CN110804396B - 一种防腐蚀涂料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种防腐蚀涂料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防腐蚀涂料及其制备方法与应用。本发明公开的防腐蚀涂料包含纳米三氯化钛、硅酸四乙酯、六甲基二硅氮烷、氧基硅烷、乙醇或丙醇和分散剂。使用本发明的涂料制备的涂层可有效减缓设备的腐蚀，具有优良的防腐蚀性。

Description

一种防腐蚀涂料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于涂料领域，涉及一种防腐蚀涂料及其制备方法与应用。
背景技术
随着国民经济的快速发展，市场对能源的需求量逐渐增加，为满足市场的需要，一方面国内各大炼油厂纷纷扩展装置生产能力，使得装置满负荷运转；另一方面，随着能源的消耗，目前各大炼油厂加工的原油主要依靠进口，但是进口原油存在高硫、高酸和高盐的特点，这些都导致设备腐蚀问题日益加剧。与其他装置相比，蒸馏装置作为应用最为广泛的设备，腐蚀问题表现相对较为严重，其中尤其以常顶冷凝***的腐蚀最为典型。虽然，目前有比较多的措施可以进行腐蚀防护与控制，但是大部分防护还是依托对溶液中腐蚀性离子浓度的控制，例如，在溶液中添加缓蚀剂以及通过电脱盐工艺将原油中盐浓度降低等措施，但是当缓蚀剂添加设备堵塞或电脱盐工艺运转不稳定时，都会加剧常顶设备的腐蚀。因此，急需一种能够有效防护常顶腐蚀的新型防护涂层，改善设备在工艺运转不稳定时的腐蚀问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的涂料防腐蚀性能差的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种防腐蚀涂料，以所述涂料的质量为100wt％计，包含如下质量分数的组分：
Figure BDA0002309662370000011
在一些实施方案中，上述涂料中，所述硅酸四乙酯为正硅酸四乙酯。
在一些实施方案中，上述任一所述的涂料中，所述氧基硅烷为三甲基乙氧基硅烷和/或正辛基三乙氧基硅烷。
在一些实施方案中，上述任一所述的涂料中，所述分散剂为甲基丙烯酸甲酯。
为解决上述技术问题，本发明还提供上述任一所述的涂料的制备方法，包括将纳米三氯化钛、硅酸四乙酯、六甲基二硅氮烷、氧基硅烷和分散剂在乙醇或丙醇中混匀的步骤。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种制备涂层的方法，包括将上述任一所述的涂料涂覆在样品表面，静态放置，然后将样品置于250-300℃下反应使其表面形成涂层的步骤。
在高温下，在涂覆本发明的涂料的样品表面，涂料中的硅酸四乙酯、六甲基二硅氮烷和氧基硅烷发生合成反应生成二氧化硅，三氯化钛、六甲基二硅氮烷、氧基硅烷发生原位反应生成二氧化钛，反应生成的二氧化硅与二氧化钛比较均匀地分布在有机物基体中，在样品表面形成双超疏水结构，同时生成的二氧化硅和二氧化钛也具有优良的耐腐蚀性。
在一些实施方案中，上述制备涂层的方法中，所述涂覆采用往复刷涂工艺，刷涂5-10次；和/或
所述静态放置的时间为0.5-3h；和/或
所述250-300℃下反应的时间为0.5-3h。
在一些实施方案中，上述制备涂层的方法中，所述样品为碳钢样品。
为解决上述技术问题，本发明还提供上述任一所述的涂料在防腐蚀中的应用。
在一些实施方案中，上述应用中，所述腐蚀为露点腐蚀。
露点腐蚀是饱和蒸汽冷凝形成液体，液体吸附环境中酸洗气体或腐蚀性物质造成材料腐蚀。露点腐蚀问题在塔顶(比如常减压设备的塔顶，通常为碳钢材料)较为严重。本发明的涂料尤其适用于露点腐蚀防护。将本发明的涂料涂覆在塔顶(比如常减压设备的塔顶)或是其他容易产生露点的位置可以形成双超疏水、自清洁(利用涂层的超疏水结构，在液滴从涂层表面滑落的同时可以对涂层表面进行清洗)防护涂层，在排出凝液的同时，可有效防止露点腐蚀的发生和发展。
