CN103788809A - 一种耐高温防腐涂料和基于该涂料的涂层的制备方法 - Google Patents

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张龙贵
侯家祥
刘宣伯
任毅
蔡小光
罗水源
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Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry
China Petroleum and Chemical Corp
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Abstract

本发明提供了一种耐高温防腐涂料，包含：基于该涂料各组分总重量计70~92wt%的液体酚醛树脂和8~30wt%的多孔硅氧化物；其中，在该液体酚醛树脂中，酚醛树脂含量为40~60wt%，酚醛残炭率为40~65wt%。该涂料成分简单，成本低，经加工得到的涂层能够对在高温、高氯和高酸性的条件下运作的金属设备进行保护。本发明提供的耐高温防腐蚀涂层的制备方法工艺简单，易于实现，并且通过将涂层在高温中进行烧结碳化而使涂层具有更大的附着力和更好的耐高温防腐性能。

Description

一种耐高温防腐涂料和基于该涂料的涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐高温防腐涂料和基于该涂料的涂层的制备方法。
背景技术
目前稀土精矿的分解方法主要是酸分解法、碱分解法和高温氯化法。氯化法分解稀土精矿可以直接制得无水氯化稀土，便于熔盐电解制取混合稀土金属。氯化工艺通常是将碳和稀土精矿混合制团，在竖式氯化炉的高温下直接通入氯气，根据生成不同氯化物沸点的差异，制得稀土金属的氯化物。
然而，由于设备在氯气条件下腐蚀严重，因此该法的推广性较差，在使用该法的企业中也需要经常更换被腐蚀的设备，从而造成生产成本增加。同样，酸分解法也存在设备腐蚀的问题。一般的涂层很难满足700-900℃且氯气浓度较高的条件。因此，有必要研究并提供高效的耐高温防腐材料和保护措施来解决高温高氯条件下的设备腐蚀问题。
中国专利CN201010032473采用酚醛树脂溶液、绿色碳化硅粉和白色钢玉粉为原料，混合后，干燥固化可得到隔热性能优良的涂层，但该涂层未经充分的后处理，容易在高温、高腐蚀条件下失效。
中国专利CN200910300411涉及一种复合耐温耐压重防腐涂层及其制备方法，该发明的涂层在厚度为0.1-2.0mm范围内，可耐5-15MPa、100-180℃条件下的含有硫化氢、氯化物等酸性强腐蚀介质的腐蚀破坏，并且该涂层与金属基材结合力强。但是，该专利所提供的涂层无法适应更高的温度
日本专利JP60195014公开了一种基材上涂覆特定的苯环类聚合物的方法，通过将涂料在真空下以及超过700℃的条件下加热分解，使碳化涂层覆盖在基材上，该涂层具有导电性和非常高的硬度，其中所用的基材可以是硅、碳、铝以及碳化硅等。
日本专利JP56163054公开了将热固性树脂的乳液（环氧或者是酚醛）和耐热材料如锆或者钴混合，可选地进一步加入其它种类的水溶性粘合剂如硅胶、硅酸盐等，再进行燃烧和碳化得到用于浇铸模型的涂层，在金属熔化物的侵蚀下有较长的使用寿命。但是，该专利需用到价格昂贵的稀有金属锆和钴，从而增加了成本，并且在稀土冶炼氯化过程中容易被腐蚀。
专利US4508762公开了一种防热材料，将包含纤维的非溶剂型树脂和含碳量大于45%的液体树脂混合均匀，然后通过干燥、固化以及硬化等工艺得到一种多孔材料，该材料适用于导弹推进阶段的热保护。
发明内容
本发明的目的是为了解决在稀土提炼过程中的高温、高氯或者高温、酸性环境下金属材料的长效耐温、耐氯和防腐等问题，提供了一种新型的高效耐温耐氯防腐涂料和基于该涂料的涂层的制备方法。
根据本发明，提供了一种涂料，包含：基于该涂料各组分总重量计70~92wt%，并优选为80~90wt%的液体酚醛树脂和8~30wt%的多孔硅氧化物；其中，在该液体酚醛树脂中，酚醛树脂含量为40~60wt%，酚醛残炭率为40~65wt%。该涂料具有耐高温防腐的性能。例如该涂料可用于含氯等元素的腐蚀性物质存在下的高温环境。
本发明中所述“高温”一般指“500~850℃”，尤其是指“600~850℃”的温度。
优选地，上述多孔硅氧化物的平均粒径为20~500nm，例如50、80、100、150、200、250、300或400nm。多孔硅氧化物优选为硅藻土。
本发明还提供了一种耐高温涂层的制备方法，包括以下步骤：i）将上述涂料的各组分混合均匀；ii）将i）得到的混合物涂敷在金属件表面；iii）将ii）中经涂敷的金属件在120~200℃的温度下进行干燥，以除去溶剂并固化；iv）将iii）中得到的金属件在惰性气体中、在600~700℃下烧结5~24小时，得到沉积在金属件表面的耐高温涂层。所得涂层具有防腐的性能。
在一个优选的实施例中，在步骤iii）之前，将步骤ii）中经涂敷的金属件在80~120℃下干燥4~12小时。
步骤i）例如可通过高速搅拌机将混合物搅拌均匀。步骤ii）中的金属件例如可以是不锈钢、铸铁、普通钢材。
优选的是，步骤i）得到的混合物的表观粘度为500~10000mps；经过步骤iii）固化后，金属件表面的固体涂层前体是步骤i）中混合物的25~55wt%。
在一个实施例中，根据本发明所述方法得到的涂层的厚度为0.05~0.5mm，优选为0.08~0.4mm；涂层的密度为0.4~1.5g/cm3，优选为0.75~1.1g/cm3。
根据本发明的耐高温防腐涂层可以在600~850℃下使用，在腐蚀性气体存在的条件下，具有较长的使用寿命。
因此，本发明还提供了通过上述方法制备得到的涂层在600~850℃下作业的设备中的应用，例如在稀土提炼设备或垃圾焚烧设备中的应用。
根据本发明的涂料的优点在于，成分简单，成本低；经过加工后得到的涂层能够耐高温（例如可在600~850℃下应用）、高氯和高酸性条件；具有广泛的应用前景。
本发明提供的耐高温防腐蚀涂层的制备方法工艺简单，易于实现，并且通过将涂层在高温中进行烧结碳化而使涂层具有更大的附着力和更好的耐高温防腐性能。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的范围并不限于此。
在以下实施例中，各参量的测定方法如下：
表观粘度：采用HAKKE流变仪RS6000进行测定，其中转子系统为同轴圆桶转子，转子直径为38mm，样品杯内径为43mm，剪切速率为10s-1；
密度测定：预先测定涂敷底材的质量Sm和体积Sv，底材附着涂层后，测定其质量Cm和体积Cv，则涂层密度依照公式(Cm-Sm)/(Cv-Sv)计算；
涂层厚度：采用GB T 11374-1989测试；
耐温性：将附着有涂层的金属件放入设定测试温度的马弗炉进行焚烧。
实施例1
称取水溶性酚醛树脂100g（其中酚醛树脂含量为53%），硅藻土25g。将两种原料在三口瓶中以500rpm的转数搅拌3小时，得到的混合物。测定其粘度为1560mps。
取321不锈钢片材，经超声波清洗后，烘干。将上述得到的混合物用涂料辊均匀地涂敷在321不锈钢片材表面。将涂敷好的321不锈钢片材在通风橱中放置5小时，随后将该321不锈钢片材置于烘箱中150℃干燥固化14小时，彻底去除溶剂。
将干燥固化好的片材置于烧结炉中，保持氮气气氛，在650℃下碳化24小时，得到耐高温防腐涂层。涂层厚度为0.3mm，密度为0.78g/cm3。
将附着涂层的片材放入700℃的马弗炉中焚烧10小时，涂层无脱落。
实施例2
称取水溶性酚醛树脂100g（其中酚醛树脂含量为53%），硅藻土10g。将两种原料在三口瓶中以500rpm的转数搅拌1.5小时，得到的混合物。测定其粘度为650mps。
取321不锈钢片材，经超声波清洗后，烘干。将上述得到的混合物用涂料辊均匀地涂敷在321不锈钢片材表面。将涂敷好的321不锈钢片材在通风橱中放置3小时，随后将该321不锈钢片材置于烘箱中150℃干燥固化12小时，彻底去除溶剂。
将干燥固化好的片材置于烧结炉中，保持氮气气氛，在650℃下碳化24小时，得到耐高温防腐涂层。涂层厚度为0.1mm，密度为0.97g/cm3。
将附着涂层的片材放入700℃的马弗炉中焚烧10小时，涂层无脱落。

