CN111040584A - 一种钢结构反应釜内衬用耐温耐酸防腐涂料 - Google Patents

Abstract

一种钢结构反应釜内衬用耐温耐酸防腐涂料，包括了A、B两种组份，以质量比为1：（0.01‑0.1）组成；A组份由酚醛环氧乙烯基树脂、纳米钛粉、溶剂、偶联剂、分散剂、流平剂、促进剂、消泡剂、改性剂配伍组成，B组份由固化剂和溶剂组成，制得的本产品长期使用温度耐温可以达到200℃，短期使用温度可达300℃，涂料附着力强，耐酸抗盐蚀效果好,对含氯介质腐蚀也有较好的防腐效果。

Description

一种钢结构反应釜内衬用耐温耐酸防腐涂料

技术领域

本发明涉及一种耐温耐酸防腐涂料，尤其是在钢结构反应釜内衬用耐温耐酸防腐涂料。

背景技术

反应釜是加热、蒸发、合成、分解及低高速的混配功能容器，用来完成水解、中和、结晶、蒸馏、蒸发、储存、氢化、烃化、聚合、缩合、加热混配、恒温反应等工艺过程的容器，广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品等多个领域。反应釜压力大，温度高，介质腐蚀性强，在连续使用反应釜的过程中，腐蚀问题始终是限制其达到正常使用寿命的瓶颈。

反应釜的腐蚀破坏，大部分是由于在高温高压及强腐蚀介质中产生的。常见的反应釜腐蚀问题主要有孔蚀、下封头应力腐蚀、不锈钢衬里腐蚀、蒸压反应釜的腐蚀等4种。根据腐蚀的成因和机理，孔蚀、下封头应力腐蚀常常从反应釜结构设计和材料选择上进行控制，如孔蚀产生主要取决于金属材料和腐蚀介质的种类。在介质静滞的条件下，尤其是有覆盖物的表面上，不锈钢孔蚀多发生于此，然而在有流速的环境中，通常会使孔蚀减轻或基本停止，从而减轻反应釜的腐蚀。因此可以通过优选材质、优化反应釜结构，尽量减少易滞留腐蚀介质的空间，将金属的连接处加工得光滑些可有效预防孔蚀。而预防下封头应力腐蚀可去除夹套或改善夹套结构或喷丸处理等。而不锈钢衬里腐蚀，表现在破裂后的衬里表面，可见有明显的点蚀坑，深浅各异且分布不均匀，中间部位较密，其余较稀少；底部有浅而大的蚀坑。其腐蚀的机理复杂，包括物理溶解，化学腐蚀，电化学腐蚀等。复杂的腐蚀机制使其防护显得尤为困难。

针对不锈钢衬里的腐蚀，目前主要措施是对不锈钢内衬进行阳极氧化处理，减少衬里表面的不均匀性，从而提高材料的耐蚀性能和点蚀电位，这对于防止点蚀及应力腐蚀破裂的发生，起到了至关重要的作用。南方某化工机械厂生产的1Crl8Ni9Ti衬里反应釜在一般的化工生产中使用情况很好，取得了较好的经济效益，但也有用户投诉使用一年多甚至不到一年就破裂泄漏。

发明内容

针对现有技术中存在的一些不足，本发明提出的一种钢结构反应釜内衬用耐温耐酸防腐涂料，在连续使用反应釜的过程中，耐酸抗盐蚀效果好,对含氯介质腐蚀也有较好的防腐效果。

具体是这样实施的：一种钢结构反应釜内衬用耐温耐酸防腐涂料，包括了A、B两种组份，其特征在于A、B两种组份的质量比为1：（0.01-0.1）；

所述A组份的原料质量配比为：以酚醛环氧乙烯基树脂100份为基准，外加:纳米钛粉40-80份，溶剂40-50份，偶联剂1-9份，分散剂1-9份，流平剂1-9份，促进剂1-9份，消泡剂1-9份，改性剂5-20份，其中：

酚醛环氧乙烯基树脂的重均分子量为2000-10000，羟基当量为250-2500g/eq；

纳米钛粉的粒度范围为30nm-200nm，纯度>99.5%；

偶联剂为氨基硅烷、钛酸丁酯的一种或组合；

流平剂为聚醚改性硅氧烷或聚酯改性硅氧烷或烷基改性硅氧烷，所述聚醚改性硅氧烷、聚酯改性硅氧烷的分子量范围3000-15000，n+m范围50-200，烷基改性硅氧烷分子量范围7000-12000，n+m范围30-50；

