CN117903666B - 地热管道防垢涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地热管道防垢涂料，包括以下重量份原料：环氧树脂E51 20‑30份、聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯3‑6份、硅烷偶联剂KH560 2‑5份、连稳改进剂8‑12份、脂环胺固化剂1‑2份、硅灰石调节晶须剂4‑7份、去离子水25‑30份。本发明的防垢涂料采用环氧树脂E51、配合聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯、硅烷偶联剂KH560、脂环胺固化剂等原料，通过加入连稳改进剂、硅灰石调节晶须剂相互调和，共同协效，得到的产品具有防垢易清洁，同时产品的耐酸腐、耐水稳定性效果显著。
Description
技术领域
本发明属于管道涂料的技术领域，具体涉及一种用于地热管道的防垢涂料及其制备方法。
背景技术
地热资源是一种清洁的可再生能源，可以广泛应用于生产、生活的许多领域，如发电、供暖等，科学地开发利用地热资源对于减少二氧化碳排放，发展低碳经济具有重要的意义。地热水中含有腐蚀介质和易结垢盐分，且水的温度较高，具有高腐蚀和易结垢的特点，在地热水输过程中，结垢问题会降低设备的使用寿命和流体输送效率，并且结垢沉积还会增加流动阻力，缩小管道的横截面面积，进而导致较高的压降和能耗。因此，需要用于输送地热水的管道具有较好的耐热水和防垢的能力。
在地热管道使用时，通常需要在其内壁涂覆涂料起到保护效果，但现有的涂料防垢性能不佳，且耐酸腐稳定性差，因此需要对应用于地热管道的防垢涂料进行研究。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供地热管道防垢涂料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明提供了一种地热管道防垢涂料，包括以下重量份原料：
环氧树脂E51 20-30份、聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯3-6份、硅烷偶联剂KH560 2-5份、连稳改进剂8-12份、脂环胺固化剂1-2份、硅灰石调节晶须剂4-7份、去离子水25-30份。
优选地，所述地热管道防垢涂料为以下重量份原料：
环氧树脂E51 25份、聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯4.5份、硅烷偶联剂KH560 3.5份、连稳改进剂10份、脂环胺固化剂1.5份、硅灰石调节晶须剂5.5份、去离子水28份。
优选地，所述连稳改进剂的制备方法为：
S11：将膨润土先于255-265℃下热处理5-10min，然后以2-5℃/min的速率冷却至55-60℃，保温，然后再于足量的质量分数5%的盐酸溶液中共混均匀，最后水洗、干燥，得到膨润土剂；
S12：将2-5重量份十二烷基苯磺酸钠、1-3重量份纳米硅溶胶加入到4-7重量份硝酸钇溶液中，随后再加入1-2重量份钛酸四丁酯共混充分，得到连调剂；
S13：将膨润土剂、连调剂按照重量比2:5搅拌改性处理，搅拌结束，水洗、干燥，得到连稳改进剂。
优选地，所述硝酸钇溶液的质量分数为4-7%。
优选地，所述搅拌改性处理的转速为450-550r/min，搅拌时间为20-30min。
优选地，所述硅灰石调节晶须剂的制备方法为：
S21：将硼酸铝晶须先于足量的质量分数10%的高锰酸钾溶液中搅拌混匀，然后水洗、干燥，将3-5重量份干燥的硼酸铝晶须、1-3重量份质量分数5%的壳聚糖溶液和2-5重量份质量分数7%的氯化镧溶液共混充分，得到硼酸铝晶须液；
S22：将硅灰石先浸入到硅灰石总量3-5重量倍的改性剂中浸入改性处理，浸入结束，抽滤、干燥，得到浸入的硅灰石剂；
S23：浸入的硅灰石剂、硼酸铝晶须液按照重量比3:5球磨处理，球磨转速为1000-1500r/min，球磨1-2h，球磨结束，水洗、干燥，得到硅灰石调节晶须剂。