Claims (10)

1.一种耐高温防腐涂料，包含：基于所述涂料各组分总重量计70~92wt%的液体酚醛树脂和8~30wt%的多孔硅氧化物；其中，在所述液体酚醛树脂中，酚醛树脂含量为40~60wt%，酚醛残炭率为40~65wt%。
2.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述涂料包含基于涂料各组分总重量计80~90wt%的液体酚醛树脂。
3.根据权利要求1或2所述的涂料，其特征在于，所述多孔硅氧化物的平均粒径为20~500nm。
4.根据权利要求3所述的涂料，其特征在于，所述多孔硅氧化物为硅藻土。
5.一种耐高温防腐涂层的制备方法，包括以下步骤：
i）将如权利要求1-4中任一项所述的涂料的各组分混合均匀；
ii）将i）得到的混合物涂敷在金属件表面；
iii）将ii）中经涂敷的金属件在120~200℃的温度下进行干燥，以除去溶剂并固化；
iv）将iii）中得到的金属件在惰性气体中、在600~700℃下烧结5~24小时，得到沉积在金属件表面的耐高温防腐涂层。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤iii）之前，将步骤ii）中经涂敷的金属件在80~120℃下干燥4~12小时。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，金属件为不锈钢、铸铁、普通钢材。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤i）得到的混合物的表观粘度为500~10000mps；经过步骤iii）固化后，金属件表面的固体涂层前体是步骤i）中得到的混合物的25~55wt%。
9.根据权利要求5-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述涂层的厚度为0.05~0.5mm，优选为0.08~0.4mm；涂层的密度为0.4~1.5g/cm3，优选为0.75~1.1g/cm3。
10.根据权利要求5-8中任一项所述的方法制备得到的涂层在600~850℃下作业的设备中的应用，优选在稀土提炼设备或垃圾焚烧设备中的应用。
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