本发明属于涂料领域，具体涉及一种换热器用石墨烯高导热防腐涂料及其制备方法。
背景技术：
：换热器是工业中常见的一种化工设备，主要集中于石油、化工、冶金、电力等领域。由于换热器在使用过程中所接触的环境较为复杂，如高温环境、酸性环境、含尘气体环境等，因此在换热器使用过程中不可避免的产生酸蚀、高温腐蚀、磨损、穿孔等腐蚀问题，严重影响了换热器的使用效率和寿命。换热器的材质大多为碳钢，其很容易遭受腐蚀。涂刷防腐蚀涂料是必不可少的环节。即使这样，换热器的使用寿命仍很短，化工行业中换热器的寿命一般为10-15年，在一些腐蚀性强的场合，只有3年。据统计，一般化工厂中换热器的投资费用约占总投资的10％-40％，炼油厂中，其投资费用所占比例高到35％-40％，海水淡化工艺装置则几乎全部由换热器组成。所以说，换热器的使用寿命和对能量的利用率直接决定了工艺系统的经济性，也直接影响到生产成本。换热器的使用寿命主要取决于其实际使用时所面临的环境和自身的防腐能力。实际应用中，客观的环境条件往往无法改变，所以要尽可能的提高换热器的防腐能力。一是采用耐腐蚀材料，另外一种是对换热器进行保护处理。由于经济上的原因，一般企业难以接受价格昂贵的不锈钢等材料，而选用价格便宜的碳钢，目前使用高性能的防腐蚀涂料仍是提高防腐性的主要途径。在换热器的设计过程中，导热系数是一个非常关键的参数，对于能量的利用率直接决定着其市场竞争力。在同样的工作效率下，导热系数越高，换热器的体积越小，重量越轻，成本也最低。影响导热系数的主要因素是换热器材料和涂层的导热系数。金属材料的导热系数较高，以碳钢为例，其导热系数为48w·m-1k-1，但是传统换热器涂料的导热系数通常小于0.5w·m-1k-1。有研究指出，在涂层膜厚为10-500μm范围内，每增加10μm的膜层厚度，换热器换热系数的降低约在30w·/(m·k)左右。可见，涂料对换热器的换热效率有着明显的影响。换热器用涂料的研究与应用已有几十年的历史。早在60年前，西德开发的索卡酚(skaphen)涂料就成功地用于换热器管壳程的防腐保护。国内已有多个成熟的产品，如ch-784、th-847、ah-924、utj等。该类涂料有氨基环氧类、漆酚钛螯合高聚物类、特殊高分子类、有机硅改性环氧类等。这些涂料的防腐性能很好，能够长期经受各种酸液、碱液、盐水、海水及淡水的浸泡和侵蚀。但是这类涂料通常需要加热固化，最高固化温度达200℃。为达到较好的防腐性能，都需要配套涂层使用，涂层厚度通常在250-500微米。这类涂料由于经常与具有一定温度的腐蚀介质接触，所以没有耐盐雾的要求。在导热方面也没有要求，其导热率通常小于0.5w·m-1k-1，最高为0.47w·m-1k-1。现有技术中，虽然存在将石墨烯应用于涂料体系中提高涂层的导热性能的报道，但其效果层次不齐，并不尽理想，石墨烯的高导热性一般指的是水平方向的高导热性，将其引入涂层中将会对沿水平方向的导热性有所贡献，若沿轴向没有形成足够的导热通路，涂层的整体导热性能是不会提升太多。目前还未见哪种换热器用涂料在满足重防腐特性的前提下，同时满足高导热性的要求。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种换热器用石墨烯高导热防腐涂料及其制备方法，该涂料具有更高的导热性及更好的防腐性，可应用于换热器对换热器进行防腐蚀保护，提高换热器的能量使用效率，减少换热器设计时的换热面积，降低企业生产成本，节能降耗。为达到上述目的，本发明的技术方案是：本发明提供的一种换热器用石墨烯高导热防腐涂料，其由甲组分和乙组分组成，其中，甲组分中各组分及质量百分数为：乙组分中各组分及质量百分数为：多异氰酸酯84％～96％；催化剂0.06％～0.30％；混合溶剂5％～10％。进一步，所述甲组分中的环氧树脂为环氧607树脂、环氧609树脂中的任一一种或两种以任意比例的混合物。