一种用于混凝土制品的复合涂层、其制备方法及应用与流程

1.本发明涉及混凝土技术领域，尤其涉及一种用于混凝土制品的复合涂层、其制备方法及应用。


背景技术：

2.在北方严寒地区的冬季，最低温度可达零下40℃，尤其混凝土杆塔及其它混凝土制品周围地势低洼、含水量较高时，经常会发生外部水分渗入到混凝土内部发生冻裂现象。混凝土杆塔冻裂初期会在出现很多纵向裂纹，以后裂纹逐步扩大，进而表面混凝土开始酥松裂碎或脱落，杆塔内部的钢筋也会出现明显的腐蚀现象。在混凝土杆塔一般由硅酸盐水泥、石籽、砂子、水、减水剂混合搅拌后与钢筋装模、离心成型、养护及脱模制造而成，所加入的普通硅酸盐水泥的主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝四钙，它们与水作用在硬化过程中会析出氢氧化钙、含水硅酸二钙、含水铝酸钙等，其中氢氧化钙在水中会缓慢溶解，经过逐年的溶解，会逐渐形成微孔，若混凝土不够密实，水份透进细孔或由裂纹进入内部，冲去大量的氢氧化钙，造成混凝土内部孔隙逐渐增大，并且水分在严寒季节成冰膨胀导致混凝土杆塔冻裂。尤其外部土壤中含有cl-、so
42-等腐蚀源，形成水溶液并渗入到混凝土内部，引起混凝土电杆内部的钢筋腐蚀及混凝土结构碳化，会加剧混凝土杆塔的冻裂破坏，给输配电线路安全运行带来了严重隐患，同时也造成了线路维护费用和运行成本的增加，加大维护工作的难度。
3.因此，提供一种严寒地区混凝土杆塔及其它混凝土制品表面防冻裂腐蚀涂层具有重要的现实意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种用于混凝土制品的复合涂层、其制备方法及应用，该复合涂层由环氧树脂底漆及氟碳树脂面漆组成，具有疏水自清洁、防腐蚀、耐低温等特点。
5.为实现以上目的，本发明的技术方案如下：
6.一种用于混凝土制品的复合涂层，其特征在于，所述复合涂层包括底漆和面漆；所述底漆为环氧树脂底漆，所述面漆为氟碳面漆。
7.进一步地，所述环氧树脂底漆包括a组分和b组分。
8.其中，按照质量份计，a组分包括30-50份水性环氧乳液、10-15份去离子水、10-12份二氧化硅、8-12份三氧化二铝、3-8份活化剂碳酸二甲酯、5-10份羧甲基纤维素钠、0.2-1.5份润湿分散剂、2-5份消泡剂、0.2-1.5份防沉分散剂、0.2-2份成膜助剂、0.2-1.5份流平剂和0.2-1.5份附着力促进剂；b组分包括60-70份水性环氧固化剂、20-35份去离子水和0.5-5份活性稀释剂。
9.优选地，所述a组分中水性环氧乳液的环氧当量与b组分中水性环氧固化剂活泼氢当量之比为1:0.6-0.85。
10.优选地，所述水性环氧乳液为室温固化型水性脂肪族环氧树脂乳液，水性环氧固
化剂为胺类固化剂。
11.进一步地，所述氟碳面漆包括c组分和d组分。
12.其中，按照质量份计，c组分包括50-65份水性氟碳乳液、5-8份去离子水、1-3份乙醇、2-5份偶联剂正辛基三乙氧基硅烷、8-16份纳米二氧化钛、5-8份硫酸钡、0.2-1.5份润湿分散剂、2-4份消泡剂、0.2-1.5份成膜助剂、0.2-1.5份流平剂和0.2-1.5份增稠剂；按照质量份计，d组分包括65-80份水性氟碳交联剂和20-35份去离子水。
13.优选地，所述c组分和d组分的质量比为5-10:1。
14.优选地，所述水性氟碳乳液为三氟氯乙烯乳液，水性氟碳交联剂为脂肪族异氰酸酯类化合物。
15.本发明还提供一种所述的复合涂层的制备方法，制备所述a组分和b组分，按照水性环氧乳液的环氧当量与水性环氧固化剂活泼氢当量之比为1:0.6-0.85混合；制备所述c组分和d组分，按照质量比为5-10:1进行混合。
16.其中，所述制备a组分的方法为：在反应釜中加入去离子水，转速500-700rpm下搅拌，依次加入润湿分散剂、消泡剂、二氧化硅和三氧化二铝；转速调节至800-l000rpm，将漆浆研磨15-30min至细度10μm以下，再依次加入水性环氧乳液、碳酸二甲酯、羧甲基纤维素钠、防沉分散剂、成膜助剂、流平剂和附着力促进剂。
