有機(jī)化學(xué)反應(yīng)通常在反應(yīng)釜中進(jìn)行，由于化學(xué)物質(zhì)的粘稠吸附性，使得反應(yīng)釜中化學(xué)物質(zhì)粘壁成為妨礙正常生產(chǎn)的一個(gè)重要問(wèn)題。作者通過(guò)溶膠-凝膠法制備具有低表面能的納米溶膠，將其噴涂在潔凈不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)外壁，經(jīng)350℃固化后，能在不銹鋼涂料反應(yīng)釜壁上形成厚度為微米級(jí)的不粘涂層。通過(guò)在生產(chǎn)水性涂料的不銹鋼反應(yīng)釜的試驗(yàn)表明：此方法制備的涂層施工工藝和固化工藝簡(jiǎn)單，防粘效果持久性強(qiáng)，具有良好的應(yīng)用前景。

 

    文/成慶堂 江蘇博斯騰納米涂層有限公司、江蘇河海納米科技股份有限公司

 

    邵鵬飛 江蘇博斯騰納米涂層有限公司 徐新前 江蘇河海納米科技股份有限公司 夏冬前 泰興市環(huán)境監(jiān)測(cè)站

 

    引言

 

    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)電極電位低，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，一是每次反應(yīng)完全后清洗反應(yīng)釜，每隔半年用火焰焚燒粘附在反應(yīng)釜壁上的污垢；二是在反應(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)-無(wú)機(jī)聚合物中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)， 兼具無(wú)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。

 

    納米溶膠在不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)防粘的應(yīng)用

圖1 涂覆工作現(xiàn)場(chǎng)示意圖A

 

    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。

 

    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(wú)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(wú)油污。
 

圖2 涂覆工作現(xiàn)場(chǎng)示意圖B

 

    涂裝工藝

 

    將1500L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(guò)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(kāi)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。

圖3 不同固化溫度下接觸角的變化曲線

 

    涂層固化

 

    將15KW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(guò)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(kāi)口處用鐵皮板蓋住，通過(guò)放入溫度感應(yīng)器來(lái)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1h，關(guān)閉電源，使其自然降溫，加熱恒溫總耗時(shí)為220分鐘。

 

    結(jié)果與討論

 

    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600g，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)遠(yuǎn)超過(guò)了聚四氟乙烯的所能承受的最高溫度。具體測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

 

    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220-450℃不同溫度下固化，測(cè)試涂層的接觸角，見(jiàn)圖3。 結(jié)果表明， 涂層固化溫度在350℃時(shí)，對(duì)水的接觸角達(dá)到最大值，為110°。

 

    防粘效果對(duì)比

 

    經(jīng)過(guò)兩年時(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(guò)兩年之后，表面仍有較好的防臟污性能。具體效果見(jiàn)到表2。

 

    結(jié)束語(yǔ)

 

    低表面能納米溶膠涂層具有優(yōu)良的憎水憎油性。對(duì)不銹鋼基材的附著力強(qiáng)，耐高溫且耐劃傷能優(yōu)良。最優(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。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。