 顏料為常用的炭黑、鈦白粉、氧化鉻綠中的一種或兩種以上；
碳化娃的平均粒徑為150mm。本發(fā)明推薦:甲組份與乙組份的重量比采用為100: 20 ;其中，甲組份的組成及重量比如下；
E44環(huán)氧樹(shù)脂40
糠醛15
丙酮15
a相納米二氧化二招0.8
四方納米二氧化鋯0.8
偶聯(lián)劑0.4
碳化硅25
顏料3。所述的偶聯(lián)劑可以采用KH550硅烷偶聯(lián)劑或KH570硅烷偶聯(lián)劑，KH550硅烷偶聯(lián)劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為NH2-CH2-CH2-S1- (OC2H5) 3，KH570硅烷偶聯(lián)劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為CH2=C (CH3)-CO-O-CH2-CH2-CH2-S1- (OCH3) 3。以上材料均可采用工業(yè)品。完成本申請(qǐng)第2個(gè)發(fā)明任務(wù)的方案是，上述水利工程建筑物的抗沖耐磨保護(hù)納米涂料的制備方法，其特征在于，步驟如下，
甲組份制備工藝:
配方量的丙酮、偶聯(lián)劑、納米級(jí)功能粉體材料在高速分散機(jī)中分散；
加入配方量的E44環(huán)氧樹(shù)脂繼續(xù)分散；
將配方中甲組份中的余下材料按配方量全部加入，繼續(xù)分散；
將全部材料移出分散機(jī)，轉(zhuǎn)入砂磨機(jī)中，砂磨，即得涂料甲組份；
使用時(shí)，將甲乙組份按重量比混合，攪拌均勻，即可涂刷。更具體和更優(yōu)化地說(shuō)，本發(fā)明的制備方法中各步驟的具體操作如下，
甲組份制備工藝:
在高速分散機(jī)中加入配方量的丙酮、偶聯(lián)劑、納米級(jí)功能粉體材料，在轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)/分鐘條件下分散I小時(shí)。再將配方量的E44環(huán)氧樹(shù)脂加入高速分散機(jī)中，在轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)/分鐘條件下繼續(xù)分散I小時(shí)。再將配方中甲組 份中的余下材料按配方量全部加入高速分散機(jī)中，在轉(zhuǎn)速為4000轉(zhuǎn)/分鐘條件下繼續(xù)分散30分鐘，將全部材料移出分散機(jī)，轉(zhuǎn)入砂磨機(jī)中，在轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分鐘條件下砂磨30分鐘，即得涂料甲組份。所得涂料具有以下性能指標(biāo):
權(quán)利要求
1.一種水利工程建筑物的抗沖耐磨保護(hù)納米涂料，其特征在于，該納米涂料由甲組份和乙組份組成，甲組份與乙組份的重量比為100:15-25 ;其中，甲組份的組成及重量比如下； 環(huán)氧樹(shù)脂35-45 活性溶劑20-40 納米級(jí)功能粉體材料1.2-2.0 偶聯(lián)劑0.3-0.5 碳化娃20-30 顏料2-4 ； 乙組份:T31環(huán)氧樹(shù)脂固化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水利工程建筑物的抗沖耐磨保護(hù)納米涂料，其特征在于， 所述的環(huán)氧樹(shù)脂為E44環(huán)氧樹(shù)脂或E51環(huán)氧樹(shù)脂； 所述的活性溶劑由糠醛與丙酮組成，其中，糠醛與丙酮的重量比為40-60:60-40 ； 所述的納米級(jí)功能粉體材料由四方納米二氧化錯(cuò)與a相納米三氧化二招組成,其中a相納米三氧化二鋁的重量比為0.6-1.0 ;四方納米二氧化鋯的重量比為0.6-1.0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水利工程建筑物的抗沖耐磨保護(hù)納米涂料，其特征在于，所述甲組份與乙組份的重量比采用為100: 20。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水利工程建筑物的抗沖耐磨保護(hù)納米涂料，其特征在于，所述甲組份的組成及重量比如下； E44環(huán)氧樹(shù)脂40糠醛15丙酮15 a相納米二氧化二招0.8 四方納米二氧化鋯0.8偶聯(lián)劑0.4碳化硅25顏料3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的水利工程建筑物的抗沖耐磨保護(hù)納米涂料，其特征在于，所述的偶聯(lián)劑采用KH550硅烷偶聯(lián)劑或KH570硅烷偶聯(lián)劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水利工程建筑物的抗沖耐磨保護(hù)納米涂料，其特征在于，所述a相納米三氧化二鋁的平均粒徑為50nm，四方納米二氧化鋯的平均粒徑為50nm。
