常顶换热器纳米改性漆酚钛防腐涂料实验研究

　[摘要]通过实验方法，对纳米改性前后的常顶换热器漆酚钛防腐涂料的耐高温性、耐腐蚀性及其附着力的性能进行研究。结果表明，添加一定量的纳米SiO2对漆酚钛进行改性而制成的涂料，能够使其在常顶换热器的HCl-H2S-H2O环境中防腐性能得到提高。

　　[关键词]常顶换热器；纳米改性；防腐涂料；漆酚钛；实验研究

　　常顶换热器的腐蚀介质主要是H2S-HCl-H2O。在低温下，其内油气冷凝形成“露点”，且HCl与H2S溶于“露点”中具有强烈的腐蚀性。针对这种情况，目前国内外多采用对设备表面进行涂敷防腐涂料处理，基本上起到了延长冷换设备的使用寿命，降低腐蚀影响的作用。但是在使用过程中，还存在很多不足，如，耐热性不够，附着力不强，耐酸蚀性不强[1-2]。所以，如何提高防腐涂料性能，尤其是在低温H2S-HCl-H2O腐蚀环境中的防腐性能，一直是人们追求的目标。因此，纳米改性防腐涂料作为一门新兴技术将被我们采用。

　　纳米涂料是由纳米材料与有机涂料复合而成。当前用于改性的纳米粒子通常为TiO2。在涂料中加入一定量的纳米微粒，可显著提高涂料的耐高温、耐腐蚀及附着力的性能。人们在实验中对纳米防腐涂层的防腐性能作了大量的研究工作，但纳米防腐涂料在工业应用中的防腐性能研究还很少见，尤其是对低温H2S-HCl-H2O腐蚀环境下的防腐性能的研究更是少见，而这也是工业应用中急需解决的问题[3-4]。本论文就是在这一方面进行实验研究。

　　1·实验部分

　　1.1 耐高温性实验

　　实验材料选取符合GB912所规定的20mm×50mm的普通碳素钢板作为试验用试板，且表面经过去油、除锈和全覆盖磷化处理。按照GB1727-92制备漆膜，烘干后备用[5-8]。

　　实验方法按《漆膜耐热性测定法》(GB1735-79)，将三块涂漆试板放置于已调节到按产品标准规定温度的鼓风恒温烘箱内。一块涂漆试板留作比较。待达到规定时间后，将涂漆试板取出，冷却至温度25℃，与预先留下的那块试板进行比较，检查其有无起层、皱皮、鼓包、开裂、变色等现象，如没有以上现象，则为合格。以温度表示其耐热性。

　　实验结果见表1耐高温性实验结果。

　　实验材料选择符合GB912(碳素结构钢和低合金结构钢热轧、冷轧薄钢板及钢带)所规定的20mm×50mm的普通碳素钢板作为试验用试板。按照GB1727-92(漆膜一般制备法)制备漆膜，烘干后备用[5-8]。

　　实验方法，将作好的试板挂在敞口烧杯里，为模拟HCl腐蚀环境，将浸泡液选择为较实际更为苛刻的15%HCl+少量二甲苯混合液。混合液倒入量以将试板浸入2/3以上为宜，再将烧杯进行封闭，以避免加热后混合液的蒸发。将处置好的烧杯置于水浴锅上加热到80℃恒温。连续浸泡250h后取出观察试板漆膜的变化情况。

　　实验结果见表2耐蚀性和附着力实验结果。

　　1.3 附着力实验

　　实验材料选择符合GB912所规定的50mm×120mm×0.4mm的普通碳素钢板作为试验用试板。按照GB1727-92(漆膜一般制备法)制备漆膜，烘干后备用[5-8]。

　　实验方法按《GB1720-79漆膜附着力测定法》进行，制备试板3块，待漆膜实干后，于恒温恒湿条件下用附着力实验仪划圆滚线划痕，根据圆滚线划痕范围内漆膜的完整程度，分1，2，3，4，5，6，7等七个等级评定。

　　实验结果见表2耐蚀性和附着力实验结果。

　　2·分析与讨论

　　2.1 对表1进行数据分析

　　(1)在经过第一周期的加热后，进行纳米SiO2改性后的各试板的外观与未改性的试板一样，都仅仅光泽下降，没有出现其它不良现象，说明用纳米SiO2对漆酚钛进行改性是可行的，没有引起涂料性能的下降；

