CN113980524A - 一种防腐保温一体化材料及其制备方法 - Google Patents

一种防腐保温一体化材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种防腐保温一体化材料，其由以下原料组分按照所示重量份比例制备而成：氟硅改性丙烯酸乳液5～30份、改性水性聚氨酯10～30份、防锈剂0.1～20份、锈转化剂1～20份、固化剂1～20份、隔热材料1～20份、填料1～20份、成膜助剂0.1～10份、润湿剂1～10份、表面活性剂0.1～1份、消泡剂0.1～1份。本发明还涉及该防腐保温一体化材料的具体制备方法。本防腐保温一体化材料将防腐和保温功能合二为一，通过添加的特殊锈转化剂防止腐蚀的进一步发生，同时能够有效阻止热量的散失，在具备良好保温效果、延长设备使用寿命的同时，又能省去区域打磨的施工环节，减少工作量并提高施工效率。

Description

一种防腐保温一体化材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及功能性材料技术领域，具体涉及一种防腐保温一体化材料及其制备方法。
背景技术
石油石化行业每年需对大量的管道及热力设备实施保温，其所消耗的各类保温材料约占全国保温材料总消耗量的四分之一左右。
目前保温材料产品质量参差不齐，行业内管线大部分使用了聚氨酯泡沫夹克管和岩棉材料，由于使用条件恶劣，腐蚀严重的管道穿孔和漏油现象时有发生，进而导致维修频繁；而没有穿孔的管道也会随着使用年限，出现热老化严重、导热系数增高的情况，致使保温效果差，维护成本上升。另外，由于上述保温材料只是单纯的起到物理隔绝作用而不具备防腐功能，需要与重防腐涂料配合使用，而绝大多数重防腐涂料在施工前需要对防腐区域进行精细打磨后才能涂装，施工工艺比较繁琐。
中国专利CN113121871A、CN109321058A、CN108410302A等公开了几种不同类型的具有防腐、保温功能的涂料产品。其中，纳米陶瓷保温涂料的真空结构具有较低的导热系数，保温效果好，但其自身也是物理隔绝，无法实现防腐保温一体化功能，任然是与其他防腐材料配合施工；而具备一体化功能的涂料产品均无法实现红锈转黑锈功能，故依然需要区域打磨，无法直接进行带锈施工。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有物理隔离保温涂料产品和一体化涂料产品由于需要配合施工、区域打磨所导致的施工工艺繁琐的缺陷，提供一种防腐保温一体化材料及其制备方法，其将防腐和保温功能合二为一，通过添加的特殊锈转化剂，将结构松散的红锈转化为结构致密的黑锈，防止腐蚀的进一步发生，同时多孔的隔热材料可以形成多孔道结构，能够有效阻止热量的散失，在具备良好保温效果、延长设备使用寿命的同时，又能省去区域打磨的施工环节，减少施工工作量并提高施工效率。
本防腐保温一体化材料由以下原料组分按照所示重量份比例制备而成：氟硅改性丙烯酸乳液5～30份、改性水性聚氨酯10～30份、防锈剂0.1～20份、锈转化剂1～20％份、固化剂1～20份、隔热材料1～20份、填料1～20份、成膜助剂0.1～10份、润湿剂1～10份、表面活性剂0.1～1份、消泡剂0.1～1份。
进一步的，本防腐保温一体化材料由以下原料组分按照所示重量份比例制备而成：氟硅改性丙烯酸乳液5～25份、改性水性聚氨酯10～25份、防锈剂1～20 份、锈转化剂1～15份、固化剂5～20份、隔热材料5～20份、填料5～20份、成膜助剂1％～10份、润湿剂3～15份、表面活性剂0.1～0.8份、消泡剂0.2～1份。
进一步的，本防腐保温一体化材料由以下原料组分按照所示重量份比例制备而成：氟硅改性丙烯酸乳液10～25份、改性水性聚氨酯10～20份、防锈剂2～15 份、锈转化剂5～15份、固化剂5～18份、隔热材料10～20份、填料5～18份、成膜助剂3％～10份、润湿剂3～10份、表面活性剂0.3～0.8份、消泡剂0.3～1份。
具体到各原料组分：
所述氟硅改性丙烯酸乳液中的氟硅改性物为八甲基环四硅氧烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸十二氟庚酯中的一种或至少两种的组合；
所述改性水性聚氨酯为用单宁酸、没食子酸、磷酸、酒石酸中的一种或两种及以上的组合物进行改性的聚合物；