17.所述制备b组分的方法为：将水性环氧固化剂、去离子水和活性稀释剂在300-600rpm搅拌下分散15-30min。
18.所述制备c组分的方法为：在反应釜中加入乙醇、偶联剂正辛基三乙氧基硅烷，室温或加热至40-60℃下且转速400-600rpm下搅拌0.5-2h，之后加入纳米二氧化钛，继续搅拌0.5-2h，完成对纳米二氧化钛的改性处理，随后依次加入去离子水、消泡剂和硫酸钡，转速调节至800-l000rpm，将漆浆研磨15-30min至细度10μm以下，再依次加入氟碳乳液、润湿分散剂、成膜助剂、流平剂和增稠剂。
19.所述制备d组分的方法为：将水性氟碳交联剂和去离子水在400-600rpm搅拌下分散10-30min。
20.优选地，所述纳米二氧化钛为经正辛基三乙氧基硅烷改性处理后的纳米二氧化钛，能够形成自清洁组分，起到自清洁效果。
21.氟碳氟碳树脂面漆中含有大量的c-f键，因氟原子具有原子半径小、电负性大、极化率小的特征，c-f键中电子被紧紧束缚在原子核周围，使得氟化合物具有低表面能。同时c-f键能为451-485kj/mol,阳光中紫外线波长为220-400nm，220nm波长的光子的能量为544kj/mol，只有小于220nm波长的光子才能使氟碳树脂的c-f键破环，但是在阳光中小于220nm波长的光子比例很小，阳光几乎对氟碳树脂没有任何影响，显示了氟碳树脂的高耐候性。另外氟碳树脂中三氟氯乙烯和烷基乙烯基醚(酯)的共聚物具有硬的棒状分子链和螺旋形结构，在低温下分子间可以活动，所以在很低的温度下(-50℃)脆性很小，具有优异的耐低温性能。
22.本发明在氟碳面漆中利用纳米tio2超疏水性能阻挡涂层外表面水分或水离子溶液渗入涂层，从而隔断外部水中腐蚀离子对涂层及混凝土基体的腐蚀，外部水滴在纳米tio2表面呈球状，水滴与表面稳定接触角大于150
°
，滚动接触角小于10
°
，涂层表面自由能低，具有良好的疏水性能。本发明中利用偶联剂正辛基三乙氧基硅烷对纳米tio2进行改性
处理，使得正辛基三乙氧基硅烷水解后生成的羟基与二氧化钛表面的羟基发生脱水反应从而接枝在二氧化钛表面，水解的另一部分羟基相互之间会发生聚合反应，将偶联剂分子连接在一起，这样就在纳米tio2颗粒表面形成了单层或多层正辛基三乙氧基硅烷分子膜，实现硅烷偶联改性剂对亲水性纳米tio2的疏水处理。
23.环氧树脂底漆是以环氧树脂为主要成膜物质的涂料，环氧树脂分子结构中环氧基与固化剂交联固化成不溶及不熔的三维网状结构显示出耐酸、耐碱、耐盐等各种优良的性能。本发明中在环氧树脂底漆中加入羧甲基纤维素钠组分，羧甲基纤维素钠是葡萄糖聚合度为100－2000的纤维素衍生物，又名纤维素胶，相对分子质量242.16，具有增稠、粘结、成膜、持水、乳化、悬浮等功能，能使涂层的固体份均匀地分布于涂层中，增强涂层的强韧性。
24.环氧树脂底漆填料中包括sio2、al2o3，sio2、al2o3可与混凝土中析出的氢氧化钙生成硅酸铝钙沉淀，从而将氢氧化钙固定下来并阻挡氢氧化钙扩散，起到对混凝土结构稳定作用。另外环氧底漆中所添加碳酸二甲酯分子结构中含有大量羰基、甲基和甲氧基等反应活性官能团，具有多种反应性能，可增强各组分间结合能，从而提高涂层抗冻性能。
25.本发明还提供所述的复合涂层在严寒地区混凝土杆塔方面的应用，即可用于严寒地区混凝土杆塔柔性并自清洁防腐蚀复合涂层体系表面防腐。
26.本发明还提供所述的复合涂层在低温环境下混凝土制品表面防腐治理方面的应用。
具体实施方式
27.如本文所用之术语：
[0028]“由
……
制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
[0029]
连接词“由
……
组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由
……
组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
[0030]
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
