导热涂料及其制备方法、水管和锅炉蒸汽余热收集系统与流程

1.本技术涉及资源回收技术领域，尤其是涉及导热涂料及其制备方法、水管和锅炉蒸汽余热收集系统。


背景技术：

2.锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需热能,使人们生活生产中不可缺少的能量转换设备。但是锅炉在使用过程中，会产生大量的蒸汽，这些蒸汽直接排放到空气中，会造成资源浪费，因此可以将锅炉产生的蒸汽重新收集利用，以达到节能环保的目的。
3.将锅炉产生的蒸汽收集，利用蒸汽余热加热水管中的水，然后再将加热后的水用于生活生产，从而实现蒸汽余热的回收利用。但在利用蒸汽余热加热水管中的水时，蒸汽中一部分的热量传递至水管中，一部分热量散失，而蒸汽中的热量进入水管较慢，导致大部分热量散失，从而导致蒸汽余热加热水管中的水时的效率并不高。


技术实现要素：

4.为了提高蒸汽余热加热水管中水的效率，本技术提供导热涂料及其制备方法、水管和锅炉蒸汽余热收集系统。
5.第一方面，本技术提供了导热涂料，所述导热涂料包括以下质量份的原料：丙烯酸树脂乳液：20～28份；导热组合物：8～16份；成膜剂：0.4～0.8份；防锈剂：0.2～0.6份；防水剂：1～1.5份；粘合剂：0.6～1份；消泡剂：0.2～0.8份；流平剂：0.5～1.5份；稀释剂：45～55份；所述导热组合物为吸附组分、矿物油和碳化硅的混合物，所述吸附组分、矿物油和碳化硅的重量比为8：(1～2)：(2～3.5)。
6.上述吸附组分与其它助剂具有良好的相容性，可以吸附其它助剂，并且可以使得到的材料不易析出，保持宏观上结构不发生变化。添加矿物油不仅能使吸附组分和碳化硅混合的更加均匀，而且矿物油自身也具有一定的导热性能，并且导热比较均匀，而碳化硅自身具有良好的导热性和优异的高温力学性能，吸附组分和碳化硅结合能够更进一步提高该导热组合物的导热性能。并且由于矿物油将吸附组分和碳化硅混合均匀，因此还提高了导热组合物的导热均匀度。从而使得蒸汽的余热能够均匀高效的加热管道中的水，进而提高蒸汽余热加热水管中水的效率。
7.优选的，所述吸附组分包括如下质量份配比的原料：环氧树脂：20～30份；膨胀石墨：5～15份；淀粉：3.5～5份；纸浆：2～3.5份；分散剂：1～1.5份；草酸水溶液：20～35份；菜籽油：3～5份。
8.淀粉可以以分子间作用力的形式和膨胀石墨相结合，环氧树脂和菜籽油的加入不仅起到润滑作用，同时使膨胀石墨和淀粉更好的结合形成微胶囊结构，从而一定程度上可以增加膨胀石墨的致密性和稳定性。而纸浆中的化学纤维可以和此微胶囊结构结合并使其定型，形成稳定性及导热效果都较好的吸附组分。草酸水溶液主要是用于将膨胀石墨中的硫去除。
9.优选的，所述吸附组分的制备方法，包括以下步骤：s1.称取膨胀石墨，在1000～1100℃下灼烧30～40s，自然冷却；s2.在冷却后的膨胀石墨中加入草酸水溶液进行充分搅拌后过滤；s3.将过滤后的膨胀石墨与淀粉、环氧树脂、分散剂、菜籽油和纸浆进行充分混合。
10.在步骤s1中，膨胀石墨在高温下会膨胀变形，使其体积膨胀，表面积扩大，从而使吸附能力增强。在步骤s2中，膨胀石墨经过草酸水溶液洗涤，可以将其去硫化，从而减少其中硫的含量，减少污染。
11.优选的，所述导热涂料还包括酚醛树脂，所述酚醛树脂的质量份为1～2.5份。
12.酚醛树脂具有耐高温的优点，并且可以改变热能的传导量，能够在一定程度上降低管内的热量向外扩散，从而保存更多的热量，使这些热量加热管内的水，从而提高加热效率。
13.优选的，所述丙烯酸树脂乳液为热固性丙烯酸树脂和导热硅胶的混合物，所述热固性丙烯酸树脂和导热硅胶的质量配比为(8～10)：1。