分散剂为聚丙烯酸酯、油酸钠、德国BYK-161型分散剂的一种或组合；

促进剂为环烷酸钴或二甲基苯胺；

消泡剂为聚氧丙烯甘油醚或德国BYK-A555型消泡剂；

改性剂为型号HNBR-2010或HNBR-2011的氢化丁腈橡胶(HNBR)；

所述B组份的原料质量配比为：以固化剂100份为基准,外加溶剂12-25份，所述固化剂为N,N-二甲基苯胺、苯乙胺、间苯二胺的一种或一种以上任意比例的混合物；

所述A、B组份中的溶剂为苯乙烯、丙烯酸、二甲苯、正丁醇的一种或一种以上任意比例的混合物。

进一步地，A组份中的酚醛环氧乙烯基树脂的优选重均分子量为3000-8000。

酚醛环氧乙烯基树脂因为将酚醛环氧树脂引入乙烯基树脂骨架，使得固化后酚醛环氧乙烯基树脂形成网状结构，固化度进一步提升，交联密度更大。同时结构中苯环结构稳定，提供刚性，热稳定性；醚键则提供良好的化学稳定性，提高了树脂韧性和耐疲劳性；为了进一步提高其耐热性能，改善涂料对化学试剂的耐受性，用氢化丁腈橡胶对树脂进行了改性。氢化丁腈橡胶具有极好的耐油性能，且由于其高度饱和结构，使其具有优良的耐热性能和耐化学品腐蚀性能，对酸、碱、化学溶剂等都具有很好的化学耐受性。

进一步地，A组分中纳米钛粉的质量份数优选50-70份，优选粒度范围50-150nm。纳米钛粉因为其本身材料耐蚀性优异，同时因为尺寸为纳米级，在涂料中分散均匀后致密的保护层，大大延长了腐蚀介质的渗透路线。除此之外，小尺寸效应的存在，对树脂的柔韧性有了很好的改善。而对钠米钛粉进行高能球磨，通过球料之间的不断碰撞，使得纳米钛粉产生晶格缺陷，从而接枝到高分子树脂材料，形成化学键键合与化学吸附。

进一步地，A组分中的偶联剂氨基硅烷，具有两种功能团，即氨基和乙氧基。其中三个可水解基团（乙氧基），在反应中先水解生成硅醇，由于硅醇不稳定，极易与无机物或金属表面的羟基结合脱水，从而与无机物或金属结合起来。氨基上带有两个活泼氢可以和各种聚合物发生反应，从而通过化学键将两种性质完全不同的材料紧密的结合起来。偶联剂钛酸丁酯，由于其高活性，若粘合剂树脂的反应基团活性较低，能实现树脂的快速交联反应，在交联反应的同时，钛酸丁酯能提高聚合物的粘合性，提高涂料对基层的附着力。质量份数为1-9份，优选2-5份。

A组份中的分散剂能将纳米钛粉更好地分散在有机高分子树脂之中，避免钛粉微粒之间形成团聚而导致钛粉从有机高分子树脂中层析而出，改善了纳米钛粉与乙烯基树脂之间的相容性，实现了乙烯基树脂与纳米钛粉之间真正的有机结合。

A组分中的流平剂聚醚改性硅氧烷。聚酯改性硅氧烷或聚醚改性硅氧烷，优选分子量范围4000-12000，n+m范围60-150。其相容性是依靠聚醚和聚酯来调整的，链越长相容性越好。分子量越大，其表面状态控制能力就越强，增滑性、抗粘连性就越好。用聚醚、聚酯改性硅氧烷与树脂的相容性得到了很大的改善，降低表面张力，控制表面流动的能力、增滑性、抗缩孔、抗粘连的效果也都很好。烷基改性有机硅氧烷，优选分子量范围8500-10000，n+m范围35-45。用烷基改性的目的主要为了提高热稳定性、相容性和不稳泡性，甚至有消泡功能。但随改性烷基链的增长，其降低表面张力的能力也随之下降。涂料施工后，会出现新的界面，一般情况下为涂料与底材之间的液/固界面和涂料与空气之间的液/气界面。如果涂料与底材之间的液/固界面的界面张力高于底材的临界表面张力，涂料就无法在底材上铺展，自然就会产生鱼眼、缩孔等流平缺陷。而流平剂的加入就避免了这种情况。漆膜干燥过程中溶剂的挥发会导致在漆膜表面与内部之间产生温度、密度和表面张力差，这些差异进而导致产生漆膜内部的湍流运动，形成所谓Benard旋涡。Benard旋涡会导致产生桔皮；在含不止一种颜料的体系，如果颜料粒子的运动性存在一定差异，Benard旋涡还很可能导致浮色和发花，垂直面施工会导致丝纹。而流平剂的加入就避免了这种情况。

