一种双组分无溶剂环氧陶瓷修补剂及其制备方法

本发明属于工业防腐耐磨高分子材料，具体涉及一种双组分无溶剂环氧陶瓷修补剂及其制备方法，尤其适用于严苛磨蚀腐蚀工况下金属基材的修复与防护。

背景技术：

1、工业生产中，水泵、换热器、管道、船舶等金属构件长期处于磨蚀、腐蚀介质环境中，极易出现表面磨损、冲蚀、腐蚀缺陷，导致设备运行效率下降、使用寿命缩短，甚至引发安全事故。

2、目前常用的金属表面修补材料主要包括传统环氧腻子、耐磨涂料、金属修补剂等，但现有材料存在诸多不足：传统环氧腻子填料含量低，耐磨性、硬度不足，无法满足严苛磨蚀工况需求；部分耐磨涂料含有机溶剂，施工过程中释放voc，污染环境且危害施工人员健康，同时溶剂挥发易导致涂层产生针孔、缩孔等缺陷；金属修补剂与基材匹配性差，附着力不足，长期使用易出现剥离、脱落；此外，现有膏状修补剂存在厚涂易流挂、液态修补剂填料易沉降、固化速度不可控等问题，难以同时满足不同施工场景（填充重建/刷涂防护）的使用需求。

3、为解决上述问题，无溶剂环氧陶瓷修补剂成为研究热点，其以环氧树脂为基体，添加陶瓷耐磨填料实现性能提升，无溶剂体系符合环保要求。但现有无溶剂环氧陶瓷修补剂仍存在配方设计不合理的问题：如陶瓷填料级配不当，导致材料致密度不足，耐磨防腐性能受限；固化体系单一，难以兼顾适用期和固化速度，低温潮湿环境下固化效果差；膏状与液态产品配方缺乏针对性设计，施工适配性差，且两款产品无法实现施工工具通用，增加现场操作难度。

4、因此，开发一种填料级配合理、固化体系优化、膏/液两款产品适配不同施工场景且施工便捷的无溶剂环氧陶瓷修补剂，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有工业金属修补材料存在的耐磨性差、含溶剂污染环境、膏状厚涂流挂、液态填料沉降、固化体系适配性差等问题，本发明提供一种双组分无溶剂环氧陶瓷修补剂及其制备方法。该修补剂分为膏状型（lut-001）和液态型（lut-002），通过精准的填料级配设计、固化体系复配优化，实现膏状型厚涂不流挂、液态型刷涂易成膜的施工特性，同时兼具优异的耐磨、防腐、附着力性能，无voc排放，且两款产品可通用施工量杯，现场操作便捷，制备工艺简单可控，原料易得，适合规模化生产。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种双组分无溶剂环氧陶瓷修补剂，分为膏状型和液态型，均由基料组分和固化剂组分组成；

3、所述膏状型修补剂的基料组分按重量份计包括：双酚a液态环氧树脂12.2~15份、双酚f液态环氧树脂6.5~8份、c12-c14烷基缩水甘油醚1.6~2.0份、粗粒度煅烧氧化铝26.7~32.7份、中粒度煅烧氧化铝12.9~15.7份、细粒度煅烧氧化铝5.0~6.1份、黑碳化硅13.9~16.9份、微米铝粉5.9~7.3份、疏水型气相二氧化硅3.3~6.6份、硅烷偶联剂0.7~0.9份、聚醚改性硅氧烷消泡剂0.45~0.55份、灰色颜料浆1.4~1.7份、润湿分散剂0.7~0.9份、膨润土0.9~1.1份；其中，所述双酚a液态环氧树脂的环氧当量为185~190g/eq，双酚f液态环氧树脂的环氧当量为165~170g/eq；所述粗粒度煅烧氧化铝为20~40目，中粒度煅烧氧化铝为100~200目、细粒度煅烧氧化铝为800目以上；所述黑碳化硅的粒度为320~500目；微米铝粉的粒度为15~20μm；

