一种换热器用水性环氧防腐涂料及其制备方法与流程

1.本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种换热器用水性环氧防腐涂料及其制备方法。


背景技术：

2.现代石油炼制、化工化肥等石化生产工程过程中大量使用各类换热器，然而随着全球原油重质化、劣质化以及高硫化的质量恶化，一方面导致换热器的腐蚀问题加剧，甚至发生物料泄漏，另一方面换热器内会产生大量结垢，影响换热效率，严重影响企业正常生产。
3.在换热器表面设置有机涂层是换热器最有效、最便捷的腐蚀防护措施，目前换热器专用防腐涂料大多采用溶剂型环氧树脂或其改性树脂体系，根据施工及实际使用要求，通过不同功能性的涂层多道涂装，实现耐腐蚀、耐高温及高导热性等多种功能的耦合。然而随着国内相关环保法规的陆续出台，对涂料、涂装的vocs排放要求日益趋紧，现有技术所合成的溶剂型换热器防腐涂料，已难以满足国家强制标准gb 30981环保要求，而且防腐蚀以及防垢、阻垢能力欠佳。因此急需制备一种不但具有产品环保、生产安全、施工清洁的水性换热器防腐涂料，而且该水性换热器防腐涂料具备优异的耐温性、耐介质性能、良好的耐水、耐碱、防垢以及阻垢能力。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种产品环保、生产安全、施工清洁的换热器用水性环氧防腐涂料，该换热器用水性环氧防腐涂料用于换热器，同时该换热器用水性环氧防腐涂料具备优异的耐温性、耐介质性能、良好的耐水、耐碱、防垢以及阻垢能力。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案是：
6.一种换热器用水性环氧防腐涂料，主要包括以下质量份数的原料：水性环氧乳液200～280份、水性有机硅乳液4～24份、氨基树脂16～40份、催化剂1.2～4份、水性颜填料浆130～220份、消泡剂1.2～2.8份、流平剂0.4～2份、防闪锈剂1.2～2.8份、去离子水0～12份。
7.所述水性环氧乳液为ctw-6062，固体含量为54～56％(质量百分数)。
8.所述所述水性有机硅乳液为mp50e或mpf 52e中任意一种或两种。
9.所述氨基树脂为cymel 303、cymel 325、cymel 327或cymel 350中的任意一种或几种。
10.所述催化剂为cycat 4040、byk-450、n-1419或n-3525中的任意一种或几种。
11.所述水性颜填料浆主要包括以下质量份数的原料：去离子水28～57份、分散剂5～15份、润湿剂0.25～0.75份、石墨烯浆料4～14份、颜料60～120份以及填料25～35份组成。
12.所述水性颜填料浆由以下步骤的制备方法制得：依次加入去离子水、分散剂、润湿剂、石墨烯浆料、颜料以及填料，搅拌均匀后，研磨分散，静置消泡，然后过滤出料，即得。
13.所述颜料为钛白粉、石墨粉、三聚磷酸铝、磷酸锌、氧化铝中的任意一种或几种，所述填料为云母粉、硅微粉、滑石粉、硫酸钡中的任意一种或几种。
14.所述消泡剂为901w、byk-022或者byk-019中的任意一种或几种，所述流平剂为rm-2020或byk-346中的任意一种或两种，所述防闪锈剂为roybo 60、亚硝酸钠或clariant-ac18中的任意一种或几种。
15.上述换热器用水性环氧防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
16.依次加入水性环氧乳液、水性有机硅乳液、氨基树脂及催化剂，高速搅拌均匀，在搅拌过程中，加入水性颜料浆，然后继续在搅拌状态下加入消泡剂、流平剂以及防闪锈剂，分散均匀，最后加入去离子水，即得。
17.本发明的换热器用水性环氧防腐涂料的有益效果在于：
