一种水泥设备用防腐耐磨陶瓷涂料及其制备方法与流程

1.本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种水泥设备用防腐耐磨陶瓷涂料及其制备方法。


背景技术：

2.在水泥行业中，有许多设备在使用过程中由于需要长期接触具有一定腐蚀性的物料，或受到物料冲刷而导致设备发生磨损，从而降低了水泥设备的使用寿命，如何改善水泥设备的抗冲蚀性能，已经成为增加水泥设备使用寿命、降低成本的关键问题。目前，为了提高水泥设备关键部位的防腐耐磨性能，比较通用的解决方法是在其易于被物料冲刷、磨损的关键部位处设置具有防腐耐磨性能的涂层。
3.目前，应用于水泥设备关键部分防腐耐磨的主要材料是防腐耐磨陶瓷涂料，它是一种无机涂料，主要由骨料、结合剂、减水剂、活性微粉等原料组成，能够在形成具有绝缘、防腐蚀、耐高温、机械性能好的涂膜，可以达到陶瓷的结合强度和硬度，能够满足设备维护的基本要求。但是，为了适应水泥设备的使用环境，避免设备过快磨损，减少设备维修、更换的频率，仍然有必要进一步改善防腐耐磨陶瓷涂料耐磨性、抗冲蚀性能。


技术实现要素：

4.本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种水泥设备用防腐耐磨陶瓷涂料及其制备方法。
5.本发明是通过以下技术方案实现的：
6.一种水泥设备用防腐耐磨陶瓷涂料，包括下述质量份的原料：电熔白刚玉40-50份、铝酸钙水泥4-6份、sic微粉2-4份、al2o3微粉1-3份、si02微粉1-2份、氧化铈-镁铝水滑石-聚羧酸复合减水剂0.2-0.5份、六偏磷酸钠0.1-0.2份。
7.优选地，所述氧化铈-镁铝水滑石-聚羧酸复合减水剂的制备方法包括：
8.(1)将六水合硝酸镁、九水合硝酸铝和六水合硝酸铈溶于水中，然后用naoh将ph调至9-10，搅拌均匀后，在60-70℃下晶化4-6h，离心，将得到的沉淀洗涤、干燥，得到氧化铈-镁铝水滑石复合物；
9.(2)将乙烯基三甲氧基硅烷、乙醇、氨水和水混合均匀，然后加入步骤(1)得到的氧化铈-镁铝水滑石复合物，加热搅拌反应，反应完毕后离心，将得到的沉淀洗涤、干燥，得到改性氧化铈-镁铝水滑石复合物；
10.(3)将甲基烯丙基聚氧乙烯醚加入水中，然后加入步骤(2)得到的改性氧化铈-镁铝水滑石复合物和氧化剂，搅拌均匀，得到混合溶液a，然后向所述混合溶液a中加入链转移剂与还原剂的混合溶液和丙烯酸，用naoh将ph调至6-8，在40-60℃下搅拌反应1-4h，干燥，即得。
11.优选地，步骤(1)中，六水合硝酸镁、九水合硝酸铝和六水合硝酸铈的摩尔比为(3-5)：1：(0.1-0.3)。
12.优选地，步骤(2)中，乙烯基三甲氧基硅烷、乙醇、氨水和水的质量比为1：(15-25)：(0.2-0.3)：(0.5-1)，乙烯基三甲氧基硅烷与氧化铈-镁铝水滑石复合物的质量比为(0.5-1)：10。
13.优选地，步骤(2)中，加热搅拌反应的温度为50-80℃，时间为4-8h。
