常頂換熱器納米改性漆酚鈦防腐涂料實驗研究

黨軍禮1,2

(1．西安石油大學機械工程學院，陜西西安710065；2．陜西延長石油安源化工有限公司，陜西榆林719319)

 [摘要]通過實驗方法，對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行研究。結果表明，添加一定量的納米SiO2對漆酚鈦進行改性而制成的涂料，能夠使其在常頂換熱器的HCl-H2S-H2O環境中防腐性能得到提高。
    [關鍵詞]常頂換熱器；納米改性；防腐涂料；漆酚鈦；實驗研究
    [中圖分類號]TH[文獻標識碼]A[文章編號]1007-1865(2012)15-0079-02
    常頂換熱器的腐蝕介質主要是H2S-HCl-H2O。在低溫下，其內油氣冷凝形成“露點”，且HCl與H2S溶于“露點”中具有強烈的腐蝕性。針對這種情況，目前國內外多采用對設備表面進行涂敷防腐涂料處理，基本上起到了延長冷換設備的使用壽命，降低腐蝕影響的作用。但是在使用過程中，還存在很多不足，如，耐熱性不夠，附著力不強，耐酸蝕性不強[1-2]。所以，如何提高防腐涂料性能，尤其是在低溫H2S-HCl-H2O腐蝕環境中的防腐性能，一直是人們追求的目標。因此，納米改性防腐涂料作為一門新興技術將被我們采用。
    納米涂料是由納米材料與有機涂料復合而成。當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。人們在實驗中對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應用中的防腐性能研究還很少見，尤其是對低溫H2S-HCl-H2O腐蝕環境下的防腐性能的研究更是少見，而這也是工業應用中急需解決的問題[3-4]。本論文就是在這一方面進行實驗研究。
    1·實驗部分
    1.1耐高溫性實驗
    實驗材料選取符合GB912所規定的20 mm×50 mm的普通碳素鋼板作為試驗用試板，且表面經過去油、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]。
    實驗方法按《漆膜耐熱性測定法》(GB1735-79)，將三塊涂漆試板放置于已調節到按產品標準規定溫度的鼓風恒溫烘箱內。一塊涂漆試板留作比較。待達到規定時間后，將涂漆試板取出，冷卻至溫度25℃，與預先留下的那塊試板進行比較，檢查其有無起層、皺皮、鼓包、開裂、變色等現象，如沒有以上現象，則為合格。以溫度表示其耐熱性。
    實驗結果見表1耐高溫性實驗結果。

    1.2耐蝕性實驗
    實驗材料選擇符合GB912(碳素結構鋼和低合金結構鋼熱軋、冷軋薄鋼板及鋼帶)所規定的20 mm×50 mm的普通碳素鋼板作為試驗用試板。按照GB1727-92(漆膜一般制備法)制備漆膜，烘干后備用[5-8]。
    實驗方法，將作好的試板掛在敞口燒杯里，為模擬HCl腐蝕環境，將浸泡液選擇為較實際更為苛刻的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，再將燒杯進行封閉，以避免加熱后混合液的蒸發。將處置好的燒杯置于水浴鍋上加熱到80℃恒溫。連續浸泡250 h后取出觀察試板漆膜的變化情況。
    實驗結果見表2耐蝕性和附著力實驗結果。