18.本发明提供的换热器用水性环氧防腐涂料选择水性环氧乳液、氨基树脂及水性有机硅树脂作为主要成膜物质，加入少量酸性催化剂，并在浆料中引入部分石墨烯进行改性。通过分子结构设计，利用酸性催化剂加速氨基树脂和含羟基环氧乳液的交联，形成三维立体网状交联结构；硅-氧-硅为主链的交联型半无机高聚物水性有机硅及高相容性、高结构强度石墨烯的引入，使涂层具有出色的耐湿热表现，提升了涂料的防腐性能和机械性能。上述物质以特定比例配合使用，制得涂层经高温烘烤固化后，形成具有高屏蔽性、高交联密度的石墨烯改性刚性环氧-氨基-有机硅树脂互穿网络结构，具有优异的耐水及耐酸碱性能，同时具有极好的耐热性能。本发明换热器用水性环氧防腐涂料可完全满足换热器涂料耐蒸汽吹扫(1.0mpa、240℃、72h)要求。另外，该涂料可以对换热器形成高效防护，防止在实际使用过程中各种介质如热酸、热碱等对其损坏。
19.本发明的换热器用水性环氧防腐涂料，将分散剂、润湿剂、石墨烯浆料、颜料、填料以及去离子水先搅拌混合，制备成水性颜填料浆，所得浆料着色力和储存稳定性优异、环保性好，voc含量低，并与水性树脂体系有极佳的相容性。
20.本发明的换热器用水性环氧防腐涂料中引入具有良好的热传导性、耐高温及耐腐蚀性的六边形层状结构非金属类石墨及其衍生物石墨烯、具有化学缓蚀作用的三聚磷酸铝和磷酸锌、具有物理屏蔽作用的云母粉、硅微粉及氧化铝等颜料和填料，涂料固化时这些材料与成膜物质相互作用，既具有物理粘附，又具有化学桥联，颜料、填料与成膜物质形成了致密的一体化结构，因而涂层的防腐性能得到进一步提升。
21.与传统换热器用防腐涂料相比，本发明的换热器用水性环氧防腐涂料是一种单组份、热固化及底面合一的水性换热器防腐涂料。一方面，由于该涂料为底面合一的水性涂料，实际施工过程中，缩短了生产周期，降低涂装生产成本，另外避免了配套涂层质量问题。另一方面，涂料在稀释过程中除了添加少量去离子水以外，无需添加任何高voc溶剂，属低voc环保型产品，完全符合国家强制标准gb 30981的环保要求。
附图说明
22.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
23.图1是涂装本发明实施例1制备的换热器用水性环氧防腐涂料的钢管在耐蒸汽吹扫(1.0mpa、240℃、72h)实验前后的外观对比图，(图1a为涂装本发明实施例1制备的换热器用水性环氧防腐涂料的钢管在耐蒸汽吹扫(1.0mpa、240℃、72h)实验前的外观图，图1b为涂
装本发明实施例1制备的换热器用水性环氧防腐涂料的钢管在耐蒸汽吹扫(1.0mpa、240℃、72h)实验后的外观图)；
24.图2是喷涂本发明实施例1制备的换热器用水性环氧防腐涂料的钢板在耐盐雾1500h后的外观图；
具体实施方式
25.实施例和对比例中所涉及到的原材料包括：
26.实施例及对比例所用原材料除另有说明外均为市售工业用品，可通过商业渠道购得。
27.efka-4595，工业级，埃夫卡公司；byk-331，byk-190，byk-019，byk-022，byk-346，byk-450，工业级，毕克公司；r-902，r-960，工业级，杜邦公司；石墨烯浆料grf-gac-01，grf-flgad-a01，工业级，苏州格锐丰公司；水性环氧乳液ctw-6062，工业级，中海油常州涂料化工研究院；水性有机硅乳液mpf 52e，mp50e，工业级，瓦克化学公司；氨基树脂cymel 303，cymel 327，cymel 350，cymel 325，催化剂cycat 4040，工业级，湛新公司；rm-2020，工业级，冠志化工公司；roybo 60，工业级，美国瑞宝公司；石墨烯浆料ty08w3000，工业级，天元羲王公司；901w，工业级，赢创公司；clariant-ac18，工业级，科莱恩公司。
28.实施例1
29.本实施例的换热器用水性环氧防腐涂料，主要包括以下质量份数的原料：240份水性环氧乳液ctw-6062、12份水性有机硅乳液份mpf 52e、24份氨基树脂cymel 303、2.4份催化剂cycat 4040、195.1份水性颜填料浆、1.8份消泡剂byk-019、0.8份流平剂rm-2020、1.2份防闪锈剂roybo 60、2.4份去离子水。
