有機化學反應通常在反應釜中進行，由于化學物質的粘稠吸附性，使得反應釜中化學物質粘壁成為妨礙正常生產的一個重要問題。作者通過溶膠-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釜內外壁，經350℃固化后，能在不銹鋼涂料反應釜壁上形成厚度為微米級的不粘涂層。通過在生產水性涂料的不銹鋼反應釜的試驗表明：此方法制備的涂層施工工藝和固化工藝簡單，防粘效果持久性強，具有良好的應用前景。

 

    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)測站

 

    引言

 

    金屬材料具有優(yōu)異的力學性能，在制造業(yè)、建筑業(yè)都得到了廣泛的應用。但是，由于金屬的標準電極電位低，使得金屬表面對水及水溶液都具有較好的潤濕性，從而在金屬材料表面容易沾污很難清理或發(fā)生腐蝕。在不銹鋼反應釜內外壁同樣會出現(xiàn)因為難以清洗反應原料，使得反應釜內外壁結垢嚴重從而降低原料的純度。目前解決的方法主要有兩種，一是每次反應完全后清洗反應釜，每隔半年用火焰焚燒粘附在反應釜壁上的污垢；二是在反應釜壁上涂覆保護涂層，主要解決方法是在不銹鋼反應釜內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，依靠有機基團的空間位阻，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-無機聚合物中的網絡結構， 兼具無機氧化物穩(wěn)定、高強度、耐化學腐蝕、耐高溫和有機聚合物柔韌性好的多重特性，對基材有優(yōu)良的防護功能。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釜內防粘的應用

圖1 涂覆工作現(xiàn)場示意圖A

 

    為了試驗納米溶膠在反應釜內防粘的作用，需要將制作好的納米溶膠涂覆到反應釜內壁上。為了將納米溶膠牢固地涂覆在反應釜內壁上，必須對反應釜內壁進行前處理，以利于涂覆。具體應用步驟為前處理、涂裝、后期固化。

 

    反應釜內壁的前處理

 

    用打磨機和拋光機在反應釜內外側進行打磨、拋光，使反應釜壁光滑平整。用無水乙醇對反應釜內外側經行清洗，確保反應釜需噴涂面光滑、潔凈，無油污。
 

圖2 涂覆工作現(xiàn)場示意圖B

 

    涂裝工藝

 

    將1500L的不銹鋼反應釜側放在水平地面，操作人員鉆進反應釜，對反應釜內壁進行噴涂。為避免霧氣對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。并在反應釜開口處安裝了工業(yè)風扇對霧氣進行消除，以減少對人體的傷害。

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剝去漆包線，然后套上陶瓷珠，使其達到耐高溫效果。待涂層表面固化后，將電阻加熱絲放置在反應釜內，在反應釜開口處用鐵皮板蓋住，通過放入溫度感應器來顯示反應釜內部溫度。

 

    通電升溫，反應釜內由初始溫度升溫至350℃，然后恒溫1h，關閉電源，使其自然降溫，加熱恒溫總耗時為220分鐘。

 

    結果與討論

 

    低表面能納米溶膠涂層在鋼材表面的性能檢測

 

    從測試結果可以看出，涂層與不銹鋼材料強力粘結，附著力達0級。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。耐高溫性能達到700℃，遠遠超過了聚四氟乙烯的所能承受的最高溫度。具體測試結果見表1。

 

    固化溫度對涂層接觸角的影響

 

    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，測試涂層的接觸角，見圖3。 結果表明， 涂層固化溫度在350℃時，對水的接觸角達到最大值，為110°。

 

    防粘效果對比

 

    經過兩年時間的跟蹤觀察，對比涂覆低表面能納米溶膠涂層和未涂覆該涂層的反應釜，發(fā)現(xiàn)涂覆該涂層的反應釜經過兩年之后，表面仍有較好的防臟污性能。具體效果見到表2。

 

    結束語

 

    低表面能納米溶膠涂層具有優(yōu)良的憎水憎油性。對不銹鋼基材的附著力強，耐高溫且耐劃傷能優(yōu)良。最優(yōu)的固化溫度為350℃。該溫度下對水的接觸角達110°，能有效阻止反應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釜噴涂表面的防粘附性能，且具有較好的持久性。