用于耐磨涂层的韧化环氧系统的制作方法
【专利摘要】一种用于金属工业设备及部件的环氧类涂料系统，与已知的涂料组合物相比，该环氧类涂料系统可提供优异的耐磨性。该涂料系统包含树脂组分和硬化剂组分。树脂组分包含一种或多种双酚环氧树脂和无机珠粒。硬化剂组分包含丁二烯丙烯腈橡胶、一种或多种固化剂和无机珠粒。将树脂组分和硬化剂组分混合在一起，施加于金属表面，并固化以形成耐磨涂层。
【专利说明】用于耐磨涂层的韧化环氧系统
[0001]相关申请案
[0002]本专利申请要求2011年8月30日提交的第61/528,880号美国临时申请的优先权，该申请的公开内容以引用的方式并入本文。。
【技术领域】
[0003]本发明涉及用于涂布和保护重工业设备防止表面损伤的韧化环氧系统。
[0004]发明背景
[0005]各种行业利用暴露于极端使用条件的加工设备。这类行业的例子包括煤、矿物和矿石的开采；由集料(例如采石场、砂和石块)形成产品；木材和纸浆行业；以及水泥生产行业。在这些行业中，重要的是保护昂贵的加工设备抵御高磨损性材料，例如加工的固体和浆料。在(特别是这类设备的主要接触区域上)没有保护性涂层的情况下，设备的寿命将会大大缩短，维修和更换成本将会飙升。
[0006]耐磨涂层在磨损环境与加工设备的金属表面之间提供牺牲性保护层。只要涂层保持完好，设备就会受到抵御磨损介质的保护，并且可以避免昂贵的维修或更换成本。这类耐磨涂层的常见应用包括而不限于洗涤器、除灰系统、管道弯头、旋风分离器、溜槽、塑型削片机、料箱、料斗、贮仓、分离器、蒸煮器台、排除器、洗槽、风扇罩、风扇叶片、泵箱、浮选槽、螺旋输送机和螺旋钻。
[0007]虽然已知有各种现有技术的保护性涂层，但它们相对比较容易磨损，并且需要频繁地补充，以便防止对工业设备造成损坏。如果设备在使用期间磨损发生得过快的话，则有可能不会被及时发现以进行预防性维护和补充涂层。有必要或期望开发出在多种使用条件下能提供改进的长期耐磨性的保护性涂层材料。
【发明内容】
[0008]本发明涉及对金属表面提供优异耐磨性的环氧类涂料系统。采用冲击磨损和滑动磨损测试对耐磨性进行量化。采用搭接剪切粘附性、T-剥离粘附性、耐侧面冲击性和耐下落冲击性测试对相关的粘附特性进行量化。下文描述所有的磨损及粘附测试程序。环氧类涂料系统包含约50-85体积份的树脂组分和约15-50体积份的硬化剂组分。
[0009]树脂组分包含约10-90%合并重量的一种或多种双酚环氧树脂和约10-90重量％的无机珠粒。硬化剂组分包含约2-50重量％的丁二烯丙烯腈橡胶、约2-50%合并重量的一种或多种固化剂和约10-90重量％的无机珠粒。
[0010]本发明还涉及在金属表面上形成耐磨保护性涂层的方法。该方法包括以下步骤:按约40-85体积份的树脂组分和约15-60体积份的硬化剂组分的量将树脂组分和硬化剂组分混合在一起以形成混合物；将混合物施加于金属表面以形成涂层；以及固化金属表面上的涂层以形成耐磨保护性涂层。树脂组分和硬化剂组分包含上述组成，并且进一步表征如下文的详细描述。
[0011] 考虑到上述情况，本发明的特征和优点是提供一种用于金属表面、特别是用于工业设备的金属表面的环氧类涂料系统，其显示出如下所述的优异的物理性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是用于浇注下文描述的耐滑动磨损性测试样本的模具和模具盖的平面视图。
[0013]图2是用于进行耐滑动磨损性测试的模具浇注部件的平面视图。
[0014]图3是用于进行耐滑动磨损性测试的金属罐(砂粒容器)的透视图。
[0015]图4是在进行耐滑动磨损性测试中使用的间隔件的平面视图。