所述防锈剂为三乙醇胺、柠檬酸、钼酸盐、有机磷酸中的一种或两种及以上的组合物；
所述锈转化剂主要为磷酸、亚铁氰化钾、草酸、铬酸、酒石酸、单宁酸、没食子酸、乙酞基丙酮，水杨酸甲醛树脂、环氧磷酸酷中的一种或两种及以上的组合物；
所述固化剂为有机胺类、硅烷类、钛酸盐类、锆酸盐类或复合羧基磷酸酯、铝酸酯偶联剂中的一种或任意两种的组合物；
所述隔热材料为改性玻璃微球、纳米三氧化钨分散体、多孔膨润土、二氧化硅气凝胶、白炭黑、纳米六硼化镧、纳米氧化铬、矿石棉中的一种或两种及以上的组合物；
所述填料为钛白粉、轻质碳酸钙、炭黑、硅灰石粉、三聚磷酸铝、磷酸锌、滑石粉、云母粉、石英粉、滑石粉、高岭土、云母粉、硅灰石、白云石、凹凸棒土(含水硅酸镁铝)以及硫酸钡、硅酸钙、硅铝酸钠等中的一种或任意两种的组合物；
所述成膜助剂为丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚、乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、二丙二醇二甲醚中的一种或两种及以上的组合物；
所示润湿剂为六偏磷酸钠类润湿剂、烷基酚聚氧乙烯醚、异构醇聚氧乙烯醚中的一种或两种及以上的组合物；
所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、椰油基羟乙基磺酸钠、椰油基羟乙基磺酸钠、椰油酰胺丙基甜菜碱中的一种或两种及以上的组合物；
所述消泡剂为有机硅类、聚醚类、聚醚改性聚硅氧烷类消泡剂中的一种或两种及以上的组合物。
进一步的，所述原料组分还包括稀释水，所述稀释水为去离子水。
进一步的，所述改性水性聚氨酯为阳离子型水性聚氨酯、阴离子型水性聚氨酯、非两性水性聚氨酯中的一种或两种及以上的组合物。
本防腐保温一体化材料的制备方法，其特征是：所述防腐保温一体化材料为权利要求1至6任一项所述的防腐保温一体化材料，所述制备方法具体包括以下步骤，
S1-按所述重量份比例取各所述原料组分；
S2-将氟硅改性丙烯酸乳液、改性水性聚氨酯投入搅拌器中进行快速分散，边分散边加入防锈剂、表面活性剂、润湿剂，持续分散；
S3-加入填料、隔热材料、锈转化剂，继续分散，
S4-加入所述成膜助剂，搅拌；
S5-加入所述固化剂，继续快速分散；
S6-加入所述稀释水调节涂料粘度；
即得本防腐保温一体化材料。
本防腐保温一体化材料的制备方法的具体到工艺条件为：
步骤S2所述分散时间为20min；步骤S3所述分散时间为30min；步骤S4 所述搅拌时间为20min；步骤S5所述快速分散时间为20min。
本发明提供了一种防腐保温一体化材料，并提供了该防腐保温一体化材料的具体制备方法，克服了现有物理隔离保温涂料产品和一体化涂料产品由于需要配合施工、区域打磨所导致的施工工艺繁琐的缺陷，其将防腐和保温功能合二为一，通过添加的特殊锈转化剂，将结构松散的红锈转化为结构致密的黑锈，防止腐蚀的进一步发生，同时多孔的隔热材料可以形成多孔道结构，能够有效阻止热量的散失，在具备良好保温效果、延长设备使用寿命的同时，又能省去区域打磨的施工环节，减少施工工作量并提高施工效率。
附图说明
下面结合附图对本发明一种防腐保温一体化材料及其制备方法作进一步说明：
图1是本防腐保温一体化材料的其制备方法的工艺流程图；
图2是本防腐保温一体化材料的其制备方法对比实验的测试结果数据表。
具体实施方式
以下用具体实施例对本发明技术方案做进一步描述，但本发明的保护范围不限制于下列实施例。如图1所示，
实施例1：本防腐保温一体化材料的制备按以下工艺流程进行，
S1-按如下质量百分比取各所述原料组分：八甲氧基环四硅氧烷和甲基丙烯酸三氟乙酯改性丙烯酸乳液20％、单宁酸改性聚氨酯10％、三乙醇胺4％、没食子酸6％、有机胺固化剂9％、磷酸锌15％、改性玻璃微球16％、丙二醇丁醚3％、十二烷基苯磺酸钠0.5％、烷基酚聚氧乙烯醚3％、有机硅消泡剂0.5％、水13％；
S2-将八甲氧基环四硅氧烷和甲基丙烯酸三氟乙酯改性丙烯酸乳液、单宁酸改性聚氨酯投入搅拌器中进行快速分散，快速分散下依次加入三乙醇胺、十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、有机硅消泡剂，持续分散20min；
S3-加入磷酸锌、改性玻璃微球、没食子酸，继续分散30min，
