前 言

隨著現代工業的迅猛發展, 工業建設中的耐熱工程與人民生活、經濟發展息息相關。據統計在石油煉制、化工、化肥、制藥、化纖等領域成套生產過程中僅換熱設備的投資占10% - 40%。這些設備是提高能源利用率的重要部件, 它們不僅在較高的溫度下工作, 又要耐受各種腐蝕, 如化學腐蝕、熱腐蝕、污垢腐蝕, 其工作耐受環境比較苛刻中國建材網cnprofit.com。

此外, 在上述行業中的各種容器、管道設備也都處于高溫腐蝕的介質環境, 高溫條件下的防腐技術是防腐技術水平的重要標志 , 已有的耐熱防腐蝕材料、價格比較昂貴, 其在固化過程中需要較高的活化能并且物理機械性能得不到保證, 使用受到了限制。

近年來, 用耐腐蝕的不銹鋼制造耐高溫介質的換熱設備得到了廣泛的應用, 然而由于價格的限制, 在許多的場合人們仍然采用涂料技術防腐 , 早在20世紀40至50年代, 美國曾將酚醛涂料用于冷凝器等諸多的耐熱工程。

50至60年代, 蘇聯、日本等國家也相繼采用酚醛樹脂涂料, 用于海水換熱器及供熱工程。

但這類涂料易脆裂, 韌性差, 由于溫差的急驟變化造成漆膜的開裂, 結果也不理想。60 至70年代世界幾個發達國家采用酚醛、環氧樹脂及有機硅的體系進行改性, 逐步形成了耐熱功能較好的體系, 80 年代歐美國家這類涂料產量以每年20% 的速度遞增, 其主要的研發方向及產品有三類: 

( 1)采用芳香族胺類或呋喃化合物進行環氧改性, 然后以多異氰酸酯與硅胺酚封閉的預聚物做固化劑, 以提高其耐熱性。

( 2)采用雙酚A 以代替苯酚合成耐熱性能好的酚醛樹脂, 再用環氧多異酸脂等化合物改性。

( 3)酚醛環氧有機硅三元樹脂交聯體系合成的, 并流行世界的SAKAPHEN 涂料。

國內諸多的研究單位研制聚苯硫醚及有機硅涂料, 雖然有較高的熱穩定性, 使用溫度可達到200℃以上, 但價格較昂貴且不能室溫固化, 使用也受到限制。近年出現的耐溫酚醛樹脂防腐涂料及水性涂料耐溫可達140 ~ 160℃ , 相對耐溫耐蝕等級較低, 也不十分理想。所以研究一種性能優良既可常溫固化又兼具有較低價位的耐熱防腐材料具有特殊的意義。本研究工作是利用環氧樹脂良好的物理機械性能, 通過改性增加芳環官能團數量, 提高其耐熱性和剛性, 實現室溫固化高溫條件下使用, 改性結果可大大降低成本, 使用方便, 提高了工作效率。

1 方 法

1. 1研究依據的理論基礎

工礦行業的耐熱工程防腐難題越來越得到人們的重視。環氧樹脂涂料因其分子結構特征環氧基、脂羥基具有良好抗腐蝕的官能團及較強粘接力是目前世界各領域應用最廣泛的涂料, 但由于其分子結構特征只能在80~ 90℃ 的條件下使用, 而耐熱環酚改性材料可大大增加其分子鏈段中的芳香官能團結構, 提高其耐熱性, 例如: 以雙酚F 和環氧氯丙烷反應, 其過程可示意如下:

這種分子結構特征因兩個酚羥基位置的不同有三種異構體的環氧基、脂羥基、酚羥基活性基團, 在一定的條件下可與過量的環氧氯丙烷進行交聯, 該體系具有較低的黏度, 這就意味著可以在體系中加入更多的填料, 制成高固體成分的涂料或無溶劑涂料。

同時這種結構特征是多個環氧基固化, 其分子結構緊密, 這樣組合的涂料體系具有較好的耐蝕性、可抗滲性、耐熱性和高化學穩定性。同時, 固化后的高分子化合物含有較多的強極性羥基、醚基和胺基,它們與界面產生極強的附著力, 提高了涂層的機械強度。

