CN108610680B

CN108610680B - 抗高温氯腐蚀涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN108610680B
Application number: CN201810502703.2A
Authority: CN
Inventors: 邰召山
Original assignee: Zhaoshan Technology Beijing Co ltd
Current assignee: Zhaoshan Technology Beijing Co ltd
Priority date: 2018-05-23
Filing date: 2018-05-23
Publication date: 2020-06-30
Anticipated expiration: 2038-05-23
Also published as: CN108610680A

Abstract

本发明提供了一种抗高温氯腐蚀涂料，包括：20～30wt％的填料；20～35wt％的粘结剂；余量为水；所述填料由12～15wt％的钡玻璃、2～5wt％的碳纳米管与6～10wt％的氧化铝组成。本申请还提供了上述抗高温氯腐蚀涂料的制备方法。本申请提供的上述涂料可涂覆于锅炉水冷壁等受热面，经高温固化后形成致密的陶瓷涂层，能够有效减缓受热面的高温氯腐蚀。

Description

抗高温氯腐蚀涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种抗高温氯腐蚀涂料及其制备方法。

背景技术

在生物质锅炉和生活垃圾焚烧炉运行过程中，燃烧生物质以及生活垃圾等高氯燃料会使锅炉受热面产生严重的高温氯腐蚀问题，导致过热器管和锅炉金属受热面腐蚀严重。高氯燃料中的氯通常会直接与受热面进行化学反应，使锅炉受热面金属氧化速度增快，与此同时其腐蚀速度也相应有所加快。据统计，燃烧生物质和生活垃圾锅炉受热面管壁腐蚀速度可达5～12mm/年，由此造成受热面频繁换管，严重影响锅炉的安全以及经济运行效率。

目前，避免高温氯腐蚀的措施主要包括垃圾分类以及添加剂混合燃烧等，但以上措施并未很好地解决受热面高温氯腐蚀的问题。随着涂层技术的发展，研究者考虑可将涂层用于锅炉受热面的防护。在防止锅炉受热面高温腐蚀措施方面，耐腐蚀涂层技术具有性能良好、经济性高等优点，并且在防止硫腐蚀方面已取得很好的使用效果，但在防氯腐蚀方面效果仍有待提高，涂层的防氯腐蚀性差将严重影响涂层的使用寿命和效果。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种涂料，本申请提供的涂料作为涂层具有抗高温氯腐蚀的效果。

有鉴于此，本申请提供了一种抗高温氯腐蚀涂料，包括：

填料 20～30wt％；

粘结剂 20～35wt％；

余量为水；

所述填料由12～15wt％的钡玻璃、2～5wt％的碳纳米管与6～10wt％的氧化铝组成。

优选的，所述抗高温氯腐蚀涂料中还包括助剂，以所述抗高温氯腐蚀涂料为基，所述助剂包括1～2.5wt％的分散剂、0.5～2wt％的消泡剂和0.2～0.35wt％的流变剂。

优选的，所述分散剂为乙烯基双硬脂酰胺，所述消泡剂为正辛醇，所述流变剂为有机膨润土。

优选的，所述粘结剂为模数为2.7的钾水玻璃。

优选的，所述碳纳米管的粒径为50～70nm，长度为150～170nm；所述氧化铝的粒径为80～100nm。

优选的，所述填料的含量为23～28wt％。

优选的，所述粘结剂的含量为25～30wt％。

优选的，所述填料由12～15wt％的钡玻璃、4～5wt％的碳纳米管与7～8wt％的氧化铝组成。

本申请还提供了上述方案所述的抗高温氯腐蚀涂料的制备方法，包括：

将20～35wt％的粘结剂与水混合，得到粘结剂液体；

将所述粘结剂液体与20～30wt％的填料混合，研磨后得到抗高温氯腐蚀涂料，所述填料由12～15wt％的钡玻璃、2～5wt％的碳纳米管与6～10wt％的氧化铝组成。

优选的，所述研磨之前还包括：

将粘结剂液体与填料混合得到的混合物与助剂混合。

本申请提供了一种抗高温氯腐蚀涂料，其包括填料、粘结剂与水，其中填料由钡玻璃、碳纳米管与氧化铝组成；在上述涂料中，钡玻璃化学性质稳定，具有耐酸碱性和良好的亲和能力，能够愈合在涂层烧结过程中由于粘结剂体积收缩造成的裂缝；氧化铝作为一种典型的硬质相颗粒，具有高硬度、高强度、耐热以及耐腐蚀等特性，则涂料中加入氧化铝可以强化涂层的硬度，并提高耐腐蚀性；碳纳米管是最结实、刚度最高的材料之一，在涂料中表现出良好的强化性能；在涂层制备过程中，碳纳米管和氧化铝颗粒间的交错结构有利于气体的逸出，从而获得更加致密的涂层，能够有效的阻止熔融灰进入涂层内部，防止受热面的腐蚀。进一步的，本申请中的碳纳米管与氧化铝均为纳米级超细粉体，其具有比表面积大、表面能高以及结合力强的优点，因此加入超细粉体烧结后可使涂层致密化。

