CN107739572B

CN107739572B - 一种防高温液态沥青沾污涂层及其制备方法

Info

Publication number: CN107739572B
Application number: CN201711210974.2A
Authority: CN
Inventors: 刘慧丛; 李卫平; 陈海宁; 邵燕静; 朱立群
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2020-05-08
Anticipated expiration: 2037-11-28
Also published as: CN107739572A

Abstract

本发明公开了一种防高温液态沥青沾污涂层及其制备方法，属于防沾污涂层技术领域。所述制备方法首先将溶剂、聚苯硫醚、结构调配剂、添加剂按比例混合调制形成浆料；将浆料与疏水改性剂混合制成涂料；将涂料涂覆在预处理后的基材表面，加热保温一段时间后冷却至室温，即得到本发明的防高温液态沥青沾污涂层。本发明提供的防高温液态沥青沾污涂层，满足高温液态沥青环境的使用要求；涂层与基体材料形成良好的层间结合力，涂层表面形成疏水表面，提高了复合涂层的防沾污性能，高温液态沥青沾污面积小于10％。

Description

一种防高温液态沥青沾污涂层及其制备方法

技术领域

本发明属于防沾污涂层技术领域，更特别地说，是指一种自分层耐高温的防高温液态沥青沾污涂层，该涂层可用于不同基体材料表面，应用于煤制油等领域材料表面防止高温液态沥青(200℃～300℃)的沾污。

背景技术

我国总的能源特征是“富煤、少油、有气”。我国拥有较丰富的煤炭资源，然而中国石油开采远远满足不了对石油高速增长的需求，造成对进口原油和石油产品的过度依赖。石油资源的短缺使煤代油重新提上议事日程，以煤制油已成为我国能源战略的一个重要趋势。煤制油技术是以煤炭为原料，通过化学加工过程生产油品和石油化工产品的一项技术。在煤制油的中间产物沥青在高温液态状态下黏度大，粘附于搅拌器、管道及器壁内，造成搅拌困难、管道堵塞，降低反应效率。

涂料就是在物体的表面上用一种特定的施工方法涂覆一层物质，固化后可以形成连续的薄膜材料，并通过涂覆物体上的薄膜对被涂表面起到保护装饰等效果，形成的薄膜通称为涂膜、漆膜或者涂层。在金属表面涂覆涂层是常见的提高金属表面防粘污性能的办法。

聚苯硫醚(PPS)是一种综合性能优异的热塑性工程塑料，外观为白色或者米白色的颗粒或粉末，其玻璃化转变温度为150℃，熔点280～290℃，长期使用温度高达240℃，平均分子量1～5万，呈热塑性，交联后呈热固性。结构式为苯环和硫相连的重复结构，苯环结构的刚性和耐热性以及苯环和硫之间化学键的稳定性，赋予它许多优异的性能，是一种新型的综合性能极好的高分子材料。

聚苯硫醚高温性能稳定，与金属基体间结合力优异，然而聚苯硫醚高温防沾污效果差，在250℃的沥青液体中几乎完全没有防沾污效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种防高温液态沥青沾污涂层及其制备方法，满足煤制油等领域材料表面防止高温液态沥青(200℃～300℃)的沾污应用需求。

本发明首先提供一种防高温液态沥青沾污涂层的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：将溶剂、聚苯硫醚、结构调配剂、添加剂等按比例混合调制，高速剪切分散后形成浆料。

所述高速剪切分散的速度可以是6000-9000转/分，分散时间2-4h。

其中溶剂由水和有机溶剂组成，水和有机溶剂的质量比为(5～1):1；有机溶剂可以是乙醇、丙醇、乙二醇等常温与水互溶的液体溶剂；所述的聚苯硫醚与溶剂质量比为(1～3):10；所述的结构调配剂可以是：二氧化钛、三氧化二铝、二氧化硅等粉体，粒径：500nm-500μm；结构调配剂与聚苯硫醚的质量比为(1～6):10；所述的添加剂可以是：十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠，十二烷基苯磺酸钠等；添加剂与聚苯硫醚的质量比(0.5～2):100。