14.热固性丙烯酸树脂在耐热性、耐水性、耐溶剂性，耐磨性等性能上都比较优良，在高温烘烤时不变色、不泛黄。它以丙烯酸系单体为基本成分，经交联成网络结构的不熔丙烯酸系聚合物，因此能够与导热硅胶良好结合，而导热硅胶自身也具有比较优异的导热性能、抗冷热交变性能以及耐老化性能，两者相互结合可以形成比较优异的导热混合物，从而与导热组合物共同起到良好的导热效果。并且，热固性丙烯酸树脂也能与吸附组分结合良好，使得所添加的助剂之间结合良好不易在涂覆之后剥落。热固性丙烯酸树脂和导热硅胶在上述的合适配比范围内不仅能够比较良好结合，并且两者能够相互配合，从而发挥出更加优异的导热效果。
15.优选的，所述防锈剂为rt-9412和rt-9413的混合物。
16.防锈剂rt-9412可以和树脂、矿物油等所添加的助剂良好结合，从而在涂覆在管道外层之后形成一层薄膜，从而隔绝水和空气直接与管道接触，切断氧化反应的条件，从而起到防锈的作用。防锈剂rt-9413比较容易浸涂，而且在涂覆之后成膜迅速，不易脱落，因此也具有比较良好的防锈效果。两种防锈剂结合使用不仅能使其与所添加的助剂良好结合，并
且能够快速成膜，两者相互配合可以达到更好的防锈效果。
17.第二方面，本技术公开了导热涂料的制备方法，包括以下步骤：z1.先将上述所述的质量份的丙烯酸树脂乳液、导热组合物和稀释剂混匀，400～600r/min下搅拌10～15min；z2.再加入粘合剂、消泡剂和防水剂，600～800r/min下搅拌10～15min；z3.加入成膜剂、流平剂和防锈剂，800～1000r/min下搅拌15～20min，完成制备。
18.在步骤z1中，先加入丙烯酸树脂乳液、导热组合物和稀释剂的目的在于，使丙烯酸树脂乳液和导热组合物均匀分布在稀释剂中，以便于其它助剂更好的与丙烯酸树脂乳液和导热组合物混匀。在步骤z2中，加入消泡剂使体系中的气泡消除，从而使得到的导热涂料更加均匀，以便于使后续的涂覆更加均匀。
19.优选的，在步骤z3中还加入有酚醛树脂。
20.在步骤z3中加入酚醛树脂，在较高的搅拌速度下酚醛树脂可以快速并均匀的分散在体系中，从而与其它所添加的助剂更好的结合。
21.第三方面，本技术提供了水管，所述水管表面涂覆有上述的导热涂料。
22.该导热涂料具有比较优异的导热效果，将该导热涂料涂覆于上述所述的水管上，可以利用导热涂料优异的导热效果将蒸汽的余热更高效的传递至水管，从而通过水管将更多的热量传递至水管中的水中，进而提高利用蒸汽余热加热水管中水的效率。
23.第四方面，本技术提供了锅炉蒸汽余热收集系统，所述锅炉蒸汽余热收集系统中安装有上述的水管。
24.上述锅炉蒸汽余热收集系统是将锅炉产生的蒸汽通过蒸汽通道将蒸汽收集，蒸汽通道内安装有若干水管，蒸汽在进入蒸汽通道之后，将蒸汽内的热量传递至水管中的水中，从而将水管中的水加热。加热后的水用于生活生产中的热水供应，起到了蒸汽回收利用的作用。本技术将上述的水管安装于该锅炉蒸汽余热收集系统中，通过水管表面涂覆的导热涂料优异的导热性能，将锅炉产生的蒸汽余热更高效的导入进水管的水中，从而提高利用蒸汽余热加热水管中水的效率。
25.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.本技术提供了导热涂料，并将该导热涂料涂覆于锅炉的蒸汽余热收集系统中的水管上，以提高利用蒸汽余热加热水管中水的效率。该导热涂料主要是将丙烯酸树脂乳液、导热组合物、稀释剂、成膜剂以及其它助剂混合制得，各种助剂经过相互配合，发挥出比较优异的性能，使得到的导热涂料具有比较良好的导热效果。
26.2.本技术中导热组合物为吸附组分、矿物油和碳化硅的混合物，三者自身都具有良好的导热性能，并经过配比使其发挥出各自比较优异的性能，从而增加该导热组合物的导热性能。
具体实施方式