　　(2)在经过第二周期的加热后，试板漆面出现一定的变化。在相同的偶联剂加入情况下，纳米SiO2填加量由0%到5%，其耐热性能是逐步变好的。

　　在相同的纳米SiO2填加情况下，偶联剂的填加量在从0%到5%时，其耐热性能是逐步变好的；但由5%增加到20%，甚至到长链时，其耐热性能又开始变差。

　　从这个周期整体情况来看，当偶联剂填加量为5%，纳米SiO2填加量为3%到5%时，经纳米SiO2改性后的漆酚钛的耐热性能最好。

　　(3)在经过第三周期的加热后，试板漆面的变化更为明显。在相同的纳米SiO2填加情况下，偶联剂的填加量在从0%到5%时，其耐热性能是逐步变好的；但由5%增加到20%，甚至到长链时，其耐热性能又开始变差，甚至差于不改性的漆酚钛涂料。

　　在相同的偶联剂加入情况下，仅有偶联剂为5%时，纳米SiO2填加量由0%到5%，其耐热性能是逐步变好的。当偶联剂大于5%时，纳米SiO2填加量由0%增加到5%，其耐热性能却是逐步变差，甚至差于不改性的漆酚钛涂料。

　　2.2 对表2进行数据分析

　　(1)进行纳米SiO2改性后的各试板的外观与未改性的试板相比，耐HCl腐蚀性能都有一定的变化。说明用纳米SiO2对漆酚钛进行改性是可行的。附着力性能都有一定的变化。说明用纳米SiO2对漆酚钛进行改性是可行的。

　　(2)从表2可以直观地看出：

　　①当偶联剂采用长链时，改性后的效果没有末改性时的好；

　　②当偶联剂为20%时，随着纳米SiO2量的增加，耐蚀性是先差后好；

　　③当偶联剂为5%和10%时，随时纳米SiO2量的增加，耐蚀性均要优于未改性的漆酚钛涂料；

　　④对表现较好的第6、7两组试板继续进行浸泡，再增加浸泡时间到490h，结果表现，纳米SiO2填加量为5%的试板仅是轻度起泡，要好于纳米填加量为3%的试板，此时，该试板为中度起泡。而且第7组试板的挂钩都已经腐蚀断裂。

　　⑤在低纳米SiO2填加量下，随偶联剂填加量增加，附着力变化略有下降；

　　⑥在高纳米SiO2填加量时，随偶联剂填加量增加，附着力下降较为明显；

　　⑦当偶联剂为长链表面处理剂时，随纳米SiO2填加量由0%增加到3%时，附着力有明显下降趋势，但当纳米SiO2填加量增加到5%时，附着力又有所提高。

　　3·结语

　　本论文探讨了利用硅烷偶联剂KH570先对纳米SiO2进行改性，然后用改性后的纳米SiO2对漆酚钛进行改性的可行性。设计了以KH570对SiO2的添加量、SiO2对漆酚钛的添加量为因素的12种配方，并以这些配方制备了相应的实验试板，进行了耐热性、耐蚀性、附着力的实验，根据实验结果进行了机理分析，可以得出以下结论：

　　(1)利用纳米SiO2的特性对漆酚钛进行有益的改性是可行的，可以使改性后的漆酚钛防腐性能得到改善；

　　(2)通过耐高温性实验，可以确定，当偶联剂填加量为5%，纳米SiO2填加量为3%时，经纳米改性后的漆酚钛的耐高温性能最好。增加到5%时，耐高温性能略有下降。

　　(3)通过耐蚀性实验，可以确定，当偶联剂填加量达10%，纳米SiO2填加量为5%时，改性后的漆酚钛涂料的耐HCL腐蚀性能要明显优于未改性的漆酚钛涂料。

　　(4)通过附着力实验，可以确定，当偶联剂为5%时，纳米SiO2填加量由1%增加到5%，附着力实验效果都要好于未进行纳米改性时的情况；

　　(5)通过对实验结果的原因分析，我们认为涂料配方要针对主要性能要求进行设计，同时兼顾其它性能的平衡。如常温使用，强调耐蚀要求时，用纳米SiO2对漆酚钛改性的配方宜选取：KH570∶纳米SiO2=10%、纳米SiO2∶成膜物=3%；当强调高温要求，耐蚀使用时，用纳米SiO2对漆酚钛改性的配方宜选取：KH570∶纳米SiO2=5%、纳米SiO2∶成膜物=3%~5%。

　　因此，通过用纳米SiO2对漆酚钛进行改性而制成的涂料，能够使其在HCl-H2S-H2O环境中防腐性能得到提高。

　　以氟碳树脂为主要成膜物质配制而成的氟碳建筑涂料，其耐久性和耐候性在目前所有建筑涂料中是最好的，故有“超耐候性建筑涂料”之称。最早的氟树脂涂料是美国Dopont公司开发的聚四氟乙烯树脂（PTFE）配制的，用于户外建筑在美国已有25年的实践证明。日本旭硝子公司于1982年世界上率先开发成功溶剂可溶涂料用氟碳树脂。美国Ato公司近年来又开发了VFIHFP共聚物。AUSIMOST公司最近开发了含羟基官能团、可溶解的氟树脂，可用于建筑材料方面。而具有自清洁功能（Selfcleaning）的含氟涂料也已开发成功，并投入应用阶段。

