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制備了適用于煤礦設(shè)備的防腐涂料,給出了涂料性能指標(biāo),分析了阻燃機(jī)理、耐磨機(jī)理及耐腐蝕性能,實現(xiàn)了制備用原料的綠色化。該涂料具有耐磨、防腐、阻燃、絕緣等性能,具有廣泛的用途。


  1概述150億元的財富因金屬腐蝕而化為灰燼。煤礦設(shè)備大多處在陰暗、潮濕及有煤塵、巖塵等工作環(huán)境中,金屬設(shè)備腐蝕尤為嚴(yán)重。為此,大家都在積極研究有效的防腐蝕涂料。而隨著家用電器、儀器儀表、工藝品、食品等行業(yè)的發(fā)展,聚苯乙烯泡沫塑料作為一次性包裝每年耗用量近百萬噸,且無法回收,廢棄后既浪費(fèi)資源又污染環(huán)境,且易燃,大量存放對安全造成威脅,焚燒又污染大氣。本研究是變廢為寶,探討了綠色防腐蝕技術(shù)研究開發(fā)的思路和方法,從根本上減少或消滅那些對人類健康或環(huán)境有害的物質(zhì)。利用廢舊聚苯乙烯泡沫塑料改性后作為基料,加入塑劑、阻燃劑等材料,可做成透明的阻燃涂料。且成本低,對金屬及非金屬制品均適用,對現(xiàn)代家庭及公共場所的裝修既起到保留原始木材紋路等美化要求,又達(dá)到阻燃的目的,涂于木質(zhì)品上涂層可阻止或延緩火焰在物體表面燃燒。對于利用廢舊聚苯乙烯泡沫塑料改性后制成涂料己有報道,但制成阻燃涂料還未見報道。該涂料性能優(yōu)異,涂層致密,耐磨,既起到屏蔽作用、鈍化緩蝕作用和電化學(xué)保護(hù)作用,又具有阻燃、抗靜電、絕緣、抗紫外線輻射等特點(diǎn)。該涂料的研制成功不僅降低了成本而且還減少了環(huán)境污染,克服了一些油漆易燃的缺點(diǎn),易于運(yùn)輸儲存,符合環(huán)保和節(jié)能要求。應(yīng)用于礦用設(shè)備的表面安全防護(hù)具有良好的效果。


  2實驗部分2.1藥品與儀器三乙醇胺、二甲苯、氫氧化鋁、氫氧化鎂為化學(xué)純;松香、松香水、輕質(zhì)碳酸鈣為工業(yè)級。成套有機(jī)合成標(biāo)準(zhǔn)磨口玻璃儀器、攪拌器(B- 90型),檢測涂料性能的整套儀器。


  2.2實驗原料配比生產(chǎn)改性PS樹脂的原料配比見表1(表中為質(zhì)量分?jǐn)?shù))。


  表1改性PS樹脂的原料配比%原料名稱比例松香三乙醇胺二甲苯松香水增塑劑A(自制)增塑劑B(自制)改性PS樹脂阻燃涂料的配比見表2(表中為質(zhì)量分?jǐn)?shù))。


  3生產(chǎn)工藝過程2.3.1改性PS樹脂生產(chǎn)工藝按原料配比要求生產(chǎn)工藝過程:將廢舊聚苯乙烯(PS)泡沫塑料洗凈晾干后略做粉碎,再將粉碎的松香及PS順序溶解于二甲苯,得A組分。


  表2改性PS樹脂阻燃涂料的配比%原料名稱比例改性PS樹脂包覆紅磷(含P20%)(自制)氫氧化鋁氫氧化鎂輕質(zhì)碳酸鈣將三乙醇胺和塑劑溶于松香水,得B組分。


  即得改性PS樹脂。


  2.3.2改性PS樹脂阻燃涂料生產(chǎn)工藝按原料配比要求生產(chǎn)工藝過程:邊攪拌邊將C組分加入PS樹脂中。加完C后繼續(xù)攪拌30m得D組分。