步骤2：将步骤1的浆料与疏水改性剂混合，搅拌均匀，制成涂料，搅拌速度1000-5000转/分，搅拌时间5-30min。

所述的浆料与疏水改性剂的质量比为(1～10):1。

疏水改性剂由纳米粒子、乳化剂和含氟乳液组成；纳米粒子与疏水改性剂的质量比为(1～10):100，乳化剂与纳米粒子质量比为(1～5):1，含氟乳液与疏水改性剂的质量比为(40～98):100。

所述的纳米粒子可以是二氧化钛、三氧化二铝、二氧化硅等纳米粉体，粒径：50-500nm；乳化剂可以是聚氧乙烯辛基苯酚醚-10或乙氧基化烷基酚硫酸铵；含氟乳液可以是聚全氟乙丙烯、聚四氟乙烯、含氟丙烯酸等含氟聚合物乳液，乳液固含量为10-40％。

步骤3：防高温液态沥青沾污涂层的制备：

对基材表面进行清洁、除油等预处理；将步骤2制备的涂料涂覆在预处理后的基材表面，首先在80-100℃保温10-30min，

继续升温至280-350℃保温10-30min，之后冷却至室温，即得到本发明的防高温液态沥青沾污涂层。

所述的基材可以是钢铁、高温合金、耐高温复合材料等；涂覆方式可以是刷涂、喷涂、浸淋等方式；冷却方式可以是空冷、水冷等方式。

通过上述方法制备一种防高温液态沥青涂层，所述涂层表面F元素含量质量大于40％以上；水在其表面的接触角大于140°；防高温液态沥青沾污涂层与基体的结合力等级为1级；将涂层试片放入250℃的沥青中使其充分接触后再取出，表面沥青沾污面积＜10％。

本发明的优点在于：

1)本发明提供的防高温液态沥青沾污涂层以聚苯硫醚、疏水改性剂和结构调配剂为主要组成物，具有良好的抗氧化性能，可满足高温液态沥青(200℃～300℃)环境的使用要求。

2)本发明提供的防高温液态沥青沾污涂料采用水和有机溶剂共同组成的溶剂体系，解决聚苯硫醚和疏水改性剂相溶性问题。

3)本发明提供的防高温液态沥青沾污涂料在步骤3中聚苯硫醚聚集在涂层底层，与基体材料形成良好的层间结合力；疏水改性剂自发向涂层表面聚集，形成疏水表面(水在表面接触角>140°)，提高了复合涂层的防沾污性能，高温液态沥青沾污面积小于10％。

附图说明

图1A是本发明制备的防高温液态沥青沾污涂层表面成分分析结果；

图1B为普通聚苯硫醚涂层表面成分分析结果。

图2A和图2B是本发明制备的防高温液态沥青沾污涂层表面形貌及接触角测量结果，接触角测试结果158°；

图2C和图2D是普通聚苯硫醚涂层表面形貌及接触角测试结果，接触角测试结果92°。

图3A是本发明制备的防高温液态沥青沾污涂层的结合强度测试结果，结合力等级为1级；

图3B是普通聚全氟乙丙烯涂层的结合强度测试结果，结合力等级为5级。

图4A是本发明制备的防高温液态沥青沾污涂层抗沾污效果图，沥青沾污面积＜5％；

图4B是普通聚苯硫醚涂层抗沾污效果图，沥青沾污面积＝100％。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供一种防高温液态沥青沾污涂层的制备方法和应用，下面通过实施例进行具体说明。

实施例1：

1、防高温液态沥青沾污涂料的制备：

步骤1：将水100g，乙醇50g、聚苯硫醚30g、二氧化钛(粒径50μm)18g、十二烷基硫酸钠0.36g调制成防高温液态沥青沾污浆料；9000转/分高速剪切分散2h；

