CN111019424B - 钢结构设备用真空陶瓷微珠隔热防腐涂料及制备方法 - Google Patents

钢结构设备用真空陶瓷微珠隔热防腐涂料及制备方法 Download PDF

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Abstract

一种钢结构设备用真空陶瓷微珠隔热防腐涂料及制备方法，本发明涂料由环氧有机硅树脂、真空陶瓷微珠、有机无机杂化树脂、功能颜填料、助剂组成。本发明基于高分子结构设计原理的环氧有机硅树脂，赋予了涂层优异的耐热性及强度；采用双级配模型配比的真空陶瓷微珠排列更加致密，使常温固化后的涂层有更低的导热系数；真空陶瓷微珠经过有机无机杂化树脂表面改性后显著提高了树脂与真空陶瓷微珠之间的界面相容性，提高了真空陶瓷微珠填充量，提高了涂层隔热性能、与基体的附着力、屏蔽腐蚀介质能力。本发明涂料为双组份常温固化涂料，其制备的涂层导热系数在0.15W/(m·k)左右，耐盐雾1000h以上，可在200℃下长期服役，可广泛用于石油化工、热力管道等设备的表面涂装。

Description

钢结构设备用真空陶瓷微珠隔热防腐涂料及制备方法
技术领域
本发明属于功能防腐涂料与涂装领域，涉及一种用于石油化工、热力管道等钢结构设备表面的真空陶瓷微珠隔热防腐涂料及制备方法
背景技术
石油化工、热力管道等众多设备长期服役在150℃～200℃，采用聚氨酯发泡塑料进行保温，保温层在这种高温且伴随着温度交变环境下长期服役，容易发生热老化，产生开裂，为腐蚀介质的渗入提供路径，渗入的腐蚀介质大量堆积并憋在保温层与防护层之间，加之处于高温高湿的环境，防护层很快失效，发生保温层下腐蚀；特别是保温层下腐蚀不易被观测检测到，具有极大的隐藏性，已经成为影响装置长周期安全服役的重大隐患。若在保温层下涂装一种隔热保温涂层，能有效阻止热传导而减少保温层的受热温度，可以延缓保温层老化；若涂层同时兼具防腐蚀功能，可进一步延缓保温层下发生腐蚀。隔热涂料按照应用温度分为高温隔热涂料、中温隔热涂料、低温隔热涂料；高温隔热涂料主要是无机涂料，应用于高温设备，由于高温下腐蚀介质易被烘出，因此其在高温环境下应用一般不需要考虑腐蚀问题；低温隔热涂料主要应用于建筑、冷藏等低温设备；中温隔热涂料主要应用于石油化工、热力管道等设备，存在保温层下的金属腐蚀问题，但是目前对应用于这些中温钢结构设备表面用的兼具防腐蚀功能的隔热涂料未见报道。因此对兼具隔热防腐蚀功能的钢结构设备表面用涂料的研制具有重要意义。
隔热涂料是一种新型功能型涂料，按照隔热机理分为阻隔型、反射型和辐射型。现今应用研发热点主要在建筑行业用的隔热涂料，如专利号为201910664174.0的中国专利《一种低导热系数红外反射隔热涂料及其制备方法》发明的涂料主要用于常温条件下建筑物表面降温；专利号为201710900666.6的中国专利《一种新型复合型建筑隔热涂料》发明的涂料同样是应用于常温条件下建筑物表面隔热。专利号为201510104881.6的中国专利《一种耐高温防腐隔热涂料及其制备工艺》，其特征在于涂层应用于400℃左右的高温环境，采用玻璃粉和海泡石为主要隔热填料，但是并未对其隔热性能和防腐性能进行具体的参数表示。因此针对200℃以下钢结构设备的保温层老化严重及保温层下腐蚀问题，亟待一种可广泛应用的新型、兼具工艺简单与良好隔热防腐蚀效果的钢结构设备用真空陶瓷微珠隔热防腐蚀涂料来满足设备的隔热防腐蚀需求。
本发明基于200℃以下石油化工、热力管道等钢结构设备保温层老化及保温层下腐蚀问题，开展200℃下隔热防腐蚀涂料的研发。首先重点针对保温层下涂层对耐热性和附着力的需求，根据分子链中硅氧键、苯环、羟基等分子结构设计耐200℃树脂作为成膜物质；通过研究普通陶瓷微珠与真空陶瓷微珠的结构对隔热机制的作用，以及堆砌结构对隔热能力的影响机制，确定了双级配模型配比的真空陶瓷微珠为主要隔热填料大大降低了涂层的导热系数；特别是研究了真空陶瓷微珠与树脂界面，有机无机杂化处理增强了其界面相容性，大大提高了真空陶瓷微珠的填充量与结合力，并进一步提高了涂层的隔热性和屏蔽腐蚀介质的能力，最终达到了缓解保温层老化并对设备进行防腐蚀的目的，获得本发明专利。
发明内容
