CN115627109B - 一种耐高温防结露腐蚀涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种耐高温防结露腐蚀涂料及其制备方法，由底漆和面漆两部分组成，底漆由环氧树脂、Ti3C2Tx（MXene）负载纳米金属粉、稀释剂、固化剂、纳米碳酸钙及助剂组成；面漆由环氧树脂、有机硅憎水剂、纳米碳酸钙、固化剂及助剂组成；提高了金属粉在涂料中分散的均匀性，降低了金属粉的用量；通过Ti3C2Tx（MXene）末端官能团与环氧树脂官能团发生交联反应，提高Ti3C2Tx（MXene）和环氧树脂的结合强度，改善了涂料的导热性以及金属粉末的悬浮稳定性；耐高温防结露腐蚀涂料具有耐高温、导热性好、抗结露腐蚀等特点，适用于高温腐蚀性烟气处理设备内部防腐（210℃以上），也适用于其他特种钢结构设备防腐。
Description
技术领域
本发明属于耐高温防腐蚀涂料技术领域，具体涉及一种耐高温防结露腐蚀涂料及其制备方法。
背景技术
近年来，垃圾处理引起全球高度重视。垃圾焚烧发电具有“无害化、资源化、减量化”的特点，得到快速发展。由于生活垃圾富含Cl、S、Na、K、Mg、Ca、Fe等元素，燃烧后的烟气中含有大量酸性气体，极易引起垃圾焚烧电厂尾部烟气处理设备高温腐蚀和氯腐蚀，造成漏风、停机和排放不达标等问题，严重影响垃圾焚烧电厂正常运行。因此，有必要对烟道内的腐蚀针对性地进行特殊涂料防护，提高设备运行效率和使用年限。
目前在这些设备上使用的传统环氧树脂防腐涂料一般有两种，一种是阻隔型，通过采用增加涂料厚度、添加空心微珠等方式提高涂层的致密性与导热性，以阻止热量及腐蚀物向内渗透，防止涂料内部因高温造成涂层剥落，这种方式只适合对涂层厚度不敏感的位置，而且施工复杂，同时涂层越厚、在热胀冷缩中容易开裂，因此防腐及使用寿命并不理想；二者是热量疏导型，采用在涂料中加入金属粉，及时将涂层内部热量导出，避免热量在涂层内部堆积造成局部温度过高而造成树脂失效，这种方式适用面更广、防腐效果更好、寿命更长。
但是第二种方式也存在很多问题，其中最大的问题是金属粉在涂料中难以分散均匀，而且在长时间存储中金属粉容易沉淀在涂料底层，在开罐使用时需要重新搅拌，步骤复杂且极易造成金属粉团聚和分布不均，在涂层中表现为整体防腐性能下降，导致涂料实际使用效果大打折扣。
发明内容
解决的技术问题：
本申请针对现有技术的不足，解决了目前阻隔型涂料只适合对涂层厚度不敏感的位置，而且施工复杂，同时涂层越厚、在热胀冷缩中容易开裂，因此防腐及使用寿命并不理想；热量疏导型涂料金属粉在涂料中难以分散均匀，而且在长时间存储中金属粉容易沉淀在涂料底层，在开罐使用时需要重新搅拌，步骤复杂且极易造成金属粉团聚和分布不均，在涂层中表现为整体防腐性能下降，导致涂料实际使用效果大打折扣等技术问题，提供了一种耐高温防结露腐蚀涂料及其制备方法，通过新型二维片状材料Ti3C2Tx(MXene)负载纳米金属粉解决了金属粉在涂料中易团聚和沉淀的问题，利用Ti3C2Tx(MXene)的片层阻隔效应大幅提高了涂料的耐高温、抗腐蚀、导热和耐老化性能，特别适用于高温烟气处理设备(210℃以上)中防止结露腐蚀、涂层爆裂等问题发生。
技术方案：
为实现上述目的，本申请通过以下技术方案予以实现：
一种耐高温防结露腐蚀涂料，由底漆和面漆两部分组分，其中底漆分为A、B双组分，具体成分按质量份数配比如下：
底漆A组分：
底漆B组分：
面漆分为A、B双组分，具体成分如下：
面漆A组分：
面漆B组分：