本发明具有如下优点：
(1)使用本发明的涂料制备的涂层为一种防腐蚀涂层，尤其为一种超疏水抗露点腐蚀防护涂层，因为其含有无机纳米颗粒，在保证涂层均匀性的同时，具有较好的抗老化性能，使用年限较长。
(2)使用本发明的涂料制备涂层时，不需对施工界面进行复杂处理便可正常施工，且无毒、无腐蚀性，具有较好的社会效益和经济价值。
(3)使用本发明的涂料制备的涂层具有良好的抗腐蚀能力以及优秀的防止露点腐蚀的能力，该涂层不仅可以应用在常规设备的腐蚀防护上，而且因为其超疏水的功能特点可以在常减压塔等设备塔顶做防护涂层使用，可以有效减缓设备的腐蚀，具有优良的防腐蚀性。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。
纳米三氯化钛为国药集团化学试剂有限公司产品，产品目录号为80130418。
正硅酸四乙酯为国药集团化学试剂有限公司产品，产品目录号为80124118。
六甲基二硅氮烷为国药集团化学试剂有限公司产品，产品目录号为40027760。
氧基硅烷：三甲基乙氧基硅烷为国药集团化学试剂有限公司产品，产品目录号为XW18256231；正辛基三乙氧基硅烷为国药集团化学试剂有限公司产品，产品目录号为TO017102。
分散剂：甲基丙烯酸甲酯为国药集团化学试剂有限公司产品，产品目录号为80084328。
高岭土为国药集团化学试剂有限公司分析纯试剂。
全氟辛酸为北京百灵威科技有限公司分析纯试剂。
下述实施例中的高温高压反应釜的设计温度为400℃，设计压力为10MPa。
实施例1
将纳米三氯化钛、正硅酸四乙酯、六甲基二硅氮烷、三甲基乙氧基硅烷、甲基丙烯酸甲酯在无水乙醇中充分混匀，制备得到涂料。以涂料的质量为100wt％计，该涂料中含有纳米三氯化钛1.6wt％，正硅酸四乙酯11.8wt％、六甲基二硅氮烷5.6wt％、三甲基乙氧基硅烷9.3wt％、无水乙醇61.8wt％和甲基丙烯酸甲酯9.9wt％。
将涂料充分搅拌后均匀涂覆在除灰喷砂后的碳钢样品表面，涂覆时采用往复刷涂工艺，刷涂10次，刷涂后将样品静态放置1h，然后将样品转移至高温高压釜中，将其置于280℃高温、密闭环境中，反应2h后可得涂层一。涂层一的厚度一次可达0.3mm以上而无开裂剥落现象，能牢固的附着在除灰喷砂后的钢质基底上，可以在-40℃-250℃保持高弹性、刚度，长期使用无开裂、剥落现象。
实施例2
将纳米三氯化钛、正硅酸四乙酯、六甲基二硅氮烷、正辛基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酸甲酯在无水乙醇中充分混匀，制备得到涂料。以涂料的质量为100wt％计，该涂料中含有纳米三氯化钛12.5wt％，正硅酸四乙酯11.8wt％、六甲基二硅氮烷5.6wt％、正辛基三乙氧基硅烷9.3wt％、无水乙醇57.6wt％和甲基丙烯酸甲酯3.2wt％。
将涂料充分搅拌后均匀涂覆在除灰喷砂后的碳钢样品表面，涂覆时采用往复刷涂工艺，刷涂10次，刷涂后将样品静态放置1h，然后将样品转移至高温高压釜中，将其置于280℃高温、密闭环境中，反应2h后可得涂层二。涂层二的厚度一次可达0.5mm以上而无开裂剥落现象，能较牢固的附着在除灰喷砂后的钢质基底上，可以在-40℃-250℃保持高弹性、刚度，长期使用无开裂、剥落现象。
实施例3
将纳米三氯化钛、正硅酸四乙酯、六甲基二硅氮烷、三甲基乙氧基硅烷、甲基丙烯酸甲酯在无水乙醇中充分混匀，制备得到涂料。以涂料的质量为100wt％计，该涂料中含有纳米三氯化钛8.5wt％、正硅酸四乙酯7.5wt％、六甲基二硅氮烷4.5wt％、三甲基乙氧基硅烷8.5wt％、无水乙醇62wt％和甲基丙烯酸甲酯9wt％。
