CN113969072A - 一种可以催化分解二噁英的高温防腐涂层 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可以催化分解二噁英的高温防腐涂层，以质量百分数计，包括如下的组分：55‑60%陶瓷填料，5‑15%的有机硅源，1‑10%的金属空心微球，10‑15%的粘结剂，余量为水。针对现有技术中垃圾焚烧炉高温环境下涂层存在的问题，以及二噁英控制的需求，本发明提供一种在高温环境下具有良好耐高温防腐性能的涂层，该涂层在分解二噁英方面具有良好的效果，并且能够有效抑制涂层内部孔隙和微裂纹的产生和扩大，能够保证涂层在长期服役的防腐蚀稳定性。

Description

一种可以催化分解二噁英的高温防腐涂层

技术领域

本发明属于涂料领域，具体地涉及一种在高温环境下能够耐高温防腐蚀且能够催化分解二噁英的高温涂层。

背景技术

随着我国经济的发展，城市人口快速增加，生活垃圾也不断的增多。目前垃圾处理的方式包括填埋和焚烧。填埋又不可避免的会导致二次污染，目前较为有效的办法就是通过焚烧处理垃圾。垃圾焚烧过程中不可避免的面临着锅炉高温环境下腐蚀的问题，同时，由于垃圾的成分复杂，会导致在焚烧过程中产生新的污染物，二噁英就是目前最为关注的污染物。

对于高温环境下管道、锅炉等保护，涂覆一层保护性的涂层是比较有效的办法，涂层如果能够具有较强的在高温下抗腐蚀等性能，那么对于避免锅炉管道的损坏、保护环境就十分的重要。

目前研究应用涂层能够具有一定的作用，如具有一定的耐磨性能、耐高温氧化等，但在类似垃圾焚烧、发电厂等应用场景下，由于应用环境的复杂多样性，会导致涂层在长时间的使用下性能下降，局部性能下降会导致涂层的脱落，进而影响整个设备的安全运行。因此开发一种在高温环境下具有持久的优良性能的涂料涂层就十分关键。

二噁英是比较典型的有机污染物，对于生态系统和人体健康都会带来比较大的威胁，面对不断增加的垃圾处理量，二噁英的排放控制就十分的重要，目前二噁英的排放标准越来的越严格，减少二噁英的排放也是目前垃圾焚烧污染物控制的重点。

垃圾焚烧炉内部件在高温、含Cl、S等有害气体及燃烧产生的固体颗粒的冲击下，极易出现腐蚀失效问题，引发严重生产事故。目前已有大量针对垃圾焚烧炉防腐蚀研究和应用，例如在需要防护的部件表面形成陶瓷涂层。然而，现有的陶瓷涂层仍存在很多不足，一是不能分解二噁英，二是陶瓷材料本身存在或在长期服役后产生的孔隙和微裂纹等缺陷在垃圾焚烧炉内部极端恶劣的条件下会成为腐蚀的源头，腐蚀性气体可以通过涂层缺陷渗入到基底而导致涂层失去防护作用。

发明内容

针对现有技术中垃圾焚烧炉高温环境下涂层存在的问题，以及二噁英控制的需求，本发明提供一种在高温环境下具有良好耐高温防腐性能的涂层，该涂层在分解二噁英方面具有良好的效果，并且能够有效抑制涂层内部孔隙和微裂纹的产生和扩大，能够保证涂层在长期服役的防腐蚀稳定性。

本发明的技术方案如下：

一种可以催化分解二噁英的高温防腐涂料，以质量百分数计，包括如下的组分：55-60%陶瓷填料，5-15%的有机硅源，1-10%的金属空心微球，10-15%的粘结剂，余量为水；

其中，所述填料以涂料质量百分数计，包括32-50%氧化铝、1-5%硅酸锆、2-10%氧化锆；0.5-2%云母粉；1-5%碳纳米管；0.5-2%石墨烯；0.1-2%氧化钇；0.1-2%氧化铈；1-5%氧化钯；1-8% V₂O₅；1-5%TiO₂。