14.优选地，步骤(3)中，混合溶液a中，甲基烯丙基聚氧乙烯醚、改性氧化铈-镁铝水滑石复合物、氧化剂和水的质量比为1：(0.05-0.15)：(0.005-0.01)：(0.2-0.3)，步骤(3)中，混合溶液a、链转移剂与还原剂的混合溶液和丙烯酸的质量比为1：(0.05-0.1)：(0.15-0.2)，其中链转移剂与还原剂的混合溶液由链转移剂、还原剂和水按质量比为(0.3-0.5)：(0.1-0.2)：10混合得到。
15.优选地，步骤(3)中，链转移剂为巯基乙酸，氧化剂为过氧化氢，还原剂为抗坏血酸。
16.优选地，所述电熔白刚玉由粒度＜5mm且≥3mm的电熔白刚玉、粒度＜3mm且≥1mm的电熔白刚玉、粒度＜1mm且≥0.088mm的电熔白刚玉、粒度＜0.088mm的电熔白刚玉按质量比为(1.5-2)：(2.5-3)：(1-1.5)：(0.5-1)组成。
17.优选地，所述sic微粉的粒度为200-300目；所述al2o3微粉的粒度为5-10μm；所述si02微粉的粒度≤200nm。
18.一种所述的水泥设备用防腐耐磨陶瓷涂料的制备方法，包括下述步骤：
19.一、将电熔白刚玉、sic微粉、al2o3微粉、si02微粉混合均匀，得到物料a；
20.二、将铝酸钙水泥、氧化铈-镁铝水滑石-聚羧酸复合减水剂、六偏磷酸钠混合均匀，得到物料b；
21.三、将所述物料a和物料b混合均匀，即得。
22.本发明的优点是：
23.本发明在聚羧酸减水剂的合成过程中通过与含双键的硅烷偶联剂的接枝聚合引入了氧化铈-镁铝水滑石复合物，制得的氧化铈-镁铝水滑石-聚羧酸复合减水剂既能起到很好的减水效果，而且通过接枝引入氧化铈-镁铝水滑石复合物，其中镁铝水滑石可以提高体系中水化产物的数量，提高耐压强度和耐磨性，其独特的片层结构还能提高涂料的抗冲蚀性能，但是其与骨料、水泥之间的界面结合不够牢固，且会降低体系的流动性，在其表面负载氧化铈，可以利用氧化铈的成核作用以及纳米颗粒对界面的锚固作用，在水滑石与骨料、水泥的界面快速形成水化产物，形成更为密实的微观结构，进一步提高涂料的耐压强度和耐磨性，同时，在其接枝的聚羧酸大分子的作用下，氧化铈-镁铝水滑石复合物可以均匀地分散在水泥颗粒的界面上，削弱氧化铈-镁铝水滑石复合物对体系流动性的不良影响，改善涂料内部结构的均匀性，优化孔隙结构，从而进一步发挥其对涂料的抗压、耐磨性能的增强作用。因此，本发明的防腐耐磨陶瓷涂料具有优越的机械性能、耐磨性能和抗冲蚀性，适合应用于水泥设备的维护。
具体实施方式
24.实施例1
25.一种水泥设备用防腐耐磨陶瓷涂料，包括下述质量份的原料：电熔白刚玉40份、ca-50铝酸钙水泥4份、sic微粉2份、al2o3微粉1份、si02微粉1份、氧化铈-镁铝水滑石-聚羧
酸复合减水剂0.2份、六偏磷酸钠0.1份，其中电熔白刚玉由粒度＜5mm且≥3mm的电熔白刚玉、粒度＜3mm且≥1mm的电熔白刚玉、粒度＜1mm且≥0.088mm的电熔白刚玉、粒度＜0.088mm的电熔白刚玉按质量比为1.5：2.5：1：0.5组成，sic微粉的粒度为200目，al2o3微粉的粒度为5-10μm，si02微粉的粒度≤200nm。
26.氧化铈-镁铝水滑石-聚羧酸复合减水剂的制备方法包括：