本发明中所述环氧607树脂、环氧609树脂均为分子主链上具有多个羟基的环氧树脂，可实现体系高交联度。优选的，所述甲组分中的分散剂为byk-110、byk-104s中的任一一种或两种以任意比例的混合物。优选的，所述甲组分中的流平剂为byk-310、byk-320中的任一一种或两种以任意比例的混合物。优选的，所述甲组分中的消泡剂为byk-a530、byk-066n中的任一一种或两种以任意比例的混合物。优选的，所述甲组分中的混合溶剂为环己酮、丙酮、丁酮中的任一一种或两种以上以任意比例的混合物。优选的，所述甲组分中的石墨烯浆料固含量为8％～12％，石墨烯层数在4～10层，粒径为3.0～1.0微米。优选的，所述甲组分中的石墨烯浆料的溶剂为二甲苯。更优选的，所述甲组分中的石墨烯浆料固含量为10％。优选的，所述甲组分中的铜锡合金粉中锡含量为10％～20％。更优选的，所述甲组分中的铜锡合金粉中锡含量为15％。优选的，所述乙组分中多异氰酸酯为官能度在2以上的异氰酸酯化合物，其nco含量在8％～30％，实现高交联度同时使漆膜具有一定的韧性。优选的，所述乙组分中的催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二醋酸二丁基锡中的任一一种或两种以上以任意比例的混合物。优选的，所述乙组分中的混合溶剂为环己酮、丙酮、丁酮、醋酸乙酯、醋酸丁酯的任一一种或两种以上以任意比例的混合物。本发明所述换热器用石墨烯高导热防腐涂料的制备方法，其包括如下步骤：按照以上所述甲组分、乙组分配方进行备料，1、甲组分的制备(1)环氧树脂的溶解：在反应釜中加入混合溶剂，升温至回流状态，再向反应釜中分批加入与混合溶剂等质量的环氧树脂，搅拌溶解环氧树脂，至溶解均匀后继续搅拌并在回流状态下保温1～2小时，制得环氧树脂溶液；(2)在搅拌条件下向环氧树脂溶液中依次加入助剂、石墨烯浆料、填料及剩余的混合溶剂，研磨至细度小于30μm，选用80～120目数的滤布过滤出料，即得甲组分；所述助剂为分散剂、流平剂和消泡剂，所述填料为氮化硼、铜锡合金粉、三聚磷酸铝、磷酸锌、滑石粉和云母粉；2、乙组分的制备在搅拌条件下向多异氰酸酯中依次加入催化剂、混合溶剂，搅拌均匀后选用80～120目数的滤布过滤，即得乙组分；3、石墨烯高导热防腐涂料的制备甲组分、乙组分按质量比50～60:10的配比混合均匀即得石墨烯高导热防腐涂料。本发明在漆膜中通过石墨烯搭建了横向的超高导热通路，通过添加高导热填料氮化硼及铜锡合金粉等联通了漆膜内部纵向的导热通路，从而使整个涂层具有高的导热性。本发明选择分子主链上具有多个羟基的环氧树脂和多异氰酸酯作为基料树脂，实现高交联体系，并搭配优质防腐颜填料体系，赋予涂层优异的防腐性能。本发明制备的换热器用石墨烯高导热防腐涂料具有优异的耐盐雾性能以及耐酸碱等防腐蚀性能，同时，导热率达到18w·m-1k-1以上，显著提高了换热器用防腐蚀涂料的导热性。本发明的有益效果：1)本发明提供的石墨烯高导热防腐涂料以具有超高导热系数的石墨烯为主导热填料，通过将该主导热填料与氮化硼、铜锡合金粉等导热填料进行复配，使涂层具有高的导热性能，极大提高了换热器的热交换效率。2)本发明提供的石墨烯高导热防腐涂料中选择分子主链上具有多个羟基的环氧树脂和多异氰酸酯作为基料树脂，实现高交联体系，并搭配优质防腐颜填料体系(三聚磷酸铝、磷酸锌、滑石粉和云母粉)，赋予涂层优异的防腐性能，拓展和延长了换热器的适用环境及周期。3)相对于传统的换热器防腐涂料，本发明所述涂料具有更高的导热性及更好的防腐性。使用该涂料，将起到提高换热器的能量使用效率、减少换热器设计时的换热面积、降低企业生产成本、节能降耗的重要作用。具体实施方式下面结合实施例对本发明做进一步说明。