[0016]图5是用于进行耐滑动磨损性测试的磨损试验机的透视图。
[0017]图6是用于进行下文描述的耐侧面冲击性测试的摆锤测试装置的透视图。
[0018]图7是在图6的摆锤测试装置中使用的焦耳指示器的平面视图。
[0019]发明详述
[0020]在一方面，本发明涉及用于对金属表面提供耐磨性的环氧类涂料系统。该环氧类涂料系统包含约40-85体积份的树脂组分，合适地为约45-80体积份或约60-75体积份或约65-70体积份。该环氧类涂料系统包含约15-60体积份的硬化剂组分，合适地为约20-55体积份或约25-40体积份或约30-35体积份。可将树脂组分和硬化剂组分储存在分开的容器或隔室中，或者可以在临对金属表面进行施加之前采用本领域普通技术人员熟悉的技术将其混合在一起。
[0021]树脂组分包含约10-90%合并重量的一种或多种双酚环氧树脂，合适地为约15-65重量％或约20-40重量％。双酚-A环氧树脂或双酚-A和双酚-F的组合是合适的双酚环氧树脂的例子。一种合适的双酚-A由Kaneka Texas Corp以商品名KANE ACE MX-125出售，为双酚-A环氧树脂和丁二烯丙烯酸类共聚物的混合物。另一种合适的双酚-A环氧树脂是由Dow Chemical C0.出售的DER331。合适的双酌.-F环氧树脂包括由Momentive C0.(之前为Hexion)出售的EPON DPL-862和由Dow Chemical C0.出售的DER354。双酚环氧树脂有助于涂层组合物的耐磨性。
[0022]树脂组分包含约10-90重量％的无机珠粒，合适地为约20-90重量％或约25_85重量％或约40-80重量％或约60-75重量％。无机珠粒对环氧类涂料系统提供结构完整性、耐磨性和耐腐蚀性。合适的无机珠粒包括而不限于由诸如氧化锆、氧化铝、矾土的材料形成的陶瓷珠粒以及由不锈钢或其它耐腐蚀材料形成的金属珠粒。无机珠粒应具有约0.5_至约3.5mm的直径。无机珠粒的例子包括而不限于由Mineracio Curimbaba C0.出售的10号粒度的陶瓷珠粒、由Mineracio Curimbaba C0.出售的Master珠粒#1708 (12-20粒度)和由Coors Tek C0.出售的AD90，8X12珠粒，它们都是由矾土或其他陶瓷材料形成的。
[0023]树脂组分可包含约1-50重量％的环氧官能橡胶，合适地为约1-25重量％或约1-10重量％或约1-5重量％。环氧官能橡胶也有助于涂层组合物的耐磨性。合适的环氧官能橡胶包括环氧官能丁二烯丙烯腈，如由Momentive C0.以商品名EP0N58034出售和由Emerald Performance Materials 以商品名 HYPOX RM20 出售的那些。
[0024] 树脂组分还可包含约1-10重量％、合适地为约1-5重量％的增稠剂，和最多约5重量％的着色剂，如二氧化钛或炭黑。合适的增稠剂包括而不限于以商品名CAB-O-SILTS-720得自Cabot Corp.或以商品名HDK H-17得自Wacker Chemie AG的经处理的无定形二氧化娃。一种合适的白颜料是得自E.1.DuPont DeNemours&C0.的T1-PURE R-900 二氧化钛。
[0025]硬化剂组分包含约2-50重量％的丁二烯丙烯腈橡胶，合适地为约5-40重量％或约7-30重量％或约9-20重量％。一种特别合适的丁二烯丙烯腈橡胶是胺封端的丁二烯丙烯腈橡胶。对于促进优异耐磨性的目的来说，这被认为是环氧类涂料系统的重要成分。胺封端的丁二烯橡胶可以商品名ATBN1300X-16得自Momentive C0.。