步骤2：将防高温液态沥青沾污浆料与疏水改性剂混合，搅拌均匀，搅拌速度5000转/分，搅拌时间30min，形成防高温液态沥青沾污涂料。所述疏水改性剂中，粒径为500nm的三氧化二铝纳米粉体1g，乙氧基化烷基酚硫酸铵1g、乳液固含量40％的聚全氟乙丙烯乳液20g。

2、防高温液态沥青沾污涂层的制备：

对不锈钢基材表面进行清洁、除油等预处理；将防高温液态沥青沾污涂料刷涂在基材表面，首先在100℃保温10min，然后在350℃保温10min，水冷至室温制备成防高温液态沥青沾污涂层。

采用扫描电镜(日本JSM-7500F扫描电镜，能谱分析仪EDS,Oxford)对防高温液态沥青沾污涂层表面成分分析结果如图1A所示，涂层表面F元素含量质量百分比达到70.1％，说明涂层中含氟聚合物向涂层表面聚集；而普通聚苯硫醚涂层表面成分F元素含量小于0.5wt％。

采用接触角测量仪(德国Krüss公司DSA-10)测量防高温液态沥青沾污涂层表面接触角，如图2A～2D所示，结果表明水在其表面的接触角158°；远大于普通聚苯硫醚涂层的表面接触角为92°，说明含氟聚合物向涂层表面聚集有助于降低防高温液态沥青沾污涂层表面能。

采用GBT 9286-1998色漆和清漆漆膜的划格试验评价防高温液态沥青沾污涂层的结合强度，测试结果如图3A和3B所示，测试结果表明防高温液态沥青沾污涂层的结合力等级为1级，而普通聚全氟乙丙烯涂层结合力等级为5级，说明本发明的防高温液态沥青沾污涂层很好地的解决含氟涂层结合力问题。

将本发明的方高温液态沥青涂层试片放入250℃的沥青中使其充分接触后再取出，观察其表面粘附沥青的情况，结果如图4A和4B所示，本发明的防高温液态沥青沾污涂层表面沥青沾污面积＜5％；普通聚苯硫醚涂层表面沥青沾污面积为100％，说明本发明制备的防高温液态沥青沾污涂层具有良好的抗高温液态沥青沾污性能。

实施例2：

一种防高温液态沥青沾污涂层的制备，具体步骤如下：

1、防沾污涂料的制备：

步骤1：将水100g，丙醇100g、聚苯硫醚60g、三氧化二铝(粒径500nm)6g、十二烷基磺酸钠1.2g调制成防高温液态沥青沾污浆料；6000转/分高速剪切分散4h；

步骤2：将粒径为50nm将二氧化钛20g、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10 50g与200g固含量为20％的聚四氟乙烯乳液配置成疏水改性剂；将100g防高温液态沥青沾污浆料与100g疏水改性剂搅拌均匀成防高温液态沥青沾污涂料，搅拌速度5000转/分，搅拌时间20min。

2、防高温液态沥青沾污涂层的制备：

对镍基高温合金基材表面打磨、除油；将防高温液态沥青沾污涂料刷涂在基材表面，首先在100℃保温30min，然后在320℃保温30min，空冷至室温制备成防高温液态沥青沾污涂层。

对防高温液态沥青沾污涂层表面成分分析结果表明，涂层表面F元素含量质量比55.61％；表面接触角测试结果表面水在其表面的接触角145°；防高温液态沥青沾污涂层的结合力等级为1级；将涂层试片放入250℃的沥青中使其充分接触后再取出，防高温液态沥青沾污涂层表面沥青沾污面积＜8％。

实施例3：

一种防高温液态沥青沾污涂层的制备，具体步骤如下：

1、防沾污涂料的制备：

步骤1：将水100g，乙二醇20g、聚苯硫醚12g、二氧化硅(粒径500μm)7.2g、十二烷基苯磺酸钠0.24g调制成防高温液态沥青沾污浆料；8000转/分高速剪切分散3h；

