CN115746759A - 一种耐高温抗震防腐蚀结构胶水及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐高温抗震防腐蚀结构胶水及其制备方法与应用。该结构胶水由以下重量份的原料组成：酚醛树脂25‑35份、聚氨酯树脂18‑20份、硬脂酰胺16‑18份、固化抗腐蚀剂21‑25份、阻燃剂11‑15份、流平剂9‑11份。该耐高温抗震防腐蚀涂料能够具有较长的保存时间，施工方便，牢固耐久，且粘接强度高，粘接材质范围广，具有耐水、高耐腐蚀性、高耐碱性，高硬度，耐高温优势本发明的耐高温抗震防腐蚀结构胶水制备工艺简单，是理想的防腐涂料，值得在工业上推广。其耐温可以达到100℃以上，不易熔化，较好的减轻了高温气流对受热面的磨损，降低高温腐蚀速率，延长基材使用寿命，有利于实际的使用。
Description
技术领域
本发明属于结构胶水领域，具体涉及一种耐高温抗震防腐蚀结构胶水及其制备方法与应用。
背景技术
在工业炉窑和热力等设备中，需要使用结构胶水对基材粘连后用于工业炉应用。结构胶水涂在两个物体之间，当胶水中的水分消失后，胶水中的高分子体就依靠相互间的拉力，将两个物体紧紧的结合在一起，才能发挥粘接作用，物体的粘接，就是靠胶水中的高分子体间的拉力来实现的。但是由于炉体及管道处于高温环境，且高温气体中含有硫化物、氯化物和硫酸盐等问题，其粘结力受温度的影响而降低，致使其脱落，使用性受到明显的限制，并且会对它们造成严重腐蚀。为了减少对设备间的磨损和腐蚀，通过在受热部分涂覆耐高温、耐腐蚀的结构胶水，在起到粘接作用的同时，作为设备保护层，减轻高温气流对设备的磨损，降低高温腐蚀速率，延长炉体及管道与热力设备的使用寿命。
目前市面上售卖的结构胶水，在高温、高压、腐蚀性的恶劣环境中，由于结构胶水与基体材料的粘结强度较低，胶水的耐磨性和耐腐蚀性较差，使得在使用过程中容易引起涂层龟裂脱落或者腐蚀破坏，从而影响了使用效果和使用寿命。另一方面，受热面管道材料和耐火材料的物理和化学特性，直接影响工业炉运行的安全、节能、生产能力和环保性能等方面的问题。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种耐高温抗震防腐蚀结构胶水，本发明的第二目的在于提供所述耐高温抗震防腐蚀结构胶水的制备方法，本发明的第三目的在于提供所述耐高温抗震防腐蚀结构胶水的应用。
本发明的第一目的是这样实现的，一种耐高温抗震防腐蚀结构胶水，由以下重量份的原料组成：
酚醛树脂25-35份、聚氨酯树脂18-20份、硬脂酰胺16-18份、固化抗腐蚀剂21-25份、阻燃剂11-15份、流平剂9-11份。
本发明的第二目的是这样实现的，所述耐高温抗震防腐蚀结构胶水的制备方法，按以下步骤实现：
S1、将酚醛树脂和聚氨酯树脂按照配方份数放置于反应釜中先进行搅拌处理，随后将硬脂酰胺按照配方份数称取后倒入反应釜内，进行加温搅拌处理，得到混合物A；
S2、等待反应釜内部温度达到一定温度时，往反应釜中按照配方份数加入阻燃剂和流平剂，并将其加入混合物A中；持续加温后，往反应釜中按照配方份数加入固化抗腐蚀剂，搅拌完成后得到混合物B；
S3、向得到的混合物B中添加去离子水，缓慢冷却后，即可得到目标耐高温抗震防腐蚀结构胶水。
所述的固化抗腐蚀剂由如下步骤制得：
a、将金属硅酸盐和去离子水加入反应釜中，通入氮气置换空气，对反应釜中的反应进行保护，在一定转速和温度的条件下，进行搅拌后，冷却至室温，制得中间体I；
b、将中间体I和盐酸加入反应釜中，在一定转速和温度的条件下，进行搅拌至完全混合后，进行反应，制得固化抗腐蚀剂，反应式如下：
Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3。
本发明的第三目的是这样实现的，所述耐高温抗震防腐蚀结构胶水的应用作为相同或不同基材之间的粘接剂的应用。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的耐高温抗震防腐蚀结构胶水，保存时间可达26个月。其较市面上现有产品，搅拌时间和固化时间大大缩短。固含量较已有胶水产品高，将硅酸盐和盐酸结合后，使二者能够快速自固化，形成坚硬的厚膜涂层，使形成的涂层具有优异的腐蚀保护性能，高抗震能力、耐磨性、耐水和耐热性，可以进行机械加工，施工方便且牢固耐久，进一步提高涂层性能。
