CN110467864B - 一种用于高温环境下的导电防腐涂料和制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于涂料领域，具体是涉及到一种用于高温环境下的导电防腐涂料和制备方法，包括重量百分比为10‑70％的填料和重量百分比为30‑90％的溶剂，所述填料为纳米二氧化硅、纳米银粉、氢化钛粉、玻璃粉、四针状晶须纳米氧化锌和锰硅合金粉的混合物，所述溶剂为水溶性树脂、分散剂、流平剂和水的混合物，本发明具有良好的导电性能和附着力，耐高温能力强，防腐性能好。

Description

一种用于高温环境下的导电防腐涂料和制备方法
技术领域
本发明属于涂料领域，具体是涉及到一种用于高温环境下的导电防腐涂料和制备方法。
背景技术
烟囱类高温气体管道的特殊内壁材料，以前使用瓷砖和小瓷片进行贴壁设计，但是这类设计方式施工技术难，施工周期长，而且在有些特殊的行业中，技术上不能满足要求。随着特殊防腐涂料的应用和开发，一些高温气体管道的内部材料技术上已经得到了满足，在施工上也比传统的材料具有较大的优势，整体成本上也大大降低。
通烟囱类高温气体的管道，由于内部常年处于高温状态，因此涂覆在管道内部的涂料需要耐高温和防腐，由于需要把管道内部产生的静电导出去，防止静电累计从而发生爆炸，需要具有良好的导电功能。
导电涂料的研制与应用，王道明，大连理工大学，公开了导电涂料分为结构型导电涂料和掺和型导电涂料，掺和型导电涂料主要包括碳系、金属系、金属氧化物系和复合填料导电涂料，其一般由成膜物质、溶剂、助剂和导电填料等组成，成膜物质是基料，是使涂料牢固粘附于被涂物表面形成连续薄膜的主要物质，导电填料起到助色和弥补固体成分不足的作用，是实现导电性的重要依托，溶剂可以改善导电涂料的粘度，助剂可以提升涂层的导电性能。
金属表面耐高温防腐涂料的研究进展，杨宏波等，表面技术，第46卷第3期，介绍了耐高温涂料，又称耐热涂料，一般是指在200℃以上的环境温度下，漆膜表面无龟裂、起皮、脱落等现象，仍能保持良好的物理力学性能，使被保护的基材正常工作的一类功能性涂料，包括有机耐高温涂料和无机耐高温涂料两大类，无机涂料的主要成膜物质为无机物，无机耐高温涂料应用的基料主要有四种：硅酸乙酯、硅酸盐、硅溶胶和磷酸盐。此外，为了增强涂料的防腐性能，常加入锌粉、氧化锌等物质，即富锌底漆。
从导电涂料和耐高温涂料的性质可以知道，两者的设计方向是不一样的，通烟囱类高温气体的管道内壁既需要具有很好的耐高温性能，又需要具有很好的导电性能，这为研发这种环境下的涂料带来了难度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于高温环境下的导电防腐涂料和制备方法，具有良好的导电性能和附着力，耐高温能力强，防腐性能好。
本发明的内容为一种用于高温环境下的导电防腐涂料，包括重量百分比为10-70％的填料和重量百分比为30-90％的溶剂，所述填料为纳米二氧化硅、纳米银粉、氢化钛粉、玻璃粉、四针状晶须纳米氧化锌和锰硅合金粉的混合物，所述溶剂为水溶性树脂、分散剂、流平剂和水的混合物。
优选的，所述水溶性树脂为水溶性脲醛树脂、水溶性丙烯酸树脂和水溶性酚醛树脂，所述分散剂可以为德国毕克公司的BYK161分散剂，流平剂可以为德国毕克公司的BYK323流平剂。
优选的，包括重量百分比为40-50％的填料和重量百分比为50-60％的溶剂。
所述填料包括如下重量百分比的各组分，纳米二氧化硅2-10％、纳米银粉1-15％、氢化钛粉45-70％、玻璃粉5-15％、四针状晶须纳米氧化锌20-30％和锰硅合金粉1-5％；优选的，包括如下重量百分比的各组分，纳米二氧化硅2％、纳米银粉12％、氢化钛粉58％、玻璃粉5％、四针状晶须纳米氧化锌20％和锰硅合金粉3％。
优选的，纳米二氧化硅的粒径为1-20纳米；所述纳米银粉的粒径为1-200纳米，熔点在40-200度；所述氢化钛粉的平均粒径为0.1-3微米，最大粒径小于20微米；所述玻璃粉的平均粒径是1-3微米，熔点为300-400度；所述四针状晶须纳米氧化锌的平均粒径是5-100纳米，或者/和，所述锰硅合金粉的平均粒径是1-6微米。