　　国内如天津、杭州、青岛等有关单位也相应开发了应用于建筑的氟碳树脂。目前一些民营涂料厂也在开发氟碳树脂，但是氟碳漆施工工艺研究滞后，严重影响了建筑氟碳涂料的发展。本文作者考察过广州大学城某大学、中山小榄某广场、深圳市盐田区某工地等氟碳漆工程，都存在开裂、起泡、渗水、耐沾污差等问题；收集了一些单位的施工工艺，都存在工艺复杂、成本高的问题。天津广源惠通科技发展有限公司提供了一套氟碳漆施工工艺，供大家参考。

　　1 氟碳漆施工的基材处理

　　氟碳漆对基材要求跟一般外墙漆的要求一样，基材必须结实、耐水、pH＜10、含水＜8%、无灰、无霉斑等，更高的要求是批灰层必须防水、抗裂、抗碱、结实、平整度＜2mm、好施工、成本合理、耐用30a以上。

　　2 氟碳漆施工程序

　　氟碳漆的施工程序一般为：基材处理达标→批抗裂防水腻子第一遍→批抗裂防水腻子第二遍→批拋光腻子一遍→贴玻纤防裂网一层→可打磨双组分腻子一遍→PU底漆一遍→氟碳面漆两遍。

　　3 氟碳漆的施工工艺

　　按照氟碳漆的施工程序分别介绍不同阶段氟碳漆的施工工艺。

　　3.1 基材处理

　　一般建筑物都是水泥结构。水泥有CaO，强碱性会发生碳化氯化作用，从而破坏墙体。一般水泥结构养护成熟期为26d。26d后结构力强，碱性低，含水率下降。水泥pH值高绝对不可用酸中和，这是对水泥人为的破坏，同时会加剧盐碱分的泛出。第二是要做好防水处理。渗水是目前建筑涂料出问题的根本原因所在。关于基材处理，我们测定以下几个数据，并记录：pH＜10，含水量＜8%。

　　3.2 批抗裂耐碱防水腻子

　　目前氟碳漆所用的单组分干粉腻子，或双组分干粉腻子，不具备抗裂、耐碱、防水功能，这样的腻子施工后为氟碳漆埋下了祸根。因此，本文研究成功一种抗裂、耐碱、防水腻子。此腻子好施工，填充性好，省料，具有抗裂、防水之功能。我们曾这样测试其静态防水功能：批好腻子的样板干燥3d，滴3g水于其表面，用玻璃杯罩住，30d后还剩2.5g水在其表面。腻子一般强调其耐水性能，对于氟碳漆施工用腻子必须更防水，因为一些公司的氟碳漆起泡的根源就在于此。氟碳漆腻子必须有轻微的弹性，单组分干粉腻子是刚性结构，用后日久必然要开裂。双组分腻子刮涂太厚，又养护不到位，也会开裂、泛碱。目前所见到的氟碳漆工程都出现不同程度的开裂，就是这样造成的，抗裂氟碳漆腻子一般施工两遍，每遍需间隔4~8h，每遍用量0.8~1kg。

　　3.3 上拋光腻子一遍

　　此遍的目的是提高腻子的光洁度，同时提高批灰层颜色的一致性。

　　3.4 贴玻纤防裂网一层

　　玻纤网有防虫蛀、透气、不燃、防水、可清洗、耐酸碱性能，同时防开裂、抗撞击，使用寿命长达25a以上。贴一层玻纤防裂网，从而可以保护墙面。贴玻纤网一般采用压埋法比较科学合理，贴好后要求每处必须跟墙体紧密贴在一起，基本上处于同一个平面，松紧适度，干燥8h以上。

　　3.5 批可打磨双组分腻子一遍

　　氟碳漆最后一道腻子必须平整、光洁、无毛细孔。因此批一层双组分腻子有利于打磨，同时具有良好的附着力，有一定抗裂功能，此双组分腻子添加剂部分一般不要过多，否则不利于打磨，过少则附首力差、易开裂，一般加10%。双组分腻子搅拌均匀批上墙上8h后可以打磨，打磨好后用大量水冲洗干净，再每间隔8h淋一次水，以后每隔4h淋一次水共3次，干燥48h，此层腻子用量一般不超过0.8kg/m2。

　　3.6 喷PU底漆一遍

　　一般氟碳漆施工采用PU做底漆，性能可以达到要求，而且成本较低，PU喷到双组分腻子上既不开裂又不发软，干燥快，附着力强，强度高，过8h轻微打磨一下，去掉灰尘，一般6~8m2/kg遍，干燥24h以上。

　　3.7 喷氟碳漆面漆两遍

　　按配比配好氟碳漆搅拌均匀、过滤、活化30min就可喷，一般2遍的用量是4~5m2/kg。