进一步地，所述固化剂为异佛尔酮二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺中的一种或多种。
进一步地，所述短纤维为玻璃纤维或陶瓷纤维，长度5-20mm。
进一步地，所述稀释剂为亚烷基缩水甘油醚或乙二醇二缩水甘油醚。
进一步地，所述纳米金属粉为铝粉或锌粉。
进一步地，所述有机硅憎水剂为甲基硅酸钠或甲基硅油。
本申请还公开了耐高温防结露腐蚀涂料的制备方法，包括以下过程：
第一步，底漆制备过程：
步骤1、将2-6份LiF加入到20-25份的HCl(9mol/L)中，在分散机中分散10min，转速500r/min,然后缓慢加入2-6份Ti3AlC2，降低转速至60r/min，并加热至30-40℃，搅拌反应24-48h，得到Ti3C2Tx(MXene)分散液；
步骤2、将Ti3C2Tx(MXene)分散液加入到离心机中，离心速度5000r/min，离心30min，得到Ti3C2Tx(MXene)沉淀；
步骤3、将0.5-1份硅烷偶联剂加入到10-15份乙醇、2-5份水混合液中，加热到30-40℃，在分散机分散1-2h，转速500r/min，然后缓慢加入2-6份金属粉末，提高转速至1500r/min，继续分散2-4h，最后加入Ti3C2Tx(MXene)沉淀，分散0.5h,然后将混合液放入到真空冷冻干燥箱中干燥24-48h，获得Ti3C2Tx(MXene)负载纳米金属粉；
步骤4、将稀释剂加入到分散机中，调节转速至800r/min，然后缓慢加入短纤维，搅拌2-4h至纤维充分分散，然后依次加入环氧树脂、纳米碳酸钙、Ti3C2Tx(MXene)负载纳米金属粉，调节转速至1500r/min分散0.5-2h得到底漆A组分；
步骤5、将固化剂加入到分散机中，调节转速至800r/min，依次加入纳米碳酸钙、分散剂、消泡剂，调节转速至1500r/min分散0.5-2h得到底漆B组分；
第二步，面漆制备过程：
步骤a、将稀释剂加入到分散机中，调节转速至800r/min，然后缓慢加入短纤维，搅拌2-4h至纤维充分分散，然后依次加入环氧树脂、有机硅憎水剂，调节转速至1500r/min分散0.5-2h得到面漆A组分；
步骤b、将固化剂加入到分散机中，调节转速至800r/min，依次加入纳米碳酸钙、分散剂、消泡剂，调节转速至1500r/min分散0.5-2h得到面漆B组分。
进一步地，所述步骤3中硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH-550或乙烯基三甲氧基硅烷A171。
有益效果：
本申请提供了一种耐高温防结露腐蚀涂料及其制备方法，与现有技术相比，具备以下有益效果：
1.基于二维片状材料Ti3C2Tx(MXene)导热性强、比表面积大、悬浮性好等特点负载纳米金属，解决传统金属粉末因在涂料中自重大、易沉淀、易团聚的问题，提高了金属在涂料中分散的均匀性，降低了金属粉末的用量；并且Ti3C2Tx(MXene)末端官能团丰富，可与环氧树脂官能团发生交联反应，大幅提高了涂料中Ti3C2Tx(MXene)和环氧树脂的结合强度，提高了涂料的导热性以及金属粉末的悬浮稳定性，有效避免了涂料在高温烟气处理设备中出现热变质、涂层爆裂以及高低温变下的结露腐蚀等问题。
2.本发明通过底、面两层屏蔽作用提高涂料的防腐效果，并且底漆、面漆基础树脂相同，有效避免了因底、面树脂种类不同而易产生涂层分离的问题。
3.面漆中添加有机硅憎水剂提高了疏水性能，涂料在服役过程中，酸性液滴很难在涂层表面形成聚集，有效阻止了腐蚀的发生。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细说明。在下面的描述中阐述具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