本发明提供一种用于高温环境下的导电防腐涂料的制备方法，将填料和溶剂混合，得到用于高温环境下的导电防腐涂料。
本发明的有益效果是，本申请能满足这类特殊的内壁材料使用性能，而且还能把使用环境过程中产生的静电导出去，极大地提升了整体烟囱类高温气体管道的安全性能，得到客户和市场的认可。
由于一般的涂料很难耐受长时间的高温，因此烟囱类高温气体管道常使用瓷砖和小瓷片等贴在管壁中以保护管壁，以避免涂料脱落，但是这种结构会存在静电风险，且安装不方便，重量大。在工作环境中，对于一般的涂料，随着热气体通过固化后的涂料表面，涂料内部成分被加热，而树脂部分的耐热温度一般低于250度，而且在150度以上容易老化，颗粒粉尘抗摩擦性能大幅度降低。
本申请用于烟囱类高温气体管道的特殊内壁材料，可以在常温条件下进行施工，待涂料施工完成并固化后就可以投入正常工作环境。本申请加入了固体组分，可以在130度以上就发生软化现象，其中的纳米二氧化硅和四针状晶须纳米氧化锌熔点最低，在开始加热阶段首先融化和其他固体物质结合在一起，然后随着温度的上升，它与玻璃粉形成体系中的粘结剂，之后随着温度的升高，锰硅合金粉和银粉，氢化钛粉末也开始与其他融合的固体发生反应，并最终形成稳定的导电玻璃陶瓷体，具有较好的老化性能和较好的导电性，涂料附着力强。
本发明的二氧化硅需要是纳米二氧化硅，粒径如果超过范围会导致纳米二氧化硅熔点偏高，在软化过程中不能充分和其他固体融合，导致附着力偏低，导电性下降，本发明的四针状晶须纳米氧化锌，不能用普通氧化锌替代，因为普通氧化锌不具备四针状晶须纳米氧化锌的低温融化能力和与纳米氧化硅及玻璃粉的结合能力，在开始阶段纳米二氧化硅和四针状晶须纳米氧化锌软化后与玻璃粉反应形成低温软化相，再和其他固体部分进行反应。本发明的锰硅合金粉能加强各组分结合在一起的附着力，特别是涂料固体部分在高温下与烟囱管道壁面的结合力。
硅锰合金是由锰、硅、铁及少量碳和其它元素组成的合金，是一种含有足够硅量的锰铁合金，熔化温度范围1075—1320℃。硅锰合金常用于冶炼行业，由于其熔点较高，导电能力较差，一般很少用于涂料领域，本发明的锰硅合金粉的粉体平均粒度为1-6μm，比表在1.7以下。这种硅锰合金粉由于粒度小，比表大，在此专利中能在180℃以上与玻璃粉和其他固体相进行融合形成共晶相，然后与烟囱壁表面的氧化铝或者氧化硅层或者其他非金属层进行相互渗透，增加此专利涂料固体相和烟囱壁表面的附着力，由于锰硅合金粉加入量比较少，对此专利中其他导电粉体影响不大，但是加强了涂料的附着力，提高了涂料的耐高温性能。
具体实施方式
实施例1
一种用于高温环境下的导电防腐涂料的制备步骤为：
(1)先加入水溶性树脂8公斤，分散剂1公斤，流平剂1公斤和水40公斤，共50公斤；水溶性树脂为水溶性脲醛树脂，分散剂为德国毕克公司的BYK161分散剂，流平剂为德国毕克公司的BYK323流平剂。
(2)再加入纳米二氧化硅1公斤；
(3)然后加入纳米银粉0.5公斤；
(4)继续加入氢化钛粉33公斤；
(5)接着加入玻璃粉5公斤；
(6)加入四针状晶须纳米氧化锌10公斤；
(7)加入锰硅合金粉0.5公斤(深圳中科院材料研究所提供)；
(8)最后将物料混合均匀，得到导电防腐涂料。
实施例2
一种用于高温环境下的导电防腐涂料的制备步骤为：
(1)先加入水溶性树脂，分散剂，流平剂和水为60公斤；所述分散剂为水溶性丙烯酸树脂，其他和实施例1相同。
(2)再加入纳米二氧化硅3公斤；
(3)然后加入纳米银粉0.5公斤；
(4)继续加入氢化钛粉23公斤；
(5)接着加入玻璃粉3公斤；
(6)加入四针状晶须纳米氧化锌10公斤；
(7)加入锰硅合金粉0.5公斤；
(8)最后将物料混合均匀，得到导电防腐涂料。
实施例3
一种用于高温环境下的导电防腐涂料的制备步骤为：
(1)先加入水溶性树脂，分散剂，流平剂和水为50公斤；所述分散剂为水溶性酚醛树脂，其他和实施例1相同。
(2)再加入纳米二氧化硅1公斤；
(3)然后加入纳米银粉0.5公斤；
(4)继续加入氢化钛粉30公斤；
(5)接着加入玻璃粉5公斤；
(6)加入四针状晶须纳米氧化锌13公斤；
