CN101892010B

CN101892010B - 一种耐高温热水腐蚀涂料

Info

Publication number: CN101892010B
Application number: CN 200910084372
Authority: CN
Inventors: 魏刚; 王海龙; 乔宁
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2009-05-22
Filing date: 2009-05-22
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2029-05-22
Also published as: CN101892010A

Abstract

本发明涉及一种耐高温热水腐蚀涂料，具体的涉及一种含有环氧改性有机硅树脂的防腐涂料，可应用于地热水管道、换热器管和热水输送管道内壁涂敷防腐。本发明的涂料包括A和B组分，A组分由环氧改性有机硅树脂、云母氧化铁灰、绢云母、滑石粉、分散剂、消泡剂组成，B组分是固化剂，其中以涂料质量百分比计：环氧改性有机硅树脂22％～30％，绢云母9％～14％，滑石粉2％～4.5％，分散剂0.2％～0.5％，消泡剂0.1％～0.4％，固化剂2％～6％，本发明的涂层可在常温下固化，具有良好的高耐水性和高温稳定性，并降低了成本，涂层在120℃的地热水中结构性能稳定，具有良好的耐高温热水的防腐蚀性能。

Description

一种耐高温热水腐蚀涂料

技术领域：

本发明涉及一种耐高温热水腐蚀涂料，具体的涉及一种含有环氧改性有机硅树脂的防腐涂料，可广泛应用于地热水管道、换热器管和热水输送管道内壁涂敷防腐。

背景技术：

随着石油、天然气和煤炭资源可采储量的减少以及环境的恶化，许多国家都加大了对地热水这一绿色可再生能源的利用。目前，我国开发利用的地热水资源主要是通过地热井抽取的方式来实现，并且绝大部分管道使用金属管材。由于地热水温度较高，含多种腐蚀性化学组分，管道腐蚀是普遍存在的问题。直接影响设备的使用寿命。地热普通供水井在正常使用2-3年后，由于腐蚀问题，普遍出现井管破裂、水温下降、水质污染等现象；最严重的地热井的铁管、钢管在一年之内均有不同程度的腐蚀，钢管有成片脱落损坏现象。随着地热水资源的广泛利用，防腐已成为地热水利用过程中亟待解决的问题。通常可采用的措施有：(1)整个系统采用耐腐蚀材料(包括金属与非金属)；(2)对地热系统采取密封措施，不使空气(主要是氧)进入热水系统；也可在系统中加除氧剂(如亚硫酸盐)除氧；(3)采用在系统中安装换热器的办法，地热水只是通过热交换器将热量传给洁净水，从而减轻设备的腐蚀；(4)对非传热的金属表面采取涂敷防腐涂料的办法；然而并不是每个措施都可以得到广泛应用。如整个系统采用耐腐蚀材料使地热系统非常可靠，也不需要经常维修，但投资比较大；对地热系统采取密封措施，不使空气(主要是氧)进入热水系统，设备复杂化，操作性不好，经济性也较差；而系统中加除氧剂的除氧防腐方法，存在回灌后除氧剂对地热水有一定影响；实际应用最普遍的是对非传热的金属表面采取涂敷防腐涂料的办法，简便易行，效果不错，在工业实际中应用越来越广泛，其经济性取决于涂料的成本、涂敷工艺以及使用寿命。

目前耐高温热水腐蚀涂料主要有：环氧、有机硅改性高性能树脂涂料、陶瓷涂料、氟碳涂料等，如专利US0028048制备了一种耐热水搪瓷涂层，使用磨砂玻璃、二氧化硅(或碳化硅)和氧化锆化合物组成的磨加物来制备涂料混合物，将混合物涂覆在金属基材上并烧结得到涂层。经过在96℃2％焦磷酸四钠进行测试，证实其具有良好的耐热水腐蚀性能，但成膜必须经过烧结，工艺复杂。Toshifumi Sugama等人在“Progress in Organic Coatings，2001，42(3/4)”和“Materials Letters，2004，58(7/8)”中公开了聚乙烯(四氟乙烯/六氟丙烯)涂层和以聚苯并咪唑树脂为成膜物质的高温防腐蚀涂料，以及在地热水中防腐蚀性能研究，其中聚乙烯涂层在200℃氯化钠溶液中性能稳定，以聚苯并咪唑树脂为成膜物质的高温防腐蚀涂料在300℃以下的地热水中性能保持稳定，这些涂料成本较高，而且随着耐高温要求提高(200℃以上)，成本还会增加。《腐蚀与防护，2001年第2期》公开了一种A.T.O环氧类金属陶瓷防护涂料，对管道进行内表面防护处理，耐热水温度可达250℃以上，可在常温固化。但是采用A.T.O内防护处理的管道一次性投资提高了1.8倍，虽然整体防腐蚀效果明显，但是投资较大。以环氧改性有机硅高性能树脂涂料是比较经济实用的涂料，但是该类涂料一般耐热水在100℃以下，并且涂层成膜必须经过高温固化才能保证其耐高温水性，如专利CN101328377A制备了包括环氧树脂、环氧酚醛树脂和有机硅改性环氧树脂的涂料树脂，可以在92℃酸性溶液中使用，该涂料成膜需在170℃～200℃烘烤30～40分钟。