4、所述液态型修补剂的基料组分按重量份计包括：双酚a液态环氧树脂16.2~20份、双酚f液态环氧树脂14.6~18份、c12-c14烷基缩水甘油醚14~20.5份、煅烧氧化铝31.7~38.7份、黑碳化硅13.9~16.9份、微米铝粉4.0~4.8份、玻璃鳞片5.0~6.1份、亲水型气相二氧化硅1.5~1.9份、聚醚改性硅氧烷流平剂0.45~0.55份、硅烷偶联剂0.7~0.9份、聚醚改性硅氧烷消泡剂0.6~0.8份、灰色颜料浆1.7~2.1份、润湿分散剂0.7~0.9份、膨润土0.9~1.1份；其中，所述双酚a液态环氧树脂的环氧当量为185~190g/eq，双酚f液态环氧树脂的环氧当量为165~170g/eq；所述煅烧氧化铝的粒度为5~15μm；所述黑碳化硅的粒度为600~800目；微米铝粉的粒度为10~15μm；所述玻璃鳞片的粒度为5~20μm；

5、所述固化剂组分按重量份计包括：高活性曼尼希碱52~58份、三乙烯四胺8~12份、二乙烯三胺7~9份、苯酚5~7份、双酚a 3~5份、硅微粉20~25份、硅烷偶联剂1~2份；其中，所述高活性曼尼希碱的活泼氢当量为70~80g/eq；

6、所述膏状型修补剂的基料组分与固化剂组分的重量比为6:1；

7、所述液态型修补剂的基料组分与固化剂组分的重量比为8:1。

8、优选地，所述疏水型气相二氧化硅为aerosil r202或r972，所述亲水型气相二氧化硅为aerosil r200，所述硅烷偶联剂为kh-560，所述润湿分散剂为byk-110或byk-9076。

9、本发明还提供一种所述双组分无溶剂环氧陶瓷修补剂的制备方法，包括以下步骤：

10、s1、原料预处理

11、s2、固化剂组分制备：称取高活性曼尼希碱、三乙烯四胺、二乙烯三胺、苯酚、双酚a，加入搅拌釜中，以300~500rpm搅拌20min至混合均匀；随后加入硅微粉，以500~800rpm搅拌15min；最后加入硅烷偶联剂，继续搅拌10min至体系均匀，得到固化剂组分，密封保存；

12、s3、基料组分制备

13、s301、膏状型修补剂基料组分制备

14、（1）预混：称取双酚a液态环氧树脂、双酚f液态环氧树脂、c12-c14烷基缩水甘油醚、硅烷偶联剂、润湿分散剂、消泡剂、灰色颜料浆，加入反应釜中，以300~500rpm搅拌20min，形成均匀低粘基体；

15、（2）填料添加：按顺序分批加入煅烧氧化铝、黑碳化硅、微米铝粉，每批加入后以500~800rpm搅拌15~20min，至无干粉、无团块；最后加入疏水型气相二氧化硅、膨润土，继续搅拌20min；

16、（3）高剪切分散：将上述体系转移至高剪切分散机中，以1000~1500rpm分散30~45min，控制体系温度<60℃，确保填料分散均匀；

17、（4）真空脱泡：将分散后的体系置于真空反应釜中，在-0.09mpa下脱泡30~60min，去除气泡后得到基料组分，氮气保护密封包装；

18、s302、液态型修补剂基料组分制备

19、（1）预混：称取双酚a液态环氧树脂、双酚f液态环氧树脂、c12-c14烷基缩水甘油醚、硅烷偶联剂、润湿分散剂、聚醚改性硅氧烷流平剂、消泡剂、灰色颜料浆，加入搅拌釜中，以300~500rpm搅拌30min，形成均匀低粘基体；

20、（2）填料添加：按顺序分批加入玻璃鳞片、煅烧氧化铝、黑碳化硅、微米铝粉，每批加入后以500~800rpm搅拌15~20min，至无干粉、无沉底；最后加入亲水型气相二氧化硅、膨润土，继续搅拌20min；