30.其中，本实施例的水性颜填料浆主要包括以下质量份数的原料：45.1份去离子水、10.6份分散剂efka-4595、0.5份润湿剂byk-331、9份石墨烯浆料grf-gac-01、58份钛白粉r-902、14.5份800目的石墨粉、4.6份1000目的三聚磷酸铝、4.6份1000目的磷酸锌、10份2000目的云母粉、10份1250目的硅微粉、10份1250目的氧化铝、4.6份3000目的滑石粉、4.6份800目的硫酸钡。
31.本实施例的水性颜填料浆由以下步骤的制备方法制得：依次在配料缸中加入去离子水、分散剂efka-4595、润湿剂byk-331、钛白粉r-902、石墨粉、石墨烯浆料grf-gac-01、三聚磷酸铝、磷酸锌、云母粉、硅微粉、氧化铝、滑石粉、硫酸钡，搅拌均匀后，研磨分散到刮板细度20μm以下，静置消泡，然后过滤出料，即得。
32.本实施例的换热器用水性环氧防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
33.在配料缸中依次加入水性环氧乳液、水性有机硅乳液、氨基树脂及催化剂，高速2000r/min搅拌均匀，在搅拌过程中，向上述配料缸中加入水性颜料浆，然后继续在搅拌状态下加入消泡剂、流平剂以及防闪锈剂，分散均匀，最后加入去离子水，搅拌均匀即得。
34.实施例2
35.本实施例的换热器用水性环氧防腐涂料，主要包括以下质量份数的原料：240份水性环氧乳液ctw-6062、20份水性有机硅乳液份mp 50e、24份氨基树脂cymel 327、2.4份催化剂cycat 4040、182份水性颜填料浆、1.8份消泡剂byk-022、0.8份流平剂byk-346、1.2份防闪锈剂roybo 60、2.4份去离子水。
36.其中，本实施例的水性颜填料浆主要包括以下质量份数的原料：45.1份去离子水、12.6份分散剂byk-190、0.5份润湿剂byk-331、5份石墨烯浆料ty08w3000、51份钛白粉r-902、22份800目的石墨粉、4.6份1000目的三聚磷酸铝、2份1000目的磷酸锌、10份2000目的云母粉、10份1250目的硅微粉、10份1250目的氧化铝、4.6份3000目的滑石粉、4.6份800目的硫酸钡。
37.本实施例的水性颜填料浆由以下步骤的制备方法制得：依次在配料缸中加入去离子水、分散剂byk-190、润湿剂byk-331、钛白粉r-902、石墨粉、石墨烯浆料ty08w3000、三聚磷酸铝、磷酸锌、云母粉、硅微粉、氧化铝、滑石粉、硫酸钡，搅拌均匀后，研磨分散到刮板细度20μm以下，静置消泡，然后过滤出料，即得。
38.本实施例的换热器用水性环氧防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
39.在配料缸中依次加入水性环氧乳液ctw-6062、水性有机硅乳液mp 50e、氨基树脂cymel 327及催化剂cycat 4040，高速1500r/min搅拌均匀，在搅拌过程中，向上述配料缸中加入水性颜料浆，然后继续在搅拌状态下加入消泡剂byk-022、流平剂byk-346以及防闪锈剂roybo 60，分散均匀，最后加入去离子水，搅拌均匀即得。
40.实施例3
41.本实施例的换热器用水性环氧防腐涂料，主要包括以下质量份数的原料：240份水性环氧乳液ctw-6062、12份水性有机硅乳液份mpf 52e、34份氨基树脂cymel 350、3.6份催化剂byk-450、195.1份水性颜填料浆、1.8份消泡剂901w、0.8份流平剂rm-2020、1.2份防闪锈剂roybo 60、3份去离子水。
42.其中，本实施例的水性颜填料浆主要包括以下质量份数的原料：45.1份去离子水、10.6份分散剂efka-4595、0.5份润湿剂byk-331、60份钛白粉r-960、14.5份800目的石墨粉、4份石墨烯浆料ty08w3000、4.6份1000目的三聚磷酸铝、4.6份1000目的磷酸锌、10份2000目的云母粉、10份1250目的硅微粉、4份1250目的氧化铝、4.6份3000目的滑石粉、8.6份800目的硫酸钡。
