CN113652162B - 一种用于回转窑冷却装置的耐水涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于回转窑冷却装置的耐水涂料及其制备方法，该涂料制备方法为：先制备异氰酸酯基预聚体，再将异氰酸酯基预聚体与碳纤维混合，得到混合物，然后加入固化剂和扩链剂进行固化反应，得到聚氨酯；将丁苯橡胶、分散剂和填料混合得到的粘结剂与聚氨酯混合，得到耐水涂料。聚氨酯用于提高涂料的耐水性能，而粘结剂用于提高涂料的粘性，从而提高涂料的附着力，经过测试验证：耐水涂料兼具耐水性、耐候性和耐热性，能适应在回转窑冷却装置内高温且湿润的环境下使用。
Description
技术领域
本发明涉及回转窑技术领域，具体涉及一种用于回转窑冷却装置的耐水涂料及其制备方法。
背景技术
回转窑是危废焚烧系统的关键设备，承担着每天上百吨含有各种成分的化工废弃物的焚烧任务，回转窑内耐火材料直接与高温火焰和废物接触，其工作环境有以下特点：1.工作温度高，炉膛温度最高可达1400℃以上，对耐火材料的性能是非常重大的考验；2.各种化工废弃物成分复杂，废物中含有F、Cl、N、S、Na成分，由于焚烧过程中产生的HF、HCl、NOx、SO2和钠盐，对回转窑的耐火材料有强烈的腐蚀性；3.回转窑旋转运动，窑类大量的物料翻滚燃烧冲击着耐火材料，高温下机械作用力对耐火材料磨损非常快。尽管对耐火材料用料、结构、制造和施工等方面做了不断地改进，但是高温环境中耐火材料的使用寿命还是不尽如人意；另一主要原因是我国的危废热值越来越高，成分越来越复杂，燃烧时产生的热量大大高出耐火材料的承受能力。
为了降低回转窑的炉膛温度，在原有的回转窑会加入冷却装置，通过水冷管内冷却水来吸热降低耐火材料层的温度，并保证回转窑内危废有足够的燃烧温度，从而达到保护耐火材料，延长其使用寿命。但是在冷却装置内会布满大量冷却水，在部分冷却水被冷却成蒸汽排出后，大部分水易燃通过热传递处于高温状态，不仅会影响冷却效果，还会使冷却装置的管道老化。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种用于回转窑冷却装置的耐水涂料的制备方法，将聚氨酯与丁苯橡胶复合，得到一种耐高温和耐水涂料；本发明的目的之二在于提供一种用于回转窑冷却装置的耐水涂料，具有耐高温和耐水特性，适用于涂覆在冷却装置的内外管道。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种用于回转窑冷却装置的耐水涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)异氰酸酯与多元醇反应，得到异氰酸酯基预聚体；
2)将磨碎的碳纤维与步骤1)的异氰酸酯基预聚体混合，得到混合物；
3)将丁苯橡胶、分散剂和填料混合，得到粘结剂；
4)往步骤2)得到的混合物中加入固化剂和扩链剂，加热进行固化反应，得到聚氨酯；
5)将聚氨酯与粘结剂混合均匀，得到用于回转窑冷却装置的耐水涂料。
进一步，步骤1)中，所述异氰酸酯亚甲基二苯基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、间二甲苯二异氰酸酯或二甲苯二异氰酸酯中的一种或两种以上组合物；所述多元醇为邻苯二甲酸二醇酯、聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚己内酯多元醇、聚丁二烯多元醇或醇酸多元醇中的一种或两种以上组合物。
再进一步，步骤1)中，所述反应温度为80～90℃。
进一步，步骤1)中，所述异氰酸酯与多元醇的摩尔比为(2～2.5)：1。
再进一步，所述异氰酸酯基预聚体与碳纤维的质量比为(2～3)：1，所述碳纤维的平均粒径为100～500nm。
进一步，步骤3)中，所述粘结剂包括以下按重量百分比计的原料：分散剂5～10％和丁苯橡胶75～80％，其余为填料；将分散剂、填料和丁苯橡胶在80～90℃下反应1～2h，得到粘结剂。
再进一步，所述分散剂为浓度为10～15％的椰油聚氧乙烯醚甲基氯化铵溶液；所述填料为粘土颗粒。
进一步，步骤4)中，所述扩链剂为1，4-丁二醇、乙二醇或1，6-己二醇中的一种或两种以上组合物；所述固化剂为二胺基二苯砜、二胺基二苯甲烷、间苯二胺或甲基环已二胺中的一种或两种以上组合物。异氰酸酯基预聚体与扩链剂和固化剂的质量比为1：(0.01～0.05)：(0.01～0.05)。