步骤2：将粒径为500nm的二氧化硅5g、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10 5g与100g固含量为30％的含氟丙烯酸乳液配置成疏水改性剂；将100g防高温液态沥青沾污浆料与50g疏水改性剂搅拌均匀成防高温液态沥青沾污涂料，搅拌速度3000转/分，搅拌时间20min。

2、防高温液态沥青沾污涂层的制备：

对有机玻璃基材表面打磨、除油；将防高温液态沥青沾污涂料刷涂在基材表面，首先在80℃保温30min，然后在280℃保温30min，水冷至室温制备成防高温液态沥青沾污涂层。

对防高温液态沥青沾污涂层表面成分分析结果表明，涂层表面F元素含量质量比50.10％；表面接触角测试结果表面水在其表面的接触角142°；防高温液态沥青沾污涂层的结合力等级为1级；将涂层试片放入250℃的沥青中使其充分接触后再取出，防高温液态沥青沾污涂层表面沥青沾污面积＜6％。

Claims

1.一种防高温液态沥青沾污涂层的制备方法，其特征在于：具体步骤如下，

步骤1：将溶剂、聚苯硫醚、结构调配剂和添加剂按比例混合调制，高速剪切分散后形成浆料；所述高速剪切分散的速度是6000-9000转/分，分散时间2-4h；所述的溶剂由水和有机溶剂组成，水和有机溶剂的质量比为(5～1):1；所述的添加剂是十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠；

所述的聚苯硫醚与溶剂质量比为(1～3):10；结构调配剂与聚苯硫醚的质量比为(1～6):10；添加剂与聚苯硫醚的质量比为(0.5～2):100；

步骤2：将步骤1的浆料与疏水改性剂混合，搅拌均匀，制成涂料，搅拌速度1000-5000转/分，搅拌时间5-30min；所述的浆料与疏水改性剂的质量比为(1～10):1；所述疏水改性剂由纳米粒子、乳化剂和含氟乳液组成；纳米粒子与疏水改性剂的质量比为(1～10):100，乳化剂与纳米粒子质量比为(1～5):1，含氟乳液与疏水改性剂的质量比为(40～98):100；

步骤3：防高温液态沥青沾污涂层的制备：

对基材表面进行清洁、除油预处理；将步骤2制备的涂料涂覆在预处理后的基材表面，首先在80-100℃保温10-30min，继续升温至280-350℃保温10-30min，之后冷却至室温，得到防高温液态沥青沾污涂层。

2.根据权利要求1所述的一种防高温液态沥青沾污涂层的制备方法，其特征在于：步骤1中所述有机溶剂是乙醇、丙醇或乙二醇液体溶剂；所述的结构调配剂是二氧化钛、三氧化二铝或二氧化硅粉体，粉体粒径：500nm-500μm。

3.根据权利要求1所述的一种防高温液态沥青沾污涂层的制备方法，其特征在于：所述的纳米粒子是二氧化钛、三氧化二铝或二氧化硅纳米粉体，粒径：50-500nm；所述的乳化剂是聚氧乙烯辛基苯酚醚-10或乙氧基化烷基酚硫酸铵；所述的含氟乳液是聚全氟乙丙烯、聚四氟乙烯或含氟丙烯酸，乳液固含量为10-40％。

4.根据权利要求1所述的一种防高温液态沥青沾污涂层的制备方法，其特征在于：所述的基材是钢铁、高温合金或耐高温复合材料；涂覆方式是刷涂、喷涂或浸淋；冷却方式是空冷或水冷。

5.一种防高温液态沥青沾污涂层，其特征在于：采用权利要求1～4中任意一种制备方法，所述涂层表面F元素质量含量大于40％以上；水在涂层表面的接触角大于140°；涂层与基体的结合力等级为1级；将涂层试片放入250℃的沥青中使其充分接触后再取出，表面沥青沾污面积＜10％。