27.以下结合制备例、实施例和对比例对本技术作进一步详细说明。
28.在以下制备例、实施例及对比例中，部分材料的来源、型号如表1所示，所使用的仪器型号如表2所示。
29.表1、原料来源规格表原料型号规格来源热固性丙烯酸树脂含固量65％盖德化工导热硅胶lb-5450立邦新材料环氧树脂99.5％济南创世化工膨胀石墨yh-325纯度99.8％ 粒度50um青岛岩海碳材料玉米淀粉/益聚化工纸浆/广西劲达兴纸业羟丙基甲基纤维素/山东潍坊力特复合材料草酸水溶液0.1mol/ml益聚化工菜籽油/鲁花矿物油/衡水圣康化工碳化硅/麦克林试剂油溶防锈剂rt-9412天津英特节能硬膜防锈剂rt-9413天津英特节能有机硅防水剂重庆有机硅防水剂重庆名宏化工聚醋酸乙烯含量≥99％湖北启步新材料有机硅消泡剂thix-278恒鑫化工2-丙烯酸丁酯均聚物1.087g/ml湖北鑫红利化工1、6-己二醇二丙烯酸酯hdda上海科旺化学试剂酚醛树脂1904h丰联精细化工表2、实验仪器来源规格表仪器型号规格厂家导热系数测量仪drl-iii湘潭市仪器仪表热阻测试仪micredt3stermicred1700℃箱式实验电炉sxl-1700c上海钜晶制备例制备例1～11为吸附组分。
30.在制备例1～9中，吸附组分的制备方法为：s1.称取膨胀石墨，放入坩埚中，将坩埚放入马弗炉中，在1100℃下灼烧30s，自然冷却；s2.在冷却后的膨胀石墨中加入草酸水溶液进行搅拌，200r/min，15min，过滤；s3.将过滤后的膨胀石墨与淀粉、环氧树脂、分散剂、菜籽油和纸浆进行混合，600r/min，25min。
31.其中，制备例1～9中，吸附组分的制备所用的原料配比如表3所示：表3、制备例1～9的原料规格表
制备例10制备例10与制备例1的不同之处在于，在步骤s2中，将草酸水溶液水溶液替换为25kg去离子水。
32.制备例11制备例11与制备例1的不同之处在于，在步骤s1中，灼烧温度为800℃，时间为20s。实施例
33.实施例1～26及对比例1～7为导热涂料，通过如下方法制备：z1.先加入上述所述质量份的丙烯酸树脂乳液、导热组合物和稀释剂，500r/min，搅拌15min；z2.再加入粘合剂、消泡剂和防水剂，700r/min，搅拌15min；z3.最后加入成膜剂、流平剂和防锈剂，900r/min，搅拌20min。
34.实施例1～11分别对应采用制备例1～11制得的吸附组分。其它实施例及对比例中除特殊说明外，均采用制备例1制备得到的吸附组分。
35.实施例12～13和对比例1改变了吸附组分、矿物油和碳化硅的比例。
36.表4、制备例1～13及对比例1的原料规格表原料/kg实施例1～11实施例12实施例13对比例1热固性丙烯酸树脂1.81.81.81.8导热硅胶0.40.40.40.4吸附组分0.70.60.81矿物油0.150.250.10.05碳化硅0.250.250.20.05成膜剂0.060.060.060.06rt-94120.020.020.020.02rt-94130.020.020.020.02防水剂0.120.120.120.12粘合剂0.080.080.080.08消泡剂0.050.050.050.05流平剂0.10.10.10.1hdda5555对比例2对比例2与实施例1的不同之处在于，导热组合物替换为1.1kg膨胀石墨。
37.对比例3对比例3与实施例1的不同之处在于，导热组合物替换为1.1kg吸附组分。
38.对比例4对比例4与实施例1的不同之处在于，导热组合物替换为0.6kg矿物油和0.5kg的碳化硅。
39.对比例5对比例5与实施例1的不同之处在于，导热组合物替换为0.8kg的吸附组分和0.3kg的碳化硅。
