一种耐高温防腐的涂层及喷涂方法
阅读说明：本技术 一种耐高温防腐的涂层及喷涂方法 (High-temperature-resistant and corrosion-resistant coating and spraying method ) 是由 王春华 王江华 于 2021-06-24 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种耐高温防腐的涂层包括底层涂层和面层涂层,底层涂层包括氧化铝空心球、氮化硅、碳化硅、玻璃鳞片、高岭土、石墨粉、改性环氧树脂、介孔金属氧化物纳米颗粒、粘结剂、消泡剂和有机硅类流平剂；面层涂层包括二甲基硅油、聚四氟乙烯、介孔二氧化钛纳米颗粒、消泡剂、粘结剂和有机硅类流平剂。底层涂料中的改性环氧树脂和介孔金属氧化物纳米颗粒,不仅可以提高树脂的韧性,避免涂层冷热交替出现的开裂,还可以净化烟道内的空气,尤其对烟道内的硫化物、氮化物气体起到净化作用,减少环境污染。面层涂料中二甲基硅油和聚四氟乙烯,起到疏水作用,避免涂层吸收凝酸,腐蚀烟道,对烟道起到全面保护作用。(The invention provides a high-temperature-resistant anticorrosive coating which comprises a bottom coating and a surface coating, wherein the bottom coating comprises alumina hollow spheres, silicon nitride, silicon carbide, glass flakes, kaolin, graphite powder, modified epoxy resin, mesoporous metal oxide nanoparticles, a binder, a defoaming agent and an organic silicon leveling agent; the surface coating comprises dimethyl silicone oil, polytetrafluoroethylene, mesoporous titanium dioxide nanoparticles, a defoaming agent, a binder and an organic silicon flatting agent. The modified epoxy resin and the mesoporous metal oxide nanoparticles in the primer not only can improve the toughness of the resin and avoid the cracking of the coating caused by alternate heating and cooling, but also can purify the air in a flue, especially play a role in purifying sulfide and nitride gases in the flue and reduce environmental pollution. The dimethyl silicone oil and the polytetrafluoroethylene in the surface layer coating play a role in dewatering, prevent the coating from absorbing acid coagulation and corroding a flue, and play a role in comprehensively protecting the flue.)
技术领域
本发明涉及涂料领域，尤其涉及一种耐高温防腐的涂层及喷涂方法。
背景技术
随着现代科学技术的迅猛发展，施工工艺不断改进，很多热端部件需要材料在高温条件下服役。长时间的高温工作环境，会加剧金属与空气中的氧、磷、氮等发生化学反应，在其表面生成一层金属氧化物并逐渐脱落，造成金属腐蚀，从而使材料丧失力学性能直至破坏。在金属表面涂覆耐高温涂料，将材料表面与高温环境隔绝，以防止基材在高温条件下的氧化腐蚀。相对于其他表面处理技术，涂层防护因成本较低、施工简便、耐热、耐腐蚀性能好等优点而受到青睐，是目前最常用的防护方法之一。
