由于(yu)發動機(ji)部位及(ji)排氣管(guan)等設(she)備(bei)經(jing)常(chang)處于(yu)高(gao)溫(wen)和腐(fu)(fu)(fu)蝕介質中,兩者的(de)協同(tong)作(zuo)用進(jin)(jin)一步加(jia)速了(le)設(she)備(bei)的(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕穿孔,使(shi)生(sheng)產(chan)成本增加(jia),并給安全(quan)生(sheng)產(chan)帶來(lai)很(hen)大隱患。為(wei)了(le)延長設(she)備(bei)的(de)使(shi)用壽(shou)命,通常(chang)采用有(you)機(ji)高(gao)分子材料(liao)(liao)對(dui)其(qi)進(jin)(jin)行(xing)防護。本文(wen)以(yi)水溶性(xing)(xing)磷酸鹽(yan)作(zuo)為(wei)主(zhu)要成膜物(wu)質,以(yi)鉻酸酐為(wei)調(diao)節(jie)劑,添加(jia)不(bu)同(tong)種類(lei)的(de)反(fan)應性(xing)(xing)、功能性(xing)(xing)顏填料(liao)(liao)以(yi)及(ji)不(bu)同(tong)熔點的(de)金屬粉末,制備(bei)了(le)無機(ji)耐高(gao)溫(wen)防腐(fu)(fu)(fu)蝕涂料(liao)(liao)。該涂料(liao)(liao)在一定的(de)溫(wen)度下(xia)可(ke)自身反(fan)應生(sheng)成致密的(de)保護層,同(tong)時(shi)也(ye)可(ke)在短(duan)時(shi)間內與金屬材料(liao)(liao)發生(sheng)反(fan)應形成金屬絡(luo)合層,而具有(you)極好(hao)的(de)附著力,可(ke)長期在850℃以(yi)上溫(wen)度使(shi)用,并具有(you)優(you)異的(de)耐濕熱、耐鹽(yan)霧以(yi)及(ji)高(gao)低溫(wen)等性(xing)(xing)能。
1·實驗部分
1·1實驗(yan)用原材(cai)料
磷(lin)酸:85%;五氧(yang)化(hua)二磷(lin):化(hua)學純(chun)(chun);氫氧(yang)化(hua)鋁(lv)(lv)、氧(yang)化(hua)鎂、化(hua)學純(chun)(chun);云母粉(fen)(fen)(fen)、滑(hua)石粉(fen)(fen)(fen)、顏填料、鋁(lv)(lv)粉(fen)(fen)(fen)、鎳粉(fen)(fen)(fen)、銅粉(fen)(fen)(fen)、不銹鋼(gang)粉(fen)(fen)(fen):工業(ye)級。
1·2制(zhi)備工藝
水性耐高溫防腐涂料的制備如(ru)圖1所示。
圖1
2·性能測試
水性耐高溫(wen)防腐(fu)涂料(liao)主要性能(neng)如表(biao)1所(suo)示。
表(biao)1
3·結果(guo)與討論
3·1基料的合(he)成(cheng)
3·1·1聚磷酸的影響
磷(lin)(lin)酸(suan)鹽(yan)基(ji)(ji)料(liao)(liao)(liao)是(shi)通過(guo)磷(lin)(lin)酸(suan)與堿金屬(shu)(shu)(shu)反(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)制(zhi)得的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。堿金屬(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原子(zi)半(ban)徑越小、得到的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)(ji)料(liao)(liao)(liao)對底材的(de)(de)(de)(de)(de)(de)附著力越好,越容易(yi)得到無序的(de)(de)(de)(de)(de)(de)固化體(ti),更易(yi)吸(xi)收應(ying)(ying)(ying)(ying)力和應(ying)(ying)(ying)(ying)變而提高(gao)(gao)涂(tu)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)能。作為合(he)(he)(he)成(cheng)磷(lin)(lin)酸(suan)鹽(yan)基(ji)(ji)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)堿金屬(shu)(shu)(shu)有Mg、Al、Zn等,相比較Al的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原子(zi)半(ban)徑小,更適(shi)宜做合(he)(he)(he)成(cheng)基(ji)(ji)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)堿金屬(shu)(shu)(shu)。磷(lin)(lin)酸(suan)與氫氧化鋁(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)配(pei)比不同,其反(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)產(chan)物與反(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)程度(du)也不同。