43.本实施例的水性颜填料浆由以下步骤的制备方法制得：依次在配料缸中加入去离子水、分散剂、润湿剂、钛白粉、石墨粉、石墨烯浆料、三聚磷酸铝、磷酸锌、云母粉、硅微粉、氧化铝、滑石粉、硫酸钡，搅拌均匀后，研磨分散到刮板细度20μm以下，静置消泡，然后过滤出料，即得。
44.本实施例的换热器用水性环氧防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
45.在配料缸中依次加入水性环氧乳液、水性有机硅乳液、氨基树脂及催化剂，高速2500r/min搅拌均匀，在搅拌过程中，向上述配料缸中加入水性颜料浆，然后继续在搅拌状态下加入消泡剂、流平剂以及防闪锈剂，分散均匀，最后加入去离子水，搅拌均匀即得。
46.实施例4
47.本实施例的换热器用水性环氧防腐涂料，主要包括以下质量份数的原料：200份水性环氧乳液ctw-6062、12份水性有机硅乳液份mp 50e、24份氨基树脂cymel 325、2.4份催化剂cycat 4040、189.2份水性颜填料浆、1.8份消泡剂byk-019、0.8份流平剂byk-346、1.2份防闪锈剂clariant-ac18、2.4份去离子水。
48.其中，本实施例的水性颜填料浆主要包括以下质量份数的原料：45.1份去离子水、10.6份分散剂efka-4595、0.6份润湿剂byk-331、58份钛白粉r-902、14.5份800目的石墨粉、
12份石墨烯浆料grf-flgad-a01、2.6份1000目的三聚磷酸铝、4.6份1000目的磷酸锌、14份2000目的云母粉、8份1250目的硅微粉、10份1250目的氧化铝、4.6份3000目的滑石粉、4.6份800目的硫酸钡。
49.本实施例的水性颜填料浆由以下步骤的制备方法制得：依次在配料缸中加入去离子水、分散剂、润湿剂、钛白粉、石墨粉、石墨烯浆料、三聚磷酸铝、磷酸锌、云母粉、硅微粉、氧化铝、滑石粉、硫酸钡，搅拌均匀后，研磨分散到刮板细度20μm以下，静置消泡，然后过滤出料，即得。
50.本实施例的换热器用水性环氧防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
51.在配料缸中依次加入水性环氧乳液、水性有机硅乳液、氨基树脂及催化剂，高速1000r/min搅拌均匀，在搅拌过程中，向上述配料缸中加入水性颜料浆，然后继续在搅拌状态下加入消泡剂、流平剂以及防闪锈剂，分散均匀，最后加入去离子水，搅拌均匀即得。
52.对比例1
53.以市售溶剂型换热器涂料shy99作为对比例。
54.实验例
55.1)制备测试基材
56.使用钢板和换热器钢管作为测试基材。首先对钢板和钢管表面进行除锈喷砂处理，基材表面处理等级达到st2级及以上，然后根据石化行业标准sh/t 3540-2007《钢结构换热设备管束复合涂层施工与验收规范》，分别在钢板和钢管表面涂装实施例1、实施例2、实施例3、实施例4以及对比例1中制备的换热器用水性环氧防腐涂料，试板干膜厚度为150
±
30μm。其中，换热器管内宜采用灌涂法；换热器管外宜采用淋涂或喷涂法；管板、管箱、壳体表面宜采用刷涂和喷涂法。
57.涂装之后涂膜的初始固化温度为180
±
5℃，固化时缓慢升温，升温速率为2-3℃/min，最终涂层固化温度为200
±
5℃，恒温3小时；涂层固化后，涂层表面光亮平整、且无皱疤、流挂、滴坠、不可见气孔、起泡等缺陷，颜色呈涂料本色；涂层完全固化，用蘸有专用溶剂的棉团对涂覆表面局部反复擦拭，以棉团不变色为合格。
58.2)涂料性能测试
59.涂料性能主要考察换热器用水性环氧防腐涂料的外观、柔韧性、硬度、附着力、耐冲击性、耐交变实验、耐蒸汽吹扫性能、耐化学介质、耐盐雾性、voc含量。测试结果见表1。
60.柔韧性：按照gb/t 1731—1993测试。
61.硬度：按照gb/t 6739—2006测试。
62.附着力：按照gb/t 9286—1998测试，为便于比较，将结果分为1～3级，1级最好，3级最差；耐冲击性：按照gb/t 1732—1993测试。
63.耐交变实验：按照实际应用要求，对测试基材进行10周期的使用温度由冰水混合物至250℃(急冷)的耐交变实验；耐蒸汽吹扫：按照实际应用要求，使用240℃高温蒸汽，在压力1.0mpa下对测试基材进行耐蒸汽吹扫测试。