再进一步，步骤4)中，所述混合物中异氰酸酯基预聚体与所述粘结剂的质量比为1：(0.01～0.05)。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种用于回转窑冷却装置的耐水涂料，由上述的制备方法制备而成。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)本发明的耐水涂料制备方法为：先制备异氰酸酯基预聚体，再将异氰酸酯基预聚体与碳纤维混合，得到混合物，然后加入固化剂和扩链剂进行固化反应，得到聚氨酯；将丁苯橡胶、分散剂和填料混合得到的粘结剂与聚氨酯混合，得到耐水涂料。聚氨酯用于提高涂料的耐水性能，而粘结剂用于提高涂料的粘性，从而提高涂料的附着力，经过测试验证：耐水涂料兼具耐水性、耐候性和耐热性，能适应在回转窑冷却装置内高温且湿润的环境下使用。
(2)由于本发明的耐水涂料是应用在回转窑冷却装置中，除了要求涂料成膜后具有耐水性外，还需要具有耐久性、耐候性以及具有优良的粘结性，所以需要加入粘结剂。常见是沥青或沥青的衍生物作为粘结剂，粘附性不高，耐久性有限，存在涂膜脱落的问题。本发明的将丁苯橡胶、分散剂和填料混合得到的粘结剂作为粘结剂，不仅粘合性好，与聚氨酯复配还能提高涂料的耐高温性。本发明的耐水涂料具有良好的耐水性、耐沾污性、耐候性、耐久性和耐热性的特性，在将耐水涂料涂覆在冷却水管表面能有效防止水分渗漏，还能耐100～150℃高温。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
本发明的耐水涂料制备方法为：先制备异氰酸酯基预聚体，再将异氰酸酯基预聚体与碳纤维混合，得到混合物，然后加入固化剂和扩链剂进行固化反应，得到聚氨酯；将丁苯橡胶、分散剂和填料混合得到的粘结剂与聚氨酯混合，得到耐水涂料。聚氨酯用于提高涂料的耐水性能，而粘结剂用于提高涂料的耐热性，耐水涂料兼具耐水性、耐候性和耐热性，能适应在回转窑冷却装置内高温且湿润的环境下使用。
其中，丁苯橡胶(SBR)又称聚苯乙烯丁二烯共聚物。其物理机构性能，加工性能及制品的使用性能接近于天然橡胶，有些性能如耐磨、耐热、耐老化及硫化速度较天然橡胶更为优良，可与天然橡胶及多种合成橡胶并用。与天然橡胶(NR)对比，该方法可以获得均匀的品质，耐热耐老化性，耐磨性好。在耐水涂料中加入SBR能提高弹性，并通过与聚氨酯的相互作用，改善其水密性，从而提高其耐水性。但SBR具有很强的凝聚力和弹性力，为了软化这些SBR独有的物性，所以需要加入特定的分散剂。特别地，粘结剂中，丁苯橡胶的加入量占总质量的75～80重量％。如果SBR的加入量低于重量比75％，则很难获得足够的耐水性和灵活性，如果超过80％质量比，则硬度升高，在常温下流动性下降，使得干燥后的耐水涂膜强度下降。分散剂具有均匀提高涂膜物性，帮助均匀膨润的功能。在本发明中，分散剂的加入的质量比为5～10％，在不足5重量％时，粘附性减弱；若超过10％，制造成本就会上升，而且质地会稀，同样会降低粘接性。
实施例1
一种用于回转窑冷却装置的耐水涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)甲苯二异氰酸酯与聚丙二醇在80℃下反应4h，得到甲苯异氰酸酯基预聚体；其中，甲苯二异氰酸酯与聚丙二醇的摩尔比为2.5：1；
2)将磨碎的碳纤维与步骤1)的异氰酸酯基预聚体混合，得到混合物；其中，碳纤维和异氰酸酯基预聚体的质量比为2：1；
3)将质量比为75％丁苯橡胶、5％分散剂和20％填料混合，得到粘结剂；其中，填料选用粘土颗粒；所述分散剂为浓度为15％的椰油聚氧乙烯醚甲基氯化铵溶液，溶液中还有15％的甘油，其余为纯净水。
4)将混合物再加入固化剂和扩链剂，在80℃下进行固化反应2h，得到聚氨酯；其中，所述固化剂为二胺基二苯甲烷。所述扩链剂为1，4-丁二醇。异氰酸酯基预聚体与扩链剂和固化剂的质量比为1：0.01：0.01。
5)将聚氨酯与粘结剂混合均匀，得到用于回转窑冷却装置的耐水涂料；其中，所述混合物中异氰酸酯基预聚体与所述粘结剂的质量比为1：0.01。
实施例2
一种用于回转窑冷却装置的耐水涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)异佛尔酮二异氰酸酯与聚丙烯乙二醇在80℃下反应2h，得到甲苯异氰酸酯基预聚体；其中，异佛尔酮二异氰酸酯与聚丙烯乙二醇的摩尔比为2：1；