优选地，所述浸入改性处理的浸入压力为10-15MPa，浸入时间为20-30min。
优选地，所述改性剂为磷酸二氢铵水溶液、木质素磺酸钠溶液按照重量比2:5共混充分得到改性剂。
优选地，所述磷酸二氢铵水溶液的摩尔浓度为0.12-0.15mol/L；木质素磺酸钠溶液的质量分数为12-15%。
本发明还提供了一种地热管道防垢涂料的制备方法，其包括以下步骤：
将环氧树脂E51、聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯、硅烷偶联剂KH560、连稳改进剂、脂环胺固化剂、硅灰石调节晶须剂、去离子水共混充分，得到本发明的防垢涂料。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明的防垢涂料采用环氧树脂E51、配合聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯、硅烷偶联剂KH560、脂环胺固化剂等原料，通过加入连稳改进剂、硅灰石调节晶须剂相互调和，共同协效，得到的产品具有防垢易清洁，同时产品的耐酸腐、耐水稳定性效果显著；连稳改进剂以膨润土经过热处理后以按照一定速率进行冷却，再于盐酸溶液中共混均匀，可优化膨润土片层层间距，同时改进膨润土片层活性效能；
十二烷基苯磺酸钠、纳米硅溶胶、硝酸钇溶液、钛酸四丁酯共混得到的连调剂优化改进膨润土，从而连稳改进剂在体系中增强体系性能稳定性，同时硅灰石调节晶须剂采用硼酸铝晶须先于足量的质量分数10%的高锰酸钾溶液中搅拌混匀，然后水洗、干燥，优化晶须的活性度，同时将硼酸铝晶须、壳聚糖溶液和氯化镧溶液共混充分优化晶须之间的界面性，从而配合浸入的硅灰石剂，以晶须结构分布体系，同时硅灰石穿插体系中，以及以针状结构分布，提高产品的自清洁效能，而产品的耐酸腐、耐水稳定性效果进一步的改进。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的地热管道防垢涂料，包括以下重量份原料：
环氧树脂E51 20-30份、聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯3-6份、硅烷偶联剂KH560 2-5份、连稳改进剂8-12份、脂环胺固化剂1-2份、硅灰石调节晶须剂4-7份、去离子水25-30份。
作为优选的，地热管道防垢涂料为以下重量份原料：
环氧树脂E51 25份、聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯4.5份、硅烷偶联剂KH560 3.5份、连稳改进剂10份、脂环胺固化剂1.5份、硅灰石调节晶须剂5.5份、去离子水28份。
具体的，本发明中所使用的连稳改进剂的制备方法为：
S11：将膨润土先于255-265℃下热处理5-10min，然后以2-5℃/min的速率冷却至55-60℃，保温，然后再于足量的质量分数5%的盐酸溶液中共混均匀，最后水洗、干燥，得到膨润土剂；
S12：将2-5重量份十二烷基苯磺酸钠、1-3重量份纳米硅溶胶加入到4-7重量份硝酸钇溶液中，随后再加入1-2重量份钛酸四丁酯共混充分，得到连调剂；
S13：将膨润土剂、连调剂按照重量比2:5搅拌改性处理，搅拌结束，水洗、干燥，得到连稳改进剂。
其中，硝酸钇溶液的质量分数为4-7%。上述制备过程中，搅拌改性处理的转速为450-550r/min，搅拌时间为20-30min。
具体的，本发明中所使用的硅灰石调节晶须剂的制备方法为：
S21：将硼酸铝晶须先于足量的质量分数10%的高锰酸钾溶液中搅拌混匀，然后水洗、干燥，将3-5重量份干燥的硼酸铝晶须、1-3重量份质量分数5%的壳聚糖溶液和2-5重量份质量分数7%的氯化镧溶液共混充分，得到硼酸铝晶须液；
S22：将硅灰石先浸入到硅灰石总量3-5重量倍的改性剂中浸入改性处理，浸入结束，抽滤、干燥，得到浸入的硅灰石剂；
S23：浸入的硅灰石剂、硼酸铝晶须液按照重量比3:5球磨处理，球磨转速为1000-1500r/min，球磨1-2h，球磨结束，水洗、干燥，得到硅灰石调节晶须剂。
上述制备过程中，浸入改性处理的浸入压力为10-15MPa，浸入时间为20-30min。
