常頂換熱器納米改性漆酚鈦防腐涂料研究

常頂換熱器納米改性漆酚鈦防腐涂料實(shí)驗(yàn)研究

黨軍禮1,2

(1．西安石油大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，陜西西安710065；2．陜西延長(zhǎng)石油安源化工有限公司，陜西榆林719319)

 [摘要]通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)納米改性前后的常頂換熱器漆酚鈦防腐涂料的耐高溫性、耐腐蝕性及其附著力的性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明，添加一定量的納米SiO2對(duì)漆酚鈦進(jìn)行改性而制成的涂料，能夠使其在常頂換熱器的HCl-H2S-H2O環(huán)境中防腐性能得到提高。
    [關(guān)鍵詞]常頂換熱器；納米改性；防腐涂料；漆酚鈦；實(shí)驗(yàn)研究
    [中圖分類號(hào)]TH[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1007-1865(2012)15-0079-02
    常頂換熱器的腐蝕介質(zhì)主要是H2S-HCl-H2O。在低溫下，其內(nèi)油氣冷凝形成“露點(diǎn)”，且HCl與H2S溶于“露點(diǎn)”中具有強(qiáng)烈的腐蝕性。針對(duì)這種情況，目前國(guó)內(nèi)外多采用對(duì)設(shè)備表面進(jìn)行涂敷防腐涂料處理，基本上起到了延長(zhǎng)冷換設(shè)備的使用壽命，降低腐蝕影響的作用。但是在使用過(guò)程中，還存在很多不足，如，耐熱性不夠，附著力不強(qiáng)，耐酸蝕性不強(qiáng)[1-2]。所以，如何提高防腐涂料性能，尤其是在低溫H2S-HCl-H2O腐蝕環(huán)境中的防腐性能，一直是人們追求的目標(biāo)。因此，納米改性防腐涂料作為一門新興技術(shù)將被我們采用。
    納米涂料是由納米材料與有機(jī)涂料復(fù)合而成。當(dāng)前用于改性的納米粒子通常為TiO2。在涂料中加入一定量的納米微粒，可顯著提高涂料的耐高溫、耐腐蝕及附著力的性能。人們?cè)趯?shí)驗(yàn)中對(duì)納米防腐涂層的防腐性能作了大量的研究工作，但納米防腐涂料在工業(yè)應(yīng)用中的防腐性能研究還很少見(jiàn)，尤其是對(duì)低溫H2S-HCl-H2O腐蝕環(huán)境下的防腐性能的研究更是少見(jiàn)，而這也是工業(yè)應(yīng)用中急需解決的問(wèn)題[3-4]。本論文就是在這一方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。
    1·實(shí)驗(yàn)部分
    1.1耐高溫性實(shí)驗(yàn)
    實(shí)驗(yàn)材料選取符合GB912所規(guī)定的20 mm×50 mm的普通碳素鋼板作為試驗(yàn)用試板，且表面經(jīng)過(guò)去油、除銹和全覆蓋磷化處理。按照GB1727-92制備漆膜，烘干后備用[5-8]。
    實(shí)驗(yàn)方法按《漆膜耐熱性測(cè)定法》(GB1735-79)，將三塊涂漆試板放置于已調(diào)節(jié)到按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定溫度的鼓風(fēng)恒溫烘箱內(nèi)。一塊涂漆試板留作比較。待達(dá)到規(guī)定時(shí)間后，將涂漆試板取出，冷卻至溫度25℃，與預(yù)先留下的那塊試板進(jìn)行比較，檢查其有無(wú)起層、皺皮、鼓包、開(kāi)裂、變色等現(xiàn)象，如沒(méi)有以上現(xiàn)象，則為合格。以溫度表示其耐熱性。
    實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1耐高溫性實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

    1.2耐蝕性實(shí)驗(yàn)
    實(shí)驗(yàn)材料選擇符合GB912(碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋、冷軋薄鋼板及鋼帶)所規(guī)定的20 mm×50 mm的普通碳素鋼板作為試驗(yàn)用試板。按照GB1727-92(漆膜一般制備法)制備漆膜，烘干后備用[5-8]。
    實(shí)驗(yàn)方法，將作好的試板掛在敞口燒杯里，為模擬HCl腐蝕環(huán)境，將浸泡液選擇為較實(shí)際更為苛刻的15%HCl+少量二甲苯混合液。混合液倒入量以將試板浸入2/3以上為宜，再將燒杯進(jìn)行封閉，以避免加熱后混合液的蒸發(fā)。將處置好的燒杯置于水浴鍋上加熱到80℃恒溫。連續(xù)浸泡250 h后取出觀察試板漆膜的變化情況。
    實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2耐蝕性和附著力實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