21、（3）中剪切分散：将上述体系转移至中剪切分散机中，以800~1200rpm分散45min，控制体系温度＜35℃，防止体系增粘；

22、（4）真空脱泡：将分散后的体系置于真空反应釜中，在-0.09mpa下脱泡45~60min，去除气泡后得到基料组分，氮气保护密封包装；

23、s4、修补剂复配施工：使用时，将膏状型修补剂或液态型修补剂的基料组分与固化剂组分进行混合，所述膏状型修补剂的基料组分与固化剂组分的重量比为6:1，所述液态型修补剂的基料组分与固化剂组分的重量比为8:1，搅拌2~3min至体系无颜色、无条纹差异，在适用期内完成施工。所述膏状型修补剂在25℃下的适用期为20~30min，采用刮涂方式，可单次厚涂25~30mm，不流挂；所述液态型修补剂在25℃下的适用期为20~30min，采用刷涂方式，单次刷涂成膜厚度为0.4mm，多层涂覆时间间隔≥2h。

24、与现有技术相比，本发明具有以下显著的技术效果：

25、本发明提供了一种双组分无溶剂环氧陶瓷修补剂及其制备方法，该修补剂分为膏状型（lut-001）和液态型（lut-002）两种，均由基料组分和固化剂组分按特定比例复配而成，其中基料以双酚a/f环氧树脂为基体、复配高含量陶瓷耐磨填料和功能助剂，固化剂采用曼尼希碱与多元胺复配体系并添加专用促进剂，具有以下优点：

26、（1）无溶剂环保，施工友好：本发明的膏状型lut-001和液态型lut-002均为无溶剂环氧体系，无voc排放，避免了溶剂挥发导致的涂层缺陷和环境、人体危害；同时优化了固化体系，将游离苯酚、teta/deta含量控制在低水平，刺激性降低80%以上，施工环境更友好。

27、（2）配方针对性设计，适配不同施工场景：膏状型lut-001通过三峰级配陶瓷填料与高含量触变剂设计，可单次厚涂25~30mm不流挂，适用于金属表面的填充、重建；液态型lut-002采用细颗粒陶瓷填料与低含量触变剂设计，搭配高比例活性稀释剂，流动性好，可刷涂成膜，适用于金属表面的防护、精涂，两款产品形成互补，覆盖全场景金属修补需求。

28、（3）填料级配合理，性能优异：本发明对陶瓷填料采用粗、中、细三峰级配（膏状型）或细颗粒复配（液态型），填料堆积效率达95%以上，大幅提升了材料的致密度、硬度和耐磨性；膏状型lut-001经taber耐磨测试（载荷1kg，1000转）磨耗为40mg，抗压强度127.01mpa，硬度hd为79；液态型lut-002经taber耐磨测试（载荷1kg，1000转）磨耗为42.6mg，硬度hd为85，且两款产品均具有优异的耐化学腐蚀性和与金属基材的附着力，可在酸、碱、磨蚀流体环境中长期使用。

29、（4）固化体系优化，适配复杂工况：固化剂采用高活性曼尼希碱与多元胺（teta/deta）复配体系，搭配苯酚、双酚a专用促进剂，实现了常温快速固化，且在5℃潮湿环境下仍可正常固化；同时通过曼尼希碱比例提升，兼顾了固化速度和适用期，25℃下适用期为20~30min，满足现场施工需求，固化后无收缩，涂层整体性好。

30、（5）施工便捷，工具通用：本发明通过调控固化剂组分，使膏状型lut-001（重量比6:1）和液态型lut-002（重量比8:1）的体积比均接近3:1，可通用3:1量杯施工，现场操作误差<7%，无需更换工具，大幅提升施工效率。

31、（6）制备工艺可控，适合规模化生产：本发明的制备工艺采用常规化工设备，步骤清晰，填料分批添加、剪切分散、真空脱泡的工艺设计确保了体系均匀性，无特殊复杂工序；原料均为工业常规原料，易得且成本可控，适合工业化大规模生产，可广泛应用于磨蚀、腐蚀环境下金属表面的修复与防护，如水泵叶轮、换热器管板、管道、船舶底部等金属构件的修补，具有良好的市场应用前景。

32、下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。