实施例1：
一种耐高温防结露腐蚀涂料的制备方法，包括以下过程：
第一步，底漆制备过程：
步骤1、将3份LiF加入到20份的HCl(9mol/L)中，在分散机中分散10min，转速500r/min,然后缓慢加入2份Ti3AlC2，降低转速至60r/min，并加热至30℃，搅拌反应24h，得到Ti3C2Tx(MXene)分散液；
步骤2、将Ti3C2Tx(MXene)分散液加入到离心机中，离心速度5000r/min，离心30min，得到Ti3C2Tx(MXene)沉淀；
步骤3、将0.5份硅烷偶联剂KH-550加入到10份乙醇、2份水混合液中，加热到30℃，在分散机分散1h，转速500r/min，然后缓慢加入2份铝粉，提高转速至1500r/min，继续分散2h，最后加入Ti3C2Tx(MXene)沉淀，分散0.5h,然后将混合液放入到真空冷冻干燥箱中干燥24h，获得Ti3C2Tx(MXene)负载纳米金属粉；
步骤4、将15份亚烷基缩水甘油醚稀释剂加入到分散机中，调节转速至800r/min，然后缓慢加入2份玻璃纤维搅拌2h至纤维充分分散，然后依次加入25份双酚F型环氧树脂、25份纳米碳酸钙、2份Ti3C2Tx(MXene)负载纳米金属粉，调节转速至1500r/min分散0.5h得到底漆A组分；
步骤5、将10份异佛尔酮二胺固化剂加入到分散机中，调节转速至800r/min，依次加入5份纳米碳酸钙、0.5份分散剂、1份消泡剂，调节转速至1500r/min分散0.5h得到底漆B组分；
第二步，面漆制备过程：
步骤a、将25份亚烷基缩水甘油醚稀释剂加入到分散机中，调节转速至800r/min，然后缓慢加入1份玻璃纤维，搅拌2h至纤维充分分散，然后依次加入37份双酚F型环氧树脂、2份甲基硅油，调节转速至1500r/min分散0.5h得到面漆A组分；
步骤b、将15份异佛尔酮二胺固化剂加入到分散机中，调节转速至800r/min，依次加入30份纳米碳酸钙、0.5份分散剂、0.5份消泡剂，调节转速至1500r/min分散0.5h得到面漆B组分。
实施例2：
一种耐高温防结露腐蚀涂料的制备方法，包括以下过程：
第一步，底漆制备过程：
步骤1、将4份LiF加入到22份的HCl(9mol/L)中，在分散机中分散10min，转速500r/min,然后缓慢加入3份Ti3AlC2，降低转速至60r/min，并加热至35℃，搅拌反应36h，得到Ti3C2Tx(MXene)分散液；
步骤2、将Ti3C2Tx(MXene)分散液加入到离心机中，离心速度5000r/min，离心30min，得到Ti3C2Tx(MXene)沉淀；
步骤3、将0.5份乙烯基三甲氧基硅烷A171加入到12份乙醇、3份水混合液中，加热到35℃，在分散机分散1h，转速500r/min，然后缓慢加入3份锌粉，提高转速至1500r/min，继续分散2h，最后加入Ti3C2Tx(MXene)沉淀，分散0.5h,然后将混合液放入到真空冷冻干燥箱中干燥48h，获得Ti3C2Tx(MXene)负载纳米金属粉；
步骤4、将18份乙二醇二缩水甘油醚稀释剂加入到分散机中，调节转速至800r/min，然后缓慢加入3份陶瓷纤维搅拌3h至纤维充分分散，然后依次加入30份双酚F型环氧树脂、12份纳米碳酸钙、3份Ti3C2Tx(MXene)负载纳米金属粉，调节转速至1500r/min分散1h得到底漆A组分；