本发明目的在于针对200℃以下石油化工、热力管道等钢结构设备保温层老化及保温层下腐蚀的问题，提供一种适用于钢结构设备用的真空陶瓷微珠隔热防腐涂料制备方法。本发明为双组份常温固化涂料，适用于200℃以下，本发明涂料制成的涂层与基体之间的附着力较好，具有优异的隔热保温性能，导热系数在0.15W/(m·k)左右，150℃下能减少10％的保温层的使用，兼具优异的防腐蚀性能，耐盐雾在1000h以上，制作工艺简单可行，可广泛用于设备的隔热与防腐。
一种钢结构设备用真空陶瓷微珠隔热防腐涂料，由环氧有机硅树脂、真空陶瓷微珠、有机无机杂化树脂、功能颜填料、助剂组成；环氧有机硅树脂质量百分比为40～70wt％、真空陶瓷微珠质量百分比为20～40wt％、有机无机杂化树脂质量百分比为1.5～3.0wt％、功能颜填料质量百分比为4～10wt％、助剂质量百分比为2～7％。
进一步地，本发明配方中采用的环氧有机硅树脂成膜物是由分子链结构设计获得的：分子链中含有的大量羟基使成膜物有较高的强度和与钢结构设备表面的附着力，分子链中含有硅氧键、苯环使成膜物具有较高的耐热性，达到耐热要求：200℃。分子链中的硅氧键、苯环、羟基等基团赋予了树脂较高的耐热性及强度，满足了石油化工、热力管道等钢结构设备对耐热性、附着力的需求。
进一步地，本发明所用的真空陶瓷微珠的内部为真空结构，导热系数为0.09893W/(m·k)，并具有反射热的功能，粒径在4～300μm。采用双级配模型对其进行紧密填充，即采用大、小两种尺寸的微珠进行级配，在紧密排列时，允许自由填入大颗粒之间空隙的小颗粒直径为d2＝0.0414d1，根据计算最终确定大小微珠质量比为3:1～6:1，大幅提高了涂层隔热效果。
进一步地，本发明所用有机无机杂化树脂是以环氧基硅烷、丙烯酰胺丙基硅烷、异丙氧基钛酸酯、正硅酸乙酯、氧乙酸螯合基钛酸酯中至少两种为反应单体，以去离子水、乙醇混合液为反应介质，以醋酸、磷酸、硝酸中至少一种为催化剂，在30～60℃温度下制得，可提高真空陶瓷微珠与树脂间的界面相容性，提高涂层的强度和附着力，增强涂层的隔热性能和防腐蚀性能。
如上所述一种石油化工、热力管道等钢结构设备用真空陶瓷微珠隔热防腐涂料的制备方法，主要包括以下制备工序：
1.真空陶瓷微珠表面改性工艺：真空陶瓷微珠用自制的有机无机杂化树脂浸润，然后烘干待用。
2.颜填料浆料配制工艺：称取总分散剂量的50％(质量百分比，下同)加入到全部树脂中，低速搅拌(50-100r/min)5～10min，然后加入烘干的全部功能颜填料，高速剪切(1000～3000r/min)分散30～90min后得到颜填料浆料。
3.真空陶瓷微珠与颜填料浆料的混合工艺：低速搅拌下将经过有机无机杂化表面处理的真空陶瓷微珠缓慢加入到颜填料浆料中，加入剩余分散剂和全部助剂，低速搅拌10～20min混合均匀得到真空陶瓷微珠隔热防腐涂料。
具体实施方式
实施例1
取全部真空陶瓷微珠用自制的有机无机杂化树脂浸润，然后烘干待用；
取0.5g分散剂、加入到62g环氧有机硅树脂中，低速搅拌5～10min后，在高速搅拌的过程中加入烘干的3g钛白粉、2g绢云母粉分散30～90min后得到颜填料浆料备用；
低速搅拌下，称取20g经过有机无机杂化树脂表面改性的真空陶瓷微珠缓慢加入到颜填料浆料中，随后加入0.5g分散剂、0.5g流平剂、0.5g消泡剂，低速搅拌10～20min混合均匀，得到真空陶瓷微珠隔热防腐涂料。
实施例2
取全部真空陶瓷微珠用自制的有机无机杂化树脂浸润，然后烘干待用；
取1g分散剂、加入到70g环氧有机硅树脂中，低速搅拌5～10min后，在高速搅拌的过程中加入烘干的5g钛白粉、3g绢云母粉分散30～90min后得到颜填料浆料备用；
低速搅拌下，称取30g经过有机无机杂化树脂表面改性的真空陶瓷微珠缓慢加入到颜填料浆料中，随后加入1g分散剂、0.8g流平剂、0.8g消泡剂，低速搅拌10～20min混合均匀，得到真空陶瓷微珠隔热防腐涂料。
真空陶瓷微珠隔热防腐涂层制备：取100g本发明实施例1或2所制的涂料，加入15g腰果酚固化剂搅拌均匀，熟化20min后，采用刷涂、喷涂或刮涂的方式涂装在表面240#砂纸打磨丙酮擦洗后的Q235(70mm*50mm)板材上，常温固化2h，获得真空陶瓷微珠隔热防腐涂层。
本发明真空陶瓷微珠隔热防腐涂层性能分析：
表1真空陶瓷微珠隔热涂层性能
Figure BDA0002302688130000041