據報道按(an)H3PO4∶Al(OH)3=3∶1(物質的(de)(de)(de)(de)(de)(de)量(liang)比)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)比例進行(xing)反(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying),可形成(cheng)效果(guo)良好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)C型磷(lin)(lin)酸(suan)二氫鋁(lv)結構(gou)。但在(zai)試驗中發(fa)現用以上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法(fa)制(zhi)備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)(ji)料(liao)(liao)(liao),無論(lun)是(shi)涂(tu)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)強度(du)還是(shi)防腐蝕能力上(shang)均存在(zai)著一定程度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)缺(que)陷,很難滿足使(shi)用要求。磷(lin)(lin)酸(suan)和氫氧化鋁(lv)均屬(shu)(shu)(shu)于三(san)官能度(du)單體(ti),二者反(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)相當于高(gao)(gao)分子(zi)化學中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)交(jiao)聯固化。因此可通過(guo)適(shi)當的(de)(de)(de)(de)(de)(de)提高(gao)(gao)基(ji)(ji)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)聚(ju)(ju)合(he)(he)(he)度(du),來(lai)達到提高(gao)(gao)涂(tu)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)能的(de)(de)(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。試驗采用以下能提供更長鏈(lian)段的(de)(de)(de)(de)(de)(de)聚(ju)(ju)磷(lin)(lin)酸(suan)鹽(yan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法(fa)來(lai)合(he)(he)(he)成(cheng)涂(tu)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)(ji)料(liao)(liao)(liao):
為了(le)增(zeng)加基料(liao)的(de)聚合(he)度(du),以(yi)便形成(cheng)更為致密的(de)涂層,試(shi)驗分別采用磷酸和聚磷酸合(he)成(cheng)基料(liao)來制備水性(xing)高溫防(fang)腐涂料(liao),并對其性(xing)能進行了(le)對比(bi),其結果(guo)見表2。
表2
由表2可以看(kan)出,采用有聚磷酸(suan)存在(zai)的(de)(de)無(wu)機涂料(liao)整體(ti)性(xing)能優于(yu)無(wu)聚磷酸(suan)存在(zai)無(wu)機涂料(liao)。其原(yuan)因在(zai)于(yu)無(wu)聚磷酸(suan)存在(zai),生(sheng)成(cheng)的(de)(de)產物(wu)主要靠范德(de)華力(li)和氫鍵力(li)粘合(he)(he)在(zai)一(yi)起(qi),因而內(nei)聚力(li)小,得(de)到的(de)(de)涂層(ceng)整體(ti)性(xing)能不好(hao)。而聚磷酸(suan)形(xing)成(cheng)階段(duan)已經生(sheng)成(cheng)了(le)具有一(yi)定鏈長的(de)(de)大(da)分(fen)子(zi)(zi),當它與A1(OH)3反(fan)應時可進一(yi)步生(sheng)成(cheng)具有一(yi)定相對分(fen)子(zi)(zi)質量的(de)(de)網(wang)狀(zhuang)結構(gou)高(gao)(gao)分(fen)子(zi)(zi)聚合(he)(he)物(wu),使得(de)磷酸(suan)鹽體(ti)系具有較高(gao)(gao)的(de)(de)內(nei)聚力(li)[2],從而提高(gao)(gao)了(le)涂層(ceng)的(de)(de)附著力(li)及高(gao)(gao)溫防腐等性(xing)能。
3·1·2反應溫度和反應時間的(de)確定