27.(1)将六水合硝酸镁、九水合硝酸铝和六水合硝酸铈溶于水中，然后用naoh将ph调至9，搅拌均匀后，在60℃下晶化6h，离心，将得到的沉淀洗涤、干燥，得到氧化铈-镁铝水滑石复合物，其中六水合硝酸镁、九水合硝酸铝和六水合硝酸铈的摩尔比为3：1：0.1；
28.(2)将乙烯基三甲氧基硅烷、乙醇、氨水和水按质量比为1：15：0.2：0.5混合均匀，然后加入步骤(1)得到的氧化铈-镁铝水滑石复合物，在50℃下加热搅拌反应8h，反应完毕后离心，将得到的沉淀洗涤、干燥，得到改性氧化铈-镁铝水滑石复合物，其中乙烯基三甲氧基硅烷与氧化铈-镁铝水滑石复合物的质量比为0.5：10；
29.(3)将甲基烯丙基聚氧乙烯醚加入水中，然后加入步骤(2)得到的改性氧化铈-镁铝水滑石复合物和过氧化氢，搅拌均匀，得到混合溶液a，然后向所述混合溶液a中加入巯基乙酸与抗坏血酸的混合溶液和丙烯酸，用naoh将ph调至6，在40℃下搅拌反应4h，干燥，即得，混合溶液a中，甲基烯丙基聚氧乙烯醚、改性氧化铈-镁铝水滑石复合物、过氧化氢和水的质量比为1：0.05：0.005：0.2，步骤(3)中，混合溶液a、巯基乙酸与抗坏血酸的混合溶液和丙烯酸的质量比为1：0.05：0.15，其中巯基乙酸与抗坏血酸的混合溶液由巯基乙酸、抗坏血酸和水按质量比为0.3：0.1：10混合得到。
30.上述水泥设备用防腐耐磨陶瓷涂料的制备方法包括下述步骤：
31.一、将电熔白刚玉、sic微粉、al2o3微粉、si02微粉混合均匀，得到物料a；
32.二、将铝酸钙水泥、氧化铈-镁铝水滑石-聚羧酸复合减水剂、六偏磷酸钠混合均匀，得到物料b；
33.三、将所述物料a和物料b混合均匀，即得。
34.实施例2
35.一种水泥设备用防腐耐磨陶瓷涂料，包括下述质量份的原料：电熔白刚玉50份、ca-50铝酸钙水泥6份、sic微粉4份、al2o3微粉3份、si02微粉2份、氧化铈-镁铝水滑石-聚羧酸复合减水剂0.5份、六偏磷酸钠0.2份，其中电熔白刚玉由粒度＜5mm且≥3mm的电熔白刚玉、粒度＜3mm且≥1mm的电熔白刚玉、粒度＜1mm且≥0.088mm的电熔白刚玉、粒度＜0.088mm的电熔白刚玉按质量比为2：3：1.5：1组成，sic微粉的粒度为300目，al2o3微粉的粒度为5-10μm，si02微粉的粒度≤200nm。
36.氧化铈-镁铝水滑石-聚羧酸复合减水剂的制备方法包括：
37.(1)将六水合硝酸镁、九水合硝酸铝和六水合硝酸铈溶于水中，然后用naoh将ph调至10，搅拌均匀后，在70℃下晶化4h，离心，将得到的沉淀洗涤、干燥，得到氧化铈-镁铝水滑石复合物，其中六水合硝酸镁、九水合硝酸铝和六水合硝酸铈的摩尔比为5：1：0.3；
38.(2)将乙烯基三甲氧基硅烷、乙醇、氨水和水按质量比为1：25：0.3：1混合均匀，然后加入步骤(1)得到的氧化铈-镁铝水滑石复合物，在80℃下加热搅拌反应4h，反应完毕后离心，将得到的沉淀洗涤、干燥，得到改性氧化铈-镁铝水滑石复合物，其中乙烯基三甲氧基硅烷与氧化铈-镁铝水滑石复合物的质量比为1：10；