[0031]
在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均按质量计。
[0032]“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说a组分的质量份为a份，b组分的质量份为b份，则表示a组分的质量和b组分的质量之比a：b。或者，表示a组分的质量为ak，b组
分的质量为bk(k为任意数，表示倍数因子)。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。
[0033]“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，a和/或b包括(a和b)和(a或b)。
[0034]
本发明实施例中，所述的润湿分散剂、消泡剂、防沉分散剂、增稠剂、成膜助剂、流平剂、附着力促进剂等，均可以使用在水性涂料领域通常使用的材料，尤其是，与环氧树脂乳液通常一起使用的水漆助剂或辅料。
[0035]
所述羧甲基纤维素钠的粘度≦0.6pa
·
s的水溶性纤维素醚类化合物。
[0036]
所述的活性稀释剂包括c12-14烷基缩水甘油醚。
[0037]
所述氟碳面漆制备述及的氟碳乳液为水性三氟氯乙烯乳液，如大连振邦f500、f600等。所述及的交联剂为脂肪族异氰酸酯类化合物，如科思创公司desmodur n3390等。
[0038]
所述氟碳面漆述及的润湿分散剂、消泡剂、成膜助剂、流平剂、增稠剂等，均可以使用在水性涂料领域通常使用的材料，尤其是，与氟碳乳液通常一起使用的水漆助剂或辅料。
[0039]
所述氟碳面漆制备述及的自清洁组分包括不同粒度tio2，所述及的偶联剂包括正辛基三乙氧基硅烷及其它硅烷类偶联剂。
[0040]
下面将结合具体实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0041]
实施例1
[0042]
一种复合涂层，包括环氧树脂底漆和氟碳面漆。环氧树脂底漆包括a组分和b组分，其中：
[0043]
a组分包含如下质量份的成分:30份水性环氧乳液，15份去离子水，12份二氧化硅，12份三氧化二铝，8份碳酸二甲酯，10份羧甲基纤维素钠，5份消泡剂，1.5份润湿分散剂，1.5份防沉分散剂，2份成膜助剂，1.5份流平剂，1.5份附着力促进剂。
[0044]
b组分包含如下质量份的成分：水性环氧固化剂60份，去离子水35份，5份活性稀释剂。
[0045]
a组分中水性环氧乳液的环氧当量与b组分中水性环氧固化剂活泼氢当量之比为1:0.6。
[0046]
按照如下方法制备本实施例水性环氧树脂底漆组合物。
[0047]
a组分制备：
[0048]
在反应釜中加入去离子水，500rpm搅拌；依次加入润湿分散剂、消泡剂、二氧化硅、三氧化二铝；转速调节至800rpm,将漆浆研磨30min至细度10μm以下；依次加入水性环氧乳液、碳酸二甲酯、羧甲基纤维素钠、防沉分散剂、成膜助剂、流平剂和附着力促进剂，得到a组分,备用。
[0049]
b组分制备：
[0050]
水性环氧固化剂、去离子水、活性稀释剂在400rpm搅拌下分散30min,制成b组分。
[0051]
将a、b组分按照水性环氧乳液的环氧当量与水性环氧固化剂活泼氢当量之比1:0.6混合。
[0052]
氟碳面漆组合物，包含c组分和d组分，其中：
[0053]
c组分包含如下质量份的成分：50份水性氟碳乳液，8份去离子水，3份乙醇，5份偶联剂正辛基三乙氧基硅烷，16份纳米tio2，8份硫酸钡，1.5份润湿分散剂，4份消泡剂，1.5份成膜助剂，1.5份流平剂，1.5份增稠剂。
[0054]
d组分包含如下质量份的成分：5份水性氟碳固化剂，35份去离子水。
[0055]
按照质量份计，c组分与d组分加入比例为5:1。
[0056]
按照如下方法制备本实施例的水性氟碳面漆组合物。
[0057]
c组分制备：
[0058]