[0026]硬化剂组分还包含约2-50%合并重量的一种或多种固化剂，合适地为约5-40重量％或约10-25重量％。可以使用适合固化环氧树脂的任何固化剂或固化剂的组合。合适的固化剂包括多种酚类、脂族、胺和特种固化剂。一种示例性的固化剂是氨乙基哌嗪和壬基酌的共混物，由Air Products and Chemicals, Inc.以商品ANCAMINE1768出售或由Reichhold, Inc.以商品名EP0TUF37-610出售。另一种示例性的固化剂是二乙烯三胺和双酌._A 的共混物，由 Air Products and Chemicals, Inc.以商品名 ANCAMINE1638 出售。另一种固化剂是预催化的硫醇封端的液体环氧硬化剂，由Cognis以商品名CAPCURE40SEC AV出售。以商品名ANCAMINE1637出售的另一种固化剂是曼尼希碱改性的脂族胺。另一种固化剂是胺催化的环氧固化硫醇的5分钟共混物，可以商品名CAP⑶RE3830-31得自Cognis或以商品名GPM888得自Gabriel Performance Products。应对固化剂的量和类型加以选择，以获得涂层组合物的所需固化速度。具体而言，应该在将树脂组分和硬化剂组分混合在一起过后足够长的时间才发生固化，以允许对被涂布的金属表面施加涂层组合物。 [0027]硬化剂组分还包含约10-90重量％的无机珠粒,合适地为约20-90重量％或约25-85重量％或约40-80重量％或约60-75重量％。合适的无机珠粒包括而不限于由诸如氧化锆、氧化铝、矾土的材料形成的陶瓷珠粒以及由不锈钢或其它耐腐蚀材料形成的金属珠粒。无机珠粒应具有约0.5mm至约3.5mm的直径。无机珠粒的例子包括而不限于由Mineracio Curimbaba C0.出售的 10 号粒度的陶瓷珠粒、由 Mineracio Curimbaba C0.出售的Master珠粒#1708 (12-20粒度)和由Coors Tek C0.出售的AD90, 8X12珠粒，它们都是由矾土或其他陶瓷材料形成的。
[0028]硬化剂组分还可以包含约1-10重量％、合适地为约1-5重量％的增稠剂，和最多约5重量％的着色剂，如二氧化钛或炭黑。合适的增稠剂包括而不限于以商品名CAB-O-SILTS-720得自Cabot Corp.或以商品名HDK H-17得自Wacker Chemie AG的经处理的无定形二氧化硅；和得自E.1.DuPont DeNemours&C0.的T1-PURE R-900 二氧化钛。有利的是对树脂组分使用一种颜色，如炭黑，而对硬化剂组分使用明显不同的颜色，如二氧化钛。这样一来，当在分开的容器中储存树脂组分和硬化剂组分时，环氧类涂料系统的使用者将不会搞不清容器中储存有哪种组分。
[0029]在使用期间，将树脂组分和硬化剂组分混合在一起以形成混合物。然后将混合物施加于工业部件或设备产品的金属表面以形成涂层。然后将涂层固化，通常的方式是使涂层在环境温度下干燥，或者通过施加热。根据被涂布的工业部件或设备情况，可以使用刮刀、铲或采用别的适合施加厚混合物的技术来施加混合物。
[0030]实施例1
[0031]制备具有以下组成的树脂组分和硬化剂组分的本发明环氧类涂料系统。树脂组分
[0032]
【权利要求】
1.一种用于对金属表面提供耐磨性的环氧类涂料系统，包含约40-85体积份的树脂组分和约15-60体积份的硬化剂组分； 所述树脂组分包含: a)约10-90%合并重量的 一种或多种双酚环氧树脂，和 b)约10-90重量％的无机珠粒； 所述硬化剂组分包含: c)约2-50重量％的丁二烯丙烯腈橡胶， d)约2-50%合并重量的一种或多种固化剂,和 e)约10-90重量％的无机珠粒。