  將D組分送入砂磨機(jī)中研磨至細(xì)度不大于40Lm,即得防腐阻燃涂料。


  3結(jié)果與討論3.1廢舊聚苯乙烯(PS)泡塑料的改性聚苯乙烯是一種熱塑性樹脂,具有飽和的碳-碳惰性結(jié)構(gòu),并帶有苯基,因此具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性能,耐酸、堿、鹽、油等,是一種優(yōu)良的防腐涂料基料,且光澤性好。無色、無臭、無味而有光澤,溶于芳香烴、氯代烴、脂肪族酮和酯等,具有優(yōu)良的電絕緣性。缺點(diǎn)是耐熱性低,機(jī)械強(qiáng)度小,易老化發(fā)脆,柔韌性和附著力差,所以應(yīng)先對其進(jìn)行改性。選擇二甲苯及松香水作溶劑,并用兩種塑劑、松香及三乙醇胺作為復(fù)合改性劑改性后合成改性PS樹脂。


  3.2涂膜的防腐機(jī)理涂料合成中加入一定量的Mg(OH)2和Al(OH)3,涂膜的抗腐蝕機(jī)理在于鎂和鋁化合物的電化學(xué)保護(hù)層的屏蔽作用,這是非常穩(wěn)定的抗腐蝕屏障,加上鋼鐵表面基體與涂膜中的MgAl化合物層的抗蝕性以及MgAl的陰極保護(hù)作用,這些因素綜合起來,就有力地減慢了涂層的腐蝕速度,并保證了整個涂層的抗蝕能力不受紫外線照射的影響,長期暴曬不會起皮,涂層抗老化性好,具有優(yōu)異的耐濕熱、耐鹽霧性能。同時,涂料固化后快速達(dá)到金屬硬度,且與底層鋼鐵基體會合緊密,耐磨性好,受沖擊變形可仍附著于鋼鐵面不脫落,涂層抗沖擊性能優(yōu)異。


  3.3涂膜的阻燃機(jī)理涂料中加入了包覆紅磷作阻燃劑,因為紅磷受熱易被氧化生成氧化磷,在高聚物燃燒時有水生成的環(huán)境中,又迅速轉(zhuǎn)化為偏磷酸、磷酸和各種聚磷酸。生成的這種混磷酸,不僅覆蓋在被燃物的表面,形成隔膜,產(chǎn)生穩(wěn)定的液固相覆蓋層,起著屏蔽環(huán)境(空氣)的作用,而且由于混磷酸在較高溫度下,對高聚物有強(qiáng)烈的脫水炭化作用,易在被燃物表面形成穩(wěn)定的玻璃炭化層,更進(jìn)一步強(qiáng)了被燃物的阻燃效果。聚偏磷酸是一種不揮發(fā)的穩(wěn)定化合物,有很強(qiáng)的吸水性,能使聚合物表面碳化。由于碳化層的存在,對聚合物起封閉作用,以減少可燃性揮發(fā)成分的釋放,同時還具有吸熱作用,降低聚合物自身的溫度。因此具有優(yōu)良的阻燃效果。紅磷阻燃劑也是一種有效火焰抑制劑,在高聚物中燃燒時有氧化磷生成可以與火焰區(qū)域中氫原子結(jié)合,起到抑制火焰的作用。


  這種混磷酸與鋼鐵表面的鐵銹成分:Ff23H2、FeOOHFeO比06(0只)2及FQ4xH2O生成螯合物復(fù)蓋在金屬表面,形成保護(hù)膜,又起到帶銹除銹防腐作用。