40.实施例14～15及对比例6～7均采用实施例1中所用比例的导热组合物，实施例14～ 15及对比例6～7主要改变了导热组合物的重量。
41.实施例14实施例14与实施例1的不同之处在于，导热组合物的重量为0.8kg。
42.实施例15实施例15与实施例1的不同之处在于，导热组合物的重量为1.6kg。
43.对比例6对比例6与实施例1的不同之处在于，导热组合物的重量为0.6kg。
44.对比例7对比例7与实施例1的不同之处在于，导热组合物的重量为1.8kg。
45.实施例16～19主要改变了丙烯酸树脂乳液中热固性丙烯酸树脂和导热硅胶的添加量。
46.实施例16实施例16与实施例1的不同之处在于，添加的热固性丙烯酸树脂的重量为1.6kg，导热硅胶的重量为0.2kg。
47.实施例17实施例17与实施例1的不同之处在于，添加的热固性丙烯酸树脂的重量为2kg，导热硅胶的重量为0.6kg。
48.实施例18实施例18与实施例1的不同之处在于，添加的热固性丙烯酸树脂的重量为1.2kg，导热硅胶的重量为0.3kg。
49.实施例19实施例19与实施例1的不同之处在于，丙烯酸树脂乳液为2.2kg热固性丙烯酸树脂。
50.实施例20～24主要添加了酚醛树脂，并且改变了所添加的酚醛树脂的质量。
51.实施例20实施例20与实施例1的不同之处在于，添加了0.15kg的酚醛树脂。
52.实施例21实施例21与实施例1的不同之处在于，添加了0.1kg的酚醛树脂。
53.实施例22实施例22与实施例1的不同之处在于，添加了0.25kg的酚醛树脂。
54.实施例23实施例23与实施例1的不同之处在于，添加了0.4kg的酚醛树脂。
55.实施例24实施例24与实施例1的不同之处在于，添加了0.05kg的酚醛树脂。
56.实施例25实施例25与实施例1的不同之处在于，在步骤s1中，搅拌速度为400r/min，搅拌时间为10min。在步骤s2中，搅拌速度为600r/min，搅拌时间为15min。在步骤s3中，搅拌速度为800r/min，搅拌时间为20min。
57.实施例26实施例26与实施例1的不同之处在于，在步骤s1中，搅拌速度为300r/min，搅拌时间为5min。在步骤s2中，搅拌速度为500r/min，搅拌时间为8min。在步骤s3中，搅拌速度为600r/min，搅拌时间为10min。
58.实施例27和对比例8为水管。
59.实施例27和对比例8所使用的的水管为316l不锈钢水管，水管的直径为20mm，壁厚为1.0mm。
60.实施例27的水管表面涂覆有实施例1的导热涂料，导热涂料的涂覆密度为1kg/m2，导热材料涂覆后自然风干。
61.对比例8对比例8与实施例27的不同之处在于，水管上涂覆了对比例1中的涂层。
62.实施例28及对比例9～10为锅炉蒸汽余热回收系统。
63.实施例28中锅炉蒸汽余热回收系统包括蒸汽通道，蒸汽通道与锅炉连接，蒸汽通道连接锅炉的一端为进气口，另一端为出气口。蒸汽通道内盘旋铺设有水管，铺设长度为20米，水管的进水口设置在出气口处，出水口设置在进气口处，即水管的水流方向与蒸汽通道内的蒸汽流动方向相反。所铺设的水管为实施例27中的水管。
64.对比例9对比例9与实施例28的不同之处在于，所铺设的水管为对比例8中的水管。
65.对比例10对比例10与实施例28的不同之处在于，所铺设的水管上未涂覆导热涂料。
66.性能检测试验方法将上述实施例1～26和对比例1～7所得到的导热涂料分别进行导热系数测试和热阻测试。
67.(1)导热系数测试将导热涂料涂覆在测试板上自然风干，使用导热系数测量仪进行测试。温度设置40℃，待温度稳定后开始测试。将试验探头置于两片测试板中间，获得探头及目标试样的热流信息，从而得到涂层试样的导热系数。
