CN106895213B - 一种具备防污功能的海水输送管道 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具备防污功能的海水输送管道，属于复合管道制备领域。通过在金属管表面涂覆防污玻璃涂层，实现耐蚀和防海洋生物附着生长的功能。所述防污玻璃涂层由玻璃浆料低温烧结形成；所述玻璃浆料包括防污剂、低温玻璃粉、溶剂和粘结助剂，其质量比为20～30%:45～50%:15～20%:5～10%。所述防污剂为铜粉、氧化亚铜粉和银粉中的一种或多种，粒径为20～100nm。本发明制备的海水输送管道，具有海洋防污功能，抗海洋生物附着高效持久，利于降低维护成本，且输送管道耐磨、耐海水腐蚀、抗老化性能优异，具有很好的实用意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种具备防污功能的海水输送管道，属于复合管道制备领域。
背景技术
海洋中生存着许多的微生物、海洋植物和海生动物，其中具有污损性的海洋生物近4000种。这些海洋生物在舰船和潜艇表面的附着不仅造成表面腐蚀，还会增加航行阻力，降低航速，增大能耗；在电厂海水冷却水系统的附着会堵塞海水循环通道，腐蚀管道；在海洋钻油平台钢桩上的附着会腐蚀钢桩；在海洋渔业养殖中的附着会破坏渔网等设施，造成很大的经济损失。因此，以海洋生物等污物为对象，以防污为目标的研究对航海业和海洋开发与利用有着重要的现实意义和工程应用价值。
现有的管道涂层主要有树脂内衬、陶瓷涂层、搪瓷涂层、玻璃内衬和胶凝内涂层等。其中，树脂内衬耐磨蚀性较差、易老化、使用寿命短；陶瓷涂层耐磨、耐腐蚀但易出现裂纹和渗蚀问题；搪瓷涂层管道生产工艺繁多,能耗大，成本高；熔铸离心和热喷玻璃内衬管道耐磨蚀性优异但其制备工艺复杂、成本高；而胶凝内涂层钢管内表面结合强度不足。更重要的是，普通管道表面都容易附着海洋生物，日久会导致堵塞，严重影响管道的输送能力。基于此，本发明提供一种具有防污功能且耐磨、耐腐蚀、抗老化的海水输送管道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于海水输送管道的玻璃浆料，解决现有管道涂层耐磨、耐腐蚀、抗老化性能差、能耗大、工艺复杂，同时防除海洋生物污损性能不足的缺点。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
一种具备防污功能的海水输送管道，包括金属管和防污玻璃涂层；所述防污玻璃涂层由玻璃浆料低温烧结形成；所述玻璃浆料包括防污剂、低温玻璃粉、溶剂和粘结助剂，其质量比为20～30%:45～50%:15～20%:5～10%。使用低温玻璃粉，实现了在低温条件下制备耐污海水输送管道。防污玻璃涂层与金属管表面在低温下结合，避免了传统高温陶瓷烧结或玻璃熔铸对防污剂活性的破坏。防污剂的量控制在整个防污玻璃涂层总质量的20～30%内。防污剂如果高于30%，则涂层难以形成连续致密的玻璃保护膜，海水容易侵蚀钢管；防污剂如果低于20%，则不能有效地持续释放防污离子。本发明与传统陶瓷、玻璃、树脂等内衬复合钢管相比，实现了海水输送管道同时具备耐污、耐蚀、耐冲蚀等3种性能。
进一步的，上述海水输送管道的金属管为不锈钢管或白铜管。
进一步的，上述防污玻璃涂层的厚度为0.5～1.5mm。与常规涂料薄薄一层，可能是连续、也可能是均匀分散的颗粒体不同，本发明的防污玻璃涂层比较厚，以连续固体薄膜形式出现，完全覆盖金属管，实现海水输送管道耐污、耐蚀并且耐磨3种性能，这是常规涂料难以实现的。