7.權(quán)利要求1所述的水利工程建筑物的抗沖耐磨保護(hù)納米涂料的制備方法，其特征在于，步驟如下， 甲組份制備工藝:配方量的丙酮、偶聯(lián)劑、納米級(jí)功能粉體材料在高速分散機(jī)中分散； 加入配方量的環(huán)氧樹(shù)脂繼續(xù)分散； 將配方中甲組份中的余下材料按配方量全部加入，繼續(xù)分散； 將全部材料移出分散機(jī)，轉(zhuǎn)入砂磨機(jī)中，砂磨，即得涂料甲組份； 使用時(shí)，將甲乙組份按重量比混合，攪拌均勻，即可。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水利工程建筑物的抗沖耐磨保護(hù)納米涂料，其特征在于，所述的環(huán)氧樹(shù)脂為E44環(huán)氧樹(shù)脂或E51環(huán)氧樹(shù)脂；所述的活性溶劑由糠醛與丙酮組成，所述的納米級(jí)功能粉體材料由四方納米二氧化鋯與a相納米三氧化二鋁組成；所述的偶聯(lián)劑采用KH550硅烷偶聯(lián)劑或KH570硅烷偶聯(lián)劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8或8所述的水利工程建筑物的抗沖耐磨保護(hù)納米涂料，其特征在于，所述甲組份制備工藝的具體操作如下， 在高速分散機(jī)中加入配方量的丙酮、偶聯(lián)劑、納米級(jí)功能粉體材料，在轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)/分鐘條件下分散I小時(shí)；再將配方量的環(huán)氧樹(shù)脂加入高速分散機(jī)中，在轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)/分鐘條件下繼續(xù)分散I小時(shí)；再將配方中甲組份中的余下材料按配方量全部加入高速分散機(jī)中，在轉(zhuǎn)速為4000轉(zhuǎn)/分鐘條件下繼續(xù)分散30分鐘，將全部材料移出分散機(jī)，轉(zhuǎn)入砂磨機(jī)中，在轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分鐘條件下砂磨30分鐘，即得涂料甲組份。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或8所述的水利工程建筑物的抗沖耐磨保護(hù)納米涂料，其特征在于，所述a相納米三氧化二鋁的平均粒徑為50nm，四方納米二氧化鋯的平均粒徑為50nm ;所述碳化娃的平均粒 徑為150mm 。
全文摘要
水利工程建筑物的抗沖耐磨保護(hù)納米涂料及其制備方法，納米涂料由甲組份和乙組份組成，兩者重量比為10015-25；其中，甲組份的組成及重量比是；環(huán)氧樹(shù)脂35-45；活性溶劑20-40；納米級(jí)功能粉體材料1.2-2.0；偶聯(lián)劑0.3-0.5；碳化硅20-30；顏料2-4；乙組份T31環(huán)氧樹(shù)脂固化劑。制備工藝是甲組份各物質(zhì)分散、砂磨，使用時(shí)將甲乙組份按重量比混合，攪拌均勻，即可。本發(fā)明針對(duì)水利工程中建筑物受高速夾砂水流沖刷及推移質(zhì)撞擊沖磨的破壞特點(diǎn)，提供的該納米涂料比傳統(tǒng)的納米涂料具有更高的抗沖耐磨性能。其硬度與柔韌性也明顯提高。
文檔編號(hào)C09D7/12GK103184000SQ20101026367
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2010年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者徐雪峰, 蔡躍波, 丁建彤, 李森林 申請(qǐng)人:水利部交通運(yùn)輸部國(guó)家能源局南京水利科學(xué)研究院