64.耐化学介质：按照gb/t 9274—1988测试。
65.耐盐雾性：按照gb/t 1771—2007测试。
66.voc含量：按照gb/t 18581—2001测试。
67.表1.涂料性能测试结果
[0068][0069][0070]
由表1可以看出，与对比例1的涂料形成的涂膜相比，本发明实施例1-实施例4所制得的换热器用水性环氧防腐涂料的耐高温性能和力学性能与溶剂型换热器相当，但是本发明实施例1-实施例4所制得的换热器用水性环氧防腐涂料的耐化学品性、耐水性能以及防腐性能均优于溶剂型换热器涂料。
[0071]
如图1所示，图1是涂装本发明实施例1制备的换热器用水性环氧防腐涂料的钢管在耐蒸汽吹扫(1.0mpa、240℃、72h)实验前后的外观对比图，其中图1a为涂装本发明实施例1制备的换热器用水性环氧防腐涂料的钢管在耐蒸汽吹扫(1.0mpa、240℃、72h)实验前的外观图，图1b为涂装本发明实施例1制备的换热器用水性环氧防腐涂料的钢管在耐蒸汽吹扫(1.0mpa、240℃、72h)实验后的外观图。实验结果表明，涂装本发明实施例1制得的换热器用水性环氧防腐涂料形成的涂层经过蒸汽吹扫，涂层平整、有强度，因此该换热器用水性环氧防腐涂料可完全应用于处于不同压力及温度下的换热器，能够保障换热器正常运行。
[0072]
如图2所示，图2是喷涂本发明实施例1制得的换热器用水性环氧防腐涂料的钢板在耐盐雾1500h后的外观图。实验发现，在耐盐雾1500h后，钢板上的涂层无扩蚀、板面无气
泡，防腐性能极佳。
[0073]
本发明提供的换热器用水性环氧防腐涂料选择水性环氧乳液、氨基树脂及水性有机硅树脂作为主要成膜物质，加入少量酸性催化剂，并在浆料中引入部分石墨烯进行改性。通过分子结构设计，利用酸性催化剂加速氨基树脂和含羟基环氧乳液的交联，形成三维立体网状交联结构；硅-氧-硅为主链的交联型半无机高聚物水性有机硅及高相容性、高结构强度石墨烯的引入，使涂层具有出色的耐湿热表现，提升了涂料的防腐性能和机械性能。同时上述物质以特定比例配合使用，制得涂层经高温烘烤固化后，形成具有高屏蔽性、高交联密度的石墨烯改性刚性环氧-氨基-有机硅树脂互穿网络结构，具有优异的耐水及耐酸碱性能，同时具有极好的耐热性能。本发明的换热器用水性环氧防腐涂料可完全满足换热器涂料耐蒸汽吹扫(1.0mpa、240℃、72h)要求。因此，该涂料可以对换热器形成高效防护，防止在实际使用过程中各种介质如热酸、热碱等对其损坏。
[0074]
本发明的换热器用水性环氧防腐涂料，将分散剂、润湿剂、石墨烯浆料、颜料、填料以及去离子水先搅拌混合，制备成水性颜填料浆，所得浆料着色力和储存稳定性优异、环保性好，voc含量低，并与水性树脂体系有极佳的相容性。
[0075]
本发明的换热器用水性环氧防腐涂料中引入具有良好的热传导性、耐高温及耐腐蚀性的六边形层状结构非金属类石墨及其衍生物石墨烯、具有化学缓蚀作用的三聚磷酸铝和磷酸锌、具有物理屏蔽作用的云母粉、硅微粉及氧化铝等颜料和填料，涂料固化时这些材料与成膜物质相互作用，既具有物理粘附，又具有化学桥联，颜料、填料与成膜物质形成了致密的一体化结构，因而涂层的防腐性能得到进一步提升。
[0076]
与传统换热器防腐涂料相比，本发明的换热器用水性环氧防腐涂料是一种单组份、热固化及底面合一的水性防腐涂料。一方面，由于该涂料为底面合一的水性涂料，实际施工过程中，缩短了生产周期，降低涂装生产成本，避免了配套涂层质量问题；另一方面，涂料在稀释过程中除了添加少量去离子水以外，无需添加任何高voc溶剂，属于低voc环保型产品，完全符合国家强制标准gb 30981的环保要求。
[0077]
可以理解地，本发明的换热器用水性环氧防腐涂料除了应用于150-300℃范围内的换热器防护外，还可以应用于石油、化工、化肥、农药、化纤、海洋化工等领域的换热器防腐。
[0078]
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。