常顶换热器纳米改性漆酚钛防腐涂料研究

常顶换热器纳米改性漆酚钛防腐涂料实验研究

党军礼1,2

(1．西安石油大学机械工程学院，陕西西安710065；2．陕西延长石油安源化工有限公司，陕西榆林719319)

 [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
    [中图分类号]TH[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2012)15-0079-02
    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20 mm×50 mm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。

    1.2耐蚀性实验
    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20 mm×50 mm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250 h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50 mm×120 mm×0.4 mm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490 h，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。
参考文献
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(本文文献格式：党军礼．常顶换热器纳米改性漆酚钛防腐涂料实验研究[J].广东化工，2012，39(15)：79-80)