金屬材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能,在制造業(yè)、建筑業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用。但是,由于金屬的標(biāo)準(zhǔn)電很電位低岡,使得金屬表面對(duì)水及水溶液都具有較好的潤(rùn)濕性,從而在金屬材料表面容易沾污很難清理或發(fā)生腐蝕。在不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)外壁同樣會(huì)出現(xiàn)因?yàn)殡y以清洗反應(yīng)原料,使得反應(yīng)釜內(nèi)外壁結(jié)垢嚴(yán)重從而降低原料的純度。目前解決的方法主要有兩種,其一每次反應(yīng)完全后清洗反應(yīng)釜,每隔半年用氫氧焰焚燒粘附在反應(yīng)釜壁上的污垢;其二在反應(yīng)釜壁上涂覆保護(hù)涂層,主要解決方法是在不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)壁涂覆聚四氟乙烯涂層,但是聚四氟乙烯涂層抗劃傷性差,且在260℃以上熱穩(wěn)定性不好。本文以溶膠凝膠法制備的低表面能納米溶膠,依靠有機(jī)基團(tuán)的空間位阻,有效抑制顆粒的相互凝聚,合成均勻穩(wěn)定的納米溶膠產(chǎn)品。在涂覆于基材上形成涂層后,涂層為納米顆粒包覆于有機(jī)一無機(jī)聚合物中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),兼具無機(jī)氧化物穩(wěn)定、高強(qiáng)度、耐化學(xué)腐蝕、耐高溫和有機(jī)聚合物柔韌性好的多重特性,對(duì)基材有優(yōu)良的防護(hù)功能。涂覆低表面能納米溶膠涂層,使得金屬表面獲得了較低的表面能,結(jié)垢層與金屬表面之間的附著力差,污垢不易沉積。
2試驗(yàn)應(yīng)用過程
2.1材料準(zhǔn)備
2.1.1低表面能的納米溶膠制備材料準(zhǔn)備
硅烷偶聯(lián)劑(南京萬達(dá)硅業(yè))、二氧化硅水溶膠(阿克蘇諾貝爾)、去離子水、水解催化劑、氟硅烷偶聯(lián)劑、無水乙醇。
2.L2應(yīng)用材料準(zhǔn)備
巧00L的不銹鋼反應(yīng)釜一臺(tái);防毒面具一只;防塵頭套一只;噴槍一根;打磨機(jī)一臺(tái);拋光機(jī)一臺(tái);15KW的加熱器一臺(tái)等。
2.2低表面能的納米溶膠制備方法
2.2.1低表面能的納米溶膠制備的原理
通過溶膠一凝膠法,將二氧化硅變成表面能較低的納米形態(tài),通過溶膠制作,形成可以任意涂層的凝膠狀應(yīng)用物。
2.2.2低表面能的納米溶膠制備工藝
將硅烷偶聯(lián)劑、氟硅烷偶聯(lián)劑、二氧化硅水溶膠按一定比例混合均勻,加入一定量的去離子水和水解催化劑。高速攪拌,待其水解后降溫至室溫,加入無水乙醇,經(jīng)過濾器過濾后制成低表面能納米溶膠成品。
3納米溶膠在反應(yīng)釜內(nèi)防粘的應(yīng)用
為了試驗(yàn)納米溶膠在反應(yīng)釜內(nèi)防粘的作用,需要將制作好的納米溶膠涂覆到反應(yīng)釜內(nèi)壁上。為了將納米溶膠牢固地涂覆在反應(yīng)釜內(nèi)壁上,必須對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)壁進(jìn)行前處理,以利于涂覆。具體應(yīng)用步驟為前處理、涂裝、后期固化。
3.1反應(yīng)釜內(nèi)壁的前處理
用打磨機(jī)和拋光機(jī)在反應(yīng)釜內(nèi)外側(cè)進(jìn)行打磨、拋光,使反應(yīng)釜壁光滑平整。用無水乙醇對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)外側(cè)經(jīng)行清洗,確保反應(yīng)釜需噴涂面光滑、潔凈,無油污。
3.2涂裝工藝
將150L的不銹鋼反應(yīng)釜側(cè)放在水平地面,操作人員鉆進(jìn)反應(yīng)釜,對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)壁進(jìn)行噴涂。為避免霧氣對(duì)人員在操作過程中的傷害,噴涂人員佩戴防毒面具,頭戴防塵帽。并在反應(yīng)釜開口處安裝了工業(yè)風(fēng)扇對(duì)霧氣進(jìn)行消除,以減少對(duì)人體的傷害。
3.3涂層固化
將巧KW的加熱器的電阻加熱絲用鋼條固定好,在三相線接線處通過剝?nèi)テ岚€,然后套上陶瓷珠,使其達(dá)到耐高溫效果。待涂層表面固化后,將電阻加熱絲放置在反應(yīng)釜內(nèi),在反應(yīng)釜開口處用鐵皮板蓋住,通過放入溫度感應(yīng)器來顯示反應(yīng)釜內(nèi)部溫度。
