一种抗氧化耐磨涂料及其制备方法与流程

本发明属于涂料材料，具体涉及一种抗氧化耐磨涂料及其制备方法。

背景技术：

1、我国为了提高机械设备的耐久性，延长金属材料的使用寿命，除了开发新的建筑材料和设备材料外，近几年的实践证明，最简单、最有效、最广泛的方法是采用表面涂层防护技术来保护材料表面。近些年来，随着新型高分子材料不断被研发应用，金属设备也开始利用高分子涂层进行表面防护。有机涂层的种类有很多，常见的有聚氨酯类、聚脲类、环氧树脂类、酚醛树脂类、丙烯酸树脂类、氟碳类涂料等，其中聚氨酯以其优异的耐磨性、耐水性、稳定的化学性质以及高弹性，越来越被广泛地应用到各种机械设备和金属材料的表面防护中，是涂料工业中增长最快的一种。

2、耐磨涂料作为一种防护功能涂料具有涂层表面摩擦系数低、承受载荷大、抗机械力强等特点，从而在受到外力作用时能有效降低界面间的摩擦，减少磨损的强度和抵抗磨损的力度，起到保护基材、延长其使用寿命的作用，在航天飞行器、车辆、船舶、仪器仪表、机床行业等领域得到广泛应用。近年来，随着再生能源受到越来越多的关注，耐磨涂料在能源领域的需求急剧增长，特别是在风电叶片、核反应堆安全壳、水坝结构、涡轮机等上也得到大量应用。目前虽然研制出多种耐磨涂料，但仍满足不了需求，如何制备一种耐磨性能和抗氧化性能优异，成本低，使用寿命长的涂料成为目前需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种抗氧化耐磨涂料及其制备方法。本发明所制备的涂料，具有良好的附着力、优异的抗氧化性及耐磨性能，具有良好的市场推广应用价值。

2、为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案为：

3、一种抗氧化耐磨涂料，它是由以下重量份的原料制成：改性聚氨酯80-100份、赤泥3-5份、硅藻土10-15份、硅烷偶联剂1-3份、抗氧化剂3-5份、二月桂酸二丁基锡1-3份、三乙醇胺10-20份、六偏磷酸钠3-8份、间二苯胺3-8份；

4、所述抗氧化剂是由纳米氧化铜和改性纳米二氧化钛按照2：1的质量比组成；

5、所述改性聚氨酯是采用下述方法制备得到的：

6、（1）取100g空心玻璃微珠，加入到500ml 2m的naoh溶液中，于80℃下搅拌反应1.5h，冷却至室温后用去离子水清洗至中性，置于烘箱中干燥，备用；

7、（2）取20g步骤（1）中处理过的空心玻璃微珠，将其放入100ml无水乙醇中，磁力搅拌10-15min得到空心玻璃微珠分散液；

8、（3）取0.5g硅烷偶联剂kh570加入到100ml去离子水中，磁力搅拌5min后用冰醋酸调节溶液ph至5.5，继续搅拌10min后将溶液缓慢倒入步骤（2）所得空心玻璃微珠分散液中，于80℃下反应2h，反应结束后将产物过滤并用无水乙醇洗涤3~4次，然后置于烘箱中100℃干燥4h，研磨成粉，得到改性空心玻璃微珠；

9、（4）称取聚氨酯，然后磁力搅拌加热至85℃，然后向其中加入步骤（3）所得改性空心玻璃微珠粉，继续水浴反应45min后冷却至室温，得到改性聚氨酯；

10、所述改性纳米二氧化钛是采用下述方法制备得到的：取纳米二氧化钛、六偏磷酸钠置于去离子水中混合均匀，磁力搅拌2h后，将悬浮液ph调节为5.0，然后加入月桂酸、氧化石墨烯，水浴加热至85℃反应3h后，抽滤所得产物烘箱中烘干得到的即为改性纳米二氧化钛。

11、优选的，所述纳米氧化铜是采用下述方法制备得到的：

12、（a）将洗净的花椒叶干燥后研磨成粉，取50g花椒叶粉放入200ml去离子水中加热搅拌反应1h后，过滤取滤液备用；

13、（b）醋酸铜水溶液中加入步骤（a）所得提取液，加热搅拌反应5min后调节溶液ph为9.5~10，继续搅拌反应1h，反应产物以8000r/min离心分离20min后得到固体，依次用去离子水和丙酮清洗2~3次，然后置于烘箱中100℃干燥4h，得到纳米氧化铜。