A组份中的促进剂能在树脂固化的过程中，降低B组份中固化剂的固化温度，促使固化剂在室温固化,且随着固化剂的不同，选择相应的促进剂，能得到更好的固化效果。优选促进剂质量份数为3-5份，过多加入能期待其更好的促进固化，但增加了其成本，不利于大规模工业生产。

A组分中的改性剂氢化丁腈橡胶，是由丁腈橡胶进行特殊加氢处理而得到的一种高度饱和的弹性体。氢化丁腈橡胶具有良好耐油性能（对燃料油、润滑油、芳香系溶剂耐抗性良好）；并且由于其高度饱和的结构，使其具良好的耐热性能，优良的耐化学腐蚀性能（对氟利昂、酸、碱的具有良好的抗耐性），氢化丁腈橡胶作为改性剂加入在酚醛乙烯基树脂能够有效的提高酚醛乙烯基树脂耐热性能以及耐酸耐碱性能。

A组分中的消泡剂聚氧丙烯甘油醚或德国BYK-A555型消泡剂，在涂料的生产过程中，会卷入空气而形成气泡，在涂料的施工过程中也会产生气泡，消泡剂是在泡沫薄层形成阶段或之后起作用：分散均匀的消泡剂渗透进入泡沫弹性膜并且在膜中分布，并通过表面张力的降低导致薄层破裂。分散均匀的消泡剂渗透进入泡沫薄层并且形成单分子膜，使其附着力降低，易于薄层破裂。含疏水粒子的消泡剂有第三个机制。这些疏水粒子到达薄层的表面，而且在薄层的顶端吸附表面活性剂。薄层由于表面活性剂的缺失而破裂。

B组分中芳香族固化剂能使得单体分子或线型分子中含有双键的低分子活化而成为游离基，并产生连锁反应，配合促进剂有着更好的常温固化效果。

本发明提供一种钢结构反应釜内衬用耐温耐酸防腐涂料，包括如下具体步骤：

步骤1：组分A的制备

（1）将酚醛环氧乙烯基树脂、纳米钛粉、溶剂、偶联剂、分散剂和促进剂按所述比例混合；

（2）将共混物放入到高能球磨机中，密封球磨处理5-8h，在机械力和助剂的作用下，使纳米钛粉与酚醛环氧乙烯基树脂发生部分的化学接枝改性，从而制得纳米有机钛前驱体聚合物；

（3）将纳米有机钛前驱体聚合物转移到变频分散机中，按比例加入流平剂、消泡剂、改性剂，以400-1000转/分钟的转速搅拌1-2小时，制成组分A备用；

步骤2：组分B的制备

将固化剂与溶剂按比例混合，在变频分散机中以400-600转/分钟的转速搅拌1-2小时，制成组分B；

步骤3：涂料的制备

将组分A与组分B按比例混合均匀即得成品。混合方式可以任意选择，只要确保混合均匀即可。本发明中使用工艺为在变频分散机中以400-600转/分钟的转速搅拌20-30分钟。

本涂料的有效效果是：长期使用温度耐温可以达到200℃，短期使用温度可达300℃,涂料附着力强，耐酸抗盐蚀效果好,对含氯介质腐蚀也有较好的防腐效果。

具体实施方式

本发明的四个实施案例已于下文列出，但本发明不仅仅限制于以下实施，下文将详细描述本发明的实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。各实施例性能列于表1中。

【实施例1】

本实施例的组分及配比包括A、B两种组分。A、B两种组分按1:0.01组成。

本实施例所述的一种钢结构反应釜内衬用耐温耐酸防腐涂料包括如下步骤：

步骤1：组分A的制备

（1）将酚醛环氧乙烯基树脂100份(重均分子量为2000-10000，羟基当量为250-2500g/eq)、纳米钛粉（粒度范围为30nm-200nm，纯度>99.5%）40份、丙烯酸溶剂40份、氨基硅烷2份、聚丙烯酸酯3份、油酸钠6份和环烷酸钴3份混合；（2）将共混物放入到高能球磨机中，密封球磨处理8h制得纳米有机钛前驱体聚合物。（3）将纳米有机钛前驱体聚合物转移到变频分散机中，加入聚醚改性硅氧烷（分子量范围4000-12000，n+m范围60-150）3份、聚氧丙烯甘油醚1份，改性剂HNBR-2010型氢化丁腈橡胶5份，以800转/分钟的转速搅拌2小时，制得到组分A；