    1.3附著力實(shí)驗(yàn)
    實(shí)驗(yàn)材料選擇符合GB912所規(guī)定的50 mm×120 mm×0.4 mm的普通碳素鋼板作為試驗(yàn)用試板。按照GB1727-92(漆膜一般制備法)制備漆膜，烘干后備用[5-8]。
    實(shí)驗(yàn)方法按《GB1720-79漆膜附著力測(cè)定法》進(jìn)行，制備試板3塊，待漆膜實(shí)干后，于恒溫恒濕條件下用附著力實(shí)驗(yàn)儀劃圓滾線劃痕，根據(jù)圓滾線劃痕范圍內(nèi)漆膜的完整程度，分1，2，3，4，5，6，7等七個(gè)等級(jí)評(píng)定。
    實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2耐蝕性和附著力實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
    2·分析與討論
    2.1對(duì)表1進(jìn)行數(shù)據(jù)分析
    (1)在經(jīng)過(guò)第一周期的加熱后，進(jìn)行納米SiO2改性后的各試板的外觀與未改性的試板一樣，都僅僅光澤下降，沒(méi)有出現(xiàn)其它不良現(xiàn)象，說(shuō)明用納米SiO2對(duì)漆酚鈦進(jìn)行改性是可行的，沒(méi)有引起涂料性能的下降；
    (2)在經(jīng)過(guò)第二周期的加熱后，試板漆面出現(xiàn)一定的變化。在相同的偶聯(lián)劑加入情況下，納米SiO2填加量由0%到5%，其耐熱性能是逐步變好的。
    在相同的納米SiO2填加情況下，偶聯(lián)劑的填加量在從0%到5%時(shí)，其耐熱性能是逐步變好的；但由5%增加到20%，甚至到長(zhǎng)鏈時(shí)，其耐熱性能又開(kāi)始變差。
    從這個(gè)周期整體情況來(lái)看，當(dāng)偶聯(lián)劑填加量為5%，納米SiO2填加量為3%到5%時(shí)，經(jīng)納米SiO2改性后的漆酚鈦的耐熱性能最好。
    (3)在經(jīng)過(guò)第三周期的加熱后，試板漆面的變化更為明顯。在相同的納米SiO2填加情況下，偶聯(lián)劑的填加量在從0%到5%時(shí)，其耐熱性能是逐步變好的；但由5%增加到20%，甚至到長(zhǎng)鏈時(shí)，其耐熱性能又開(kāi)始變差，甚至差于不改性的漆酚鈦涂料。
    在相同的偶聯(lián)劑加入情況下，僅有偶聯(lián)劑為5%時(shí)，納米SiO2填加量由0%到5%，其耐熱性能是逐步變好的。當(dāng)偶聯(lián)劑大于5%時(shí)，納米SiO2填加量由0%增加到5%，其耐熱性能卻是逐步變差，甚至差于不改性的漆酚鈦涂料。
    2.2對(duì)表2進(jìn)行數(shù)據(jù)分析
    (1)進(jìn)行納米SiO2改性后的各試板的外觀與未改性的試板相比，耐HCl腐蝕性能都有一定的變化。說(shuō)明用納米SiO2對(duì)漆酚鈦進(jìn)行改性是可行的。附著力性能都有一定的變化。說(shuō)明用納米SiO2對(duì)漆酚鈦進(jìn)行改性是可行的。
    (2)從表2可以直觀地看出：
     ①當(dāng)偶聯(lián)劑采用長(zhǎng)鏈時(shí)，改性后的效果沒(méi)有末改性時(shí)的好；
    ②當(dāng)偶聯(lián)劑為20%時(shí)，隨著納米SiO2量的增加，耐蝕性是先差后好；
    ③當(dāng)偶聯(lián)劑為5%和10%時(shí)，隨時(shí)納米SiO2量的增加，耐蝕性均要優(yōu)于未改性的漆酚鈦涂料；
    ④對(duì)表現(xiàn)較好的第6、7兩組試板繼續(xù)進(jìn)行浸泡，再增加浸泡時(shí)間到490 h，結(jié)果表現(xiàn)，納米SiO2填加量為5%的試板僅是輕度起泡，要好于納米填加量為3%的試板，此時(shí)，該試板為中度起泡。而且第7組試板的掛鉤都已經(jīng)腐蝕斷裂。
    ⑤在低納米SiO2填加量下，隨偶聯(lián)劑填加量增加，附著力變化略有下降；
    ⑥在高納米SiO2填加量時(shí)，隨偶聯(lián)劑填加量增加，附著力下降較為明顯；
    ⑦當(dāng)偶聯(lián)劑為長(zhǎng)鏈表面處理劑時(shí)，隨納米SiO2填加量由0%增加到3%時(shí)，附著力有明顯下降趨勢(shì)，但當(dāng)納米SiO2填加量增加到5%時(shí)，附著力又有所提高。