2、本结构胶水粘接强度高，粘接材质范围广，可用于金属、塑料、陶瓷等同种或者不同种材料之间的粘接，可部分代替焊接、铆接等传统连接形式，因此其硬度较高，能够与基材紧密结合并且形成密致的保护层。另外，其耐温可以达到100℃以上，不易熔化，较好的减轻了高温气流对受热面的磨损，降低高温腐蚀速率，延长基材使用寿命，有利于实际的使用。具体参数见表1。
表1 本发明实施例1耐高温抗震防腐蚀结构胶水主要工艺参数
附图说明
图1为试验例1盐雾试验前的样品图；
图2为试验例1盐雾试验后的样品图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明技术特征、目的和有益效果进行更加清楚的理解 ，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
本发明提供了一种耐高温抗震防腐蚀结构胶水，其由以下重量份的原料组成：酚醛树脂25-35份、聚氨酯树脂18-20份、硬脂酰胺16-18份、固化抗腐蚀剂21-25份、阻燃剂11-15份、流平剂9-11份。
所述阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝或玻璃纤维。
所述流平剂为聚对苯二甲酸或聚二甲基硅氧烷。
所述耐高温抗震防腐蚀结构胶水的制备工艺如下：
S1、将酚醛树脂和聚氨酯树脂按照配方份数放置于反应釜中先进行搅拌处理，随后将硬脂酰胺按照配方份数称取后倒入反应釜内，进行加温搅拌处理，得到混合物A；
S2、等待反应釜内部温度达到一定温度时，往反应釜中按照配方份数加入阻燃剂和流平剂，并将其加入混合物A中；持续加温后，往反应釜中按照配方份数加入固化抗腐蚀剂，搅拌完成后得到混合物B；
S3、向得到的混合物B中添加去离子水，缓慢冷却后，即可得到目标耐高温抗震防腐蚀结构胶水。
所述的固化抗腐蚀剂由如下步骤制得：
a、将金属硅酸盐和去离子水加入反应釜中，通入氮气置换空气，对反应釜中的反应进行保护，在一定转速和温度的条件下，进行搅拌后，冷却至室温，制得中间体I；
b、将中间体I和盐酸加入反应釜中，在一定转速和温度的条件下，进行搅拌至完全混合后，进行反应，制得固化抗腐蚀剂，反应式如下：
Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3。
所述步骤S1中反应釜内部加热温度设置为70℃，搅拌速度为2500 r/min，搅拌时间为25分钟。
所述步骤S2中反应釜内部加热温度设置为80℃，而后继续加温至150℃，搅拌速度为5000 r/min，搅拌时间为45分钟。
所述步骤a中，金属硅酸盐中的氧化钠与金属氧化物的摩尔数之比为5.3:1-5.6:1，反应釜内部温度为125℃-130℃，搅拌转速为5000-6000 r/min，搅拌时间为20-30分钟。
所述步骤b中，反应釜内部温度为70℃-85℃，搅拌转速为1500-2000 r/min，反应时间为2-3小时。
本发明还提供了所述耐高温抗震防腐蚀结构胶水的应用，该应用为作为相同或不同基材之间的粘接剂的应用。
所述基材为金属、塑料或陶瓷
实施例1
一种耐高温抗震防腐蚀结构胶水，通过如下重量份数的原料制备而成：
酚醛树脂25份、聚氨酯树脂18份、硬脂酰胺16份、固化抗腐蚀剂25份、阻燃剂11份、流平剂9份。
该耐高温抗震防腐蚀结构胶水的制备方法，包括以下步骤：
S1、将酚醛树脂和聚氨酯树脂按照配方份数放置于反应釜中先进行搅拌处理，随后将硬脂酰胺按照配方份数称取后倒入反应釜内，加温至70℃，搅拌速度为2500 r/min，搅拌时间为25分钟，得到混合物A；
S2、等待反应釜内部温度达到80℃时，往反应釜中按照配方份数加入阻燃剂和流平剂，并将其加入混合物A中。持续加温至150℃，往反应釜中按照配方份数加入固化抗腐蚀剂，搅拌速度为5000 r/min，搅拌时间为45分钟，搅拌完成后得到混合物B；
S3、向得到的混合物B中添加去离子水，缓慢冷却，冷却温度为22-25℃，冷却时间为2小时，达到完全固化，即可得到耐高温抗震防腐蚀结构胶水。
所述的固化抗腐蚀剂由如下步骤制得：
步骤A：将金属硅酸盐和和去离子水加入反应釜中，通入氮气置换空气，对反应釜中的反应进行保护。在转速为5300 r/min和温度为125℃的条件下，进行搅拌25分钟后，冷却至室温，制得中间体1；
步骤B：将中间体1和盐酸加入反应釜中，在转速为1800 r/min和温度为75℃的条件下，进行搅拌至完全混合后，进行反应2小时，制得反应式如下：
Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3
实施例2