步骤5、将12份二乙烯三胺固化剂加入到分散机中，调节转速至800r/min，依次加入7份纳米碳酸钙、1份分散剂、2份消泡剂，调节转速至1500r/min分散1h得到底漆B组分；
第二步，面漆制备过程：
步骤a、将19份亚烷基缩水甘油醚稀释剂加入到分散机中，调节转速至800r/min，然后缓慢加入2份陶瓷纤维，搅拌2h至纤维充分分散，然后依次加入33份双酚F型环氧树脂、3份甲基硅酸钠，调节转速至1500r/min分散1h得到面漆A组分；
步骤b、将15份二乙烯三胺固化剂加入到分散机中，调节转速至800r/min，依次加入25份纳米碳酸钙、1份分散剂、2份消泡剂，调节转速至1500r/min分散2h得到面漆B组分。
实施例3：
一种耐高温防结露腐蚀涂料的制备方法，包括以下过程：
第一步，底漆制备过程：
步骤1、将6份LiF加入到25份的HCl(9mol/L)中，在分散机中分散10min，转速500r/min,然后缓慢加入5份Ti3AlC2，降低转速至60r/min，并加热至40℃，搅拌反应48h，得到Ti3C2Tx(MXene)分散液；
步骤2、将Ti3C2Tx(MXene)分散液加入到离心机中，离心速度5000r/min，离心30min，得到Ti3C2Tx(MXene)沉淀；
步骤3、将1份KH-550加入到15份乙醇、5份水混合液中，加热到40℃，在分散机分散2h，转速500r/min，然后缓慢加入6份铝粉，提高转速至1500r/min，继续分散4h，最后加入Ti3C2Tx(MXene)沉淀，分散0.5h,然后将混合液放入到真空冷冻干燥箱中干燥48h，获得Ti3C2Tx(MXene)负载纳米金属粉；
步骤4、将20份亚烷基缩水甘油醚稀释剂加入到分散机中，调节转速至800r/min，然后缓慢加入2份玻璃纤维搅拌4h至纤维充分分散，然后依次加入30份双酚F型环氧树脂、13份纳米碳酸钙、4份Ti3C2Tx(MXene)负载纳米金属粉，调节转速至1500r/min分散2h得到底漆A组分；
步骤5、将12份三乙烯四胺固化剂加入到分散机中，调节转速至800r/min，依次加入8份纳米碳酸钙、1.5份分散剂、3份消泡剂，调节转速至1500r/min分散2h得到底漆B组分；
第二步，面漆制备过程：
步骤a、将15份乙二醇二缩水甘油醚稀释剂加入到分散机中，调节转速至800r/min，然后缓慢加入3份玻璃纤维，搅拌4h至纤维充分分散，然后依次加入30份双酚F型环氧树脂、5份甲基硅酸钠，调节转速至1500r/min分散2h得到面漆A组分；
步骤b、将20份三乙烯四胺固化剂加入到分散机中，调节转速至800r/min，依次加入25份纳米碳酸钙、0.8份分散剂、2份消泡剂，调节转速至1500r/min分散2h得到面漆B组分。
实施例4：
一种耐高温防结露腐蚀涂料的制备方法，包括以下过程：
第一步，底漆制备过程：
步骤1、将4份LiF加入到22份的HCl(9mol/L)中，在分散机中分散10min，转速500r/min,然后缓慢加入3份Ti3AlC2，降低转速至60r/min，并加热至35℃，搅拌反应36h，得到Ti3C2Tx(MXene)分散液；
步骤2、将Ti3C2Tx(MXene)分散液加入到离心机中，离心速度5000r/min，离心30min，得到Ti3C2Tx(MXene)沉淀；
步骤3、将0.5份A171加入到12份乙醇、3份水混合液中，加热到35℃，在分散机分散1h，转速500r/min，然后缓慢加入3份锌粉，提高转速至1500r/min，继续分散2h，最后加入Ti3C2Tx(MXene)沉淀，分散0.5h,然后将混合液放入到真空冷冻干燥箱中干燥48h，获得Ti3C2Tx(MXene)负载纳米金属粉；