    3·結(jié)語(yǔ)
    本論文探討了利用硅烷偶聯(lián)劑KH570先對(duì)納米SiO2進(jìn)行改性，然后用改性后的納米SiO2對(duì)漆酚鈦進(jìn)行改性的可行性。設(shè)計(jì)了以KH570對(duì)SiO2的添加量、SiO2對(duì)漆酚鈦的添加量為因素的12種配方，并以這些配方制備了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)試板，進(jìn)行了耐熱性、耐蝕性、附著力的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了機(jī)理分析，可以得出以下結(jié)論：
    (1)利用納米SiO2的特性對(duì)漆酚鈦進(jìn)行有益的改性是可行的，可以使改性后的漆酚鈦防腐性能得到改善；
    (2)通過(guò)耐高溫性實(shí)驗(yàn)，可以確定，當(dāng)偶聯(lián)劑填加量為5%，納米SiO2填加量為3%時(shí)，經(jīng)納米改性后的漆酚鈦的耐高溫性能最好。增加到5%時(shí)，耐高溫性能略有下降。
    (3)通過(guò)耐蝕性實(shí)驗(yàn)，可以確定，當(dāng)偶聯(lián)劑填加量達(dá)10%，納米SiO2填加量為5%時(shí)，改性后的漆酚鈦涂料的耐HCL腐蝕性能要明顯優(yōu)于未改性的漆酚鈦涂料。
    (4)通過(guò)附著力實(shí)驗(yàn)，可以確定，當(dāng)偶聯(lián)劑為5%時(shí)，納米SiO2填加量由1%增加到5%，附著力實(shí)驗(yàn)效果都要好于未進(jìn)行納米改性時(shí)的情況；
    (5)通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的原因分析，我們認(rèn)為涂料配方要針對(duì)主要性能要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)兼顧其它性能的平衡。如常溫使用，強(qiáng)調(diào)耐蝕要求時(shí)，用納米SiO2對(duì)漆酚鈦改性的配方宜選?。篕H570∶納米SiO2=10%、納米SiO2∶成膜物=3%；當(dāng)強(qiáng)調(diào)高溫要求，耐蝕使用時(shí)，用納米SiO2對(duì)漆酚鈦改性的配方宜選?。篕H570∶納米SiO2=5%、納米SiO2∶成膜物=3%~5%。
    因此，通過(guò)用納米SiO2對(duì)漆酚鈦進(jìn)行改性而制成的涂料，能夠使其在HCl-H2S-H2O環(huán)境中防腐性能得到提高。
參考文獻(xiàn)
[1]閻明久．換熱器防腐涂料技術(shù)進(jìn)展[J]．涂料工業(yè)，1992(3)：36．
[2]秦國(guó)治，王順，田志明．防腐蝕涂料技術(shù)及設(shè)備應(yīng)用手冊(cè)[M]．北京：中國(guó)石化出版社，2004．
[3]張立德，牟季美.納米材料學(xué)[M]．遼寧：科學(xué)出版社，1994．
[4]徐國(guó)財(cái)．納米材料和納米結(jié)構(gòu)[M]．北京：科學(xué)出版社，2000．
[5]白紅英，賈夢(mèng)秋，毋偉，等．納米Si02有原位改性及在耐熱涂料中的應(yīng)用[J]．表面技術(shù)，2003(6)：59-62．
[6]王世敏．納米材料制備技術(shù)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：178．
[7]Jesionowski T，Krysztafkiewicz A．Influence of silane coupling 
agents onsurface properties of precipitated silicas，Applied Surface 
Science，2001，172(1/2)：18．
[8]Jooho M，Takagi H．PreParation and characterization of Sb-doPed 
TiO2Photocatalysts，J Mater Sci，2001，36：949-960．
(本文文獻(xiàn)格式：黨軍禮．常頂換熱器納米改性漆酚鈦防腐涂料實(shí)驗(yàn)研究[J].廣東化工，2012，39(15)：79-80)