可见目前用于高温热水的防腐蚀涂料存在的主要问题是：1、大部分涂料涂层仍需要高温固化，施工不便，以环氧、有机硅改性涂料和陶瓷涂料为代表；2、随着耐高温要求提高(200℃以上)，一般涂料成本较高，以氟碳涂料等以高性能树脂为成膜物质的涂料为代表；3、针对不同温度和地热水环境要求的耐高温热水腐蚀涂料种类较少，需要研究多品种、低成本，具有大规模实际使用价值的地热水管道防护涂料。

发明内容：

本发明解决了环氧改性有机硅树脂的常温成膜问题，通过环氧改性有机硅树脂及合理的颜填料配伍提高耐水性和耐热性，从而提出一种可在常温固化的、具有高耐热水性、低成本的耐高温热水腐蚀涂料，并使涂层达到在地热水中防止管道腐蚀的要求。

本发明提供的耐高温热水腐蚀涂料，包括A和B组分，其中A组分由环氧改性有机硅树脂、云母氧化铁灰、绢云母、滑石粉、分散剂、消泡剂组成，B组分是固化剂，其中以涂料质量百分比计：环氧改性有机硅树脂50％～60％；云母氧化铁灰22％～30％；绢云母9％～14％；滑石粉2％～4.5％；分散剂0.2％～0.5％；消泡剂0.1％～0.4％；固化剂2％～6％。

A组分中所述的环氧改性有机硅树脂，树脂固含量在50％～55％之间，并通过化学改性使其中苯基与甲基质量比达到1.2∶1～1∶1，其中甲基含量越高，耐水性越好，而苯基含量越高热稳定性越好，需要在上述比例范围调节，才能即保证高耐水性，又保证高温稳定性；优选江苏三木化工股份有限公司生产的SMH-30环氧改性有机硅树脂。

上述环氧改性有机硅树脂也可以自行制备，首先将苯基三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷和二甲基二乙氧基硅烷水解缩合制成有机硅中间体预聚物溶液；选用双酚A型环氧树脂，其环氧值在0.18-0.22之间；将环氧树脂与有机硅中间体预聚物溶液混合反应，得到环氧改性有机硅树脂；加入溶剂稀释获得固含量为50％的环氧改性有机硅溶液；溶剂为二甲苯和正丁醇混合物，溶剂中正丁醇∶二甲苯(质量比)＝3∶7。

A组分中所述的环氧改性有机硅树脂在涂料中的质量百分比达到了50％～60％，保证了涂料在高温水环境中的性能稳定，增加涂料使用寿命。

A组分中所述的云母氧化铁灰粒径为325目，粒径过小不能很好的形成层状叠加效果，粒径过大不容易被树脂连续包裹，都影响涂料的防腐蚀性能。作为本配方中主要的颜填料，其作用主要是通过云母氧化铁灰片状结构形成层状叠加阻止或延缓水等腐蚀介质向内部渗透，达到保护基材不被腐蚀的目的。本配方中云母氧化铁灰质量百分比为22％～30％，用量少不能达到良好的防腐效果，用量多涂料容易出现缺陷和空隙。

A组分中所述的绢云母粒径为1000目。其作用一是利用其片状结构阻止腐蚀介质的渗透；二是增强涂层的物理机械性能。绢云母在涂料中的用量与上述云母氧化铁灰的用量呈一定梯度的递减，有效的增加层叠效果，能更好的阻止腐蚀介质的渗透。

A组分中所述的滑石粉粒径为1000目。滑石粉用量少会增加一定的成本，用量多涂料容易出现缺陷和空隙，其含量与上述其他填料组分配合使用，进一步强化层状叠加效果，提高涂层的防腐性能；同时降低涂料的成本。

A组分中所述的分散剂、消泡剂为市售产品，如德国BYK Chemie公司的DISPERBYK-142分散剂或华夏奔腾实业有限公司的HX-4013分散剂，德国BYKChemie公司的BYK-066N消泡剂或华夏奔腾实业有限公司的HX-2100消泡剂。

B组分中所述的固化剂根据现场温度来选择。当现场温度大于10℃时，选用改性聚酰胺类固化剂如TY651，用量为环氧改性有机硅树脂质量的5％～10％；当现场温度小于10℃时，选用酚醛胺类固化剂如T31，用量为环氧改性有机硅树脂质量的3％～5％。

本发明的耐高温热水腐蚀涂料的制备方法，取50％～60％(以涂料质量百分数计)树脂固含量为50％的环氧改性有机硅树脂(当固含量大于50％时，添加适量稀释剂，搅拌混合均匀，调节树脂固含量在50％左右)；在混合均匀的树脂中以涂料质量百分数计加入：云母氧化铁灰22％～30％、绢云母9％～14％、滑石粉2％～4.5％、分散剂0.2％～0.5％和消泡剂0.1％～0.4％，再以1000-2000转/分钟的速度分散10-20分钟，制得A组分；以涂料质量百分数计取固化剂2％～6％，作为B组分；将A、B组分混合，搅拌混合均匀即可得到本发明涂料组合物进行施工。