附图说明

图1为本发明实施例1～5制备的涂料形成的涂层在HCl气氛下未喷涂及喷涂涂层钢片的腐蚀增重曲线图；

图2为本发明实施例1～5制备的涂料形成的涂层氯盐腐蚀试验未喷涂及喷涂涂层钢片腐蚀增重曲线图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

针对现有技术中陶瓷涂料抗高温氯腐蚀效果不佳，且形成的涂层容易出现裂纹、气泡的问题，本发明提供了一种抗高温氯腐蚀涂料，该涂料形成的涂层具有抗高温氯腐蚀的特点，且涂层具有较高强度，不易开裂。具体的，本发明实施例公开了一种抗高温氯腐蚀涂料，包括：

填料 20～30wt％；

粘结剂 20～35wt％；

余量为水；

在抗高温氯腐蚀涂料中，所述粘结剂优选采用钾水玻璃，更优选采用模数为2.7的钾水玻璃，其具有粘度高、孔隙率小、耐酸碱性好以及耐热性好等优点。所述粘结剂的含量为20wt％～35wt％，在具体实施例中，所述粘结剂的含量为25wt％～30wt％，更具体的，所述粘结剂的含量可以为26wt％、28wt％、29wt％或30wt％。

在抗高温氯腐蚀涂料中，所述填料由钡玻璃、碳纳米管与氧化铝组成；氧化铝是一种典型的硬质相颗粒，具有高硬度、高强度、耐热以及耐腐蚀等特性，加入氧化铝可以强化涂层的硬度，并提高耐腐蚀性；碳纳米管是最结实、刚度最高的材料之一，在涂料中表现出良好的强化性能；进一步的，在涂料形成的浆料中，氧化铝颗粒分散在碳纳米管间，形成了氧化铝和碳纳米管的交错结构，并对碳纳米管起到支撑作用，同时由于颗粒状的氧化铝与碳纳米管间存在缝隙，以有利于涂层中气体的逸出，从而在涂层的制备过程中，可获得更加致密稳定的涂层。所述钡玻璃化学性质稳定，具有耐酸碱性和良好的亲和能力，能够愈合在烧结过程中由于粘结剂体积收缩造成的裂缝。

在本申请中，所述碳纳米管的粒径为50～70nm，长度为150～170nm；所述氧化铝的粒径为80～100nm。所述碳纳米管与所述氧化铝均为纳米级超细粉体，由此其比表面积大、表面能高、结合力强，因此上述粒径的材料经过烧结后可使涂料形成的涂层致密化。在抗高温氯腐蚀涂料中，填料的含量为20wt％～30wt％，在具体实施例中，所述填料的含量为23～28wt％。所述填料由12～15wt％的钡玻璃、2～5wt％的碳纳米管与6～10wt％的氧化铝组成；更具体的，所述填料由12wt％～15wt％的钡玻璃、4～5wt％的碳纳米管与7～8wt％的氧化铝组成。

上述填料中钡玻璃的含量若超出上述范围则涂层的成膜特性受到影响；氧化铝的含量若超出上述范围，则影响涂层的硬度和耐腐蚀性能；碳纳米管的含量若超出上述范围，则涂层的致密性受到影响，耐腐蚀性能降低，同时涂层与基材结合能力也会降低。

本申请所述抗高温氯腐蚀涂料中还包括助剂，所述助剂选自分散剂、消泡剂和流变剂中的一种或多种；更具体的，所述分散剂选自乙烯基双硬脂酰胺，所述消泡剂选自正辛醇，所述流变剂选自有机膨润土；以所述抗高温氯腐蚀涂料为基，所述分散剂的含量为1～2.5wt％，所述消泡剂的含量为0.5～2wt％，所述流变剂的含量为0.2～0.35wt％。

上述助剂中分散剂的含量若超出上述范围，则涂层材料在配制中分散性能会受到影响，涂层在烧结过程中的成膜特性也会受到影响；消泡剂的含量若超出上述范围，则会影响涂层材料的成膜特性，并且涂层表面会出现气泡和裂纹；流变剂的含量若超出上述范围，则涂层的表面光滑性能和成膜特性会受到影响。

本申请还提供了所述抗高温氯腐蚀涂料的制备方法，包括：

将将20～35wt％的粘结剂与水混合，得到粘结剂液体；

将所述粘结剂液体与20～30wt％的填料混合，研磨后得到抗高温氯腐蚀涂料。

在上述制备抗高温氯腐蚀涂料的制备过程中，首先将粘结剂与水混合，得到粘结剂液体；得到粘结剂液体之后，则将所述粘结剂液体与填料混合，再优选加入助剂搅拌，研磨后，即得到抗高温氯腐蚀涂料。

为了避免碳纳米管在研磨过程中被砸断，所述研磨优选采用行星式球磨机研磨，所述球磨的时间为1～2h。

本申请提供的抗高温氯腐蚀涂料的制备成本低，制备过程简单；在施工应用方面，此陶瓷涂料喷涂工艺相对简单，可利用锅炉自身热量将涂层烧结，减少了喷涂成本，提高了经济性。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的抗高温氯腐蚀涂料及其制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例