在一些具体的实施例中，改性剂为磷酸二氢铵水溶液、木质素磺酸钠溶液按照重量比2:5共混充分得到改性剂。
在一些具体的实施例中，磷酸二氢铵水溶液的摩尔浓度为0.12-0.15mol/L；木质素磺酸钠溶液的质量分数为12-15%。
本发明的地热管道防垢涂料的制备方法，其包括以下步骤：
将环氧树脂E51、聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯、硅烷偶联剂KH560、连稳改进剂、脂环胺固化剂、硅灰石调节晶须剂、去离子水共混充分，得到本发明的防垢涂料。
实施例1
本实施例的地热管道防垢涂料，包括以下重量份原料：
将20份环氧树脂E51、3份聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯、2份硅烷偶联剂KH560、8份连稳改进剂、1份脂环胺固化剂、4份硅灰石调节晶须剂和25份去离子水共混充分，干燥后得到本实施例的防垢涂料。
其中，本实施例的连稳改进剂的制备方法为：
S11：将膨润土先于255℃下热处理5min，然后以2℃/min的速率冷却至55℃，保温，然后再于足量的质量分数5%的盐酸溶液中共混均匀，最后水洗、干燥，得到膨润土剂；
S12：以重量份计，将2份十二烷基苯磺酸钠、1份纳米硅溶胶加入到4份质量分数为4%的硝酸钇溶液中，随后再加入1份钛酸四丁酯共混充分，得到连调剂；
S13：将膨润土剂、连调剂按照重量比2:5搅拌改性处理，搅拌改性处理的转速为450r/min，搅拌时间为20min，搅拌结束，水洗、干燥，得到连稳改进剂。
本实施例的硅灰石调节晶须剂的制备方法为：
S21：以重量份计，将硼酸铝晶须先于足量的质量分数10%的高锰酸钾溶液中搅拌混匀，然后水洗、干燥，将3份干燥的硼酸铝晶须、1份质量分数5%的壳聚糖溶液和2份质量分数7%的氯化镧溶液共混充分，得到硼酸铝晶须液；
S22：将硅灰石先浸入到硅灰石总量3倍的改性剂中浸入改性处理，浸入改性处理的浸入压力为10MPa，浸入时间为20min，浸入结束，抽滤、干燥，得到浸入的硅灰石剂；
S23：浸入的硅灰石剂、硼酸铝晶须液按照重量比3:5球磨处理，球磨转速为1000r/min，球磨1h，球磨结束，水洗、干燥，得到硅灰石调节晶须剂。
其中，上述的改性剂为摩尔浓度为0.12mol/L的磷酸二氢铵水溶液、质量分数为12%的木质素磺酸钠溶液按照重量比2:5共混充分得到改性剂。
实施例2
本实施例的地热管道防垢涂料，包括以下重量份原料：
将30份环氧树脂E51、6份聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯、5份硅烷偶联剂KH560、12份连稳改进剂、2份脂环胺固化剂、7份硅灰石调节晶须剂和30份去离子水共混充分，干燥后得到本实施例的防垢涂料。
其中，本实施例的连稳改进剂的制备方法为：
S11：将膨润土先于265℃下热处理10min，然后5℃/min的速率冷却至60℃，保温，然后再于足量的质量分数5%的盐酸溶液中共混均匀，最后水洗、干燥，得到膨润土剂；
S12：以重量份计，将5份十二烷基苯磺酸钠、3份纳米硅溶胶加入到7份质量分数为7%的硝酸钇溶液中，随后再加入2份钛酸四丁酯共混充分，得到连调剂；
S13：将膨润土剂、连调剂按照重量比2:5搅拌改性处理，搅拌改性处理的转速为550r/min，搅拌时间为30min，搅拌结束，水洗、干燥，得到连稳改进剂。
上述的硅灰石调节晶须剂的制备方法为：
S21：以重量份计，将硼酸铝晶须先于足量的质量分数10%的高锰酸钾溶液中搅拌混匀，然后水洗、干燥，将5份干燥的硼酸铝晶须、3份质量分数5%的壳聚糖溶液和5份质量分数7%的氯化镧溶液共混充分，得到硼酸铝晶须液；
S22：将硅灰石先浸入到硅灰石总量5倍的改性剂中浸入改性处理，浸入压力为15MPa，浸入时间为30min，浸入结束，抽滤、干燥，得到浸入的硅灰石剂；
S23：浸入的硅灰石剂、硼酸铝晶须液按照重量比3:5球磨处理，球磨转速为1500r/min，球磨2h，球磨结束，水洗、干燥，得到硅灰石调节晶须剂。