通電升溫,反應(yīng)釜內(nèi)由初始溫度升溫至350℃,然后恒溫lh,關(guān)閉電源,使其自然降溫,加熱恒溫總耗時(shí)為220min。具體升溫時(shí)間與溫度變化見圖3。
4性能檢測(cè)
4.1性能檢測(cè)指標(biāo)
對(duì)同批次,同條件下制備的試樣進(jìn)行了接觸角、附著力、耐劃傷、厚度、鉛筆硬度、涂層耐久性、耐高溫性進(jìn)行了測(cè)試。
4.1.1接觸角測(cè)定
使用上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司的Jc2000DI型接觸角測(cè)定儀測(cè)定。
4.1.2附著力測(cè)試
按GB/T9286一1998劃格法測(cè)試。
4.1.3耐劃傷性測(cè)試
按GB/T9279一2007測(cè)試,委托常州涂料研究所進(jìn)行檢測(cè)。
4.1.4厚度測(cè)試
使用德國(guó)Fischer便攜式測(cè)厚儀測(cè)試。
4.1.5鉛筆硬度(刮破)測(cè)試
按照GB/T6739一2006測(cè)試。
.1.6耐久性測(cè)試
涂層噴涂在反應(yīng)釜表面,每隔半年對(duì)其進(jìn)行查看,對(duì)比涂過低表面能納米溶膠涂層和沒有涂低表面能納米溶膠涂層反應(yīng)釜耐臟污性能對(duì)比。
4.1.7耐高溫測(cè)試
用帶溫度顯示的馬弗爐(溫度范圍0至120℃)做熱源,將固化好的樣板在常溫時(shí)放入高溫設(shè)備中,啟動(dòng)設(shè)備加熱至70℃,保持巧min后取出樣板,冷卻,目測(cè)涂層表面。要求涂層不起泡、不起層、不脫落
5結(jié)果與討論
5.1低表面能納米溶膠涂層在鋼材表面的性能檢測(cè)
從測(cè)試結(jié)果可以看出,涂層與不銹鋼材料強(qiáng)力粘結(jié),附著力達(dá)0級(jí)。涂層的耐劃傷性為6009,性能良好。涂層表面硬度高,鉛筆硬度為6H以上。耐高溫性能達(dá)到700℃,遠(yuǎn)很過了聚四氟乙烯的所能承受的較高溫度。具體測(cè)試結(jié)果見表1。
| 項(xiàng)目 | 檢測(cè)結(jié)果 |
| 接觸角 | 對(duì)水接觸角110℃，對(duì)十六烷接觸角65℃ |
| 附著力 | 0級(jí) |
| 耐劃傷性 | 600g |
| 涂層厚度 | 7.1微米 |
| 鉛筆硬度測(cè)試 | 大于6H |
| 耐高溫性 | 700℃ |
5.2固化溫度對(duì)涂層接觸角的影響
我們發(fā)現(xiàn)固化溫度影響涂層的表面性能。為優(yōu)化固化溫度,涂層在20一450℃不同溫度下固化,測(cè)試涂層的接觸角,見圖2。結(jié)果表明,涂層固化溫度在350℃時(shí),對(duì)水的接觸角達(dá)到較大值,為110“。圖2不同固化溫度下接觸角的變化曲線。
5.3防粘效果對(duì)比
經(jīng)過一年時(shí)間的跟蹤觀察,對(duì)比涂覆低表面能納米溶膠涂層和未涂覆該涂層的反應(yīng)釜,發(fā)現(xiàn)涂覆該涂層的反應(yīng)釜經(jīng)過一年之后,表面仍有較好的防臟污性能。具體效果見到表2。
| 時(shí)間材料名稱 | 涂覆結(jié)束后 | 使用約半年 | 使用約一年 |
| 涂覆低表面能納米溶膠涂層的1500L涂料反應(yīng)釜 未涂覆低表面能納米溶膠涂層的1500L涂料反應(yīng)釜 |
水滴在反應(yīng)釜表面在表面成珠，形成明顯的荷葉效應(yīng)，用水沖洗后，剩余涂料均洗凈，無殘留 表面光滑，水珠在其表面形成均勻水膜覆蓋在內(nèi)壁上 |
水滴在反應(yīng)釜表面在表面成珠，清水沖洗后有很少量涂料殘留，涂料自然干燥后結(jié)皮，可輕易撕去 反應(yīng)釜內(nèi)壁結(jié)了很厚的未清洗完全的涂料，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量和反應(yīng)釜外觀，清理難度大 |
水滴在反應(yīng)釜表面仍有成珠效果，清水沖洗合成涂料后的反應(yīng)釜時(shí)，會(huì)有少量的涂料殘留，自然干燥后結(jié)皮，可輕易撕去，憎水效果仍在，涂層防臟污性能仍在。 反應(yīng)釜內(nèi)壁形成的未清洗完全的涂料約2cm厚，需要使用進(jìn)行氫氧焰焚燒處理或者機(jī)械法處理 |
6結(jié)論
1、低表面能納米溶膠涂層具有優(yōu)良的僧水僧油性。對(duì)不銹鋼基材的附著力強(qiáng),耐高溫且耐劃傷能優(yōu)良。
2、較優(yōu)的固化溫度為350℃。該溫度下對(duì)水的接觸角達(dá)110,能有效阻止反應(yīng)物在不銹鋼表面的附著,起到較好的防粘附作用和易清潔效果。
3、低表面能納米涂層明顯改善不銹鋼反應(yīng)釜噴涂表面的防粘附性能且具有較好的持久性。