S4-加入丙二醇丁醚搅拌20min；
S5-加入有机胺固化剂，继续快速分散20min；
S6-加入稀释用水调节粘度至施工要求即得。
实施例2：本防腐保温一体化材料的制备按以下工艺流程进行，
S1-按如下质量百分比取各所述原料组分：乙烯基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酸三氟乙酯改性丙烯酸乳液16％、单宁酸改性聚氨酯12％、钼酸盐4％、酒石酸 4％、硅烷类固化剂10％、云母粉和硅铝酸钠18％、三氧化钨分散体15％、丙二醇丁醚3.5％、十二烷基苯磺酸钠0.5％、六偏磷酸钠4％、有机硅消泡剂0.5％、去离子水12.5％；
S2-将乙烯基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酸三氟乙酯改性丙烯酸乳液、单宁酸改性聚氨酯投入搅拌器中进行快速分散，快速分散下依次加入钼酸盐、十二烷基苯磺酸钠、六偏磷酸钠、有机硅消泡剂，持续分散20min；
S3-依次加入云母粉和硅铝酸钠、纳米三氧化钨、酒石酸，继续分散30min， S4-加入丙二醇丁醚，搅拌20min；
S5-加入硅烷类固化剂，继续快速分散20min；
S6-加入稀释用去离子水调节粘度至施工要求即得。
实施例3：本防腐保温一体化材料的制备按以下工艺流程进行，
S1-按如下质量百分比取各所述原料组分：乙烯基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酸十二氟庚酯改性丙烯酸乳液15％、没食子酸改性聚氨酯14％、柠檬酸5％、草酸6％、有机胺固化剂11％、硅灰石和高岭土混合物13％、二氧化硅气凝胶18％、二乙二醇丁醚和丙二醇丁醚混合物4％、十二烷基硫酸钠0.5％、烷基酚聚氧乙烯醚5％、聚醚改性聚硅氧烷类消泡剂0.5％、去离子水8％；
S2-将乙烯基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酸十二氟庚酯改性丙烯酸乳液、没食子酸改性聚氨酯投入搅拌器中进行快速分散，快速分散下依次加入柠檬酸、十二烷基硫酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚，持续分散20min；
S3-依次加入硅灰石和高岭土混合物、二氧化硅气凝胶、草酸，继续分散 30min，
S4-加入二乙二醇丁醚和丙二醇丁醚混合物，搅拌20min；
S5-加入有机胺固化剂，继续快速分散20min；
S6-加入稀释用去离子水调节粘度至施工要求即得。
实施例4：本防腐保温一体化材料的制备按以下工艺流程进行，
S1-按如下质量百分比取各所述原料组分：乙烯基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酸十二氟庚酯改性丙烯酸乳液21％、磷酸改性聚氨酯10％、三乙醇胺6％、酒石酸7％、有机胺固化剂10％、三聚磷酸铝13％、纳米氧化铬18％、二丙二醇二甲醚5％、椰油基羟乙基磺酸钠0.5％、异构醇聚氧乙烯醚4％、有机硅类消泡剂0.5％、去离子水5％；
S2-将乙烯基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酸十二氟庚酯改性丙烯酸乳液、磷酸改性聚氨酯投入搅拌器中进行快速分散，快速分散下依次加入三乙醇胺、椰油基羟乙基磺酸钠、异构醇聚氧乙烯醚，持续分散20min；
S3-依次加入三聚磷酸铝、纳米氧化铬、三乙醇胺，继续分散30min，
S4-加入二丙二醇二甲醚，搅拌20min；
S5-加入有机胺固化剂，继续快速分散20min；
S6-加入稀释用去离子水调节粘度至施工要求即得。
实施例5：本防腐保温一体化材料的制备按以下工艺流程进行，
S1-按如下质量百分比取各所述原料组分：八甲氧基环四硅氧烷和甲基丙烯酸十二氟庚酯改性丙烯酸乳液12％、单宁酸改性聚氨酯17％、有机磷酸7％、没食子酸6％、复合羧基磷酸酯10％、磷酸锌和云母粉混合物10％、玻璃微球和纳米六硼化镧混合物22％、二丙二醇甲醚3％、十二烷基硫酸钠0.5％、烷基酚聚氧乙烯醚4％、有机硅消泡剂0.5％、、去离子水8％；
