CN109651857A - 一种耐温防腐蚀韧性涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及耐温防腐蚀涂层技术领域，具体涉及一种主要用于电厂烟气脱硫烟囱，处于一定温度（不超250℃）和酸性腐蚀环境下的混凝土与砖砌体结构防护的耐温防腐蚀韧性涂层。本发明的耐温防腐蚀韧性涂层包括57‑60%填料、4‑6%固化剂和36‑37%改性胶黏剂，所述改性胶黏剂由10%‑20%高弹水溶性聚合物、0.4%‑10%纳米二氧化硅和石墨烯，纳米二氧化硅和石墨烯的重量比为3:1，余量为硅酸盐胶黏剂组成。应用本发明涂层可有效防止燃煤烟气脱硫对烟囱结构体造成的酸性腐蚀，显著改善涂层与基体的界面粘结性能和对较高温度变化的适应性，该涂层可刮涂或喷涂，具有性能可调、成本低廉、施工便捷以及易于维护的特点。
Description
技术领域
本发明涉及耐温防腐蚀涂层技术领域，具体涉及一种主要用于火电厂烟气脱硫烟囱，处于一定温度（不超250℃）和酸性腐蚀环境下的混凝土与砖砌体结构防护的耐温防腐蚀韧性涂层。
背景技术
我国是一个能源结构以燃煤为主的国家，这是由于中国少气、贫油、富煤的能源格局所导致的。由于这种格局的存在使得中国电力主要通过燃煤发电来提供。但是煤在燃烧时会产生大量有毒、有害气体对环境造成污染，不利于中国社会的可持续发展。目前煤烟型污染是我国大气污染的主要特点，氮氧化物、硫氧化物以及粉尘等是我国大气的主要污染物。目前国内外较有效的手段是烟气脱硫。脱硫后烟气温度处在硫酸露点以下，水分含量高，冷凝结露现象严重。脱硫烟气使得烟囱长期处于较高温度的强酸性腐蚀性介质环境，极易造成表层混凝土或砖腐蚀、膨胀、开裂、脱落及结构中的钢筋锈蚀，从而使烟囱内衬结构遭到破坏，严重影响结构安全和耐久性，大大降低服役寿命。如何有效地防止腐蚀性介质侵入到结构内部，确保结构在设计使用寿命期内安全正常使用，降低维护和维修费用，开发一种有效保护烟囱内部结构免受腐蚀性介质侵蚀的耐酸耐温韧性涂层十分迫切。
目前，市面上有很多烟囱防腐材料，如发泡玻璃砖、乙烯基玻璃鳞片涂料等，这些防腐材料在实际应用中都存在诸多问题，譬如发泡玻璃砖采用粘贴的方法制备，砖块间存在很多缝隙，施工质量难以控制，缝隙往往很容易产生渗漏，导致防护作用失效。乙烯基玻璃鳞片涂层不耐热冲击，涂层容易开裂，维护频繁等问题，难以满足使用年限。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种耐温防腐蚀韧性涂层及其制备方法。
一种耐温防腐蚀韧性涂层，所述涂层包括57-60%填料、4-6%固化剂和36-37%改性胶黏剂，其特征在于，所述改性胶黏剂由10%-20%高弹水溶性聚合物、0.4%-10%纳米二氧化硅和石墨烯，纳米二氧化硅和石墨烯的重量比为3:1，余量为硅酸盐胶黏剂组成。
进一步地，所述填料由25%-35%的石英砂、25%-35%的石英粉和35%-45%的铸石粉组成。
进一步地，石英砂:石英粉:铸石粉=3:3:4。
进一步地，石英砂为60-80目，石英粉为1250目，铸石粉为120目。
进一步地，所述固化剂为氟硅酸钠、氟硅酸钾和氟硅酸锂中的一种或几种。
进一步地，所述硅酸盐胶黏剂的模数为2.6-2.8，波美度40-50。
进一步地，高弹水溶性聚合物为水性聚氨酯、水性丙烯酸酯乳液和丁苯橡胶乳液中一种或几种，固含量不低于30%，优选32%。
进一步地，所述纳米二氧化硅粒径为8-15nm。
上述耐温防腐蚀韧性涂层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
1）将填料和固化剂搅拌均匀制成粉料；
2）在上述粉料中添加硅酸盐胶黏剂，搅拌均匀；
3）缓慢添加高弹水溶性聚合物，搅拌均匀，搅拌时间2-3min；
4）添加纳米二氧化硅搅和石墨烯，搅拌均匀，搅拌时间2-3min；
5）养护和固化, 在相对湿度小于80%，温度不低于10℃的空气中自然养护完成固化，固化期间不能与水接触。
有益效果