步骤2：组分B的制备

将N,N-二甲基苯胺50份、间苯二胺50份、丙烯酸溶剂25份在变频分散机中以500转/分钟的转速搅拌2小时，制成组分B；

步骤3：涂料的制备

将组分A与组分B按1:0.01加入变频分散机中以400转/分钟的转速搅拌20分钟即得到涂料成品。

【实施例2】

本实验的组分及配比包括A、B两种组分。A、B两种组分按1:0.05组成。

步骤1：组分A的制备

（1）将酚醛环氧乙烯基树脂100份(重均分子量为2000-10000，羟基当量为250-2500g/eq)、纳米钛粉（粒度范围为30nm-200nm，纯度>99.5%）50份、丙烯酸与二甲苯1:1混合溶剂45份、钛酸丁酯1份、油酸钠4份和二甲基苯胺5份混合；（2）将共混物放入到高能球磨机中，密封球磨处理6h制得纳米有机钛前驱体聚合物。（3）将纳米有机钛前驱体聚合物转移到变频分散机中，加入聚酯改性硅氧烷（分子量范围3000-15000，n+m范围50-200）5份、聚氧丙烯甘油醚3份及HNBR-2011型氢化丁腈橡胶10份，以400转/分钟的转速搅拌2小时，制得到组分A；

步骤2：组分B的制备

将N,N-二甲基苯胺100份、丙烯酸与二甲苯1:1混合溶剂20份在变频分散机中以400转/分钟的转速搅拌2小时，制成组分B；

步骤3：涂料的制备

将组分A与组分B按1:0.05加入变频分散机中以400转/分钟的转速搅拌20分钟即得到涂料成品。

【实施例3】

本实验的组分及配比为：本实验的组分及配比包括A、B两种组分。A、B两种组分按1:0.08组成。

步骤1：组分A的制备

（1）将酚醛环氧乙烯基树脂100份(重均分子量为3000-8000，羟基当量为250-2500g/eq)、纳米钛粉（粒度范围为50nm-150nm，纯度>99.5%）70份、正丁醇与二甲苯1:1混合溶剂40份、氨基硅烷1份、钛酸丁酯4份、德国BYK-161型分散剂5份和环烷酸钴1份混合；（2）将共混物放入到高能球磨机中，密封球磨处理7h制得纳米有机钛前驱体聚合物。（3）将纳米有机钛前驱体聚合物转移到变频分散机中，加入烷基改性硅氧烷（分子量范围7000-12000，n+m范围30-50）1份、聚氧丙烯甘油醚6份以及HNBR-2010型氢化丁腈橡胶15份，以1000转/分钟的转速搅拌1小时，制得到组分A；

步骤2：组分B的制备

将N,N-二甲基苯胺30份、苯乙胺70份、二甲苯和正丁醇1:1混合溶剂12份在变频分散机中以600转/分钟的转速搅拌2小时，制成组分B；

步骤3：涂料的制备

将组分A与组分B按1:0.08加入变频分散机中以400转/分钟的转速搅拌30分钟即得到涂料成品。

【实施例4】

本实验的组分及配比为：本实验的组分及配比包括A、B两种组分。A、B两种组分按1:0.1组成。

步骤1：组分A的制备

（1）将酚醛环氧乙烯基树脂100份(重均分子量为3000-8000，羟基当量为250-2500g/eq)、纳米钛粉（粒度范围为50nm-150nm，纯度>99.5%）80份、丙烯酸/苯乙烯/二甲苯1:1:1混合溶剂50份、氨基硅烷5份、钛酸丁酯4份、德国BYK-161型分散剂1份和二甲基苯胺9份混合；（2）将共混物放入到高能球磨机中，密封球磨处理7h制得纳米有机钛前驱体聚合物。（3）将纳米有机钛前驱体聚合物转移到变频分散机中，加烷基改性硅氧烷（分子量范围8500-10000，n+m范围35-45）9份、德国BYK-A555型消泡剂9份及HNBR-2011型氢化丁腈橡胶20份，以700转/分钟的转速搅拌2小时，制得到组分A；