将涂料充分搅拌后均匀涂覆在除灰喷砂后的碳钢样品表面，涂覆时采用往复刷涂工艺，刷涂10次，刷涂后将样品静态放置1h，然后将样品转移至高温高压釜中，将其置于280℃高温、密闭环境中，反应2h后可得涂层三。涂层三的厚度一次可达1mm以上而无开裂剥落现象，能牢固的附着在除灰喷砂后的钢质基底上，可以在-40℃-250℃保持高弹性、刚度，长期使用无开裂、剥落现象。
实施例4
将纳米三氯化钛、正硅酸四乙酯、六甲基二硅氮烷、三甲基乙氧基硅烷、甲基丙烯酸甲酯在无水乙醇中充分混匀，制备得到涂料。以涂料的质量为100wt％计，该涂料中含有纳米三氯化钛12.5wt％、正硅酸四乙酯0.8wt％、六甲基二硅氮烷5.6wt％、三甲基乙氧基硅烷9.3wt％、无水乙醇61.9wt％和甲基丙烯酸甲酯9.9wt％。
将涂料充分搅拌后均匀涂覆在除灰喷砂后的碳钢样品表面，涂覆时采用往复刷涂工艺，刷涂10次，刷涂后将样品静态放置1h，然后将样品转移至高温高压釜中，将其置于280℃高温、密闭环境中，反应2h后可得涂层四。涂层四的厚度一次可达0.5mm以上而无开裂剥落现象，能牢固的附着在除灰喷砂后的钢质基底上，可以在-40-250℃保持高弹性、刚度，长期使用无开裂、剥落现象。
实施例5
将纳米三氯化钛、正硅酸四乙酯、六甲基二硅氮烷、正辛基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酸甲酯在无水乙醇中充分混匀，制备得到涂料。以涂料的质量为100wt％计，该涂料中含有纳米三氯化钛12.5wt％、正硅酸四乙酯9.5wt％、六甲基二硅氮烷2.4wt％、正辛基三乙氧基硅烷7.5wt％、无水乙醇58.2wt％和甲基丙烯酸甲酯9.9wt％。
将涂料充分搅拌后均匀涂覆在除灰喷砂后的碳钢样品表面，涂覆时采用往复刷涂工艺，刷涂10次，刷涂后将样品静态放置1h，然后将样品转移至高温高压釜中，将其置于280℃高温、密闭环境中，反应2h后可得涂层五。涂层五的厚度一次可达0.3mm以上而无开裂剥落现象，能牢固的附着在除灰喷砂后的钢质基底上，在-40-250℃保持高弹性、刚度，长期使用无开裂、剥落现象。
实施例6
将纳米三氯化钛、正硅酸四乙酯、六甲基二硅氮烷、正辛基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酸甲酯在无水乙醇中充分混匀，制备得到涂料。以涂料的质量为100wt％计，该涂料中含有纳米三氯化钛12.5wt％、正硅酸四乙酯11.8wt％、六甲基二硅氮烷5.6wt％、正辛基三乙氧基硅烷4.0wt％、无水乙醇59.6wt％和甲基丙烯酸甲酯6.5wt％。
将涂料充分搅拌后均匀涂覆在除灰喷砂后的碳钢样品表面，涂覆时采用往复刷涂工艺，刷涂10次，刷涂后将样品静态放置1h，然后将样品转移至高温高压釜中，将其置于280℃高温、密闭环境中，反应2h后可得涂层六。涂层六的厚度一次可达0.3mm以上而无开裂剥落现象，能牢固的附着在除灰喷砂后的钢质基底上，在-40-250℃保持高弹性、刚度，长期使用无开裂、剥落现象。
实施例7
除了将刷涂次数调整为5次，样品静态放置时间调整为0.5h，高温高压釜的温度调整为300℃，反应时间为3h外，重复实施例2的步骤，得到涂层七。涂层七的厚度一次可达0.3mm以上而无开裂剥落现象，能较牢固的附着在除灰喷砂后的钢质基底上，可以在-40℃-250℃保持高弹性、刚度，长期使用无开裂、剥落现象。
实施例8
除了将刷涂次数调整为8次，样品静态放置时间调整为3h，高温高压釜的温度调整为250℃，反应时间为0.5h外，重复实施例2的步骤，得到涂层八。涂层八的厚度一次可达0.3mm以上而无开裂剥落现象，能较牢固的附着在除灰喷砂后的钢质基底上，可以在-40℃-250℃保持高弹性、刚度，长期使用无开裂、剥落现象。
