CN116102974A - 一种可自净化不结焦的锅炉水冷壁用涂料及其制备方法 - Google Patents

一种可自净化不结焦的锅炉水冷壁用涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明开发了一种可自净化不结焦的锅炉水冷壁用涂料及其制备方法，通过将黑色颜料与重质填料偶联，光触媒与空心玻璃微粉偶联，在固化时使黑色颜料聚集在涂层底部，而光触媒则聚集在涂层表面，使涂层能充分吸收辐射热，同时表面的光触媒能有效分解燃煤燃烧后的残余有机质，有效防止结焦。

Description

一种可自净化不结焦的锅炉水冷壁用涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及锅炉水冷壁用涂料制备方法，尤其涉及一种可自净化不结焦的锅炉水冷壁用涂料及其制备方法。
背景技术
锅炉是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能，锅炉输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。
水冷壁是锅炉的主要受热部分，它由数排钢管组成，分布于锅炉炉膛的四周。它的内部为流动的水或蒸汽，外界接受锅炉炉膛的火焰的热量。主要吸收炉膛中高温燃烧产物的辐射热量，工质在其中作上升运动，受热蒸发。水冷壁的设置可以降低炉墙的受热强度，有效保护炉膛，同时能够很好的吸收辐射热。
水冷壁上涂层影响着水冷壁对辐射热的吸收效率，而燃煤燃烧后的残余有机质极易在水冷壁涂层上结焦，会降低对辐射热的吸收。
为此，有必要开发一种可自净化不结焦的锅炉水冷壁用涂料，使其制得的涂层具有自净化、不结焦的性能，使水冷壁工作稳定。
发明内容
本发明开发了一种可自净化不结焦的锅炉水冷壁用涂料及其制备方法，通过将黑色颜料与重质填料偶联，光触媒与空心玻璃微粉偶联，在固化时使黑色颜料聚集在涂层底部，而光触媒则聚集在涂层表面，使涂层能充分吸收辐射热，同时表面的光触媒能有效分解燃煤燃烧后的残余有机质，有效防止结焦。
一种可自净化不结焦的锅炉水冷壁用涂料，所述涂料配比如下：
环氧有机硅树脂50-60份，氨基聚硅氧烷固化剂25-35份，改性黑色颜料15-20份，改性光触媒8-10份，消泡剂0.1-0.2份，流平剂0.1-0.2份，溶剂5-10份；以上所述均为质量份。
所述涂料的制备方法如下：
(1)依次将溶剂、消泡剂、流平剂加入到环氧有机硅树脂中，分散均匀后，加入改性黑色颜料和改性光触媒，搅拌均匀，制得组分A；
(2)以氨基聚硅氧烷固化剂为组分B，将使用前将组分B加入至组分A中，充分分散后，制得所述涂料；
(3)将所述涂料涂布在锅炉水冷壁上，涂布厚度控制在80μm-150μm，涂布后首先在常温反应0.5h-1h，然后加热至80℃-90℃，反应0.3h-0.5h，即制得可自净化不结焦的涂层。
进一步的，所述环氧有机硅树脂为湖北隆胜四海W 1000-A，所述氨基聚硅氧烷固化剂为湖北隆胜四海W 1000-B。
进一步的，所述消泡剂为BYK-A530，所述流平剂为BYK-361N。
进一步的，所述溶剂为乙酸乙酯或丙酸甲酯。
所述改性黑色颜料的制备方法为：
取500-800目的氧化铜粉料，加入质量8-10倍的水中，然后加入氧化铜粉料质量2-3倍的黑色颜料，分散后加入氧化铜粉料质量3％-5％的钛酸酯偶联剂311W，搅拌均匀，以稀酸调节pH至4.0-4.5，持续反应3h-5h后，滤出并干燥，制得改性黑色颜料。
进一步的，所述黑色颜料为粒径20nm的色素炭黑或粒径200nm的锰铁黑。
所述改性光触媒的制备方法为：
(1)将硫酸钡按摩尔比1:1溶于浓硫酸，制得硫酸氢钡；
(2)取一定质量的二氧化钛，将其分散于质量2-3倍的丁酸戊酯中，搅拌均匀制得浆液C；