在反应釜中加入乙醇、偶联剂正辛基三乙氧基硅烷,室温600rpm搅拌2h；加入纳米二氧化钛，继续搅拌2h；依次加入去离子水、消泡剂、硫酸钡，转速调节至800rpm,将漆浆研磨30min至细度10μm以下；依次加入氟碳乳液、润湿分散剂、成膜助剂、流平剂和增稠剂，备用。
[0059]
d组分制备：
[0060]
将水性氟碳交联剂、去离子水在400rpm搅拌下分散30min,制成b组分。
[0061]
将c、d组分按照5:1质量比混合。
[0062]
将混凝土标准试块用高压空气吹净，然后在其表面喷涂水性环氧底漆组合物1遍，至完全干燥固化后喷涂水性氟碳面漆组合物1遍,进行性能测试，如附着力、耐冲击性、柔韧性、憎水性和耐水性等性能。测试结果见表1。
[0063]
表1复合体系涂层测试结果
[0064]
[0065][0066]
实施例2
[0067]
一种复合涂层，包括环氧树脂底漆和氟碳面漆。环氧树脂底漆包括a组分和b组分，其中：
[0068]
a组分包含如下质量份的成分：45份水性环氧乳液，10份去离子水，10份二氧化硅，8份三氧化二铝，6份碳酸二甲酯，8份羧甲基纤维素钠，5份消泡剂，1.5份润湿分散剂，1.5份防沉分散剂,2份成膜助剂，1.5份流平剂，1.5份附着力促进剂。
[0069]
b组分包含如下质量份的成分:水性环氧固化剂65份，去离子水33份，2份活性稀释剂。
[0070]
a组分中水性环氧乳液的环氧当量与b组分中水性环氧固化剂活泼氢当量之比为1:0.8。
[0071]
按照如下方法制备本实施例水性环氧树脂底漆组合物。
[0072]
a组分制备：
[0073]
在反应釜中加入去离子水，600rpm搅拌；依次加入润湿分散剂、消泡剂、二氧化硅、三氧化二铝；转速调节至900rpm，将漆浆研磨25min至细度10μm以下；依次加入水性环氧乳液、碳酸二甲酯、羧甲基纤维素钠、防沉分散剂、成膜助剂、流平剂和附着力促进剂，得到a组分,备用。
[0074]
b组分制备：
[0075]
水性环氧固化剂、去离子水、活性稀释剂在500rpm搅拌下分散25min,制成b组分。
[0076]
将a、b组分按照水性环氧乳液的环氧当量与水性环氧固化剂活泼氢当量之比1:0.8混合。
[0077]
氟碳面漆组合物，包含c组分和d组分，其中：
[0078]
c组分包含如下质量份的成分：65份水性氟碳乳液，5份去离子水，2份乙醇，3份偶联剂正辛基三乙氧基硅烷，10份经正辛基三乙氧基硅烷改性处理后的纳米tio2，5份硫酸钡，1.5份润湿分散剂，4份消泡剂，1.5份成膜助剂，1.5份流平剂，1.5份增稠剂。
[0079]
d组分包含如下质量份的成分：80份水性氟碳固化剂，20份去离子水。
[0080]
按照质量份计，c组分与d组分加入比例为8:1。
[0081]
按照如下方法制备本实施例的水性氟碳面漆组合物。
[0082]
c组分制备：
[0083]
在反应釜中加入乙醇、偶联剂正辛基三乙氧基硅烷，加热至50℃下500rpm搅拌2h；加入纳米二氧化钛，继续搅拌2h；依次加入去离子水、消泡剂、硫酸钡，转速调节至1000rpm,将漆浆研磨25min至细度10μm以下；依次加入氟碳乳液、润湿分散剂、成膜助剂、流平剂和增稠剂，备用。
[0084]
d组分制备：
[0085]
将水性氟碳交联剂、去离子水在500rpm搅拌下分散25min，制成d组分。
[0086]
将c、d组分按照8:1的质量比混合。
[0087]
将混凝土标准试块用高压空气吹净，然后在其表面喷涂水性环氧底漆组合物1遍，至完全干燥固化后喷涂水性氟碳面漆组合物1遍,进行性能测试，如附着力、耐冲击性、柔韧性、憎水性和耐水性等性能。测试结果见表2。
[0088]
表2复合体系涂层测试结果
[0089][0090][0091]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依
然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
[0092]
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。