39.(3)将甲基烯丙基聚氧乙烯醚加入水中，然后加入步骤(2)得到的改性氧化铈-镁铝水滑石复合物和过氧化氢，搅拌均匀，得到混合溶液a，然后向所述混合溶液a中加入巯基乙酸与抗坏血酸的混合溶液和丙烯酸，用naoh将ph调至8，在60℃下搅拌反应1h，干燥，即得，混合溶液a中，甲基烯丙基聚氧乙烯醚、改性氧化铈-镁铝水滑石复合物、过氧化氢和水的质量比为1：0.15：0.01：0.3，步骤(3)中，混合溶液a、巯基乙酸与抗坏血酸的混合溶液和丙烯酸的质量比为1：0.1：0.2，其中巯基乙酸与抗坏血酸的混合溶液由巯基乙酸、抗坏血酸和水按质量比为0.5：0.2：10混合得到。
40.涂料的制备方法同实施例1。
41.实施例3
42.一种水泥设备用防腐耐磨陶瓷涂料，包括下述质量份的原料：电熔白刚玉45份、ca-50铝酸钙水泥5份、sic微粉3份、al2o3微粉2份、si02微粉1.5份、氧化铈-镁铝水滑石-聚羧酸复合减水剂0.35份、六偏磷酸钠0.15份，其中电熔白刚玉由粒度＜5mm且≥3mm的电熔白刚玉、粒度＜3mm且≥1mm的电熔白刚玉、粒度＜1mm且≥0.088mm的电熔白刚玉、粒度＜0.088mm的电熔白刚玉按质量比为1.8：2.8：1.2：0.8组成，sic微粉的粒度为250目，al2o3微粉的粒度为5-10μm，si02微粉的粒度≤200nm。
43.氧化铈-镁铝水滑石-聚羧酸复合减水剂的制备方法包括：
44.(1)将六水合硝酸镁、九水合硝酸铝和六水合硝酸铈溶于水中，然后用naoh将ph调至9.5，搅拌均匀后，在65℃下晶化5h，离心，将得到的沉淀洗涤、干燥，得到氧化铈-镁铝水滑石复合物，其中六水合硝酸镁、九水合硝酸铝和六水合硝酸铈的摩尔比为4：1：0.2；
45.(2)将乙烯基三甲氧基硅烷、乙醇、氨水和水按质量比为1：20：0.25：0.75混合均匀，然后加入步骤(1)得到的氧化铈-镁铝水滑石复合物，在60℃下加热搅拌反应6h，反应完毕后离心，将得到的沉淀洗涤、干燥，得到改性氧化铈-镁铝水滑石复合物，其中乙烯基三甲氧基硅烷与氧化铈-镁铝水滑石复合物的质量比为0.8：10；
46.(3)将甲基烯丙基聚氧乙烯醚加入水中，然后加入步骤(2)得到的改性氧化铈-镁铝水滑石复合物和过氧化氢，搅拌均匀，得到混合溶液a，然后向所述混合溶液a中加入巯基乙酸与抗坏血酸的混合溶液和丙烯酸，用naoh将ph调至7，在50℃下搅拌反应2h，干燥，即得，混合溶液a中，甲基烯丙基聚氧乙烯醚、改性氧化铈-镁铝水滑石复合物、过氧化氢和水的质量比为1：0.1：0.008：0.25，步骤(3)中，混合溶液a、巯基乙酸与抗坏血酸的混合溶液和丙烯酸的质量比为1：0.08：0.16，其中巯基乙酸与抗坏血酸的混合溶液由巯基乙酸、抗坏血酸和水按质量比为0.4：0.15：10混合得到。
47.涂料的制备方法同实施例1。
48.对比例1