步骤4、将18份乙二醇二缩水甘油醚稀释剂加入到分散机中，调节转速至800r/min，然后缓慢加入3份陶瓷纤维短纤维搅拌3h至纤维充分分散，然后依次加入30份双酚F型环氧树脂、12份纳米碳酸钙、3份Ti3C2Tx(MXene)负载纳米金属粉，调节转速至1500r/min分散1h得到底漆A组分；
步骤5、将6份异佛尔酮二胺、6份三乙烯四胺加入到分散机中，调节转速至800r/min，依次加入7份纳米碳酸钙、1份分散剂、2份消泡剂，调节转速至1500r/min分散1h得到底漆B组分；
第二步，面漆制备过程：
步骤a、将19份亚烷基缩水甘油醚加入到分散机中，调节转速至800r/min，然后缓慢加入2份陶瓷纤维，搅拌2h至纤维充分分散，然后依次加入33份双酚F型环氧树脂、3份甲基硅酸钠，调节转速至1500r/min分散1h得到面漆A组分；
步骤b、将3份异佛尔酮二胺、5份二乙烯三胺、7份三乙烯四胺加入到分散机中，调节转速至800r/min，依次加入25份纳米碳酸钙、1份分散剂、2份消泡剂，调节转速至1500r/min分散2h得到面漆B组分。
实施例5：
一种耐高温防结露腐蚀涂料的制备方法，包括以下过程：
第一步，底漆制备过程：
步骤1、将3份LiF加入到20份的HCl(9mol/L)中，在分散机中分散10min，转速500r/min,然后缓慢加入2份Ti3AlC2，降低转速至60r/min，并加热至30℃，搅拌反应24h，得到Ti3C2Tx(MXene)分散液；
步骤2、将Ti3C2Tx(MXene)分散液加入到离心机中，离心速度5000r/min，离心30min，得到Ti3C2Tx(MXene)沉淀；
步骤3、将0.5份KH-550加入到10份乙醇、2份水混合液中，加热到30℃，在分散机分散1h，转速500r/min，然后缓慢加入2份锌粉，提高转速至1500r/min，继续分散2h，最后加入Ti3C2Tx(MXene)沉淀，分散0.5h,然后将混合液放入到真空冷冻干燥箱中干燥24h，获得Ti3C2Tx(MXene)负载纳米金属粉；
步骤4、将15份亚烷基缩水甘油醚稀释剂加入到分散机中，调节转速至800r/min，然后缓慢加入2份玻璃纤维搅拌2h至纤维充分分散，然后依次加入25份双酚F型环氧树脂、25份纳米碳酸钙、2份Ti3C2Tx(MXene)负载纳米金属粉，调节转速至1500r/min分散0.5h得到底漆A组分；
步骤5、将5份异佛尔酮二胺、5份二乙烯三胺加入到分散机中，调节转速至800r/min，依次加入5份纳米碳酸钙、0.5份分散剂、1份消泡剂，调节转速至1500r/min分散0.5h得到底漆B组分；
第二步，面漆制备过程：
步骤a、将25份亚烷基缩水甘油醚加入到分散机中，调节转速至800r/min，然后缓慢加入
1份玻璃纤维，搅拌2h至纤维充分分散，然后依次加入37份双酚F型环氧树脂、2份甲基硅酸钠，调节转速至1500r/min分散0.5h得到面漆A组分；
步骤b、将7份异佛尔酮二胺、8份二乙烯三胺加入到分散机中，调节转速至800r/min，依次加入30份纳米碳酸钙、0.5份分散剂、0.5份消泡剂，调节转速至1500r/min分散0.5h得到面漆B组分。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种耐高温防结露腐蚀涂料，其特征在于，由底漆和面漆两部分组分，其中底漆分为A、B双组分，具体成分按质量份数配比如下：
底漆A组分：
双酚F型环氧树脂 25-40份；