进一步的，上述防污剂包括铜粉、氧化亚铜粉和银粉中的一种或多种；上述防污剂粒径为20～100nm。纳米材料具有极大的比表面积，且表面还原电势高，同时可以强烈吸附细菌体内酶蛋白分子中的—SH、—NH2、—COOH 等基团，并与之反应，从而阻碍了蛋白质的合成和能量来源，破坏了细菌的细胞膜，致使细菌死亡；纳米材料还可以破坏细菌内的能量释放体系，并能阻断DNA的生成，从而抑制细菌生长。
进一步的，上述低温玻璃粉为Na2O-CuO-P2O5系低熔点玻璃粉。优选Na2O-CuO-P2O5系低熔点玻璃粉做为本发明的低温玻璃粉，是因为Na2O-CuO-P2O5系玻璃粉不仅熔点低、热膨胀系数适宜，而且其在海水中能释放一定量的Cu离子，辅助防污。
进一步的，上述溶剂包括乙醇、异丁醇、水中的一种或多种；上述粘结助剂包括分散剂和增塑剂。溶剂使用乙醇、异丁醇或者两者混合时，不排除有水的存在。但是，使用水做溶剂时，必须加入一定量的乙醇、异丁醇或者两者混合，水不能单独做为溶剂。
进一步的，上述分散剂为三油酸甘油酯；上述增塑剂为聚乙二醇。实验中发现，使用三油酸甘油酯做为分散剂，聚乙二醇做为增塑剂较为适宜。但分散剂和增塑剂只是粘结助剂，不排除其他可替代的选择。
一种上述海水输送管道的制备工艺，包括以下工艺步骤：
（1）按比例称取防污剂、低温玻璃粉、溶剂、粘结助剂，混合后，球磨12～24h，得到均匀的玻璃浆料；
（2）将步骤（1）所得的玻璃浆料均匀涂覆在金属管表面，在80～150℃温度下干燥固化15-30分钟；
（3）将完成步骤（2）后的管道在500～600℃下烧结0.5～2h，即可得到带均匀致密的防污玻璃涂层的、具备防污功能的海水输送管道。
进一步的，上述步骤（2）中的均匀涂覆为提拉涂覆。
进一步的，上述步骤（2）中的均匀涂覆为离心涂覆。
附图说明
图1a是本发明一种用于海水输送管道的玻璃浆料烧结前的微观结构示意图，其中1-玻璃相，2-防污剂。
图1b是本发明一种用于海水输送管道的玻璃浆料烧结后的微观结构示意图，其中1-玻璃相，2-防污剂。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
实施例1：
按比例称取100nm铜粉30g，Na2O-CuO-P2O5系低熔点玻璃粉45g。水溶剂20g，三油酸甘油酯分散剂3g，聚乙二醇增塑剂2g。混合后，球磨24h，得到均匀的玻璃浆料，其微观结构示意图如图1a所示。将上述所得玻璃浆料离心涂覆于直径218mm、长2米的不锈钢管道内表面，在150℃下干燥固化15分钟后，在600℃下烧结0.5h，此时玻璃浆料的微观结构示意图如图1b所示。经过烧结，原本无序的颗粒状玻璃相形成致密的保护层，防污剂均匀的分散在玻璃层里面。烧结完成后即可得到带均匀致密的防污玻璃涂层的、具备防污功能的海水输送管道。
实施例2：
按比例称取70nm铜粉15g，70nm氧化亚铜粉12g，Na2O-CuO-P2O5系低熔点玻璃粉47g。乙醇溶剂19g，三油酸甘油酯分散剂4g，聚乙二醇增塑剂3g。混合后，球磨20h，得到均匀的玻璃浆料，其微观结构示意图如图1a所示。将上述所得玻璃浆料离心涂覆于直径218mm、长2米的不锈钢管道内表面，在120℃下干燥固化20分钟后，在550℃下烧结1h，此时玻璃浆料的微观结构示意图如图1b所示。经过烧结，原本无序的颗粒状玻璃相形成致密的保护层，防污剂均匀的分散在玻璃层里面。烧结完成后即可得到带均匀致密的防污玻璃涂层的、具备防污功能的海水输送管道。
实施例3：