其中，上述的改性剂为摩尔浓度为0.15mol/L的磷酸二氢铵水溶液、质量分数为15%的木质素磺酸钠溶液按照重量比2:5共混充分得到改性剂。
实施例3
本实施例的地热管道防垢涂料，包括以下重量份原料：
将25份环氧树脂E51、4.5份聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯、3.5份硅烷偶联剂KH560、10份连稳改进剂、1.5份脂环胺固化剂、5.5份硅灰石调节晶须剂和28份去离子水共混充分，干燥后得到本实施例的防垢涂料。
其中，本实施例的连稳改进剂的制备方法为：
S11：将膨润土先于260℃下热处理7.5min，然后以3.5℃/min的速率冷却至57℃，保温，然后再于足量的质量分数5%的盐酸溶液中共混均匀，最后水洗、干燥，得到膨润土剂；
S12：以重量份计，将3.5份十二烷基苯磺酸钠、2份纳米硅溶胶加入到5.5份质量分数为5.5%的硝酸钇溶液中，随后再加入1.5份钛酸四丁酯共混充分，得到连调剂；
S13：将膨润土剂、连调剂按照重量比2:5搅拌改性处理，搅拌改性处理的转速为500r/min，搅拌时间为25min，搅拌结束，水洗、干燥，得到连稳改进剂。
上述的硅灰石调节晶须剂的制备方法为：
S21：以重量份计，将硼酸铝晶须先于足量的质量分数10%的高锰酸钾溶液中搅拌混匀，然后水洗、干燥，将4份干燥的硼酸铝晶须、2份质量分数5%的壳聚糖溶液和3.5份质量分数7%的氯化镧溶液共混充分，得到硼酸铝晶须液；
S22：将硅灰石先浸入到硅灰石总量4倍的改性剂中浸入改性处理，浸入压力为12.5MPa，浸入时间为25min，浸入结束，抽滤、干燥，得到浸入的硅灰石剂；
S23：浸入的硅灰石剂、硼酸铝晶须液按照重量比3:5球磨处理，球磨转速为1250r/min，球磨1.5h，球磨结束，水洗、干燥，得到硅灰石调节晶须剂。
其中，上述的改性剂为摩尔浓度为0.13mol/L的磷酸二氢铵水溶液、质量分数为13.5%的木质素磺酸钠溶液按照重量比2:5共混充分得到。
对比例1
本对比例提供的地热管道防垢涂料与实施例3相比，不同之处在于，对比例1的地热管道防垢涂料未添加连稳改进剂。
对比例2
本对比例提供的地热管道防垢涂料与实施例3相比，不同之处在于，对比例2的地热管道防垢涂料中所采用的连稳改进剂未采用步骤S11处理。
对比例3
本对比例提供的地热管道防垢涂料与实施例3相比，不同之处在于，对比例3的地热管道防垢涂料中所采用的连稳改进剂中未加入连调剂处理。
对比例4
本对比例提供的地热管道防垢涂料与实施例3相比，不同之处在于，对比例4所采用的连稳改进剂中的连调剂未加入钛酸四丁酯、纳米硅溶胶。
对比例5
本对比例提供的地热管道防垢涂料与实施例3相比，不同之处在于，本对比例的地热管道防垢涂料未加入硅灰石调节晶须剂。
对比例6
本对比例提供的地热管道防垢涂料与实施例3相比，不同之处在于，本对比例进行硅灰石调节晶须剂制备时，未采用浸入的硅灰石剂处理。
对比例7
本对比例提供的地热管道防垢涂料与实施例3相比，不同之处在于，本对比例进行硅灰石调节晶须剂制备时，硼酸铝晶须液中未加入氯化镧溶液、硼酸铝晶须。
将实施例1-3和对比例1-7制备的地热管道防垢涂料喷涂于地热管道内壁，室温干燥24h，分布浸入水中浸泡12h以及2%的盐酸酸雾条件下放置12h，测试产品的耐水、耐酸雾稳定性，再将地热管道上涂布油垢，然后于35℃下放置3h，擦拭处理，测试施加擦拭力对油垢擦拭干净，测试结果如下表1所示。
表1 实施例1-3及对比例1-7的测试结果
从实施例1-3及对比例1-7可看出，本发明的产品自洁防垢性能优异，同时产品在酸腐、耐水条件下性能稳定性效果显著。
并且，从实施例3与对比例1、对比例5的对比可以看出，在防垢涂料未添加连稳改进剂（对比例1）或者未加入硅灰石调节晶须剂（对比例5）时，防垢涂料的性能效果变差较为显著，故而，可以发现采用连稳改进剂、硅灰石调节晶须剂的协同配合，共同增效，性能最为明显。