S2-将八甲氧基环四硅氧烷和甲基丙烯酸十二氟庚酯改性丙烯酸乳液、单宁酸改性聚氨酯投入搅拌器中进行快速分散，边分散边加入有机磷酸、十二烷基硫酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、有机硅消泡剂，持续分散20min；
S3-依次加入磷酸锌和云母粉混合物、改性玻璃微球和纳米六硼化镧混合物、没食子酸，继续分散30min，
S4-加入二丙二醇甲醚，搅拌20min；
S5-加入复合羧基磷酸酯，继续快速分散20min；
S6-加入稀释用去离子水调节粘度至施工要求即得。
实施例6：本防腐保温一体化材料的制备按以下工艺流程进行，
S1-按如下质量百分比取各所述原料组分：乙烯基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酸三氟乙酯改性丙烯酸乳液22％、酒石酸改性聚氨酯10％、柠檬酸5％、没食子酸4％、复合羧基磷酸酯11％、三聚磷酸铝和磷酸锌混合物8％、改性玻璃微球和多孔膨润土混合物20％、丙二醇丁醚和二丙二醇甲醚混合物4％、椰油酰胺丙基甜菜碱0.8％、烷基酚聚氧乙烯醚7％、硅烷类消泡剂0.6％、去离子水7.6％；
S2-将乙烯基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酸三氟乙酯改性丙烯酸乳液、酒石酸改性聚氨酯投入搅拌器中进行快速分散，快速分散下依次加入柠檬酸、椰油酰胺丙基甜菜碱、烷基酚聚氧乙烯醚，持续分散20min；
S3-依次加入三聚磷酸铝和磷酸锌混合物、改性玻璃微球和多孔膨润土混合物、没食子酸，继续分散30min，
S4-加入丙二醇丁醚和二丙二醇甲醚混合物，搅拌20min；
S5-加入复合羧基磷酸酯固化剂，继续快速分散20min；
S6-加入稀释用去离子水调节粘度至施工要求即得。
对比实验：
(1)制备对比例：
分别将乙烯基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酸三氟乙酯改性丙烯酸乳液(22％)、水性聚氨酯(13％)按照质量比放在搅拌器中进行快速分散，在快速分散下依次加入柠檬酸(5％)、十二烷基硫酸钠(0.5％)、烷基酚聚氧乙烯醚(5％)、硅烷类消泡剂(0.5％)，持续分散20min；
依次加入三聚磷酸铝和磷酸锌混合物(14％)、改性玻璃微球和多孔膨润土混合物(16％)，继续分散30min；
加入丙二醇丁醚和二丙二醇甲醚混合物(6％)，搅拌20min；
加入有机胺固化剂(10％)，然后加入去离子水(8％)，在700r/min下继续快速分散20min，用水做稀释剂调节粘度至施工要求。
(2)对比测试
将防腐保温涂料涂刷或喷涂在经过乙醇擦拭后干燥的钢板上，涂层厚度为1.0mm，分别测试涂料VOC含量、耐盐雾时间和导热系数，测试结果如图2表中所示，
Figure RE-GDA0003407712780000101
(3)结论
通过对比结果中耐盐雾时间和导热系数的数据可知，利用现有防腐保温涂料技术中的主要原料组分，但不含锈转化剂且聚氨酯未改性的情况下，即使在配比相近、辅料相同的情况下，其防腐性能(耐盐雾试验)和保温性能(导热系数)均无法达到本发明涂料产品的效果，另外，本发明可挥发有机物指标 (VOC)合格，适于实际应用推广。
本防腐保温一体化材料克服了现有物理隔离保温涂料产品和一体化涂料产品由于需要配合施工、区域打磨所导致的施工工艺繁琐的缺陷，其将防腐和保温功能合二为一，通过添加的特殊锈转化剂，将结构松散的红锈转化为结构致密的黑锈，防止腐蚀的进一步发生，同时多孔的隔热材料可以形成多孔道结构，能够有效阻止热量的散失，在具备良好保温效果、延长设备使用寿命的同时，又能省去区域打磨的施工环节，减少施工工作量并提高施工效率。
以上描述显示了本发明的主要特征、基本原理，以及本发明的优点。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施方式或者实施例的细节，且在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此应将上述实施方式或者实施例看作示范性的，且非限制性的。本发明的范围由所附权利要求而非上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种防腐保温一体化材料，其特征是：所述材料由以下原料组分按照所示重量份比例制备而成，