对于烟道的防腐涂料，由于烟道内气流温度高，并含腐蚀性强的硫化物、氮化物、固体颗粒物，当排烟温度下降到酸露点以下，一般在180℃以下时，烟道随时有凝酸生成，腐蚀烟道。现有的耐高温防腐涂料多采用有机硅树脂，不耐硫化物、氮化物的腐蚀、涂层硬度低不耐磨损，造成烟道在使用过程中腐蚀严重、维护维修频繁。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种耐硫化物和氮化物腐蚀、硬度高的双层结构的耐高温防腐的涂层。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种耐高温防腐的涂层，包括底层涂层，按照重量份数计算，所述底层涂层包括如下原料：氧化铝空心球8-10份、氮化硅10-18份、碳化硅15-20份、玻璃鳞片3-5份、高岭土8-10份、石墨粉5-8份、改性环氧树脂6-10份、介孔金属氧化物纳米颗粒3-8份、粘结剂5-8份、消泡剂1-3份和有机硅类流平剂1-3份。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述改性环氧树脂为纳米氧化铝改性环氧树脂、聚乙二醇改性环氧树脂和聚氨酯改性环氧树脂中的一种或多种组合。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述介孔金属氧化物纳米颗粒的介孔大小为10-50nm；所述介孔金属氧化物纳米颗粒为介孔二氧化硅纳米颗粒和介孔二氧化钛纳米颗粒的混合物，所述介孔二氧化硅纳米颗粒：介孔二氧化钛纳米颗粒的重量比为(1-3):(4-6)。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述底层涂层的涂料制备方法包括如下步骤：
S1，将改性环氧树脂加入到有机溶剂中，在90-100℃条件下超声分散20-40min，然后依次加入粘结剂、消泡剂和流平剂，在500-1500r/min的转速下，搅拌10-30min，得到第一混合液；
S2，将介孔金属氧化物纳米颗粒加入到步骤S1的第一混合液中，在2000-3000r/min的转速下，搅拌1-6小时，得到第二混合液；
S3，将氮化硅、碳化硅、玻璃鳞片、高岭土和石墨粉加入步骤S2所得的第二混合液中，在40-60℃条件下超声分散10-20min后将混合液研磨至细度10-50um，然后加入氧化铝空心球，40-60℃条件下超声分散10-15min，得到底层涂层的涂料。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述底层涂层上还涂覆有面层涂层，按照重量份数计算，所述面层涂层包括如下原料：二甲基硅油5-15份、聚四氟乙烯8-12份、介孔二氧化钛纳米颗粒3-8份、消泡剂2-3份、粘结剂1-2份和有机硅类流平剂0.5-1份。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述面层涂层的涂料制备方法为：将二甲基硅油、聚四氟乙烯和介孔二氧化钛纳米颗粒加入到有机溶剂中，在90-100℃条件下超声分散20-40min，然后依次加入粘结剂、消泡剂和流平剂，在1000-3000r/min的转速下，搅拌3-5小时，得到面层涂层的涂料。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述粘结剂为丙烯酸丁酯、聚醋酸乙烯酯和聚氨酯中的一种或多种组合。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷、脂肪酸酞胺、磺化脂肪酸和金属硬酯酸盐中的一种或多种组合。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述有机溶剂为丙烯酸、二丙酮醇、丙二醇甲醚醋酸酯和乙酸丁酯中的一种或多种组合。
在以上技术方案的基础上，优选的，涂层的喷涂方法包括如下步骤：
S1，清洗烟道表面油污，并喷砂处理至Sa2-Sa3级；
S2，将底层涂层的涂料涂覆于烟道表面，厚度为100～200μm，自然干燥或烘干固化，得到底层涂层；