将粘结剂钾水玻璃加水混合得到粘结剂液体，随后加入分散剂乙烯基双硬脂酰胺、消泡剂正辛醇和流变剂有机膨润土三种助剂，加入填料，其中填料包括：钡玻璃粉、碳纳米管、氧化铝，然后经行星式球磨机研磨1h后过滤封装，得到涂料；上述涂料中根据具体组分含量不同可分为5个实施例，则实施例1～实施例5陶瓷涂料组分含量数据表如表1所示：

表1实施例1～实施例5陶瓷涂层材料各组材料含量及规格数据(wt％)

将实施例1～实施例5中的涂料采用喷涂法涂覆于锅炉水冷壁常用钢材20G基材表面，并对其抗高温氯腐蚀性能进行测试；

涂料涂覆过程如下：先将20G钢加工成尺寸约20mm×20mm×2mm的薄片，采用喷砂机对钢片进行喷砂处理；再将实施例1～实施例5中的涂料采用喷涂法涂覆于经喷砂处理后的试样片表面；涂料涂覆完毕后，经室温干燥后放入恒温箱中，在80℃下干燥2h；随后将干燥后的试样放入马弗炉中进行加热固化，以3℃/min的升温速率加热至450℃，保持恒温6h后随炉冷却。

对上述方法制备的涂层进行抗高温氯腐蚀性能测试。具体测试过程如下：

HCl腐蚀试验方法：涂层试样和对比试样的HCl气体腐蚀过程在实验室模拟烟气气氛下进行，模拟气体成分比例见表2；

表2 HCl腐蚀试验方法的模拟气氛成分数据表

生物质试样	HCl/vppm	CO<sub>2</sub>/vol.％	O<sub>2</sub>/vol.％	H<sub>2</sub>O/vol.％	N<sub>2</sub>/vol.％
						HCl气氛	500	10	5	10	Bal.

上述试验采用增重法来表征试样的腐蚀程度，根据试样每一周期的增重量绘制出增重-时间曲线，每一腐蚀周期为24小时；如图1所示；

氯盐的腐蚀试验方法：氯盐的腐蚀试验以KCl为腐蚀介质，先在石英坩埚底部用KCl铺展开，再将试样片覆盖在这层盐的上方，同时在表面再覆盖一层KCl，称重后再放入程控箱式电阻炉中进行腐蚀试验；增重量通过腐蚀前后试样单位面积的质量变化来计算：

ΔW_i＝(W_i+1－W_i)/S

式中：△W_i为第i次腐蚀后单位面积增重；

W_i、W_i+1分别为试样腐蚀前后的质量；

S为试样表面积。

图1、图2分别为实施例1～实施例5陶瓷涂层抗高温氯腐蚀测试结果曲线图；由图1、图2可以看出，钢基材的腐蚀增重大于涂层试样的腐蚀增重，且涂层抗HCl气体腐蚀性能较钢基材明显提高，其中实施例1的提高最大为10倍，涂层抗KCl腐蚀性能较钢基材明显提高且实施例1的提高最大为15倍，实施例1涂层基本不腐蚀；可见喷涂涂层后，明显改善了试样的抗氯腐蚀能力。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种抗高温氯腐蚀涂料，包括：

填料 20~30wt%；

粘结剂 20~35wt%；

分散剂 1~2.5wt%；

消泡剂 0.5~2wt%；

流变剂 0.2~0.35wt%；

余量为水；

所述填料由12~15wt%的钡玻璃、2~5wt%的碳纳米管与6~10wt%的氧化铝组成；

所述分散剂为乙烯基双硬脂酰胺，所述消泡剂为正辛醇，所述流变剂为有机膨润土；

所述粘结剂为模数为2.7的钾水玻璃；所述碳纳米管的粒径为50~70nm，长度为150~170nm；

所述氧化铝的粒径为80~100nm。

2.根据权利要求1所述的抗高温氯腐蚀涂料，其特征在于，所述填料的含量为23~28wt%。

3.根据权利要求1所述的抗高温氯腐蚀涂料，其特征在于，所述粘结剂的含量为25~30wt%。

4.根据权利要求1所述的抗高温氯腐蚀涂料，其特征在于，所述填料由12~15wt%的钡玻璃、4~5wt%的碳纳米管与7~8wt%的氧化铝组成。

5.权利要求1所述的抗高温氯腐蚀涂料的制备方法，包括：

将20~35wt%的粘结剂与水混合，得到粘结剂液体；

将所述粘结剂液体与20~30wt%的填料混合，研磨后得到抗高温氯腐蚀涂料，所述填料由12~15wt%的钡玻璃、2~5wt%的碳纳米管与6~10wt%的氧化铝组成；所述研磨之前还包括：

将粘结剂液体与填料混合得到的混合物与1~2.5wt%的分散剂、0.5~2wt%的消泡剂和0.2~0.35wt%的流变剂混合。