一种耐高温抗震防腐蚀结构胶水，通过如下重量份数的原料制备而成：
酚醛树脂25-35份、聚氨酯树脂18-20份、硬脂酰胺16-18份、固化抗腐蚀剂24份、阻燃剂11-15份、流平剂9-11份。
该耐高温抗震防腐蚀结构胶水的制备方法，包括以下步骤：
S1：将酚醛树脂和聚氨酯树脂按照配方份数放置于反应釜中先进行搅拌处理，随后将硬脂酰胺按照配方份数称取后倒入反应釜内，加温至70℃，搅拌速度为2500 r/min，搅拌时间为25分钟，得到混合物A；
S2：等待反应釜内部温度达到80℃时，往反应釜中按照配方份数加入阻燃剂和流平剂，并将其加入混合物A中。持续加温至150℃，往反应釜中按照配方份数加入固化抗腐蚀剂，搅拌速度为5000 r/min，搅拌时间为45分钟，搅拌完成后得到混合物B；
S3：向得到的混合物B中添加去离子水，缓慢冷却，冷却温度为22-25℃，冷却时间为2小时，达到完全固化，即可得到耐高温抗震防腐蚀结构胶水。
所述的固化抗腐蚀剂由如下步骤制得：
a、将金属硅酸盐和和去离子水加入反应釜中，通入氮气置换空气，对反应釜中的反应进行保护。在转速为5800 r/min和温度为125℃的条件下，进行搅拌30分钟后，冷却至室温，制得中间体1；
b、将中间体1和盐酸加入反应釜中，在转速为2000 r/min和温度为80℃的条件下，进行搅拌至完全混合后，进行反应3小时，制得固化抗腐蚀剂。反应式如下：
Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3
试验例1
将实施例1得到的耐高温抗震防腐蚀结构胶水进行盐雾试验，即防腐蚀测试。盐雾试验是一种在模拟盐雾环境条件下来验证材料耐腐蚀性能的环境试验。利用盐雾环境中氧气、二氧化碳和氯化物（氯化钠等海洋和内地盐碱地区在大气流动过程中带来的产物）腐蚀成分的作用，引起材料发生变质或破坏的情况。盐雾对金属材料表面的腐蚀机理是水汽在金属表面凝结聚集，其中的氯离子破坏并穿过金属表面的氧化层与内部金属发生电化学反应引起的。同时，含有一定的水合能的氯离子，容易吸附在金属表面的孔隙和裂缝处，取代氧化层中的氧，把本来不溶性的氧化物变成可溶性的氯化物，使金属的钝化态表面变成活泼表面，从而对金属造成腐蚀伤害。所使用的盐雾试验箱是一种具有一定容积空间的试验设备，在其容积空间造成盐雾环境来对材料的耐盐雾腐蚀性能质量进行考核。与自然环境相比，设备内盐雾环境的氯化物的浓度是一般天然环境氯化物的含量的几倍甚至几十倍，在该环境下金属的腐蚀速度大大提高，所以在对材料进行盐雾试验所需要的时间也相应减少，提高了试验效率。如果在天然暴露环境下对某材料样品进行试验，可能需要一年甚至更长的时间来达到期望的结果，而在盐雾环境条件下试验，只要几十小时甚至几小时即可得到相似的结果。取三个铁板分别标为1-3号。其中，1号为纯铁板，2号为实施例1制备的耐高温抗震防腐蚀结构胶水代替焊接涂粘连在钢材上，3号为对比例1制备的无固化抗腐蚀剂的市售产品代替焊接涂粘连在铁板上，如图1所示。将1-3号放入盐雾试验箱中，72小时后如图2所示。根据以下公式计算腐蚀速率v，试验结果如表2：
其中，V：单位面积腐蚀失重，g/m2·h；
W1：样品初始质量，g；
W2：腐蚀试验后试样清除腐蚀产物后的质量，g；
S：试样表面积，m2；
t：盐雾试验进行时间，h。
表2 盐雾试验结果
| 样品种类 | 原样 (g) | 失重 (g) | 面积 (m<sup>2</sup>) | 腐蚀速率 (g/m<sup>2</sup>·h) |
| 纯铁板（1号） | 57.607 | 0.524 | 0.0075 | 1.456 |
| 本研究胶（2号） | 85.839 | 0.066 | 0.0075 | 0.183 |
| 无固化抗腐蚀剂的市售产品（3号） | 73.312 | 0.162 | 0.0075 | 0.450 |
由表2可知，纯铁板耐腐蚀性最差，腐蚀速率为1.456 g/m2·h，实施例1制备的高温抗震防腐蚀结构胶耐蚀性最好，腐蚀速率为0.183 g/m2·h。
本次盐雾试验是联系72小时试验，腐蚀生成的Zn(OH)2或者ZnCl2·4Zn(OH)2会水解成为ZnO，高温抗震防腐蚀结构胶水中的存在会抑制其生成，同时使腐蚀产物的粘附性及致密性提高，从而在腐蚀表面形成一层粘附性强、坚固致密且绝缘性好的腐蚀产物保护膜。
试验例2
对实施例1得到的耐高温抗震防腐蚀结构胶水（1#）和HFVC防腐蚀结构胶（2#），在温度为300℃的马弗炉条件下进行性能比测试。将1#代替焊接涂粘连在钢材上，提高钢材硬度。两者的制备工艺参数见表3。
