CN109055889B - 一种管道涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃气管道防火技术领域，特别涉及一种管道涂层及其制备方法。一种管道涂层，由以下组分制成：MOFs、蛭石、有机溶剂、粘结剂。其制备方法是：将MOFs粉末溶解于有机溶剂中，得到澄清溶液；澄清溶液中加入蛭石粉末，得到悬浊液；悬浊液中加入粘结剂，喷雾造粒得到粉末；步粉末采用等离子喷涂的方式喷涂于管材表面，形成管材涂层。利用MOFs材料与金属之间形成强力的化学键加固涂层与金属的连接力度，解决了涂层脱粉的现象，由于MOFs在微观结构上由长程有序的晶粒排列构成，具有较好的致密性，解决了涂层的开裂现象，同时与蛭石结合，在受热时能够释放出蛭石层间包含的结晶水，从而起到防火的作用。

Description

一种管道涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及燃气管道防火技术领域，特别涉及一种管道涂层及其制备方法。
背景技术
MOFs是金属有机骨架化合物（英文名称Metal organic Framework）的简称。是由无机金属中心（金属离子或金属簇）与桥连的有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料。MOFs是一种有机-无机杂化材料，也称配位聚合物(coordination polymer)，它既不同于无机多孔材料，也不同于一般的有机配合物。兼有无机材料的刚性和有机材料的柔性特征。使其在现代材料研究方面呈现出巨大的发展潜力和诱人的发展前景。
近年来随着建筑行业的飞速发展，火灾的防控也面临巨大的挑战，燃气管道担负着运输天然气等易燃易爆气体，其火灾防控措施更是火灾防控的重中之重。在燃气管道外壁上喷涂防火涂层是火灾防控的一项重要措施。
现有技术中的防火涂层主要由胶结料（硅酸盐水泥、氯氧化镁或无机高温黏结剂等）、骨料（膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、硅酸铝纤维、矿棉、岩棉等）、化学助剂（改性剂、硬化剂、防水剂等）、水。钢结构防火涂料基料的硅酸盐水泥、氯氧化镁水泥和无机黏结剂，常用的无机黏结剂包括碱金属硅酸盐类以及磷酸盐类物质等。但在碱金属硅酸盐中往往都存在着游离的碱金属离子，空气中的酸性气体和CO2等将与其发生化学反应。如果单独用碱金属硅酸盐来作为涂料的基料时会使涂膜不耐水、不耐潮、耐候性差，并且涂层容易出现开裂、脱粉等不良现象。
发明内容
本发明的目的是提供一种管道涂层，利用MOFs材料与金属之间形成强力的化学键加固涂层与金属的连接力度，解决了涂层脱粉的现象，由于MOFs在微观结构上由长程有序的晶粒排列构成，具有较好的致密性，解决了涂层的开裂现象，同时与蛭石结合，在受热时能够释放出蛭石层间包含的结晶水，从而起到防火的作用。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种管道涂层，按质量分数计算，由以下组分制成：
MOFs10-20份、蛭石20-30份、有机溶剂40-50份、粘结剂8-15。
进一步的，MOFs是MOF-5、MOF-6、MOF-74或MOF-10中的任意一种或几种的混合物。
进一步的，粘结剂是聚乙烯醇、有机硅或聚酰亚胺预聚体中的任意一种。
进一步的，聚酰亚胺预聚体的制备方法是，称取1份3，3′4，4′-二苯甲酮四酸二酐，在二甲基亚砜溶剂中配制成为饱和溶液， 称取多异氰酸酯10份，与邻苯二胺配制成饱和溶液同时加入并搅拌混合反应，反应温度为70℃，反应时间为30min，然后将温度升高至140℃，继续反应，反应时间为30min，冷却到室温静置3h得到聚酰亚胺预聚体。