实施例9
除了将无水乙醇替换为丙醇外，重复实施例2的步骤，得到涂层九。涂层九的厚度一次可达0.5mm以上而无开裂剥落现象，能较牢固的附着在除灰喷砂后的钢质基底上，可以在-40℃-250℃保持高弹性、刚度，长期使用无开裂、剥落现象。
测试例：涂层耐受性评价
为考察制备的涂层的性能，将实施例1-9所制得的涂层在室温条件下进行如下考察：
海水耐受性评价：将涂层样品放置在盐雾箱样品架上，配置3.5％氯化钠水溶液添加在盐雾箱容器中，采用空气压缩机鼓吹的方式将盐雾喷洒在箱体环境中，试验进行温度为25℃，试验周期为30天。
耐酸性评价：将质量分数为10％的盐酸或硫酸用雾化器喷洒在样品表面，每天喷洒4次，每次间隔6h，评价温度为25℃，周期为30天。
耐碱性评价：除了将试剂替换为质量分数为1.5％的NaOH水溶液之外，评价方式与耐酸性评价一致。
评价标准如下：
优秀：涂层表面存在颜色变化，表面无开裂现象；
良好：涂层表面存在颜色变化或开裂，剥落面积小于1％；
一般：涂层表面存在颜色变化以及开裂，剥落面积大于1％小于5％；
较差：涂层表面存在颜色变化以及开裂，剥落面积大于5％。
将全氟辛酸和高岭土按照质量比1:10混匀制备对比涂料，进行与实施例1相同的涂层样品制备，将得到的涂层样品作为对比涂层，进行上述评价。
涂层的性能如表1所示。
表1涂层在不同介质中耐受性评价结果
盐酸(10％) 硫酸(10％) 海水(3.5％) 耐碱性(1.5％)
涂层一 √ √ √ √
涂层二 √√√ √√ √ √√
涂层三 √√√ √√ √√√ √√
涂层四 √√ √ √ √
涂层五 √ √ √√ √
涂层六 √ √√ √ √
涂层七 √√ √√ √ √√
涂层八 √√ √√ √√ √
涂层九 √√√ √√ √ √√
对比涂层 × × √ √
备注：优秀：√√√；良好：√√；一般：√；较差：×
在超疏水涂层制备中，有文献报道采用上述对比涂料，可以采用滴涂法制备出性能较好的超疏水材料，具有较好的自清洁能力。但是由本发明的评价可知，对比涂层与基体结合力较差(涂层剥落现象明显，剥落面积大于20％)，并且在酸性环境中的耐受性较差(见表1)。表1表明，本发明制备的涂层耐酸碱等化学试剂性能优良，同时对海水也有良好的抗腐蚀性。

Claims (8)

1.一种防腐蚀涂料，以所述涂料的质量为100wt％计，包含如下质量分数的组分：
Figure FDA0003656013990000011
其中，所述氧基硅烷为三甲基乙氧基硅烷和/或正辛基三乙氧基硅烷；
所述防腐蚀涂料的制备方法如下步骤：将纳米三氯化钛、硅酸四乙酯、六甲基二硅氮烷、氧基硅烷和甲基丙烯酸甲酯在乙醇或丙醇中混匀。
2.一种制备涂层的方法，包括将权利要求1所述的涂料涂覆在样品表面，静态放置，然后将样品置于250-300℃下反应使其表面形成涂层的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述涂覆采用往复刷涂工艺，刷涂5-10次。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述静态放置的时间为0.5-3h。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述250-300℃下反应的时间为0.5-3h。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述样品为碳钢样品。
7.权利要求1所述的涂料在防腐蚀中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述腐蚀为露点腐蚀。
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