纳米碳酸钙 20-35份；
短纤维 1-5份；
Ti3C2Tx（MXene）负载纳米金属粉 2-5份；
稀释剂 15-20份；
底漆B组分：
固化剂 10-15份；
纳米碳酸钙 5-10份；
分散剂 0.5-2份；
消泡剂 1-3份；
面漆分为A、B双组分，具体成分如下：
面漆A组分：
双酚F型环氧树脂 30-50份；
有机硅憎水剂 2-5份；
短纤维 1-3份；
稀释剂 15-30份；
面漆B组分：
固化剂 10-20份；
纳米碳酸钙 20-30份；
分散剂 0.5-1份；
消泡剂 0.5-2份；
所述耐高温防结露腐蚀涂料的制备方法，包括以下过程：
第一步，底漆制备过程：
步骤1、将2-6份LiF加入到20-25份9mol/L的HCl中，在分散机中分散10min，转速500r/min,然后缓慢加入2-6份Ti3AlC2，降低转速至60r/min，并加热至30-40℃，搅拌反应24-48h，得到Ti3C2Tx（MXene）分散液；
步骤2、将Ti3C2Tx（MXene）分散液加入到离心机中，离心速度5000r/min，离心30min，得到Ti3C2Tx（MXene）沉淀；
步骤3、将0.5-1份硅烷偶联剂加入到10-15份乙醇、2-5份水混合液中，加热到30-40℃，在分散机分散1-2h，转速500r/min，然后缓慢加入2-6份金属粉末，提高转速至1500r/min，继续分散2-4h，最后加入Ti3C2Tx（MXene）沉淀，分散0.5h,然后将混合液放入到真空冷冻干燥箱中干燥24-48h，获得Ti3C2Tx（MXene）负载纳米金属粉；
步骤4、将稀释剂加入到分散机中，调节转速至800r/min，然后缓慢加入短纤维，搅拌2-4h至纤维充分分散，然后依次加入环氧树脂、纳米碳酸钙、Ti3C2Tx（MXene）负载纳米金属粉，调节转速至1500r/min分散0.5-2h得到底漆A组分；
步骤5、将固化剂加入到分散机中，调节转速至800r/min，依次加入纳米碳酸钙、分散剂、消泡剂，调节转速至1500r/min分散0.5-2h得到底漆B组分；
第二步，面漆制备过程：
步骤a、将稀释剂加入到分散机中，调节转速至800r/min，然后缓慢加入短纤维，搅拌2-4h至纤维充分分散，然后依次加入环氧树脂、有机硅憎水剂，调节转速至1500r/min分散0.5-2h得到面漆A组分；
步骤b、将固化剂加入到分散机中，调节转速至800r/min，依次加入纳米碳酸钙、分散剂、消泡剂，调节转速至1500r/min分散0.5-2h得到面漆B组分。
2.根据权利要求1所述的耐高温防结露腐蚀涂料，其特征在于：所述固化剂为异佛尔酮二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的耐高温防结露腐蚀涂料，其特征在于：所述短纤维为玻璃纤维或陶瓷纤维，长度5-20mm。
4.根据权利要求1所述耐高温防结露腐蚀涂料，其特征在于，所述稀释剂为亚烷基缩水甘油醚或乙二醇二缩水甘油醚。
5.根据权利要求1所述的耐高温防结露腐蚀涂料，其特征在于：所述纳米金属粉为铝粉或锌粉。
6.根据权利要求1所述的耐高温防结露腐蚀涂料，其特征在于：所述有机硅憎水剂为甲基硅酸钠或甲基硅油。
7.根据权利要求1所述的耐高温防结露腐蚀涂料，其特征在于：所述步骤3中硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH-550或乙烯基三甲氧基硅烷A171。
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