表3 本发明耐高温抗震防腐蚀结构胶水和HFVC防腐蚀结构胶的主要工艺参数
| 性能 | 1<sup>#</sup>参数 | 2<sup>#</sup>参数 |
| 挥发性 | 无 | 无 |
| 搅拌时间 (min) | 25-45 | 120 |
| 冷却时间 (h) | 4-6 | 24-72 |
| 工作温度 (℃) | -50-400 | -50-100 |
| 保存时间 (month) | ≥ 26 | 6 |
结果：与2#相比，1#性能未受到高温环境的影响，未出现裂缝或空隙，未熔化脱落，依旧可以使用，且磨损较小。
Claims (10)
1.一种耐高温抗震防腐蚀结构胶水，其特征在于，所述结构胶水由以下重量份的原料组成：酚醛树脂25-35份、聚氨酯树脂18-20份、硬脂酰胺16-18份、固化抗腐蚀剂21-25份、阻燃剂11-15份、流平剂9-11份。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温抗震防腐蚀结构胶水，其特征在于，所述阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝或玻璃纤维。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温抗震防腐蚀结构胶水，其特征在于，所述流平剂为聚对苯二甲酸或聚二甲基硅氧烷。
4.权利要求1所述耐高温抗震防腐蚀结构胶水的制备方法，其特征在于，按以下步骤实现：
S1、将酚醛树脂和聚氨酯树脂按照配方份数放置于反应釜中先进行搅拌处理，随后将硬脂酰胺按照配方份数称取后倒入反应釜内，进行加温搅拌处理，得到混合物A；
S2、等待反应釜内部温度达到一定温度时，往反应釜中按照配方份数加入阻燃剂和流平剂，并将其加入混合物A中；持续加温后，往反应釜中按照配方份数加入固化抗腐蚀剂，搅拌完成后得到混合物B；
S3、向得到的混合物B中添加去离子水，缓慢冷却后，即可得到目标耐高温抗震防腐蚀结构胶水；
所述的固化抗腐蚀剂由以下步骤制得：
a、将金属硅酸盐和去离子水加入反应釜中，通入氮气置换空气，对反应釜中的反应进行保护，在一定转速和温度的条件下，进行搅拌后，冷却至室温，制得中间体I；
b、将中间体I和盐酸加入反应釜中，在一定转速和温度的条件下，进行搅拌至完全混合后，进行反应，制得固化抗腐蚀剂，反应式如下：
Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3。
5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述步骤S1中反应釜内部加热温度设置为70℃，搅拌速度为2500 r/min，搅拌时间为25分钟。
6.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述步骤S2中反应釜内部加热温度设置为80℃，而后继续加温至150℃，搅拌速度为5000 r/min，搅拌时间为45分钟。
7.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述步骤a中，金属硅酸盐中的氧化钠与金属氧化物的摩尔数之比为5.3:1-5.6:1，反应釜内部温度为125℃-130℃，搅拌转速为5000-6000 r/min，搅拌时间为20-30分钟。
8.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述步骤b中，反应釜内部温度为70℃-85℃，搅拌转速为1500-2000 r/min，反应时间为2-3小时。
9.权利要求1所述耐高温抗震防腐蚀结构胶水作为相同或不同基材之间粘接剂的应用。
10.根据权利要求9所述应用，所述基材为金属、塑料或陶瓷。
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| DE2642450A1 (de) * | 1975-09-24 | 1977-04-07 | Ici Ltd | Harnstoff-formaldehyd-harze und verfahren zu deren herstellung |
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2022
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