2)将磨碎的碳纤维与步骤1)的异氰酸酯基预聚体混合，得到混合物；其中，碳纤维和异氰酸酯基预聚体的质量比为2：1；
3)将质量比为80％丁苯橡胶、10％分散剂和10％填料混合，得到粘结剂；其中，填料选用粘土颗粒；所述分散剂为浓度为10％的椰油聚氧乙烯醚甲基氯化铵溶液，溶液中还有20％的甘油，其余为纯净水。
4)将混合物再加入固化剂和扩链剂，在80℃下进行固化反应2h，得到聚氨酯；其中，所述固化剂为甲基环已二胺。所述扩链剂为乙二醇。异氰酸酯基预聚体与扩链剂和固化剂的质量比为1：0.03：0.01。
5)将聚氨酯与粘结剂混合均匀，得到用于回转窑冷却装置的耐水涂料；其中，所述混合物中异氰酸酯基预聚体与所述粘结剂的质量比为1：0.05。
实施例3
一种用于回转窑冷却装置的耐水涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)二甲苯二异氰酸酯与聚四氢呋喃二醇在90℃下反应2h，得到甲苯异氰酸酯基预聚体；其中，二甲苯二异氰酸酯与聚四氢呋喃二醇的摩尔比为2.4：1；
2)将磨碎的碳纤维与步骤1)的异氰酸酯基预聚体混合，得到混合物；其中，碳纤维和异氰酸酯基预聚体的质量比为3：1；
3)将质量比为73％丁苯橡胶、6％分散剂和21％填料混合，得到粘结剂；其中，填料选用粘土颗粒；所述分散剂为浓度为12％的椰油聚氧乙烯醚甲基氯化铵溶液，溶液中还有15％的甘油，其余为纯净水。
4)将混合物再加入固化剂和扩链剂，在90℃下进行固化反应1h，得到聚氨酯；其中，所述固化剂为间苯二胺。所述扩链剂为1，6-己二醇。异氰酸酯基预聚体与扩链剂和固化剂的质量比为1：0.05：0.05。
5)将聚氨酯与粘结剂混合均匀，得到用于回转窑冷却装置的耐水涂料；其中，所述混合物中异氰酸酯基预聚体与所述粘结剂的质量比为1：0.03。
对比例1
对比例1与实施例1的不同之处在于：不包括步骤3)，即涂料中不加入粘结剂。
对比例2
对比例2与实施例1的不同之处在于：粘结剂中不加入分散剂，由填料补足100wt％。
对比例3
对比例3与实施例1的不同之处在于：步骤2)中不加入碳纤维。
性能测试
一、漆膜附着力测定GB-T 1720-1979
1、测定方法：将实施例1～3和对比例1～3的涂料分为六组，每组按《漆膜一般制备法》(GB1727-79)在马口铁板上制备样板3块，待涂料在样板上实干后，在恒温恒湿的条件下采用附着力测定仪测定。附着力测定仪的使用方法根据GB/T 1720-1979标准所示，测试完成后，取出各组的样板，用刷子去除划划痕上的漆屑，用四倍放大镜检查划痕并评级。
2、评级方法：以每组样板上划痕上侧为检查的目标，依次标出1～7七个部位。按顺序检查各部位的漆膜完整程度，如某一部位的格子有70％以上完好，则定为该部位是完好的，否则应认为坏损。例如，部位1漆膜完好，附着力最佳，定为一级；部位1漆膜坏损而部位2完好，附着力次之，定为二级。以此类推，七级为附着性最差。结果以至少有两块样板的级别一致为准。数据如表1。
表1实施例1～3和对比例1～3的漆膜附着力等级
| 项目 | 附着力等级 |
| 实施例1 | 一级 |
| 实施例2 | 一级 |
| 实施例3 | 二级 |
| 对比例1 | 四级 |
| 对比例2 | 一级 |
| 对比例3 | 二级 |
根据表1可知，实施例1～3的涂料在干燥成膜后，具有良好的附着力，经久耐用，说明本发明的涂料能延长回转窑冷却装置的使用寿命。而对比例1由于没有加入粘结剂与聚氨酯复合，附着力性能大大减弱。而对比例2在粘结剂中没有加入分散剂以及对比例3不加入碳纤维，则不会影响漆膜的附着性。
二、漆膜耐水性测定GB/T 1733-1993
1、测定方法：将实施例1～3和对比例1～3的涂料分为六组，每组按《漆膜一般制备法》(GB1727-79)在马口铁板上制备样板3块，在玻璃水槽中加入蒸馏水或无离子水，保持水处于沸腾状态，将每组的3块样品放入水中，并使每块样板长度的2/3浸泡在水中。
2、评级方法：浸泡10h取出，将样板取出，用滤纸吸干，目视检查样板，记录是否有失光、变色、起泡、起皱、脱落、生锈等不良现象。三块样板中至少应有两块样板符合产品标准规定则为合格。数据如表2。
表2实施例1～3和对比例1～3的漆膜耐水性结果