反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)溫(wen)度(du)(du)和反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)時間對于(yu)無(wu)機合(he)成反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)來說至關重要。反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)溫(wen)度(du)(du)和反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)時間的(de)(de)差(cha)異會造成基(ji)料(liao)的(de)(de)化學結構(gou)不同,乃至后來基(ji)料(liao)的(de)(de)性能(neng)不同。根據酸(suan)(suan)堿反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)理(li)論,氫氧化鋁(lv)與磷(lin)酸(suan)(suan)在較低(di)的(de)(de)溫(wen)度(du)(du)下(xia)就已開始(shi)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)。隨著溫(wen)度(du)(du)的(de)(de)升高(gao),反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)速率增大(da)。溫(wen)度(du)(du)過高(gao),則產物開始(shi)出(chu)現(xian)副產物,影響基(ji)料(liao)的(de)(de)強度(du)(du);過低(di)形成不了性能(neng)優異的(de)(de)磷(lin)酸(suan)(suan)二(er)氫鋁(lv)結構(gou)。根據文(wen)獻[3]介(jie)紹分(fen)別進行了溫(wen)度(du)(du)為110℃以下(xia)、110~120℃、120~140℃,反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)時間為1h的(de)(de)合(he)成試驗。其結果(guo)是在110~120℃/1h條件(jian)下(xia)制得(de)的(de)(de)磷(lin)酸(suan)(suan)鹽基(ji)料(liao)的(de)(de)整體效果(guo)最為理(li)想(xiang)。
3·1·3緩蝕劑(ji)的影響
緩(huan)(huan)蝕劑(ji)是用(yong)來緩(huan)(huan)解基料(liao)對金屬材料(liao)的(de)(de)(de)腐蝕作用(yong)。緩(huan)(huan)蝕劑(ji)的(de)(de)(de)正確(que)選(xuan)擇是制備磷(lin)(lin)酸(suan)(suan)鹽耐高溫涂料(liao)的(de)(de)(de)技術(shu)關鍵之一(yi)(yi)。由于磷(lin)(lin)酸(suan)(suan)鹽本身(shen)的(de)(de)(de)成(cheng)膜(mo)性和(he)涂料(liao)中存在的(de)(de)(de)水溶性物(wu)質(zhi),對涂層的(de)(de)(de)性能(neng)有(you)一(yi)(yi)定的(de)(de)(de)負面(mian)影響。考慮到金屬Cr6+不僅(jin)具有(you)良好的(de)(de)(de)成(cheng)膜(mo)性,還可(ke)以給涂料(liao)體(ti)系(xi)提供一(yi)(yi)定量的(de)(de)(de)強氧化劑(ji)。因此選(xuan)擇CrO3做(zuo)體(ti)系(xi)的(de)(de)(de)緩(huan)(huan)蝕劑(ji),并(bing)采(cai)用(yong)磷(lin)(lin)酸(suan)(suan)二氫鋁+水+CrO3合成(cheng)具有(you)一(yi)(yi)定鏈長的(de)(de)(de)磷(lin)(lin)酸(suan)(suan)鋁鉻基料(liao)。
CrO3用量對(dui)涂層性能的影響見表3。
表3
表3數據表明,用Cr6+與(yu)磷酸等配合(he)可以(yi)鈍化涂(tu)(tu)料中的(de)(de)(de)(de)金(jin)屬(shu)(shu),提高(gao)貯存穩定性;同(tong)時(shi)在固化過程(cheng)中與(yu)不同(tong)的(de)(de)(de)(de)材(cai)料(涂(tu)(tu)料和底材(cai)中的(de)(de)(de)(de)不同(tong)金(jin)屬(shu)(shu)材(cai)料,甚至是與(yu)聚(ju)(ju)合(he)過程(cheng)中的(de)(de)(de)(de)聚(ju)(ju)磷酸鹽(yan))發生反應形成(cheng)大分子化合(he)物,有(you)利于(yu)涂(tu)(tu)層的(de)(de)(de)(de)形成(cheng),使多(duo)孔的(de)(de)(de)(de)材(cai)料致密。同(tong)時(shi)可利用鉻的(de)(de)(de)(de)憎水(shui)性來進一步彌補(bu)磷酸鹽(yan)涂(tu)(tu)料的(de)(de)(de)(de)耐水(shui)性不足。但(dan)過多(duo)的(de)(de)(de)(de)加入CrO3,涂(tu)(tu)料會因金(jin)屬(shu)(shu)材(cai)料過度的(de)(de)(de)(de)鈍化,導致無(wu)法發生化學反應而影響涂(tu)(tu)層成(cheng)膜性。
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