14、优选的，所述步骤（b）中醋酸铜水溶液浓度为20mmol/l，所用醋酸铜水溶液与提取液体积比为4：1；所述调节溶液ph使用的是0.1mol/l的氢氧化钠和0.1mol/l的盐酸。

15、优选的，所述改性聚氨酯制备步骤（1）中烘箱干燥温度为100℃，时间为6h。

16、优选的，所述改性聚氨酯制备步骤（4）中聚氨酯与改性空心玻璃微珠粉的质量比为50：3。

17、优选的，所述纳米二氧化钛、六偏磷酸钠、去离子水、月桂酸、氧化石墨烯的质量比为3：0.015：100：0.15：1.2。

18、优选的，所述赤泥中氟化物含量小于50 mg/l。

19、优选的，所述硅烷偶联剂为kh 570。

20、一种上述的抗氧化耐磨涂料的制备方法，它包括以下步骤：

21、s1）取配方量硅烷偶联剂kh 570配成质量分数为1%的水溶液，然后用冰醋酸调节其ph至5.0，继续搅拌10min后得到混合液；

22、s2）按配方量称取改性聚氨酯，磁力搅拌加热至85℃，然后向其中加入赤泥、硅藻土及s1所得混合液，于85℃下继续反应2h，向混合反应液中加入配方量剩余物料，然后用高速分散机强力搅拌30min；

23、s3）将步骤s2所得混合料液倒入研磨机中进行研磨，研磨至细度≤10μm即可得到本发明抗氧化耐磨涂料。

24、本发明涂料中所用到的原料试剂均为市场购买得到。

25、空心玻璃微珠是近年来发展起来的一种应用广泛、性能优异的新型无机非金属材料，其主要成分是二氧化硅、硼硅酸盐等。空心玻璃微珠具有内部中空的球形结构，其粒径在10~250 微米范围之内，中空的部分充斥着惰性气体。这种独特的结构使其具备低密度、高强度、化学性质稳定、分散性及流动性好、绝缘隔热性能优异等特点，被誉为21世纪“空间时代材料”。

26、赤泥亦称红泥，从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业固体废物，其主要成分为al2o3、sio2、mgo、fe2o3。含氧化铁量大，外观与赤色泥土相似，因而得名。但有的因含氧化铁较少而呈棕色，甚至灰白色。据估计，全世界氧化铝工业每年产生的赤泥超过7000万吨。目前筑坝堆存是赤泥的主要处理方式。这不仅需要侵占大片的土地，而且有可能造成周边环境的严重污染。赤泥的处理和处置是一个国际性难题。

27、花椒为芸香科rutaceae 花椒属zanthoxylum 的多种植物总称，是中国栽培历史悠久，分布广泛的香料、油料、药食同源的重要经济树种。发展花椒产业既有助于生态恢复，又能为农户增收。中国是世界上排名首位的花椒生产大国。花椒枝叶含多种活性成分，具有抑菌、抗肿瘤、杀虫、抗氧化等生物活性，花椒叶主要化学成分有挥发油类、酰胺类、多糖、蛋白质、脂肪、黄酮类和多酚类等。

28、本发明的有益效果如下：

29、1）本发明采用改性聚氨酯为涂料基体，基体材料中通过化学键合的方式形成“聚氨酯基体-硅烷偶联剂-空心玻璃微珠”有机连接层，将空心玻璃微珠与聚氨酯基体有机结合起来，同时改性聚氨酯又与硅藻土、赤泥中的二氧化硅在硅烷偶联剂的作用下形成三维网格结构，增加了涂层的力学性能和耐磨性能；

30、2）本发明采用制铝工业所产生的废渣赤泥为原料，通过赤泥与改性聚氨酯等多种原料共同作用生成了更加稳定的三维网络结构，在提高涂料耐磨性的同时也提高了废渣的利用率；

31、3）本发明采用特定配比的原料制成的抗氧化剂，其中采用花椒叶提取物制备的纳米氧化铜与改性纳米二氧化钛协同作用，显著提高了涂料的抗氧化性能。