进一步的，一种管道涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1.将MOFs粉末溶解于有机溶剂中，利用超声仪使MOFs粉末均匀分散在有机溶剂中，得到澄清溶液；
步骤2.向步骤1中得到的澄清溶液中加入蛭石粉末，持续搅拌到蛭石粉末均匀分散于溶液中得到悬浊液；
步骤3.向步骤2中得到的悬浊液中加入粘结剂，持续搅拌，喷雾造粒得到粒度为10-30μm的粉末；
步骤4.将步骤3得到的粉末采用等离子喷涂的方式喷涂于管材表面，形成管材涂层。
进一步的，步骤4的等离子喷涂中，等离子弧的中心温度是2×104K，粉末喷射速度为1Mach。
进一步的，有机溶剂是乙二醇、丙三醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃、DMF或正己烷中的任意一种。
进一步的，按照摩尔质量份数计算，所述蛭石包括以下组分：SiO2 37-42份、MgO11-23份、Al2O3 9-10、Fe2O3 3.5、H2O 5-11和CaO 1-2份。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1. 本发明提供的一种管道涂层，MOFs材料具有多孔骨架结构，能够吸附空气中的N2，在受热时释放出N2应用于防火涂层中，能够有效使易燃材料与空气隔绝，达到灭火的效果；
2. 本发明提供的一种管道涂层，MOFs材料的引入，在等离子喷涂过程中，经过高温加热，能够与金属反应生成新的MOFs结构，在金属管道表面形成一层致密的MOFs膜结构，使涂层与金属管道的连接更加牢固，不易脱粉、开裂；
3. 本发明提供的一种管道涂层，蛭石具有层状结构，层间有结晶水，受到高温膨胀时，会像水蛭一样蠕动同时释放出层间的结晶水，降低可燃材料表面温度的同时，将可燃材料与空气隔绝达到防火的目的；
4. 本发明提供的一种管道涂层，在等离子喷涂时，粘结剂将MOFs材料与蛭石结合在一起，形成一层致密的防火薄膜，在减少涂层厚度的同时，依然能够达到单纯蛭石涂料的防火效果。
5.聚酰亚胺预聚体的加入，不但起到了粘结剂，使MOFs与蛭石有机结合的作用，同时起到了耐磨防刮的作用，有效延长了涂层的使用寿命。
具体实施方式
一种管道涂层，按质量分数计算，由以下组分制成：
MOFs10-20份、蛭石20-30份、有机溶剂40-50份、粘结剂8-15。
进一步的，MOFs是MOF-5、MOF-6、MOF-74或MOF-10中的任意一种或几种的混合物。
作为一种优选方案，粘结剂是聚乙烯醇、有机硅或聚酰亚胺预聚体中的任意一种。
作为一种优选方案，聚酰亚胺预聚体的制备方法是，称取1份3，3′4，4′-二苯甲酮四酸二酐，在二甲基亚砜溶剂中配制成为饱和溶液， 称取多异氰酸酯10份，与邻苯二胺配制成饱和溶液同时加入并搅拌混合反应，反应温度为70℃，反应时间为30min，然后将温度升高至140℃，继续反应，反应时间为30min，冷却到室温静置3h得到聚酰亚胺预聚体。
作为一种优选方案，一种管道涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1.将MOFs粉末溶解于有机溶剂中，利用超声仪使MOFs粉末均匀分散在有机溶剂中，得到澄清溶液；
步骤2.向步骤1中得到的澄清溶液中加入蛭石粉末，持续搅拌到蛭石粉末均匀分散于溶液中得到悬浊液；
步骤3.向步骤2中得到的悬浊液中加入粘结剂，持续搅拌，喷雾造粒得到粒度为10-30μm的粉末；
步骤4.将步骤3得到的粉末采用等离子喷涂的方式喷涂于管材表面，形成管材涂层。
作为一种优选方案，步骤4的等离子喷涂中，等离子弧的中心温度是2×104K，粉末喷射速度为1Mach。
作为一种优选方案，有机溶剂是乙二醇、丙三醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃、DMF或正己烷中的任意一种。