S3，将面层涂层的涂料涂覆于底层涂层表面，厚度为50～100μm，烘干固化后得到具有双层结构的耐高温防腐涂层。
本发明的一种耐高温防腐的涂层及喷涂方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)将耐火材料加入涂料底层中，本发明底层涂料中的氧化铝空心球、氮化硅和碳化硅以及玻璃鳞片，增加了涂料的耐热性，从而起到对烟道的保护作用。
(2)改性环氧树脂提高了环氧树脂的韧性，避免烟道受到冷热交替而出现涂料开裂的现象。介孔金属氧化物纳米颗粒加入涂料中，不仅可以提高硬度，还可以净化烟道内的空气，尤其对烟道内的硫化物、氮化物气体起到净化作用。
(3)本发明面层涂料中的二甲基硅油和聚四氟乙烯，起到疏水作用，避免涂层吸收凝酸，腐蚀烟道。
(4)本发明采用双层结构的涂层，底层具有防腐蚀、耐高温和附着力强的特点，面层具有疏水，避免凝酸侵蚀烟道，具有双层保护作用。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
实施例一
一种耐高温防腐的涂层，包括底层和面层，按照重量份数计算，底层包括如下原料：氧化铝空心球8份、氮化硅10份、碳化硅15份、玻璃鳞片3份、高岭土8份、石墨粉5份、纳米氧化铝改性环氧树脂6份、介孔大小为10nm的介孔二氧化硅纳米颗粒0.6份和介孔二氧化钛纳米颗粒2.4份、丙烯酸丁酯5份、聚二甲基硅氧烷1份和聚甲基苯基硅氧烷1份。
底层的涂料制备方法包括如下步骤：
S1，将纳米氧化铝改性环氧树脂加入到有丙烯酸中，在90℃条件下超声分散20min，然后依次加入丙烯酸丁酯、聚二甲基硅氧烷和聚甲基苯基硅氧烷，在500r/min的转速下，搅拌10min，得到第一混合液；
S2，将介孔二氧化硅纳米颗粒和介孔二氧化钛纳米颗粒加入到步骤S1的第一混合液中，在2000r/min的转速下，搅拌1小时，得到第二混合液；
S3，将氮化硅、碳化硅、玻璃鳞片、高岭土和石墨粉加入步骤S2所得的第二混合液中，在40℃条件下超声分散10min后将混合液研磨至细度10um，然后加入氧化铝空心球，40℃条件下超声分散10min，得到底层涂层的涂料。
面层包括如下原料：二甲基硅油5份、聚四氟乙烯8份、介孔大小为10nm的介孔二氧化钛纳米颗粒3份、聚二甲基硅氧烷2份、丙烯酸丁酯1份和聚甲基苯基硅氧烷0.5份。
面层的涂料制备方法为：将二甲基硅油、聚四氟乙烯和介孔二氧化钛纳米颗粒加入到丙烯酸中，在90℃条件下超声分散20min，然后依次加入聚二甲基硅氧烷、丙烯酸丁酯和聚甲基苯基硅氧烷，在1000r/min的转速下，搅拌3小时，得到面层涂层的涂料。
涂层的喷涂方法包括如下步骤：
S1，清洗烟道表面油污，并喷砂处理至Sa2级；
S2，将底层涂层的涂料涂覆于烟道表面，厚度为100μm，自然干燥或烘干固化，得到底层涂层；
S3，将面层涂层的涂料涂覆于底层涂层表面，厚度为50μm，烘干固化后得到具有双层结构的耐高温防腐涂层。
实施例二
一种耐高温防腐的涂层，包括底层和面层，按照重量份数计算，所述底层包括如下原料：氧化铝空心球10份、氮化硅18份、碳化硅20份、玻璃鳞片5份、高岭土10份、石墨粉8份、聚乙二醇改性环氧树脂10份、介孔大小为50nm的介孔二氧化硅纳米颗粒3份和介孔二氧化钛纳米颗粒5份、丙烯酸丁酯4份、聚醋酸乙烯酯4份、脂肪酸酞胺1份、磺化脂肪酸2份和聚甲基苯基硅氧烷3份。
底层涂层的涂料制备方法包括如下步骤：
S1，将聚乙二醇改性环氧树脂加入到二丙酮醇和丙二醇甲醚醋酸酯中，在100℃条件下超声分散40min，然后依次加入丙烯酸丁酯、聚醋酸乙烯酯、脂肪酸酞胺、磺化脂肪酸和聚甲基苯基硅氧烷，在1500r/min的转速下，搅拌30min，得到第一混合液；
S2，将介孔二氧化硅纳米颗粒和介孔二氧化钛纳米颗粒加入到步骤S1的第一混合液中，在3000r/min的转速下，搅拌6小时，得到第二混合液；
S3，将氮化硅、碳化硅、玻璃鳞片、高岭土和石墨粉加入步骤S2所得的第二混合液中，在60℃条件下超声分散20min后将混合液研磨至细度50um，然后加入氧化铝空心球，60℃条件下超声分散15min，得到底层涂层的涂料。
面层包括如下原料：二甲基硅油15份、聚四氟乙烯12份、介孔大小为50nm介孔二氧化钛纳米颗粒8份、脂肪酸酞胺1份、磺化脂肪酸2份、聚醋酸乙烯酯1份、聚氨酯1份和聚甲基苯基硅氧烷1份。