根据表2可知，实施例1～3中沸腾水中浸泡10h后，三块样板均无出现不良现象，说明本发明的涂料具有耐水性和耐热性。对比例1中由于没有加入粘结剂，导致影响漆膜的耐水性，说明粘结剂不仅能提高涂料的附着力，还能提高涂料的密度从而提高漆膜的耐水性。对比例2中在粘结剂中没有加入分散剂，不加入分散剂会导致粘结剂粘度过大，难以与聚氨酯均匀混合，导致漆膜表面张力增大，从而降低漆膜的耐水性。对比例3的耐水性与实施例1～3相差不大，说明碳纤维的加入对漆膜的耐水性影响不大。
三、漆膜耐热性测定GB/T 1735-1993
1、测定方法：将实施例1～3和对比例1～3的涂料分为六组，每组按《漆膜一般制备法》(GB1727-79)在4块薄钢板上制备漆膜，待漆膜实干后，将三块涂漆样板放置于150℃的高温炉内10h，另一块涂漆样板比较，检测三块样板有无起层、皱皮、鼓泡、开裂和变色等不良现象，以不少于两块样板均能符合产品标准规定为合格。数据如表3。
表3实施例1～3和对比例1～3的漆膜耐热性结果
由表3可知，实施例1～3的漆膜在150℃下放置10h后，仍无发生不良现象，说明具有良好的耐热性。对比例1～2耐热性结果虽然是合格，但是耐热性均低于实施例1～3。对比例3中由于不加入碳纤维，导致漆膜无法在150℃里长时间放置。
综上所述，实施例1～3的涂料在制备成漆膜后，具有良好的附着力、耐水性和耐热性，能适用于回转窑冷却装置使用。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种用于回转窑冷却装置的耐水涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)异氰酸酯与多元醇反应，得到异氰酸酯基预聚体；
2)将磨碎的碳纤维与步骤1)的异氰酸酯基预聚体混合，得到混合物；
3)将丁苯橡胶、分散剂和填料混合，得到粘结剂；
4)往步骤2)得到的混合物中加入固化剂和扩链剂，加热进行固化反应，得到聚氨酯；
5)将聚氨酯与粘结剂混合均匀，得到用于回转窑冷却装置的耐水涂料，其中，所述粘结剂用于配合聚氨酯，提高混合均匀得到的用于回转窑冷却装置的耐水涂料的密度；
所述异氰酸酯与多元醇的摩尔比为(2～2.5)：1；
所述异氰酸酯基预聚体与碳纤维的质量比为(2～3)：1；
所述异氰酸酯基预聚体与扩链剂和固化剂的质量比为1：(0.01～0.05)：(0.01～0.05)；
所述混合物中异氰酸酯基预聚体与所述粘结剂的质量比为1：(0.01～0.05)；
所述粘结剂包括以下按重量百分比计的原料：分散剂5～10％和丁苯橡胶75～80％，其余为填料；
所述分散剂为浓度为10～15％的椰油聚氧乙烯醚甲基氯化铵溶液；所述填料为粘土颗粒。
2.如权利要求1所述的用于回转窑冷却装置的耐水涂料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述异氰酸酯为亚甲基二苯基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯或二甲苯二异氰酸酯中的一种或两种以上组合物；所述多元醇为聚醚多元醇、聚酯多元醇或聚碳酸酯多元醇中的一种或两种以上组合物。
3.如权利要求2所述的用于回转窑冷却装置的耐水涂料的制备方法，其特征在于，所述二甲苯二异氰酸酯为间二甲苯二异氰酸酯；所述聚酯多元醇为聚己内酯多元醇或醇酸多元醇中的一种或两种的组合物。
4.如权利要求1所述的用于回转窑冷却装置的耐水涂料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述反应温度为80～90℃。
5.如权利要求1所述的用于回转窑冷却装置的耐水涂料的制备方法，其特征在于，所述碳纤维的平均粒径为100～500nm。
6.如权利要求1所述的用于回转窑冷却装置的耐水涂料的制备方法，步骤3)中，将分散剂、填料和丁苯橡胶在80～90℃下反应1～2h，得到粘结剂。
7.如权利要求1所述的用于回转窑冷却装置的耐水涂料的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述扩链剂为1，4-丁二醇、乙二醇或1，6-己二醇中的一种或两种以上组合物；所述固化剂为二胺基二苯砜、二胺基二苯甲烷、间苯二胺或甲基环已二胺中的一种或两种以上组合物。
8.一种用于回转窑冷却装置的耐水涂料，其特征在于，由权利要求1～7任一项所述的制备方法制备而成。
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