此外，从实施例3与对比例2-对比例4、对比例6、对比例7的对比可以看出，连稳改进剂未采用S11处理、连稳改进剂中未加入连调剂处理、连调剂中未加入钛酸四丁酯、纳米硅溶胶、硅灰石调节晶须剂制备中未采用浸入的硅灰石剂处理、硅灰石调节晶须剂制备中硼酸铝晶须液中未加入氯化镧溶液、硼酸铝晶须，产品的性能效果均有变差趋势；采用本发明的方法制得连调剂处理的连稳改进剂配合本发明浸入硅灰石剂处理的硅灰石调节晶须剂，产品的性能效果最为显著，采用其他方法代替均不如本发明的效果明显。
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例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，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。
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 (6)
1.地热管道防垢涂料，其特征在于，包括以下重量份原料：
环氧树脂E51 20-30份、聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯3-6份、硅烷偶联剂KH560 2-5份、连稳改进剂8-12份、脂环胺固化剂1-2份、硅灰石调节晶须剂4-7份、去离子水25-30份；
所述连稳改进剂的制备方法为：
S11：将膨润土先于255-265℃下热处理5-10min，然后以2-5℃/min的速率冷却至55-60℃，保温，然后再于足量的质量分数5%的盐酸溶液中共混均匀，最后水洗、干燥，得到膨润土剂；
S12：将2-5重量份十二烷基苯磺酸钠、1-3重量份纳米硅溶胶加入到4-7重量份硝酸钇溶液中，随后再加入1-2重量份钛酸四丁酯共混充分，得到连调剂；
S13：将膨润土剂、连调剂按照重量比2:5搅拌改性处理，搅拌结束，水洗、干燥，得到连稳改进剂；
所述硅灰石调节晶须剂的制备方法为：
S21：将硼酸铝晶须先于足量的质量分数10%的高锰酸钾溶液中搅拌混匀，然后水洗、干燥，将3-5重量份干燥的硼酸铝晶须、1-3重量份质量分数5%的壳聚糖溶液和2-5重量份质量分数7%的氯化镧溶液共混充分，得到硼酸铝晶须液；
S22：将硅灰石先浸入到硅灰石总量3-5重量倍的改性剂中浸入改性处理，浸入结束，抽滤、干燥，得到浸入的硅灰石剂；
S23：浸入的硅灰石剂、硼酸铝晶须液按照重量比3:5球磨处理，球磨转速为1000-1500r/min，球磨1-2h，球磨结束，水洗、干燥，得到硅灰石调节晶须剂；
所述改性剂为磷酸二氢铵水溶液、木质素磺酸钠溶液按照重量比2:5共混充分得到改性剂；
所述磷酸二氢铵水溶液的摩尔浓度为0.12-0.15mol/L；木质素磺酸钠溶液的质量分数为12-15%。
2.根据权利要求1所述的地热管道防垢涂料，其特征在于，所述地热管道防垢涂料包括以下重量份原料：
环氧树脂E51 25份、聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯4.5份、硅烷偶联剂KH560 3.5份、连稳改进剂10份、脂环胺固化剂1.5份、硅灰石调节晶须剂5.5份、去离子水28份。
3.根据权利要求1所述的地热管道防垢涂料，其特征在于，所述硝酸钇溶液的质量分数为4-7%。
4.根据权利要求1所述的地热管道防垢涂料，其特征在于，所述搅拌改性处理的转速为450-550r/min，搅拌时间为20-30min。
5.根据权利要求1所述的地热管道防垢涂料，其特征在于，所述浸入改性处理的浸入压力为10-15MPa，浸入时间为20-30min。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的地热管道防垢涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将环氧树脂E51、聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯、硅烷偶联剂KH560、连稳改进剂、脂环胺固化剂、硅灰石调节晶须剂、去离子水共混充分，得到所述的地热管道防垢涂料。
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