本发明所述的耐高温热水腐蚀涂料的应用，在地热水管道内壁、换热器管内壁和热水输送管道内壁涂敷，按照涂层厚度为200μm计算，每平方米用量约为0.6公斤，在常温条件下(0～40℃)范围固化需48h时间。

使用方法：在钢、铸铁等金属底材的涂装及空气喷涂、浸涂或刷涂，使用前，先去除工件表面的油污和锈层并清洗干净，或采用喷砂处理进行除锈打磨，然后将涂料直接刷涂或喷涂在工件表面，在常温条件下(0～40℃)自然干燥不低于48小时。

本发明的效果：本发明使用的环氧改性有机硅树脂中苯基与甲基含量比例在特定范围，保证了涂层在常温下固化并具有良好的高耐水性，和高温稳定性；满足耐高温热水的防腐要求；设计了云母氧化铁灰等颜填料的合理梯度配比，有效的加强了层状叠加效果，最终使本发明的涂料涂层在120℃的地热水中结构性能稳定，具有良好的耐高温热水的防腐蚀性能；并且在提高防腐蚀性能的同时降低了成本，在相同条件下与已经应用于工程领域的A.T.O环氧类金属陶瓷防护涂料相比较，每平方米造价降低了60％左右。涂装工艺简单，直接刷涂或喷涂在工件表面即可，在满足工况要求的前提下，进一步降低了成本，适合在工业领域推广。

具体实施方式：

以下结合实施例对本发明做进一步具体描述，但并不局限于这些实施例。

实施例1：

A：称取60份(以下均指质量)的环氧改性有机硅树脂(SMH-30)加入适量稀释剂(正丁醇∶二甲苯(质量比)＝3∶7)稀释搅拌均匀；B：加入30份的云母氧化铁灰、10份的绢云母、3份的滑石粉，用强力电动搅拌机高速搅拌15分钟，在搅拌过程中加入0.3份分散剂(DISPERBYK-142)、0.2份的消泡剂(BYK-066N)，制得甲组分；C：称取6份的聚酰胺固化剂，作为乙组分；D：将甲乙组分混合，用搅拌均匀即可得到本发明涂料组合物。

采用上述的涂料在国标规定钢板上进行刷涂涂装，得到漆膜厚度120μm，常温下(10-40℃)固化48h得到光滑坚硬涂膜，测试涂膜物理机械性能如下表1：

实施例2

A：称取60份(以下均指质量)的环氧改性有机硅树脂(SMH-30)，加入适量稀释剂(正丁醇∶二甲苯(质量比)＝3∶7)稀释搅拌均匀；B：加入30份的云母氧化铁灰、10份的绢云母、3份的滑石粉，用强力电动搅拌机高速搅拌15分钟，在搅拌过程中加入0.3份分散剂(DISPERBYK-142)、0.2份的消泡剂(BYK-066N)，制得甲组分；C：称取3份的T31固化剂，作为乙组分；D：将甲乙组分混合，用玻璃棒低速搅拌均匀即可得到本发明涂料组合物。

采用上述的涂料在国标规定钢板上进行刷涂涂装，得到漆膜厚度：120μm，常温下(0-10℃)固化48h得到光滑坚硬涂膜，测试涂膜物理机械性能如下：

Claims

1.一种耐高温热水腐蚀涂料，包括A和B组分，其特征在于，A组分由环氧改性有机硅树脂、云母氧化铁灰、绢云母、滑石粉、分散剂、消泡剂组成，B组分是固化剂，其中以涂料质量百分比计：环氧改性有机硅树脂50％～60％，云母氧化铁灰22％～30％，绢云母9％～14％，滑石粉2％～4.5％，分散剂0.2％～0.5％，消泡剂0.1％～0.4％，固化剂2％～6％，所述的环氧改性有机硅树脂中，苯基与甲基质量比在1.2∶1-1∶1之间，所述高温热水是120℃的热水。

2.根据权利要求1的涂料，其特征在于，所述的A组分中环氧改性有机硅树脂是用下述的改性方法得到的，首先将苯基三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷和二甲基二乙氧基硅烷水解缩合制成有机硅中间体预聚物溶液；选用双酚A型环氧树脂，其环氧值在0.18-0.22之间；将环氧树脂与有机硅中间体预聚物溶液混合反应，得到环氧改性有机硅树脂；加入溶剂稀释获得固含量为50％的环氧改性有机硅溶液；所加的溶剂为二甲苯和正丁醇混合物，溶剂中正丁醇∶二甲苯质量比＝3∶7。

3.根据权利要求1的涂料，A组分中所述的云母氧化铁灰粒径为325目。

4.根据权利要求1的涂料，A组分中所述的绢云母粒径和滑石粉粒径分别为1000目。

5.根据权利要求1耐高温热水腐蚀涂料，其特征在于，所述的固化剂为改性聚酰胺，用量为环氧改性有机硅树脂质量的5％～10％。