面层涂层的涂料制备方法为：将二甲基硅油、聚四氟乙烯和介孔二氧化钛纳米颗粒加入到二丙酮醇和丙二醇甲醚醋酸酯中，在100℃条件下超声分散40min，然后依次加入脂肪酸酞胺、磺化脂肪酸、聚醋酸乙烯酯、聚氨酯和聚甲基苯基硅氧烷，在3000r/min的转速下，搅拌5小时，得到面层涂层的涂料。
涂层的喷涂方法包括如下步骤：
S1，清洗烟道表面油污，并喷砂处理至Sa3级；
S2，将底层涂层的涂料涂覆于烟道表面，厚度为200μm，自然干燥或烘干固化，得到底层涂层；
S3，将面层涂层的涂料涂覆于底层涂层表面，厚度为100μm，烘干固化后得到具有双层结构的耐高温防腐涂层。
实施例三
一种耐高温防腐的涂层，包括底层和面层，按照重量份数计算，所述底层包括如下原料：氧化铝空心球9份、氮化硅14份、碳化硅17份、玻璃鳞片4份、高岭土9份、石墨粉6份、聚氨酯改性环氧树脂8份、介孔大小为30nm的介孔二氧化硅纳米颗粒3份和介孔二氧化钛纳米颗粒3份、丙烯酸丁酯2份、聚醋酸乙烯酯2份、聚氨酯2份、聚二甲基硅氧烷1份、脂肪酸酞胺1份、磺化脂肪酸1份和聚甲基苯基硅氧烷2份。
底层涂层的涂料制备方法包括如下步骤：
S1，将聚氨酯改性环氧树脂加入到有机溶剂丙二醇甲醚醋酸酯和乙酸丁酯中，在95℃条件下超声分散30min，然后依次加入丙烯酸丁酯、聚醋酸乙烯酯、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、脂肪酸酞胺、磺化脂肪酸和聚甲基苯基硅氧烷，在1000r/min的转速下，搅拌20min，得到第一混合液；
S2，将介孔二氧化硅纳米颗粒和介孔二氧化钛纳米颗粒加入到步骤S1的第一混合液中，在2500r/min的转速下，搅拌3小时，得到第二混合液；
S3，将氮化硅、碳化硅、玻璃鳞片、高岭土和石墨粉加入步骤S2所得的第二混合液中，在50℃条件下超声分散15min后将混合液研磨至细度30um，然后加入氧化铝空心球，50℃条件下超声分散11min，得到底层涂层的涂料。
面层包括如下原料：二甲基硅油10份、聚四氟乙烯10份、介孔大小为30nm的介孔二氧化钛纳米颗粒5份、脂肪酸酞胺1份、磺化脂肪酸1份和金属硬酯酸盐1份、聚醋酸乙烯酯1份、聚氨酯1份和聚甲基苯基硅氧烷0.8份。
面层涂层的涂料制备方法为：将二甲基硅油、聚四氟乙烯和介孔二氧化钛纳米颗粒加入到二丙酮醇和乙酸丁酯中，在95℃条件下超声分散30min，然后依次加入脂肪酸酞胺、磺化脂肪酸和金属硬酯酸盐、聚醋酸乙烯酯、聚氨酯和聚甲基苯基硅氧烷，在2000r/min的转速下，搅拌4小时，得到面层涂层的涂料。
涂层的喷涂方法包括如下步骤：
S1，清洗烟道表面油污，并喷砂处理至Sa2.5级；
S2，将底层涂层的涂料涂覆于烟道表面，厚度为150μm，自然干燥或烘干固化，得到底层涂层；
S3，将面层涂层的涂料涂覆于底层涂层表面，厚度为80μm，烘干固化后得到具有双层结构的耐高温防腐涂层。
实施例四
一种耐高温防腐的涂层，包括底层和面层，按照重量份数计算，所述底层包括如下原料：氧化铝空心球9份、氮化硅13份、碳化硅17份、玻璃鳞片4份、高岭土9份、石墨粉7份、纳米氧化铝改性环氧树脂4份、聚乙二醇改性环氧树脂4份、介孔大小为40nm的介孔二氧化硅纳米颗粒3份和介孔二氧化钛纳米颗粒4份、丙烯酸丁酯2份、聚醋酸乙烯酯2份、聚氨酯3份、聚二甲基硅氧烷0.5份、脂肪酸酞胺0.5份、磺化脂肪酸1份和金属硬酯酸盐1份和聚甲基苯基硅氧烷2份。
底层涂层的涂料制备方法包括如下步骤：
S1，将纳米氧化铝改性环氧树脂和聚乙二醇改性环氧树脂加入到有机溶剂丙烯酸和乙酸丁酯中，在90℃条件下超声分散40min，然后依次加入丙烯酸丁酯、聚醋酸乙烯酯、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、脂肪酸酞胺、磺化脂肪酸和金属硬酯酸盐和聚甲基苯基硅氧烷，在1500r/min的转速下，搅拌30min，得到第一混合液；
S2，将介孔二氧化硅纳米颗粒和介孔二氧化钛纳米颗粒加入到步骤S1的第一混合液中，在3000r/min的转速下，搅拌5小时，得到第二混合液；
S3，将氮化硅、碳化硅、玻璃鳞片、高岭土和石墨粉加入步骤S2所得的第二混合液中，在60℃条件下超声分散20min后将混合液研磨至细度30um，然后加入氧化铝空心球，45℃条件下超声分散12min，得到底层涂层的涂料。