49.一种水泥设备用防腐耐磨陶瓷涂料，包括下述质量份的原料：电熔白刚玉45份、ca-50铝酸钙水泥5份、sic微粉3份、al2o3微粉2份、si02微粉1.5份、聚羧酸减水剂0.3份、氧化铈-镁铝水滑石复合物0.05份、六偏磷酸钠0.15份，其中电熔白刚玉由粒度＜5mm且≥3mm的电熔白刚玉、粒度＜3mm且≥1mm的电熔白刚玉、粒度＜1mm且≥0.088mm的电熔白刚玉、粒度＜0.088mm的电熔白刚玉按质量比为1.8：2.8：1.2：0.8组成，sic微粉的粒度为250目，al2o3微粉的粒度为5-10μm，si02微粉的粒度≤200nm。
50.氧化铈-镁铝水滑石复合物的制备方法包括：
51.将六水合硝酸镁、九水合硝酸铝和六水合硝酸铈溶于水中，然后用naoh将ph调至9.5，搅拌均匀后，在65℃下晶化5h，离心，将得到的沉淀洗涤、干燥，得到氧化铈-镁铝水滑石复合物，其中六水合硝酸镁、九水合硝酸铝和六水合硝酸铈的摩尔比为4：1：0.2；
52.聚羧酸减水剂的制备方法包括：
53.将甲基烯丙基聚氧乙烯醚加入水中，然后加入过氧化氢，搅拌均匀，得到混合溶液a，然后向所述混合溶液a中加入巯基乙酸与抗坏血酸的混合溶液和丙烯酸，用naoh将ph调至7，在50℃下搅拌反应2h，干燥，即得，混合溶液a中，甲基烯丙基聚氧乙烯醚、过氧化氢和水的质量比为1：0.008：0.25，步骤(3)中，混合溶液a、巯基乙酸与抗坏血酸的混合溶液和丙烯酸的质量比为1：0.08：0.16，其中巯基乙酸与抗坏血酸的混合溶液由巯基乙酸、抗坏血酸和水按质量比为0.4：0.15：10混合得到。
54.上述水泥设备用防腐耐磨陶瓷涂料的制备方法包括下述步骤：
55.一、将电熔白刚玉、sic微粉、al2o3微粉、si02微粉混合均匀，得到物料a；
56.二、将铝酸钙水泥、氧化铈-镁铝水滑石复合物、聚羧酸减水剂、六偏磷酸钠混合均匀，得到物料b；
57.三、将所述物料a和物料b混合均匀，即得。
58.对比例2
59.对比例2与实施例3的区别仅为：采用镁铝水滑石-聚羧酸复合减水剂代替氧化铈-镁铝水滑石-聚羧酸复合减水剂。镁铝水滑石-聚羧酸复合减水剂的制备方法包括：
60.(1)将六水合硝酸镁、九水合硝酸铝溶于水中，然后用naoh将ph调至9.5，搅拌均匀后，在65℃下晶化5h，离心，将得到的沉淀洗涤、干燥，得到镁铝水滑石，其中六水合硝酸镁、九水合硝酸铝的摩尔比为4：1；
61.(2)将乙烯基三甲氧基硅烷、乙醇、氨水和水按质量比为1：20：0.25：0.75混合均匀，然后加入步骤(1)得到的镁铝水滑石，在60℃下加热搅拌反应6h，反应完毕后离心，将得到的沉淀洗涤、干燥，得到改性镁铝水滑石，其中乙烯基三甲氧基硅烷与镁铝水滑石的质量比为0.8：10；
62.(3)将甲基烯丙基聚氧乙烯醚加入水中，然后加入步骤(2)得到的改性镁铝水滑石和过氧化氢，搅拌均匀，得到混合溶液a，然后向所述混合溶液a中加入巯基乙酸与抗坏血酸的混合溶液和丙烯酸，用naoh将ph调至7，在50℃下搅拌反应2h，干燥，即得，混合溶液a中，甲基烯丙基聚氧乙烯醚、改性镁铝水滑石、过氧化氢和水的质量比为1：0.1：0.008：0.25，步骤(3)中，混合溶液a、巯基乙酸与抗坏血酸的混合溶液和丙烯酸的质量比为1：0.08：0.16，其中巯基乙酸与抗坏血酸的混合溶液由巯基乙酸、抗坏血酸和水按质量比为0.4：0.15：10混合得到。
63.对比例3