作为一种优选方案，按照摩尔质量份数计算，蛭石包括以下组分：SiO2 37-42份、MgO 11-23份、Al2O3 9-10、Fe2O3 3.5、H2O 5-11和CaO 1-2份。
实施例1：一种管道涂层，制备步骤如下：
步骤1.将10份MOF-5粉末溶解于40份乙醇中，利用超声仪使MOF-5粉末均匀分散在乙醇中，得到澄清溶液；
步骤2.向步骤1中得到的澄清溶液中加入20份蛭石粉末，持续搅拌30min，使蛭石粉末均匀分散于溶液中得到悬浊液；
步骤3.向步骤2中得到的悬浊液中加入聚乙烯醇，持续搅拌，采用喷雾塔对悬浊液进行喷雾造粒得到粒度为10-30μm的粉末；
步骤4. 在等离子弧的中心温度是2×104K且He保护的情况下，将步骤3制备的粉末以1Mach的喷涂速度进行等离子喷涂，使粉末沉积到管道，层层堆积，从而形成管道涂层。
实施例2：一种管道涂层，制备步骤如下：
步骤1.将15份MOF-6粉末溶解于45份丙三醇中，利用超声仪使MOF-6粉末均匀分散在丙三醇中，得到澄清溶液；
步骤2.向步骤1中得到的澄清溶液中加入30份蛭石粉末，持续搅拌30min，使蛭石粉末均匀分散于溶液中得到悬浊液；
步骤3.向步骤2中得到的悬浊液中加入有机硅，持续搅拌，采用喷雾塔对悬浊液进行喷雾造粒得到粒度为10-30μm的粉末；
步骤4. 在等离子弧的中心温度是2×104K且He保护的情况下，将步骤3制备的粉末以1Mach的喷涂速度进行等离子喷涂，使粉末沉积到管道，层层堆积，从而形成管道涂层。
实施例3：一种管道涂层，制备步骤如下：
步骤1.将20份MOF-10粉末溶解于50份乙二醇中，利用超声仪使MOF-10粉末均匀分散在乙二醇中，得到澄清溶液；
步骤2.向步骤1中得到的澄清溶液中加入25份蛭石粉末，持续搅拌30min，使蛭石粉末均匀分散于溶液中得到悬浊液；
步骤3.向步骤2中得到的悬浊液中加入粘结剂，持续搅拌，采用喷雾塔对悬浊液进行喷雾造粒得到粒度为10-30μm的粉末；
步骤4. 在等离子弧的中心温度是2×104K且He保护的情况下，将步骤3制备的粉末以1Mach的喷涂速度进行等离子喷涂，使粉末沉积到管道，层层堆积，从而形成管道涂层。
实施例4：一种管道涂层，制备步骤如下：
步骤1.将10份MOF-74粉末溶解于42份正己烷中，利用超声仪使MOF-6粉末均匀分散在正己烷中，得到澄清溶液；
步骤2.向步骤1中得到的澄清溶液中加入30份蛭石粉末，持续搅拌30min，使蛭石粉末均匀分散于溶液中得到悬浊液；
步骤3.向步骤2中得到的悬浊液中加入聚乙烯醇，持续搅拌，采用喷雾塔对悬浊液进行喷雾造粒得到粒度为10-30μm的粉末；
步骤4. 在等离子弧的中心温度是2×104K且He保护的情况下，将步骤3制备的粉末以1Mach的喷涂速度进行等离子喷涂，使粉末沉积到管道，层层堆积，从而形成管道涂层。
实施例5：一种管道涂层，制备步骤如下：
步骤1. 称取1份3，3′4，4′-二苯甲酮四酸二酐，在二甲基亚砜溶剂中配制成为饱和溶液， 称取多异氰酸酯10份，与邻苯二胺配制成饱和溶液同时加入并搅拌混合反应，反应温度为70℃，反应时间为30min，然后将温度升高至140℃，继续反应，反应时间为30min，冷却到室温静置3h得到聚酰亚胺预聚体。
步骤2.将15份MOF-5粉末溶解于50份四氢呋喃中，利用超声仪使MOF-5粉末均匀分散在四氢呋喃中，得到澄清溶液；
步骤3.向步骤2中得到的澄清溶液中加入25份蛭石粉末，持续搅拌30min，使蛭石粉末均匀分散于溶液中得到悬浊液；
步骤4.向步骤3中得到的悬浊液中加入步骤1得到的聚酰亚胺预聚体，持续搅拌，采用喷雾塔对悬浊液进行喷雾造粒得到粒度为10-30μm的粉末；