2.如权利要求1所述的环氧类涂料系统，其中所述一种或多种双酚环氧树脂包含双酚-A环氧树脂。
3.如权利要求2所述的环氧类涂料系统，其中所述一种或多种双酚环氧树脂还包含双酚-F环氧树脂。
4.如权利要求2所述的环氧类涂料系统，其中所述树脂组分还包含丁二烯-丙烯酸类共聚物。
5.如权利要求1所述的环氧类涂料系统，其中所述树脂组分还包含约1-50重量％的环氧官能橡胶。
6.如权利要求5所述的环氧类涂料系统，其中所述环氧官能橡胶包含环氧官能丁二烯丙烯腈。
7.如权利要求1所述的环氧类涂料系统，其中所述树脂组分中的无机珠粒包含矾土或陶瓷珠粒。
8.如权利要求1所述的环氧类涂料系统，其中所述树脂组分还包含约1-10重量％的二氧化硅。
9.如权利要求1所述的环氧类涂料系统，其中所述硬化剂组分中的丁二烯丙烯腈橡胶包含胺封端的丁二烯丙烯腈橡胶。
10.如权利要求1所述的环氧类涂料系统，其中所述固化剂包含氨乙基哌嗪和壬基酚的共混物。
11.如权利要求1所述的环氧类涂料系统，其中所述固化剂包含二乙基三胺和双酚-A的共混物。
12.如权利要求1所述的环氧类涂料系统，其中所述硬化剂中的无机珠粒包含矾土或陶瓷珠粒。
13.一种用于对金属表面提供耐磨性的环氧类涂料系统，包含约40-85体积份的树脂组分和约15-60体积份的硬化剂组分； 所述树脂组分包含: a)约10-80%合并重量的一种或多种双酚环氧树脂；和 b)约20-90重量％的无机珠粒； 所述硬化剂组分包含: c)约5-40重量％的胺封端的丁二烯丙烯腈橡胶； d)约5-40%合并重量的一种或多种固化剂；和e)约25-85重量％的无机珠粒。
14.如权利要求13所述的环氧类涂料系统，其中所述双酚环氧树脂包含双酚-A和双酚-F环氧树脂的组合。
15.如权利要求13所述的环氧类涂料系统，包含约45-80体积份的树脂组分和约20-55体积份的硬化剂组分。
16.一种在金属表面上形成耐磨保护性涂层的方法，包括以下步骤: 按以下量将树脂组分和硬化剂组分混合在一起以形成混合物:约40-85体积份的树脂组分和约15-60体积份的硬化剂组分； 所述树脂组分包含: a)约10-90%合并重量的一种或多种双酚环氧树脂，和 b)约10-90重量％的无机珠粒； 所述硬化剂组分包含: c)约2-50重量％的丁二烯丙烯腈橡胶， d)约2-50%合并重量的一种或多种固化剂,和 e)约10-90重量％的无机珠粒； 将所述混合物施加于金属表面以形成涂层；以及 固化所述金属表面上的所述涂层以形成所述耐磨保护性涂层。
17.如权利要求16所述的方法，其中按以下量将所述树脂组分和所述硬化剂组分混合在一起:约45-80体积份的树脂组分和约20-55体积份的硬化剂组分。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述一种或多种双酚环氧树脂包含至少两种双酚环氧树脂。
19.如权利要求16所述的方法，其中所述丁二烯丙烯腈橡胶包含胺封端的丁二烯丙烯腈橡胶。
20.如权利要求16所述的方法，其中所述金属表面形成工业设备产品的一部分。
【文档编号】C09D163/00GK103998542SQ201280038187
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2012年8月28日 优先权日:2011年8月30日
【发明者】扎卡尔·R.·哈希肯, 巴维希·纳亚克, 仁娜特·F.·伊玛目 申请人:伊利诺斯工具制品有限公司