进一步地，所述有机硅源为正硅酸乙酯、偏硅酸乙酯中的至少一种。由于有机硅源在水解或热解过程中容易形成非晶态的氧化硅，非晶态的氧化硅是良好的三维网络形成剂，在形成涂层的高温下流动性好，能够减少涂层制备过程中孔隙和微裂纹等缺陷的产生。非晶态的氧化硅即使在常压下进行热处理，在1100℃以下仍然能够保持非晶态，在1200℃以上才结晶形成石英。而通常垃圾焚烧炉内温度大致保持在1000℃以下，因此非晶氧化硅能够稳定地起到网络形成剂的作用。

进一步地，所述金属空心微球的金属为Ni、Co、Ti、Al中的至少一种，平均粒径为40nm-60μm。金属空心微球在涂层中能够通过塑性变形起到吸收涂层内应力的作用，当涂层内部裂纹或其它缺陷产生和扩展时，金属空心微球可以吸收裂纹尖端的应力而发生塑性变形，从而释放了内应力，阻止了缺陷的产生和进一步扩大，有助于提高涂层长期服役下的防腐蚀稳定性。金属空心微球可采用现有的模板法制备。

TiO₂为公知的能够催化分解二噁英的成分，可以使涂层具备催化分解二噁英的功能。进一步地，所述TiO₂用量为1-3%。现有技术中，TiO₂一般用量要较大，与V₂O₅配伍实现一定的效果，而在本发明中，研究发现在涂层中添加上述成分后，TiO₂的用量远比现有技术中用量少，且仍然能够达到较好的催化降解效果。

进一步地，所述的硅酸锆的粒径为30-80nm，所述的氧化锆粒径为10-30μm。优选地，硅酸锆的粒径可以为40-60nm，氧化锆的粒径可以是15-20μm等。在陶瓷骨料中选择上述的粒径范围的硅酸锆和氧化锆对于增强抗裂性能和强度十分的关键。该粒径范围内的硅酸锆和氧化锆与其他组分如云母粉等十分明显地影响着涂层的性能，同样地，上述的物料的用量也较为的重要。

进一步地，所述的粘结剂为磷酸二氢铝、磷酸铝、硅溶胶、铝溶胶、锆溶胶中的一种或多种组合。

本发明还提供了一种可以催化分解二噁英的高温防粘涂层的制备方法，包括如下的步骤：

（1）将填料与粘结剂混合搅拌均匀得到混合物A；

（2）将有机硅源与水充分混合水解后加入金属空心微球混合搅拌均匀得到混合物B；

（3）将混合物A与混合物B混合均匀得到涂料；

所述涂料通过喷涂的方式处理目标件表面即形成涂层。

本发明的有益效果包括：

（1）本发明第一改进点在于，在涂料中引入有机硅源以形成非晶态的氧化硅，非晶态的氧化硅在形成涂层的高温下流动性好，能够减少涂层制备过程中孔隙和微裂纹等缺陷的产生。

（2）本发明第二改进点在于，加入金属空心微球在涂层中能够通过塑性变形起到吸收涂层内应力的作用，当涂层内部裂纹或其它缺陷产生和扩展时，金属空心微球可以吸收裂纹尖端的应力而发生塑性变形，从而释放了内应力，阻止了缺陷的产生和进一步扩大，有助于提高涂层长期服役下的防腐蚀稳定性。

（3）另外，涂层通过原料之间合理的搭配，相容性好，在高温复杂的环境下表现出较好的强度、硬度、耐腐蚀等性能，长时间使用也不会脱落或裂开，有效地保护了锅炉或管道不被侵蚀；本发明通过组分的选择能够达到较好的催化分解二噁英的效果。且该涂层能够使得锅炉、管道传热更为均匀，实现了在提升涂层性能的同时还能进一步的催化降解二噁英。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明的涂层作进一步说明。特别地，本发明所述的涂层适合电厂、垃圾焚烧厂等高温、复杂的环境中。

实施例1

一种可以催化分解二噁英的高温防腐涂料，以质量百分数计，包括如下的组分：55%陶瓷填料，8%的有机硅源，3%的金属空心微球，15%的粘结剂，余量为水。

其中有机硅源为正硅酸乙酯，金属空心微球为Ni空心微球,平均粒径为120nm。填料组成为：40%氧化铝、3%硅酸锆、5%氧化锆；1.5%云母粉；1%碳纳米管；0.5%石墨烯；0.5%氧化钇；0.5%氧化铈；1%氧化钯；1% V₂O₅；1%TiO₂，其中硅酸锆粒径为55nm，氧化锆的粒径为15微米。粘结剂为磷酸二氢铝。