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1）采用铸石粉、石英粉、石英砂等耐温性能和耐酸腐蚀性能良好的骨料和粉料为填料；
2）采用钠水玻璃、钾水玻璃、锂水玻璃等耐温性能和耐酸腐蚀性能良好的硅酸盐为主要胶黏剂；
3）掺入适量的纳米二氧化硅和石墨烯，能够有效调节胶粘剂粘度，改善界面粘结性能和对温度变化的适应性；
4）掺入水性聚氨酯、改性丙烯酸酯乳液、丁苯橡胶乳液等高弹水溶性聚合物能够有效提高涂层粘结性和柔韧性。
本发明制得的涂层与混凝土基体粘结性能优异，拉伸强度可达到3.4Mpa，粘结力得到显著改善；
应用本发明涂层制成40*40*160mm试件，测得其折压比由传统水玻璃耐酸涂层的0.28提高到现在的1/3左右，柔韧性得到显著改善；
应用本发明制备的涂层经过250℃恒温4h后，改性涂层耐温后并未出现外观的裂纹、膨胀、剥落、变形等异常情况，这表明涂层耐温性能完全能满足要求。
涂层试件在耐温试验（250℃×4h）和浸酸试验（40%浓度硫酸浸泡28d）后强度残留率均超出现行规范要求的90%，耐温或酸浸后试件表面无腐蚀、裂纹、膨胀和剥落现象。
本发明改性涂层耐温后并未出现外观的裂纹、膨胀、剥落、变形等异常情况，这主要是高温有利于水玻璃中水分的充分脱出，促进了水玻璃中SiO2晶体的形成，热分析结果表明聚氨酯并未在250℃高温下分解，粘结相依然致密的包裹着填料，结构密实，有机无机互穿网络并未被高温破坏，改性组涂层耐温性能优异。
本发明改性组涂层耐酸后强度仅有少量下降，未改性涂层强度下降明显，这主要是由于水玻璃和聚氨酯很好的融合在了一起形成了互穿网络结构，并且紧密包裹着填料形成了致密的结构体系，有机-无机形成的互穿网络结构没有明显的腐蚀现象，整体结构依然致密。
应用本发明涂层可有效防止燃煤烟气脱硫对烟囱结构体造成的酸性腐蚀，显著改善涂层与基体的界面粘结性能和对较高温度变化的适应性，该涂层可刮涂或喷涂，具有性能可调、成本低廉、施工便捷以及易于维护的特点。
具体实施方式
实施例1：
按照如下重量配比进行配料：60%填料、4%氟硅酸钠和36%改性胶黏剂，所述改性胶黏剂由10%水性聚氨酯、0.4%纳米二氧化硅和石墨烯，纳米二氧化硅和石墨烯的重量比为3:1，余量为水玻璃组成。
所述填料为70目石英砂，1250目石英粉和120目铸石粉按照3:3:4的重量比进行配料。水玻璃模数为2.6，波美度40。所述纳米二氧化硅粒径为8nm，水性聚氨酯固含量32%。
将上述原料按照如下顺序和方法进行加工制备耐温防腐蚀韧性涂层：
1）将上述填料和氟硅酸钠搅拌均匀制成粉料；
2）在上述粉料中添加水玻璃，搅拌均匀；
3）缓慢添加水性聚氨酯，搅拌均匀，搅拌时间2min；
4）添加纳米二氧化硅搅和石墨烯，搅拌均匀，搅拌时间3min；
5）养护和固化, 在相对湿度50%，温度24℃的空气中自然养护完成固化，固化期间不能与水接触。
经上述配比制备的涂层制成100*100*50mm的试件测定涂层与混凝土基体粘结拉伸强度；
经上述配比制备的涂层经过250℃恒温4h后，观测外观，同时测试其耐温后的抗折强度和抗压强度；
经上述配比制备的涂层在经过40%硫酸浸泡30d后，测试其耐温后的抗折强度和抗压强度。
实施例2：
按照如下重量配比进行配料：57%填料、6%氟硅酸钾和37%改性胶黏剂，所述改性胶黏剂由20%水性丙烯酸酯乳液、10%纳米二氧化硅和石墨烯，纳米二氧化硅和石墨烯的重量比为3:1，余量为水玻璃组成。
所述填料为70目石英砂，1250目石英粉和120目铸石粉按照3:3:4的重量比进行配料。水玻璃模数为2.8，波美度50。所述纳米二氧化硅粒径为15nm，水性丙烯酸酯乳液固含量35%。
将上述原料按照如下顺序和方法进行加工制备耐温防腐蚀韧性涂层：
1）将上述填料和氟硅酸钾搅拌均匀制成粉料；
2）在上述粉料中添加水玻璃，搅拌均匀；
3）缓慢添加水性丙烯酸酯乳液，搅拌均匀，搅拌时间3min；
4）添加纳米二氧化硅搅和石墨烯，搅拌均匀，搅拌时间2min；
5）养护和固化, 在相对湿度40%，温度15℃的空气中自然养护完成固化，固化期间不能与水接触。