按比例称取50nm铜粉10g，50nm氧化铜粉15g，Na2O-CuO-P2O5系低熔点玻璃粉49g。异丁醇溶剂17g，三油酸甘油酯分散剂4g，聚乙二醇增塑剂5g。混合后，球磨15h，得到均匀的玻璃浆料，其微观结构示意图如图1a所示。将直径48mm、长180mm的白铜管道浸入上述所得玻璃浆料涂，以10mm/min的速度均匀提拉，浆料覆于白铜管道内外表面，在100℃下干燥固化25分钟后，在530℃下烧结1.5h，此时玻璃浆料的微观结构示意图如图1b所示。经过烧结，原本无序的颗粒状玻璃相形成致密的保护层，防污剂均匀的分散在玻璃层里面。烧结完成后即可得到带均匀致密的防污玻璃涂层的、具备防污功能的海水输送管道。
实施例4：
按比例称取20nm铜粉5g，20nm氧化亚铜粉12g，20nm银粉3g，Na2O-CuO-P2O5系低熔点玻璃粉50g。 乙醇溶剂20g，三油酸甘油酯分散剂5g，聚乙二醇增塑剂5g。混合后，球磨12h，得到均匀的玻璃浆料，其微观结构示意图如图1a所示。离心涂覆于直径128mm、长1800mm的白铜管道内表面，在80℃下干燥固化30分钟后，在500℃下烧结2h，此时玻璃浆料的微观结构示意图如图1b所示。经过烧结，原本无序的颗粒状玻璃相形成致密的保护层，防污剂均匀的分散在玻璃层里面。烧结完成后即可得到带均匀致密的防污玻璃涂层的、具备防污功能的海水输送管道。
以上的实施例仅仅是对本发明的具体实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，本领域技术人员在现有技术的基础上还可做多种修改和变化，例如在浆料中加入其它陶瓷颗粒等，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围。
Claims (10)
1.一种具备防污功能的海水输送管道，其特征在于，所述海水输送管道包括金属管和防污玻璃涂层；所述防污玻璃涂层由玻璃浆料低温烧结形成；所述玻璃浆料包括防污剂、低温玻璃粉、溶剂和粘结助剂，其质量比为20～30%:45～50%:15～20%:5～10%。
2.根据权利要求1所述具备防污功能的海水输送管道，其特征在于，所述金属管为不锈钢管或白铜管。
3.根据权利要求1所述具备防污功能的海水输送管道，其特征在于，所述防污玻璃涂层的厚度为0.5～1.5mm。
4.根据权利要求1所述具备防污功能的海水输送管道，其特征在于，所述防污剂包括铜粉、氧化亚铜粉和银粉中的一种或多种；所述防污剂粒径为20～100nm。
5.根据权利要求1所述具备防污功能的海水输送管道，其特征在于，所述低温玻璃粉为Na2O-CuO-P2O5系低熔点玻璃粉。
6.根据权利要求1所述具备防污功能的海水输送管道，其特征在于，所述溶剂包括乙醇、异丁醇、水中的一种或多种；所述粘结助剂包括分散剂和增塑剂。
7.根据权利要求6所述具备防污功能的海水输送管道，其特征在于，所述分散剂为三油酸甘油酯；所述增塑剂为聚乙二醇。
8.一种根据权利要求1所述海水输送管道的制备工艺，其特征在于，包括以下工艺步骤：
（1）按比例称取防污剂、低温玻璃粉、溶剂、粘结助剂，混合后，球磨12～24h，得到均匀的玻璃浆料；
（2）将步骤（1）所得的玻璃浆料均匀涂覆在金属管表面，在80～150℃温度下干燥固化15-30分钟；
（3）将完成步骤（2）后的管道在500～600℃下烧结0.5～2h，即可得到带均匀致密的防污玻璃涂层的、具备防污功能的海水输送管道。
9.根据权利要求8所述海水输送管道的制备工艺，其特征在于，步骤（2）所述均匀涂覆为提拉涂覆。
10.根据权利要求8所述海水输送管道的制备工艺，其特征在于，步骤（2）所述均匀涂覆为离心涂覆。
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