    1.3附著力實驗
    實驗材料選擇符合GB912所規定的50 mm×120 mm×0.4 mm的普通碳素鋼板作為試驗用試板。按照GB1727-92(漆膜一般制備法)制備漆膜，烘干后備用[5-8]。
    實驗方法按《GB1720-79漆膜附著力測定法》進行，制備試板3塊，待漆膜實干后，于恒溫恒濕條件下用附著力實驗儀劃圓滾線劃痕，根據圓滾線劃痕范圍內漆膜的完整程度，分1，2，3，4，5，6，7等七個等級評定。
    實驗結果見表2耐蝕性和附著力實驗結果。
    2·分析與討論
    2.1對表1進行數據分析
    (1)在經過第一周期的加熱后，進行納米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，沒有出現其它不良現象，說明用納米SiO2對漆酚鈦進行改性是可行的，沒有引起涂料性能的下降；
    (2)在經過第二周期的加熱后，試板漆面出現一定的變化。在相同的偶聯劑加入情況下，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，偶聯劑的填加量在從0%到5%時，其耐熱性能是逐步變好的；但由5%增加到20%，甚至到長鏈時，其耐熱性能又開始變差。
    從這個周期整體情況來看，當偶聯劑填加量為5%，納米SiO2填加量為3%到5%時，經納米SiO2改性后的漆酚鈦的耐熱性能最好。
    (3)在經過第三周期的加熱后，試板漆面的變化更為明顯。在相同的納米SiO2填加情況下，偶聯劑的填加量在從0%到5%時，其耐熱性能是逐步變好的；但由5%增加到20%，甚至到長鏈時，其耐熱性能又開始變差，甚至差于不改性的漆酚鈦涂料。
    在相同的偶聯劑加入情況下，僅有偶聯劑為5%時，納米SiO2填加量由0%到5%，其耐熱性能是逐步變好的。當偶聯劑大于5%時，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對表2進行數據分析
    (1)進行納米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。說明用納米SiO2對漆酚鈦進行改性是可行的。附著力性能都有一定的變化。說明用納米SiO2對漆酚鈦進行改性是可行的。
    (2)從表2可以直觀地看出：
     ①當偶聯劑采用長鏈時，改性后的效果沒有末改性時的好；
    ②當偶聯劑為20%時，隨著納米SiO2量的增加，耐蝕性是先差后好；
    ③當偶聯劑為5%和10%時，隨時納米SiO2量的增加，耐蝕性均要優于未改性的漆酚鈦涂料；
    ④對表現較好的第6、7兩組試板繼續進行浸泡，再增加浸泡時間到490 h，結果表現，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，該試板為中度起泡。而且第7組試板的掛鉤都已經腐蝕斷裂。
    ⑤在低納米SiO2填加量下，隨偶聯劑填加量增加，附著力變化略有下降；
    ⑥在高納米SiO2填加量時，隨偶聯劑填加量增加，附著力下降較為明顯；
    ⑦當偶聯劑為長鏈表面處理劑時，隨納米SiO2填加量由0%增加到3%時，附著力有明顯下降趨勢，但當納米SiO2填加量增加到5%時，附著力又有所提高。
    3·結語
    本論文探討了利用硅烷偶聯劑KH570先對納米SiO2進行改性，然后用改性后的納米SiO2對漆酚鈦進行改性的可行性。設計了以KH570對SiO2的添加量、SiO2對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的實驗試板，進行了耐熱性、耐蝕性、附著力的實驗，根據實驗結果進行了機理分析，可以得出以下結論：
    (1)利用納米SiO2的特性對漆酚鈦進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)通過耐高溫性實驗，可以確定，當偶聯劑填加量為5%，納米SiO2填加量為3%時，經納米改性后的漆酚鈦的耐高溫性能最好。增加到5%時，耐高溫性能略有下降。
    (3)通過耐蝕性實驗，可以確定，當偶聯劑填加量達10%，納米SiO2填加量為5%時，改性后的漆酚鈦涂料的耐HCL腐蝕性能要明顯優于未改性的漆酚鈦涂料。
    (4)通過附著力實驗，可以確定，當偶聯劑為5%時，納米SiO2填加量由1%增加到5%，附著力實驗效果都要好于未進行納米改性時的情況；
    (5)通過對實驗結果的原因分析，我們認為涂料配方要針對主要性能要求進行設計，同時兼顧其它性能的平衡。如常溫使用，強調耐蝕要求時，用納米SiO2對漆酚鈦改性的配方宜選取：KH570∶納米SiO2=10%、納米SiO2∶成膜物=3%；當強調高溫要求，耐蝕使用時，用納米SiO2對漆酚鈦改性的配方宜選取：KH570∶納米SiO2=5%、納米SiO2∶成膜物=3%~5%。
    因此，通過用納米SiO2對漆酚鈦進行改性而制成的涂料，能夠使其在HCl-H2S-H2O環境中防腐性能得到提高。
參考文獻
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(本文文獻格式：黨軍禮．常頂換熱器納米改性漆酚鈦防腐涂料實驗研究[J].廣東化工，2012，39(15)：79-80)