步骤5. 在等离子弧的中心温度是2×104K且He保护的情况下，将步骤4制备的粉末以1Mach的喷涂速度进行等离子喷涂，使粉末沉积到管道，层层堆积，从而形成管道涂层。
实施例6：一种管道涂层，制备步骤如下：
步骤1. 称取1份3，3′4，4′-二苯甲酮四酸二酐，在二甲基亚砜溶剂中配制成为饱和溶液， 称取多异氰酸酯10份，与邻苯二胺配制成饱和溶液同时加入并搅拌混合反应，反应温度为70℃，反应时间为30min，然后将温度升高至140℃，继续反应，反应时间为30min，冷却到室温静置3h得到聚酰亚胺预聚体。
步骤2.将15份MOF-74粉末溶解于50份DMF中，利用超声仪使MOF-74粉末均匀分散在DMF中，得到澄清溶液；
步骤3.向步骤2中得到的澄清溶液中加入30份蛭石粉末，持续搅拌30min，使蛭石粉末均匀分散于溶液中得到悬浊液；
步骤4.向步骤3中得到的悬浊液中加入步骤1得到的聚酰亚胺预聚体，持续搅拌，采用喷雾塔对悬浊液进行喷雾造粒得到粒度为10-30μm的粉末；
步骤5. 在等离子弧的中心温度是2×104K且He保护的情况下，将步骤4制备的粉末以1Mach的喷涂速度进行等离子喷涂，使粉末沉积到管道，层层堆积，从而形成管道涂层。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种管道涂层，其特征在于，按质量分数计算，由以下组分制成：
MOFs10-20份、蛭石20-30份、有机溶剂40-50份、粘结剂8-15份。
2.根据权利要求1所述的一种管道涂层，其特征在于，所述MOFs是MOF-5、MOF-6、MOF-74或MOF-10中的任意一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种管道涂层，其特征在于，所述粘结剂是聚乙烯醇、有机硅或聚酰亚胺预聚体中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的一种管道涂层，其特征在于，所述聚酰亚胺预聚体的制备方法是，称取1份3,3′,4,4′-二苯甲酮四酸二酐，在二甲基亚砜溶剂中配制成为饱和溶液，称取多异氰酸酯10份，与邻苯二胺配制成饱和溶液同时加入并搅拌混合反应，反应温度为70℃，反应时间为30min，然后将温度升高至140℃，继续反应，反应时间为30min，冷却到室温静置3h得到聚酰亚胺预聚体。
5.根据权利要求1所述的一种管道涂层，其特征在于，所述有机溶剂是乙二醇、丙三醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃、DMF或正己烷中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种管道涂层，其特征在于，按照摩尔份数计算，所述蛭石包括以下组分：SiO2 37-42份、MgO 11-23份、Al2O3 9-10份、Fe2O3 3.5份、H2O 5-11份和CaO 1-2份。
7.一种管道涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.将MOFs粉末溶解于有机溶剂中，利用超声仪使MOFs粉末均匀分散在有机溶剂中，得到澄清溶液；
步骤2.向步骤1中得到的澄清溶液中加入蛭石粉末，持续搅拌到蛭石粉末均匀分散于溶液中得到悬浊液；
步骤3.向步骤2中得到的悬浊液中加入粘结剂，持续搅拌，喷雾造粒得到粒度为10-30μm的粉末；
步骤4.将步骤3得到的粉末采用等离子喷涂的方式喷涂于管材表面，形成管材涂层。
8.根据权利要求7所述的一种管道涂层的制备方法，其特征在于，在所述步骤4的等离子喷涂中，等离子弧的中心温度是2×104K，粉末喷射速度为1Mach。
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