氟硅改性丙烯酸乳液5～30份、改性水性聚氨酯10～30份、防锈剂0.1～20份、锈转化剂1～20％份、固化剂1～20份、隔热材料1～20份、填料1～20份、成膜助剂0.1～10份、润湿剂1～10份、表面活性剂0.1～1份、消泡剂0.1～1份。
2.根据权利要求1所述的防腐保温一体化材料，其特征是：所述材料由以下原料组分按照所示重量份比例制备而成，
氟硅改性丙烯酸乳液5～25份、改性水性聚氨酯10～25份、防锈剂1～20份、锈转化剂1～15份、固化剂5～20份、隔热材料5～20份、填料5～20份、成膜助剂1％～10份、润湿剂3～15份、表面活性剂0.1～0.8份、消泡剂0.2～1份。
3.根据权利要求2所述的防腐保温一体化材料，其特征是：所述材料由以下原料组分按照所示重量份比例制备而成，
氟硅改性丙烯酸乳液10～25份、改性水性聚氨酯10～20份、防锈剂2～15份、锈转化剂5～15份、固化剂5～18份、隔热材料10～20份、填料5～18份、成膜助剂3％～10份、润湿剂3～10份、表面活性剂0.3～0.8份、消泡剂0.3～1份。
4.根据权利要求1至3任一项所述的防腐保温一体化材料，其特征是：所述氟硅改性丙烯酸乳液中的氟硅改性物为八甲基环四硅氧烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸十二氟庚酯中的一种或至少两种的组合；
所述改性水性聚氨酯为用单宁酸、没食子酸、磷酸、酒石酸中的一种或两种及以上的组合物进行改性的聚合物；
所述防锈剂为三乙醇胺、柠檬酸、钼酸盐、有机磷酸中的一种或两种及以上的组合物；
所述锈转化剂主要为磷酸、亚铁氰化钾、草酸、铬酸、酒石酸、单宁酸、没食子酸、乙酞基丙酮，水杨酸甲醛树脂、环氧磷酸酷中的一种或两种及以上的组合物；
所述固化剂为有机胺类、硅烷类、钛酸盐类、锆酸盐类或复合羧基磷酸酯、铝酸酯偶联剂中的一种或任意两种的组合物；
所述隔热材料为改性玻璃微球、纳米三氧化钨分散体、多孔膨润土、二氧化硅气凝胶、白炭黑、纳米六硼化镧、纳米氧化铬、矿石棉中的一种或两种及以上的组合物；
所述填料为钛白粉、轻质碳酸钙、炭黑、硅灰石粉、三聚磷酸铝、磷酸锌、滑石粉、云母粉、石英粉、滑石粉、高岭土、云母粉、硅灰石、白云石、凹凸棒土(含水硅酸镁铝)以及硫酸钡、硅酸钙、硅铝酸钠等中的一种或任意两种的组合物；
所述成膜助剂为丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚、乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、二丙二醇二甲醚中的一种或两种及以上的组合物；
所示润湿剂为六偏磷酸钠类润湿剂、烷基酚聚氧乙烯醚、异构醇聚氧乙烯醚中的一种或两种及以上的组合物；
所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、椰油基羟乙基磺酸钠、椰油基羟乙基磺酸钠、椰油酰胺丙基甜菜碱中的一种或两种及以上的组合物；
所述消泡剂为有机硅类、聚醚类、聚醚改性聚硅氧烷类消泡剂中的一种或两种及以上的组合物。
5.根据权利要求4所述的防腐保温一体化材料，其特征是：所述原料组分还包括稀释水，所述稀释水为去离子水。
6.根据权利要求4所述的防腐保温一体化材料，其特征是：所述改性水性聚氨酯为阳离子型水性聚氨酯、阴离子型水性聚氨酯、非两性水性聚氨酯中的一种或两种及以上的组合物。
7.一种防腐保温一体化材料的制备方法，其特征是：所述防腐保温一体化材料为权利要求1至6任一项所述的防腐保温一体化材料，所述制备方法具体包括以下步骤，
S1-按所述重量份比例取各所述原料组分；
S2-将氟硅改性丙烯酸乳液、改性水性聚氨酯投入搅拌器中进行快速分散，边分散边加入防锈剂、表面活性剂、润湿剂，持续分散；
S3-加入填料、隔热材料、锈转化剂，继续分散，
S4-加入所述成膜助剂，搅拌；
S5-加入所述固化剂，继续快速分散；
S6-加入所述稀释水调节涂料粘度；
即得本防腐保温一体化材料。
8.根据权利要求7所述的防腐保温一体化材料的制备方法，其特征是：步骤S2所述分散时间为20min；步骤S3所述分散时间为30min；步骤S4所述搅拌时间为20min；步骤S5所述快速分散时间为20min。
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