(3)取浆液C质量5％-8％的硫酸氢钡，然后升温至70℃-80℃，缓慢滴加至浆液C中，滴加完成后，反应0.5h-0.6h后，过滤出改性二氧化钛；
(4)将改性二氧化钛加入质量2-3倍的水中，分散后加入改性二氧化钛质量20％-30％的空心玻璃微粉，充分分散后滴加空心玻璃微粉质量1％-2％的硅烷偶联剂KH-550，反应1h-2h后，滤出并干燥，制得改性光触媒。
进一步的，所述二氧化钛的粒径为1-5nm。
进一步的，所述空心玻璃微粉的粒径为40-50μm。
本发明的优点：
1、本发明通过将黑色颜料与重质填料偶联，光触媒与空心玻璃微粉偶联，在固化时使黑色颜料聚集在涂层底部，而光触媒则聚集在涂层表面，使涂层能充分吸收辐射热，同时表面的光触媒能有效分解燃煤燃烧后的残余有机质，有效防止结焦；
2、涂布时，首先在常温反应，使改性黑色颜料下沉、改性光触媒上浮，然后在升温除去溶剂并固化完全，有效使改性黑色颜料与改性光触媒分离；
3、改性黑色颜料以大颗粒重质氧化铜为基材，偶联负载黑色颜料，使其易于下沉，在确保涂层吸收辐射热的同时，也降低了黑色颜料对改性光触媒的干扰；
4、改性光触媒以空心玻璃微粉为基材，偶联负载改性光触媒，在涂布后上浮至涂层表面，有效提高了二氧化钛与燃煤燃烧后的残余有机质的接触面积，提高了光催化处理效率，有效防止结焦；
5、将硫酸钡制成硫酸氢钡，然后在加热条件下与二氧化钛复合，能进一步提升光催化处理效率。
具体实施方式
实施例1
一种可自净化不结焦的锅炉水冷壁用涂料，所述涂料配比如下：
环氧有机硅树脂W 1000-A 50份，氨基聚硅氧烷固化剂W 1000-B 25份，改性黑色颜料15份，改性光触媒8份，消泡剂BYK-A530 0.1份，流平剂BYK-361N 0.1份，乙酸乙酯或丙酸甲酯5份；以上所述均为质量份。
所述涂料的制备方法如下：
(1)依次将溶剂、消泡剂、流平剂加入到环氧有机硅树脂中，分散均匀后，加入改性黑色颜料和改性光触媒，搅拌均匀，制得组分A；
(2)以氨基聚硅氧烷固化剂为组分B，将使用前将组分B加入至组分A中，充分分散后，制得所述涂料；
(3)将所述涂料涂布在锅炉水冷壁上，涂布厚度控制在120μm，涂布后首先在常温反应1h，然后加热至80℃，反应0.5h，即制得可自净化不结焦的涂层。
所述改性黑色颜料的制备方法为：
取500目的氧化铜粉料，加入质量8倍的水中，然后加入氧化铜粉料质量2倍的粒径200nm的锰铁黑，分散后加入氧化铜粉料质量3％的钛酸酯偶联剂311W，搅拌均匀，以稀酸调节pH至4.1，持续反应3h后，滤出并干燥，制得改性黑色颜料。
所述改性光触媒的制备方法为：
(1)将硫酸钡按摩尔比1:1溶于浓硫酸，制得硫酸氢钡；
(2)取一定质量粒径5nm的二氧化钛，将其分散于质量2倍的丁酸戊酯中，搅拌均匀制得浆液C；
(3)取浆液C质量8％的硫酸氢钡，然后升温至70℃，缓慢滴加至浆液C中，滴加完成后，反应0.6h后，过滤出改性二氧化钛；
(4)将改性二氧化钛加入质量2倍的水中，分散后加入改性二氧化钛质量20％的粒径50μm的空心玻璃微粉，充分分散后滴加空心玻璃微粉质量1％的硅烷偶联剂KH-550，反应1h后，滤出并干燥，制得改性光触媒。
实施例2
一种可自净化不结焦的锅炉水冷壁用涂料，所述涂料配比如下：
环氧有机硅树脂W 1000-A 56份，氨基聚硅氧烷固化剂W 1000-B 28份，改性黑色颜料18份，改性光触媒9份，消泡剂BYK-A530 0.15份，流平剂BYK-361N 0.12份，乙酸乙酯或丙酸甲酯8份；以上所述均为质量份。
所述涂料的制备方法如下：
(1)依次将溶剂、消泡剂、流平剂加入到环氧有机硅树脂中，分散均匀后，加入改性黑色颜料和改性光触媒，搅拌均匀，制得组分A；
(2)以氨基聚硅氧烷固化剂为组分B，将使用前将组分B加入至组分A中，充分分散后，制得所述涂料；