64.对比例3与实施例3的区别仅为：采用纳米氧化铈-聚羧酸复合减水剂代替氧化铈-镁铝水滑石-聚羧酸复合减水剂。纳米氧化铈-聚羧酸复合减水剂的制备方法包括：
65.(1)将乙烯基三甲氧基硅烷、乙醇、氨水和水按质量比为1：20：0.25：0.75混合均匀，然后加入纳米氧化铈，在60℃下加热搅拌反应6h，反应完毕后离心，将得到的沉淀洗涤、干燥，得到改纳米氧化铈，其中乙烯基三甲氧基硅烷与纳米氧化铈的质量比为0.8：10；
66.(3)将甲基烯丙基聚氧乙烯醚加入水中，然后加入步骤(2)得到的改性纳米氧化铈
和过氧化氢，搅拌均匀，得到混合溶液a，然后向所述混合溶液a中加入巯基乙酸与抗坏血酸的混合溶液和丙烯酸，用naoh将ph调至7，在50℃下搅拌反应2h，干燥，即得，混合溶液a中，甲基烯丙基聚氧乙烯醚、纳米氧化铈、过氧化氢和水的质量比为1：0.1：0.008：0.25，步骤(3)中，混合溶液a、巯基乙酸与抗坏血酸的混合溶液和丙烯酸的质量比为1：0.08：0.16，其中巯基乙酸与抗坏血酸的混合溶液由巯基乙酸、抗坏血酸和水按质量比为0.4：0.15：10混合得到。
67.试验例
68.分别将实施例3和对比例1-3的涂料加入适量水拌和均匀，然后填充到模型中，振动成型，经过养护制成试块，并进行性能测试，其中常温耐压强度测试参照ybt 5201-1993，耐磨性测试参照gbt 18301-2001，试块尺寸为100mm
×
100mm
×
25mm，以500n压力下的磨损量为评价指标。测试结果如表1所示：
69.表1
[0070][0071]
通过表1中的对比实验结果可以看出，本发明在聚羧酸减水剂的合成过程中通过与含双键的硅烷偶联剂的接枝聚合引入了氧化铈-镁铝水滑石复合物，制得的氧化铈-镁铝水滑石-聚羧酸复合减水剂既能起到很好的减水效果，而且通过接枝引入氧化铈-镁铝水滑石复合物，其中镁铝水滑石可以提高体系中水化产物的数量，提高耐压强度和耐磨性，其独特的片层结构还能提高涂料的抗冲蚀性能，但是其与骨料、水泥之间的界面结合不够牢固，且会降低体系的流动性，在其表面负载氧化铈，可以利用氧化铈的成核作用以及纳米颗粒对界面的锚固作用，在水滑石与骨料、水泥的界面快速形成水化产物，形成更为密实的微观结构，进一步提高涂料的耐压强度和耐磨性，同时，在其接枝的聚羧酸大分子的作用下，氧化铈-镁铝水滑石复合物可以均匀地分散在水泥颗粒的界面上，削弱氧化铈-镁铝水滑石复合物对体系流动性的不良影响，改善涂料内部结构的均匀性，优化孔隙结构，从而进一步发挥其对涂料的抗压、耐磨性能的增强作用；而对比例1采用分别添加聚羧酸减水剂和氧化铈-镁铝水滑石复合物的配方，与实施例3相比，由于氧化铈-镁铝水滑石复合物的添加对涂料的流动性具有一定的负面影响，且氧化铈-镁铝水滑石复合物在界面的分布均匀性较差，导致其磨损性能和机械性能不能得到显著的提升；对比例2采用镁铝水滑石-聚羧酸复合减水剂代替氧化铈-镁铝水滑石-聚羧酸复合减水剂，对比例3采用纳米氧化铈-聚羧酸复合减水剂代替氧化铈-镁铝水滑石-聚羧酸复合减水剂，均不能很好地发挥纳米氧化铈-镁铝水滑石之间的协同作用，磨损性能和机械性能提升效果均不够理想。