涂层制备方法包括如下的步骤：

（1）将陶瓷填料与粘结剂混合搅拌均匀得到混合物A；

（2）将有机硅源与水充分混合水解后加入金属空心微球混合搅拌均匀得到混合物B；

（3）将混合物A与混合物B混合均匀得到涂料；

所述涂料通过喷涂的方式处理目标件表面即形成涂层。

对比例1

与实施例1相比，不加入有机硅源，有机硅源的量以粘结剂代替，其余与实施例1相同。

对比例2

与实施例1相比，不加入金属空心微球，金属空心微球的量以粘结剂代替，其余与实施例1相同。

对比例3

与实施例1相比，不加入有机硅源和金属空心微球，有机硅源和金属空心微球的量以粘结剂代替，其余与实施例1相同。

以实施例和对比例测定对二噁英催化降解的影响及高温防腐性能，试验方法参照现有技术一般方法进行。在垃圾焚烧室内进行试验，实验结果如下。

根据实施例和对比例能够看出，本发明的涂层具有良好耐高温防腐蚀性能，加入有机硅源和金属空心微球后，涂层的耐高温、耐热冲击能和防腐蚀性能均为显著提升，这得益于在涂料中引入有机硅源以形成非晶态的氧化硅，非晶态的氧化硅在形成涂层的高温下流动性好，能够减少涂层制备过程中孔隙和微裂纹等缺陷的产生；加入金属空心微球在涂层中能够通过塑性变形起到吸收涂层内应力的作用，当涂层内部裂纹或其它缺陷产生和扩展时，金属空心微球可以吸收裂纹尖端的应力而发生塑性变形，从而释放了内应力，阻止了缺陷的产生和进一步扩大，有助于提高涂层长期服役下的防腐蚀稳定性。

上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，并非对本发明的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所引伸出的任何显而易见的变化或变动仍处于本发明权利要求的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种可以催化分解二噁英的高温防腐涂料，其特征在于：以质量百分数计，包括如下的组分：55-60%填料，5-15%的有机硅源，1-10%的金属空心微球，10-15%的粘结剂，余量为水。

2.根据权利要求1所述的一种可以催化分解二噁英的高温防腐涂料，其特征在于：所述有机硅源为正硅酸乙酯、偏硅酸乙酯中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种可以催化分解二噁英的高温防腐涂料，其特征在于：所述金属空心微球的金属为Ni、Co、Ti、Al中的至少一种，平均粒径为40nm-60μm。

4.根据权利要求1所述的一种可以催化分解二噁英的高温防腐涂料，其特征在于：所述的粘结剂为磷酸二氢铝、磷酸铝、硅溶胶、铝溶胶、锆溶胶中的一种或多种组合。

5.根据权利要求1所述的一种可以催化分解二噁英的高温防腐涂料，其特征在于：所述填料以涂料质量百分数计，32-50%氧化铝、1-5%硅酸锆、2-10%氧化锆；0.5-2%云母粉；1-5%碳纳米管；0.5-2%石墨烯；0.1-2%氧化钇；0.1-2%氧化铈；1-5%氧化钯；1-8% V₂O₅；1-5%TiO₂。

6.根据权利要求1所述的一种可以催化分解二噁英的高温防腐涂料，其特征在于：所述金属空心微球通过模板法制备。

7.根据权利要求1所述的一种可以催化分解二噁英的高温防腐涂料制备得到的涂层。

8.根据权利要求1所述的一种可以催化分解二噁英的高温防腐涂料用于制备涂层的方法，其特征在于：包括如下的步骤：

（1）将填料与粘结剂混合搅拌均匀得到混合物A；

（2）将有机硅源与水充分混合水解后加入金属空心微球混合搅拌均匀得到混合物B；

（3）将混合物A与混合物B混合均匀得到涂料；

所述涂料通过喷涂的方式处理目标件表面即形成涂层。