(7)加入锰硅合金粉0.5公斤；
(8)最后将物料混合均匀，得到导电防腐涂料。
实施例4
一种用于高温环境下的导电防腐涂料的制备步骤为：
(1)先加入水溶性树脂，分散剂，流平剂和水为50公斤；所述分散剂为水溶性酚醛树脂，其他和实施例1相同。
(2)再加入纳米二氧化硅1公斤；
(3)然后加入纳米银粉6公斤；
(4)继续加入氢化钛粉29公斤；
(5)接着加入玻璃粉2.5公斤；
(6)加入四针状晶须纳米氧化锌10公斤；
(7)加入锰硅合金粉1.5公斤；
(8)最后将物料混合均匀，得到导电防腐涂料。
对比例1
一种导电防腐涂料的制备步骤为：
(1)先加入水溶性树脂，分散剂，流平剂和水为50公斤；同实施例1。
(2)再加入纳米二氧化硅1公斤；
(3)然后加入纳米银粉0.5公斤；
(4)继续加入二氧化钛粉30公斤；
(5)接着加入玻璃粉5公斤；
(6)加入氧化锌13公斤；
(7)最后将物料混合均匀，得到导电防腐涂料。
对比例2
为了检测锰硅合金粉的作用，本发明将其做为单因素分析。即对比例2和实施例1的区别在于，纳米银粉的重量为1公斤，去掉锰硅合金粉，得到导电防腐涂料。
实验例1
测试本发明的实施例和对比例的的导电防腐涂料的性能，主要测试项目包括导电性能、附着力性能、极限老化性能，附着力测试方法为将涂料固化在管壁后，5*5mm的方格测试垂直拉力，极限老化测试方法是在80％湿度和80℃下测试涂层的开始脱落时间，体积电阻率是印刷1*1000mm的细线固化后测试得到的数据。
测试数据如表1所示。
表1对比例和实验例得到的涂料的性能对比表
Figure BDA0002173486950000051
从表1中可以看出，实施例1-4具有较高的附着力、极限老化性能和导电能力。从对比例1可以看出，如果将普通氧化锌替换掉四针状晶须纳米氧化锌，去掉锰硅合金粉，其附着力、极限老化性能和导电能力都明显下降。从实施例和对比例2的分析可以看出，锰硅合金可以提高涂料的附着力，对涂料的导电性能没有明显影响。

Claims (10)

1.一种用于高温环境下的导电防腐涂料，其特征是，包括重量百分比为10-70％的填料和重量百分比为30-90％的溶剂，所述填料为纳米二氧化硅、纳米银粉、氢化钛粉、玻璃粉、四针状晶须纳米氧化锌和锰硅合金粉的混合物，所述溶剂为水溶性树脂、分散剂、流平剂和水的混合物。
2.如权利要求1所述的用于高温环境下的导电防腐涂料，其特征是，包括重量百分比为40-50％的填料和重量百分比为50-60％的溶剂。
3.如权利要求1或2所述的用于高温环境下的导电防腐涂料，其特征是，所述填料包括如下重量百分比的各组分，纳米二氧化硅2-10％、纳米银粉1-15％、氢化钛粉45-70％、玻璃粉5-15％、四针状晶须纳米氧化锌20-30％和锰硅合金粉1-5％。
4.如权利要求3所述的用于高温环境下的导电防腐涂料，其特征是，所述填料包括如下重量百分比的各组分，纳米二氧化硅2％、纳米银粉12％、氢化钛粉58％、玻璃粉5％、四针状晶须纳米氧化锌20％和锰硅合金粉3％。
5.如权利要求1或2所述的用于高温环境下的导电防腐涂料，其特征是，纳米二氧化硅的粒径为1-20纳米。
6.如权利要求1或2所述的用于高温环境下的导电防腐涂料，其特征是，所述纳米银粉的粒径为1-200纳米，熔点在40-200度。
7.如权利要求1或2所述的用于高温环境下的导电防腐涂料，其特征是，所述氢化钛粉的平均粒径为0.1-3微米，最大粒径小于20微米。
8.如权利要求1或2所述的用于高温环境下的导电防腐涂料，其特征是，所述玻璃粉的平均粒径是1-3微米，熔点为300-400度。
9.如权利要求1或2所述的用于高温环境下的导电防腐涂料，其特征是，所述四针状晶须纳米氧化锌的平均粒径是5-100纳米，或者/和，所述锰硅合金粉的平均粒径是1-6微米。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的用于高温环境下的导电防腐涂料的制备方法，其特征是，将填料和溶剂混合，得到用于高温环境下的导电防腐涂料。
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