(3)将所述涂料涂布在锅炉水冷壁上，涂布厚度控制在120μm，涂布后首先在常温反应0.8h，然后加热至82℃，反应0.4h，即制得可自净化不结焦的涂层。
所述改性黑色颜料的制备方法为：
取600目的氧化铜粉料，加入质量9倍的水中，然后加入氧化铜粉料质量3倍的粒径20nm的色素炭黑，分散后加入氧化铜粉料质量4％的钛酸酯偶联剂311W，搅拌均匀，以稀酸调节pH至4.0，持续反应4h后，滤出并干燥，制得改性黑色颜料。
所述改性光触媒的制备方法为：
(1)将硫酸钡按摩尔比1:1溶于浓硫酸，制得硫酸氢钡；
(2)取一定质量粒径5nm的二氧化钛，将其分散于质量2.5倍的丁酸戊酯中，搅拌均匀制得浆液C；
(3)取浆液C质量6％的硫酸氢钡，然后升温至80℃，缓慢滴加至浆液C中，滴加完成后，反应0.5h后，过滤出改性二氧化钛；
(4)将改性二氧化钛加入质量2.8倍的水中，分散后加入改性二氧化钛质量25％的粒径40μm的空心玻璃微粉，充分分散后滴加空心玻璃微粉质量2％的硅烷偶联剂KH-550，反应2h后，滤出并干燥，制得改性光触媒。
实施例3
一种可自净化不结焦的锅炉水冷壁用涂料，所述涂料配比如下：
环氧有机硅树脂W 1000-A 60份，氨基聚硅氧烷固化剂W 1000-B 35份，改性黑色颜料20份，改性光触媒10份，消泡剂BYK-A530 0.2份，流平剂BYK-361N 0.2份，乙酸乙酯或丙酸甲酯10份；以上所述均为质量份。
所述涂料的制备方法如下：
(1)依次将溶剂、消泡剂、流平剂加入到环氧有机硅树脂中，分散均匀后，加入改性黑色颜料和改性光触媒，搅拌均匀，制得组分A；
(2)以氨基聚硅氧烷固化剂为组分B，将使用前将组分B加入至组分A中，充分分散后，制得所述涂料；
(3)将所述涂料涂布在锅炉水冷壁上，涂布厚度控制在120μm，涂布后首先在常温反应0.5h，然后加热至90℃，反应0.3h，即制得可自净化不结焦的涂层。
所述改性黑色颜料的制备方法为：
取800目的氧化铜粉料，加入质量10倍的水中，然后加入氧化铜粉料质量3倍的粒径20nm的色素炭黑，分散后加入氧化铜粉料质量5％的钛酸酯偶联剂311W，搅拌均匀，以稀酸调节pH至4.0，持续反应5h后，滤出并干燥，制得改性黑色颜料。
所述改性光触媒的制备方法为：
(1)将硫酸钡按摩尔比1:1溶于浓硫酸，制得硫酸氢钡；
(2)取一定质量粒径5nm的二氧化钛，将其分散于质量3倍的丁酸戊酯中，搅拌均匀制得浆液C；
(3)取浆液C质量5％的硫酸氢钡，然后升温至80℃，缓慢滴加至浆液C中，滴加完成后，反应0.5h后，过滤出改性二氧化钛；
(4)将改性二氧化钛加入质量3倍的水中，分散后加入改性二氧化钛质量30％的粒径40μm的空心玻璃微粉，充分分散后滴加空心玻璃微粉质量2％的硅烷偶联剂KH-550，反应2h后，滤出并干燥，制得改性光触媒。
对比例1
以等量粒径20nm的色素炭黑替代改性黑色颜料，以等量粒径5nm的二氧化钛替代改性光触媒，涂料的配比与制备方法同实施例2。
对比例2
以等量粒径20nm的色素炭黑替代改性黑色颜料，涂料的配比与其余工艺均同实施例2。
对比例3
以等量粒径5nm的二氧化钛替代改性光触媒，涂料的配比与其余工艺均同实施例2。
对比例4
涂料的配比、原料改性工艺均同实施例2，在涂料的制备方法第(3)步中，涂布厚度控制在120μm，涂布后直接加热至80℃，反应0.5h，制得锅炉水冷壁上涂层。
对比例5
改性光触媒的制备方法中，以等量粒径5nm的二氧化钛替代改性二氧化钛直接经第(4)步与空心玻璃微粉偶联，涂料的配比与其余工艺均同实施例2。
对比例6
改性光触媒的制备方法中，用相同配比的二氧化钛、硫酸钡混合物替代改性二氧化钛，然后经第(4)步与空心玻璃微粉偶联，涂料的配比与其余工艺均同实施例2。
对比例7
改性光触媒的制备方法第(3)步中，硫酸氢钡未加热升温即与浆料C混合，涂料的配比与其余工艺均同实施例2。