1. 2涂料配伍研究

根據上述理論, 利用改性的環酚樹脂良好的耐熱性、耐腐蝕性、耐水性及良好的機械性能等綜合性能進行了涂料配伍的研究工作。

( 1)固化劑--機械性能關系

應用酚醛氨基樹脂固化劑制得涂膜常溫下放置7天實干, 其物理機械性能:

固化劑對機械性能影響

固化劑用量在10- 16范圍內機械性能最好; 固化劑用量太少則交聯密度小, 固化不完全; 固化劑用量太多則部分低聚固化劑未充分反應, 影響物理機械性能。

( 2)固化劑--耐蝕性關系

固化劑用量對腐蝕性能的影響

表1、表2表明固化劑用量為10- 16范圍內, 涂料的機械性能及耐腐蝕性能最好。

( 3)填料及顏料對漆膜的影響

① 顏填料對涂料漆膜機械性能的影響

顏填料等可根據用戶的不同要求, 分別采用鐵紅、立德粉、重晶石粉、石墨和鈦白粉等均可實現附著力一級、柔韌性1mm, 但沖擊強度有所差異, 一般情況下采用石墨粉和鈦白粉、重晶石粉為好。

② 顏填料對涂料防腐性能的影響

掛片試驗表明: 耐高溫填料石墨粉、鈦白粉、沉淀硫酸鋇、滑石粉、立德粉、氧化鐵紅對強堿介質10% NaOH 無明顯差異, 耐強酸( 40% H2 SO4 )性能差異甚大, 其耐酸性排列次序如下: 石墨粉- 沉淀硫酸鋇- 鈦白粉-滑石粉-鐵紅。

③ 金屬填料對漆膜性能影響

本涂料如用于換熱器時, 為提高其傳熱系數K值, 宜采用金屬粉做填料, 如鋅粉、不銹鋼粉, 其柔韌性、抗沖擊強度、附著力均可達到1mm及50kg?cm和1級指標。

④ 防沉劑用量

為提高涂料的懸浮性防止結塊, 選用有機硅藻土做防沉劑。試驗表明其用量為0. 5%效果好。

1. 3耐溫涂料的組成

綜合耐溫涂料基質材料的研究、顏填料的篩選、耐蝕功能的考核及施工工藝等因素, 確定本涂料的基本組成如下:

多官能團環酚樹脂 34- 37

溶劑25- 28

云母4- 6

滑石4- 13

炭黑0. 1- 0. 2

有機陶土0. 4- 0. 6

2 結 果

( 1)耐高溫防腐涂料常規性能

表3耐高溫防腐涂料常規性能

耐高溫防腐涂料常規性能

( 2) 耐蝕性能

普通碳素鋼棒每天在室溫條件下用本涂料涂刷一次, 每次涂層厚度約60um, 涂4 道在室溫下放置7天, 根據GB- 1763- 79的方法放入裝有不同介質的磨口瓶中浸泡密封保存。

涂膜常溫浸泡試驗結果

從涂膜超強試驗結果可以說明本涂料具有良好的耐強堿、強酸及耐油、耐有機溶劑性。

( 3)耐高溫性能

試片: 馬口鐵120 x 30 涂布20- 30um (干膜)室溫下7天放入200 ± 5℃ 烘箱中, 焙烘一定時間后取出, 測涂膜物理機械性能。

耐高溫防腐涂料常規性能

從表中數據說明本涂料具有良好的耐熱性。

3 結 論

( 1)本研究的室溫固化環酚改性耐高溫防腐涂料利用雙酚F與環氧改性的方法, 增加芳環多官能團結構, 提高了其耐熱性, 同時降低了黏度使涂料可填加多種耐熱體質材料所組成的固化交聯體系, 全面提升了涂料的機械性能、耐腐蝕性能、耐溫性能。

( 2)本研究的涂料可在室溫下固化, 200℃ 以下使用, 節省能源, 使用方便, 有良好的施工性, 利于大規模的現場應用。施工方法可采取輥涂、刷涂、噴涂作業。

室溫固化環酚改性耐高溫重防腐涂料的研制*

張麗芳, 趙弘韜, 王 漫, 王浩琛

(黑龍江省科學院技術物理研究所, 黑龍江哈爾濱150086)