步骤2：组分B的制备

将苯乙胺100份、丙烯酸/苯乙烯/二甲苯1:1:1混合溶剂15份在变频分散机中以600转/分钟的转速搅拌2小时，制成组分B；

步骤3：涂料的制备

将组分A与组分B按1:0.1加入变频分散机中以500转/分钟的转速搅拌30分钟即得到涂料成品。

表1：涂料性能测试结果

针对不锈钢衬里的腐蚀问题，本专利发明的一种耐温耐酸抗盐蚀的重防腐涂料，长期使用温度200℃，短期可到300℃，耐酸碱腐蚀，对含氯介质腐蚀也有较好的防腐效果，经河南香江万基铝业公司试用，效果明显。

Claims (7)

1.一种钢结构反应釜内衬用耐温耐酸防腐涂料，包括了A、B两种组份，其特征在于A、B两种组份的质量比为1：（0.01-0.1）；

所述A组份的原料质量配比为：以酚醛环氧乙烯基树脂100份为基准，外加:纳米钛粉40-80份，溶剂40-50份，偶联剂1-9份，分散剂1-9份，流平剂1-9份，促进剂1-9份，消泡剂1-9份，改性剂5-20份，其中：

酚醛环氧乙烯基树脂的重均分子量为2000-10000，羟基当量为250-2500g/eq；

纳米钛粉的粒度范围为30nm-200nm，纯度>99.5%；

偶联剂为氨基硅烷、钛酸丁酯的一种或组合；

流平剂为聚醚改性硅氧烷或聚酯改性硅氧烷或烷基改性硅氧烷，所述聚醚改性硅氧烷、聚酯改性硅氧烷的分子量范围3000-15000，n+m范围50-200，烷基改性硅氧烷分子量范围7000-12000，n+m范围30-50；

分散剂为聚丙烯酸酯、油酸钠、德国BYK-161型分散剂的一种或组合；

促进剂为环烷酸钴或二甲基苯胺；

消泡剂为聚氧丙烯甘油醚或德国BYK-A555型消泡剂；

改性剂为型号HNBR-2010或HNBR-2011的氢化丁腈橡胶(HNBR)；

所述B组份的原料质量配比为：以固化剂100份为基准,外加溶剂12-25份，所述固化剂为N,N-二甲基苯胺、苯乙胺、间苯二胺的一种或一种以上任意比例的混合物；

所述A、B组份中的溶剂为苯乙烯、丙烯酸、二甲苯、正丁醇的一种或一种以上任意比例的混合物；

上述钢结构反应釜内衬用耐温耐酸防腐涂料制备方法是：

步骤1：组分A的制备

（1）将酚醛环氧乙烯基树脂、纳米钛粉、溶剂、偶联剂、分散剂和促进剂按所述比例混合；

（2）将共混物放入到高能球磨机中，密封球磨处理5-8h，制得纳米有机钛前驱体聚合物；

（3）将纳米有机钛前驱体聚合物转移到变频分散机中，加入流平剂、消泡剂和改性剂，以400-1000转/分钟的转速搅拌1-2小时，制成组分A备用；

步骤2：组分B的制备

将固化剂与溶剂按比例混合，在变频分散机中以400-600转/分钟的转速搅拌1-2小时，制成组分B；

步骤3：涂料的制备

将组分A与组分B按比例混合均匀即得成品。

2.根据权利要求1所述的一种钢结构反应釜内衬用耐温耐酸防腐涂料，其特征在于A组份中的酚醛环氧乙烯基树脂重均分子量为3000-8000。

3.根据权利要求1所述的一种钢结构反应釜内衬用耐温耐酸防腐涂料，其特征在于A组分中纳米钛粉的质量份数为50-70份，粒度范围50-150nm。

4.根据权利要求1所述的一种钢结构反应釜内衬用耐温耐酸防腐涂料，其特征在于A组份中的偶联剂的质量份数为2-5份。

5.根据权利要求1所述的一种钢结构反应釜内衬用耐温耐酸防腐涂料，其特征在于A组份中的流平剂聚酯改性硅氧烷或聚醚改性硅氧烷的分子量范围4000-12000，n+m范围60-150；烷基改性有机硅氧烷的分子量范围8500-10000，n+m范围35-45。

6.根据权利要求1所述的一种钢结构反应釜内衬用耐温耐酸防腐涂料，其特征在于A组份中的促进剂的质量份数为3-5份。

7.根据权利要求1所述的一种钢结构反应釜内衬用耐温耐酸防腐涂料，其特征在于制备方法中，A组分与B组分混合是在变频分散机中以400-600转/分钟的转速搅拌20-30分钟。