  3.4防腐耐磨性能噴涂在煤礦上應(yīng)用范圍很廣。井下空氣潮濕,且還含有S2、H2SN2等腐蝕性氣體,鋼鐵腐蝕相當(dāng)嚴(yán)重,該涂料可在空氣濕度大的環(huán)境中施工,且干燥快,防腐效果好,一般礦用涂刷防腐漆的方法進(jìn)行防護(hù),防護(hù)效果不好,不到1a表面就起泡,呈片狀脫落,1.5a左右整體銹蝕,采用該涂料噴涂可達(dá)到耐磨、防腐效果,防腐年限可達(dá)5以上。機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中的磨損是一個重要的問題,如煤洗選設(shè)備的共性問題,處理煤、水兩項介質(zhì)腐蝕、磨損,省煤器的磨損等都較為嚴(yán)重。該涂料涂敷在部件表面形成一種防腐抗磨涂層,通過測試,涂層式樣固化24h后,分別放入15%NaOH溶液、3%HCl溶液及煤油中48h測得涂層拉伸剪切強(qiáng)度分別為10. 6.72MPa及9.56MPa在TKen(環(huán)-塊)實驗機(jī)30N負(fù)荷、2.5m/s線速度條件下測得摩擦因數(shù)為0.15~ 0.20耐磨壽命為7~ 10km/Lm.金屬基體與涂層基體結(jié)合力較強(qiáng),沖蝕、磨損時不易發(fā)生黏接失效,相對耐磨性較好。測試過程中涂層要均勻,不能有氣泡出現(xiàn),保持涂層均勻平整。


  4改性PS樹脂阻燃涂料性能指標(biāo)改性PS樹脂阻燃涂料性能指標(biāo)見表玉表3改性PS樹脂阻燃涂料的性能指標(biāo)檢測項目檢測結(jié)果檢測標(biāo)準(zhǔn)外觀無色黏性流體目測法旋轉(zhuǎn)黏度計干燥時間(25C,相對濕度50%)表干實干附著力(劃圈法)耐沖擊強(qiáng)度摩擦因數(shù)耐磨壽命mLm-1阻燃性(氧指數(shù))不起泡不脫落注:摩擦因數(shù)、耐磨壽命是在TiKen(環(huán)-塊)實驗機(jī)30N負(fù)荷、2.5m/s線速度條件下測得。


  5結(jié)該涂料的研制是廢舊PS泡沫塑料回收利用的有效途徑,變廢為寶,生產(chǎn)成本低廉,制備工藝簡單,原料易得,施工方便,可采用浸涂、噴涂和刷涂的方法,對人無害、存貯穩(wěn)定,運(yùn)輸安全,是一種值得推廣的綠色涂料。


  該涂料干燥快,理化性能好,應(yīng)用范圍廣,可用于井下、建筑、船舶、橋梁等金屬制品的防腐,且絕緣、阻燃、抗靜電。對各種木料制品有較好的保護(hù)和裝飾作用,不改變材料的本色,其防火性能達(dá)到國家防火標(biāo)準(zhǔn),阻燃、裝飾兼?zhèn)洹?/p>


  耐酸、堿、鹽溶液、耐水、耐油等腐蝕,具有優(yōu)良的彈性、韌性和膨脹系數(shù)小、附著力強(qiáng)、堅硬、耐磨和與其它涂料匹配性好等優(yōu)點(diǎn)。


  該涂料用于煤洗選設(shè)備,具有較好的抗腐蝕和耐磨性能。用于省煤器設(shè)備,采用噴涂工藝,能夠保證涂層表面均勻、光滑、致密,在運(yùn)行中不會產(chǎn)生涂層脫落及省煤器積灰、堵灰現(xiàn)象,使省煤器部位煙氣速度分布均勻,有效地防止了煙氣走廊的產(chǎn)生,提高了省煤器的換熱性能,從根本上防止了省煤器的局部磨損。利用噴涂的方法解決煤礦中的設(shè)備表面防腐,機(jī)械零部件的表面強(qiáng)化和易損失效。涂飾方法簡單易行,在煤炭行業(yè)防腐中應(yīng)用前景廣闊。