68.(2)热阻测试使用热阻测试仪测量涂层试样的散热特性，首先将待测样品置于温度可控的恒温试样台上，施加测试电流。温度设置40℃，当恒温平台温度达到40℃时，等待5min后，切断工作电流，得到涂层试样的热阻值。
69.表5、实施例1～26及对比例1～7的实验结果表对比实施例1～10可以发现，吸附组分中所添加的助剂的质量份对于膨胀石墨的改性有比较重要的影响，特别是环氧树脂、膨胀石墨和淀粉对吸附组分的导热性能影响较大。原因可能在于，淀粉与膨胀石墨的结构相似，能够通过分子间作用力与膨胀石墨相结合，环氧树脂使膨胀石墨和淀粉更好的结合形成微胶囊结构，从而一定程度上可以增加膨胀石墨的致密性和稳定性，进而增强吸附组分的导热性能。
70.对比实施例11和实施例1可以发现，吸附组分的制备方法对吸附组分的性能具有一定的影响，原因可能在于，在制备过程中合适的制备条件会使所添加的助剂之间更好的结合，发挥出助剂之间比较优异的性能，从而使得到的吸附组分的导热性能更好。
71.对比实施例12～13及对比例1～5可以看出，导热组合物中吸附组分、矿物油和碳化硅的重量比例对于导热组合物的导热性能有一定的影响。当吸附组分、矿物油和碳化硅的重量比为8∶(1～2)∶(2～3.5)时，所得到的导热组合物的导热性能比较好。在只添加膨胀石墨和吸附组分时所得到的导热涂料的导热效果劣于添加吸附组分、矿物油和碳化硅的混合物所得到的导热涂料。原因可能在于，吸附组分优异的多孔性能使其与其它助剂的相容性良好，可以将其它助剂吸附于微孔内。矿物油可以使吸附组分和碳化硅混合的更加均匀，矿物油和碳化硅具有导热性，三者结合能够更进一步提高该导热组合物的导热性能。
72.对比实施例14～15及对比例6～7可以看出，导热组合物的质量占比对导热涂料的导热性能也有一定的影响，导热组合物的质量份为8～16份时，能使得到的导热涂料具有比较优异的导热效果。
73.对比实施例16～19可以看出，丙烯酸树脂乳液中热固性丙烯酸树脂和导热硅胶的添加量对导热涂料的导热效果也有一定的影响。原因可能在于，丙烯酸树脂乳液在该体系中能与吸附组分和其它助剂等良好的结合，形成结构致密、导热效果较好的导热涂料。
74.对比实施例1和实施例20～24可以发现，添加了酚醛树脂后，导热涂料的导热效果更好，原因可能在于，酚醛树脂耐高温，能够降低管内的热量向外扩散的可能，从而保存更多的热量，进而提高加热效率。
75.对比实施例25～26可以看出，导热涂料的制备方法对其的导热性能也具有一定的影响，原因可能在于，在制备过程中不同的添加步骤、不同的搅拌速度和搅拌时间可能会导致所添加的助剂之间结合的方式不同或者助剂之间结合的不够充分等问题，从而使各个助剂之间不能相互配合发挥出比较优异的协同效果。
76.(3)测试实施例28及对比例9～10中三根水管的进水口和出水口的温度，和蒸汽通道的进气口和出气口的温度，分别计算温差。
77.表6、实施例28及对比例9～10中的水管的实验结果表序号初始温度/℃最终温度/℃温差/℃实施例2724.173.149对比例923.866.242.4对比例1024.357.433.1表7、实施例28及对比例9～10中的蒸汽通道的实验结果表序号初始温度/℃最终温度/℃温差/℃实施例2798.652.346.3对比例998.559.638.9对比例1098.668.630根据实施例28、对比例9～10及表6～7可知，涂覆有上述导热涂料的水管的上升温度均高于未涂覆导热涂料的水管，因此可以表明上述所述的导热涂料涂覆于水管上后可以增加蒸汽余热的回收效率。原因可能在于，上述导热涂料具有优异的导热性能，能够将锅炉的蒸汽中的热量更好的传递至水管的水中，从而提高蒸汽余热加热水管中水的效率。
78.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。