面层包括如下原料：二甲基硅油13份、聚四氟乙烯11份、介孔大小为40nm的介孔二氧化钛纳米颗粒7份、聚二甲基硅氧烷0.5份、脂肪酸酞胺1.5份、磺化脂肪酸1份、丙烯酸丁酯1份、聚醋酸乙烯酯1份和聚甲基苯基硅氧烷1份。
面层涂层的涂料制备方法为：将二甲基硅油、聚四氟乙烯和介孔二氧化钛纳米颗粒加入到二丙酮醇和丙二醇甲醚醋酸酯中，在100℃条件下超声分散40min，然后依次加入聚二甲基硅氧烷、脂肪酸酞胺、磺化脂肪酸、丙烯酸丁酯、聚醋酸乙烯酯和聚甲基苯基硅氧烷，在3000r/min的转速下，搅拌5小时，得到面层涂层的涂料。
涂层的喷涂方法包括如下步骤：
S1，清洗烟道表面油污，并喷砂处理至Sa3级；
S2，将底层涂层的涂料涂覆于烟道表面，厚度为200μm，自然干燥或烘干固化，得到底层涂层；
S3，将面层涂层的涂料涂覆于底层涂层表面，厚度为50μm，烘干固化后得到具有双层结构的耐高温防腐涂层。
对比例一
以实施例一不含改性环氧树脂的双层涂层为对比例一。
一种耐高温防腐的涂层，包括底层和面层，按照重量份数计算，底层包括如下原料：氧化铝空心球8份、氮化硅10份、碳化硅15份、玻璃鳞片3份、高岭土8份、石墨粉5份、介孔大小为10nm的介孔二氧化硅纳米颗粒0.6份和介孔二氧化钛纳米颗粒2.4份、丙烯酸丁酯5份、聚二甲基硅氧烷1份和聚甲基苯基硅氧烷1份。
面层包括如下原料：二甲基硅油5份、聚四氟乙烯8份、介孔大小为10nm的介孔二氧化钛纳米颗粒3份、聚二甲基硅氧烷2份、丙烯酸丁酯1份和聚甲基苯基硅氧烷0.5份。
对比例二
以实施例二不含介孔金属氧化物纳米颗粒的双层涂层为对比例二。
一种耐高温防腐的涂层，包括底层和面层，按照重量份数计算，所述底层包括如下原料：氧化铝空心球10份、氮化硅18份、碳化硅20份、玻璃鳞片5份、高岭土10份、石墨粉8份、聚乙二醇改性环氧树脂10份、丙烯酸丁酯4份、聚醋酸乙烯酯4份、脂肪酸酞胺1份、磺化脂肪酸2份和聚甲基苯基硅氧烷3份。
面层包括如下原料：二甲基硅油15份、聚四氟乙烯12份、脂肪酸酞胺1份、磺化脂肪酸2份、聚醋酸乙烯酯1份、聚氨酯1份和聚甲基苯基硅氧烷1份。
对比例三
以实施例三仅有底层，没有面层的涂层作为对比例，验证本发明涂层的效果。
一种耐高温防腐的涂层，按照重量份数计算，包括如下原料：氧化铝空心球9份、氮化硅14份、碳化硅17份、玻璃鳞片4份、高岭土9份、石墨粉6份、聚氨酯改性环氧树脂8份、介孔大小为30nm的介孔二氧化硅纳米颗粒3份和介孔二氧化钛纳米颗粒3份、丙烯酸丁酯2份、聚醋酸乙烯酯2份、聚氨酯2份、聚二甲基硅氧烷1份、脂肪酸酞胺1份、磺化脂肪酸1份和聚甲基苯基硅氧烷2份。
对比例四
以常规环氧树脂，且不含介孔金属氧化物纳米颗粒的单层涂层为对比例，验证本发明涂层的效果。
一种耐高温防腐的涂层，按照重量份数计算，包括如下原料：氧化铝空心球10份、氮化硅18份、碳化硅20份、玻璃鳞片5份、高岭土10份、石墨粉8份、环氧树脂10份、丙烯酸丁酯2份、聚醋酸乙烯酯3份、聚氨酯2份、脂肪酸酞胺1份、磺化脂肪酸1份、金属硬酯酸盐1份和聚甲基苯基硅氧烷3份。
检测实施例和对比例涂料的韧性、强度、耐酸性能和耐高温性能，柔韧性和强度参照国标GB/T1731-1993检测方法，耐酸性能采用30％H2SO4100℃条件下浸泡，结果见表1：
表1涂层性能对比
表1可知：本发明实施例涂层柔韧性、冲击强度、耐酸性和耐高温性均高于对比例，且对比例中双层结构(对比例一和二)的涂层的冲击强度、耐酸性和耐高温性均高于单层涂层(对比例三和四)的性能，添加改性环氧树脂的实施例各项性能均高于普通环氧树脂的对比例(实施例四)。
烟道内涂覆实施例和对比例的涂层后，检测烟道内SO2、NO和NO2浓度，计算涂层对SO2、NO和NO2净化能力，结果见表2。
表2涂层对硫化物和氮化物净化能力对比
表2可知：本发明实施例对硫化物和氮氧化物的降解能力均高于对比例，双层构造的涂层效果更好，不含介孔金属氧化物纳米颗粒的对比例二和四的净化能力均低于其他实施例和对比例。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，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。
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