检测对比：
在相同规格的马口铁板上喷洒离型剂，干燥后形成离型层，然后将上述实施例和对比例制得的涂料按照制备方法第(3)步的工艺进行涂布并制得涂层。将固化后的涂层剥下并称量，以深圳市万仪科技有限公司的IR-2发射率测试仪测试上述涂层在400℃时的发射率，同时以TC3200导热系数仪测试上述涂层室温下的导热系数。
然后将上述涂层放入高温炉，以重油持续燃烧7天进行结焦测试，测试完成后观察上述涂层表面是否有结焦、油污，并重新测试涂层在400℃时的发射率及室温下的导热系数，并称量计算增重率。
Figure BDA0003840182210000081
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可自净化不结焦的锅炉水冷壁用涂料，其特征在于：所述涂料配比如下：
环氧有机硅树脂50-60份，氨基聚硅氧烷固化剂25-35份，改性黑色颜料15-20份，改性光触媒8-10份，消泡剂0.1-0.2份，流平剂0.1-0.2份，溶剂5-10份；以上所述均为质量份。
2.根据权利要求1所述的可自净化不结焦的锅炉水冷壁用涂料，其特征在于：所述涂料的制备方法如下：
(1)依次将溶剂、消泡剂、流平剂加入到环氧有机硅树脂中，分散均匀后，加入改性黑色颜料和改性光触媒，搅拌均匀，制得组分A；
(2)以氨基聚硅氧烷固化剂为组分B，将使用前将组分B加入至组分A中，充分分散后，制得所述涂料；
(3)将所述涂料涂布在锅炉水冷壁上，涂布厚度控制在80μm-150μm，涂布后首先在常温反应0.5h-1h，然后加热至80℃-90℃，反应0.3h-0.5h，即制得可自净化不结焦的涂层。
3.根据权利要求1或2所述的可自净化不结焦的锅炉水冷壁用涂料，其特征在于：所述环氧有机硅树脂为湖北隆胜四海W 1000-A，所述氨基聚硅氧烷固化剂为湖北隆胜四海W1000-B。
4.根据权利要求1或2所述的可自净化不结焦的锅炉水冷壁用涂料，其特征在于：所述消泡剂为BYK-A530，所述流平剂为BYK-361N。
5.根据权利要求1或2所述的可自净化不结焦的锅炉水冷壁用涂料，其特征在于：所述溶剂为乙酸乙酯或丙酸甲酯。
6.根据权利要求1或2所述的可自净化不结焦的锅炉水冷壁用涂料，其特征在于：所述改性黑色颜料的制备方法为：
取500-800目的氧化铜粉料，加入质量8-10倍的水中，然后加入氧化铜粉料质量2-3倍的黑色颜料，分散后加入氧化铜粉料质量3％-5％的钛酸酯偶联剂311W，搅拌均匀，以稀酸调节pH至4.0-4.5，持续反应3h-5h后，滤出并干燥，制得改性黑色颜料。
7.根据权利要求6所述的可自净化不结焦的锅炉水冷壁用涂料，其特征在于：所述黑色颜料为粒径20nm的色素炭黑或粒径200nm的锰铁黑。
8.根据权利要求1或2所述的可自净化不结焦的锅炉水冷壁用涂料，其特征在于：所述改性光触媒的制备方法为：
(1)将硫酸钡按摩尔比1:1溶于浓硫酸，制得硫酸氢钡；
(2)取一定质量的二氧化钛，将其分散于质量2-3倍的丁酸戊酯中，搅拌均匀制得浆液C；
(3)取浆液C质量5％-8％的硫酸氢钡，然后升温至70℃-80℃，缓慢滴加至浆液C中，滴加完成后，反应0.5h-0.6h后，过滤出改性二氧化钛；
(4)将改性二氧化钛加入质量2-3倍的水中，分散后加入改性二氧化钛质量20％-30％的空心玻璃微粉，充分分散后滴加空心玻璃微粉质量1％-2％的硅烷偶联剂KH-550，反应1h-2h后，滤出并干燥，制得改性光触媒。
9.根据权利要求8所述的可自净化不结焦的锅炉水冷壁用涂料，其特征在于：所述二氧化钛的粒径为1-5nm。
10.根据权利要求8所述的可自净化不结焦的锅炉水冷壁用涂料，其特征在于：所述空心玻璃微粉的粒径为40-50μm。
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