Claims (1)

1.一种钢结构设备用真空陶瓷微珠隔热防腐涂料的制备方法，其特征在于涂料由环氧有机硅树脂、真空陶瓷微珠、有机无机杂化树脂、功能颜填料、助剂组成；环氧有机硅树脂质量百分比为40～70wt％、真空陶瓷微珠质量百分比为20～40wt％、有机无机杂化树脂质量百分比为1.5～3.0wt％、功能颜填料质量百分比为4～10wt％、助剂质量百分比为2～7％；制备工序如下：
1)真空陶瓷微珠表面改性工艺：真空陶瓷微珠用自制的有机无机杂化树脂浸润，然后烘干待用；
2)颜填料浆料配制工艺：称取总分散剂量的50％加入到全部树脂中，50-100r/min低速搅拌5～10min，然后加入烘干的全部功能颜填料，1000～3000r/min高速剪切分散30～90min后得到颜填料浆料；
3)真空陶瓷微珠与颜填料浆料的混合工艺：低速搅拌下将经过有机无机杂化表面处理的真空陶瓷微珠缓慢加入到颜填料浆料中，加入剩余分散剂和全部助剂，低速搅拌10～20min混合均匀得到真空陶瓷微珠隔热防腐涂料；
所述功能颜填料为钛白粉和绢云母粉；
配方中采用的环氧有机硅树脂成膜物是由分子链结构设计获得的：分子链中含有的大量羟基使成膜物有较高的强度和与钢结构设备表面的附着力，分子链中含有硅氧键、苯环使成膜物具有较高的耐热性，达到耐热要求：200℃；
涂料为双组份常温固化涂料，适用于200℃以下，涂料制成的涂层与基体之间的附着力好，具有优异的隔热保温性能，导热系数在0.15W/(m·k)左右，150℃下能减少10％的保温层的使用，兼具优异的防腐蚀性能，耐盐雾在1000h以上，制作工艺简单可行，可广泛用于设备的隔热与防腐；
主要隔热功能组份真空陶瓷微珠的内部为真空结构，导热系数为0.09893W/(m·k)，并具有反射热的功能，粒径在4～300μm；采用双级配模型，大粒径微珠：小粒径微珠质量比＝3:1～6:1；
所述有机无机杂化树脂是以环氧基硅烷、丙烯酰胺丙基硅烷、异丙氧基钛酸酯、正硅酸乙酯、氧乙酸螯合基钛酸酯中至少两种为反应单体，以去离子水、乙醇混合液为反应介质，以醋酸、磷酸、硝酸中至少一种为催化剂，在30～60℃温度下制得。
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