经上述配比制备的涂层制成100*100*50mm的试件测定涂层与混凝土基体粘结拉伸强度；
经上述配比制备的涂层经过250℃恒温4h后，观测外观，同时测试其耐温后的抗折强度和抗压强度；
经上述配比制备的涂层在经过40%硫酸浸泡30d后，测试其耐温后的抗折强度和抗压强度。
对比例1
按照如下重量配比进行配料：60%填料、4%氟硅酸钠和36%胶黏剂，填料与实施例1相同，胶黏剂为水玻璃，按照实施例1的方法进行制备。
经上述配比制备的涂层制成100*100*50mm的试件测定涂层与混凝土基体粘结拉伸强度；
经上述配比制备的涂层经过250℃恒温4h后，观测外观，同时测试其耐温后的抗折强度和抗压强度；
经上述配比制备的涂层在经过40%硫酸浸泡30d后，测试其耐温后的抗折强度和抗压强度。
表1 涂层耐温及耐酸性能
实施例1和2制备的涂层制成100*100*50mm的试件测得涂层与混凝土基体粘结拉伸强度为3.4和3.5MPa，对比例1的拉伸强度为3.0 MPa，提升了至少10%，该实验数据证明，本发明的改性涂层及制备方法有效提高了涂层与基层粘结性能。
实施例1和2经过250℃恒温4h后未出现外观的裂纹、膨胀、剥落、变形等异常情况，这表明涂层耐温性能完全能满足要求。相反对比例1出现明显裂纹，不满足实际应用。
涂层经过250℃恒温4h后，改性涂层强度仅有少量下降，未改性涂层下降较明显，实施例1、2的抗折强度、抗压强度比对比例1提高30%，改性后涂层耐温性能优异，且强度变化值大于规范要求的0.9。
涂层经过40%硫酸浸泡30d后，改性涂层强度仅有少量下降，未改性涂层下降较明显，实施例1、2的抗折强度、抗压强度比对比例1提高30%，改性后涂层耐酸性能优异，且强度变化值大于规范要求的0.9。
以上描述了本发明优选实施方式，然其并非用以限定本发明。本领域技术人员对在此公开的实施方案可进行并不偏离本发明范畴和精神的改进和变化。
Claims (9)
1.一种耐温防腐蚀韧性涂层，所述涂层包括57-60％填料、4-6％固化剂和36-37％改性胶黏剂，其特征在于，所述改性胶黏剂由10％-20％高弹水溶性聚合物、0.4％-10％纳米二氧化硅和石墨烯，纳米二氧化硅和石墨烯的重量比为3:1，余量为硅酸盐胶黏剂组成。
2.根据权利要求1所述的一种耐温防腐蚀韧性涂层，其特征在于，按重量百分比，所述填料由25％-35％的石英砂、25％-35％的石英粉和35％-45％的铸石粉组成。
3.根据权利要求2所述的一种耐温防腐蚀韧性涂层，其特征在于，按照重量百分比，所述填料由30％的石英砂、30％的石英粉和40％的铸石粉组成。
4.根据权利要求3所述的一种耐温防腐蚀韧性涂层，其特征在于，石英砂为60-80目，石英粉为800-1250目，铸石粉为80-120目。
5.根据权利要求1所述的一种耐温防腐蚀韧性涂层，其特征在于，所述固化剂为氟硅酸钠、氟硅酸钾和氟硅酸锂中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种耐温防腐蚀韧性涂层，其特征在于，所述硅酸盐胶黏剂的模数为2.6-2.8，波美度40-50。
7.根据权利要求1所述的一种耐温防腐蚀韧性涂层，其特征在于，高弹水溶性聚合物为水性聚氨酯、水性丙烯酸酯乳液和丁苯橡胶乳液中一种或几种，固含量不低于30％。
8.根据权利要求1所述的一种耐温防腐蚀韧性涂层，其特征在于，所述纳米二氧化硅粒径为8-15nm。
9.根据权利要求1所述的一种耐温防腐蚀韧性涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
1)将填料和固化剂搅拌均匀制成粉料；
2)在上述粉料中添加硅酸盐胶黏剂，搅拌均匀；
3)缓慢添加高弹水溶性聚合物，搅拌均匀，搅拌时间2-3min；
4)添加纳米二氧化硅和石墨烯，搅拌均匀，搅拌时间2-3min；
5)养护和固化,在相对湿度小于80％，温度不低于10℃的空气中自然养护完成固化，固化期间不能与水接触。
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