实施例中所用试剂和材料除特别说明外均为本领域常规的试剂和材料，部分原料生产厂家如下：环氧树脂607：台湾南亚；环氧树脂609：台湾南亚；分散剂byk-110、流平剂byk-320、消泡剂byk-a530：德国毕克公司；石墨烯浆料：宁波墨西科技有限公司；多异氰酸酯：德国拜尔，n3390。实施例1：(1)换热器用石墨烯高导热防腐涂料甲组分的制备：在反应釜中加入20kg的环己酮、5kg的丁酮，升温至回流状态，分三次加入25kg的环氧树脂607，回流状态保温2两小时，制得环氧树脂溶液；在搅拌状态下向环氧树脂溶液中依次加入0.5kg的分散剂byk-110、0.15kg流平剂byk-320、0.25kg消泡剂byk-a530、8kg的环己酮、8kg的丁酮、3kg石墨烯浆料、3kg氮化硼、3kg铜锡合金粉、12kg三聚磷酸铝、12kg磷酸锌、6kg滑石粉、4kg的云母粉，搅拌30分钟后，研磨分散至细度小于30μm，过滤出料，即得甲组分。(2)换热器用石墨烯高导热防腐涂料乙组分的制备：在搅拌状态下向拉缸中加入nco含量为19.6％的多异氰酸酯90kg、10kg的丁酮、0.1kg的二月桂酸二丁基锡，搅拌25分钟后，过滤出料，即得乙组分。(3)将步骤(1)制备的甲组分、步骤(2)制备的乙组份按质量比60：10的配比混合均匀即得石墨烯高导热防腐涂料产品。实施例2：(1)换热器用石墨烯高导热防腐涂料甲组分的制备：在反应釜中加入23kg的环己酮、2kg的丁酮，升温至回流状态，分三次加入20kg的环氧树脂607、5kg的环氧树脂609，回流状态保温2两小时，制得环氧树脂溶液。在搅拌状态下向环氧树脂溶液中依次加入0.6kg的分散剂byk-110、0.150kg流平剂byk-320、0.3kg消泡剂byk-a530、8kg的环己酮、8kg的丁酮、4kg石墨烯浆料、4kg氮化硼、4kg铜锡合金粉、10kg三聚磷酸铝、10kg磷酸锌、5kg滑石粉、3kg的云母粉，搅拌30分钟后，研磨分散至细度小于30μm，过滤出料，即得甲组分。(2)换热器用石墨烯高导热防腐涂料乙组分的制备：在搅拌状态下向拉缸中加入nco含量为19.6％的多异氰酸酯92kg、8kg的丁酮、0.13kg的二月桂酸二丁基锡，搅拌20分钟后，过滤出料，即得乙组分。(3)将步骤(1)制备的甲组分、步骤(2)制备的乙组份按质量比60：10的配比混合均匀即得石墨烯高导热防腐涂料产品。实施例3：(1)换热器用石墨烯高导热防腐涂料甲组分的制备：在反应釜中加入20kg的环己酮、5kg的丁酮，升温至回流状态，分三次加入25kg的环氧树脂609，回流状态保温2两小时，制得环氧树脂溶液。制备搅拌状态下向环氧树脂溶液中依次加入0.7kg的分散剂byk-110、0.2kg流平剂byk-320、0.4kg消泡剂byk-a530、12kg的环己酮、4kg的丁酮、5kg石墨烯浆料、5kg氮化硼、5kg铜锡合金粉、8kg三聚磷酸铝、9kg磷酸锌、5kg滑石粉、4kg的云母粉，搅拌30分钟后，研磨分散至细度小于30μm，过滤出料，即得甲组分。(2)换热器用石墨烯高导热防腐涂料乙组分的制备：在搅拌状态下向拉缸中加入nco含量为19.6％的多异氰酸酯85kg、15kg的醋酸丁酯、0.1kg的二月桂酸二丁基锡，搅拌25分钟后，过滤出料，即得乙组分。(3)将步骤(1)制备的甲组分、步骤(2)制备的乙组份按质量比60：10的配比混合均匀即得石墨烯高导热防腐涂料产品。实施效果：将实施例1-3的产品进行相关性能测试，测试结果如表1所示。由表1可知，本发明制备的换热器用石墨烯高导热防腐涂料在耐水性(25℃)试验、耐盐水试验、耐酸性(5％硫酸)试验、耐碱性(5％氢氧化钠)试验中均能保持30天无异常，在耐湿热试验中能稳定240h无异常，耐霉菌(28d)试验可达到1级要求，可见，具有优异的耐盐雾性能以及耐酸碱等防腐蚀性能，同时，导热率达到18w·m-1k-1以上，显著提高了换热器用防腐蚀涂料的导热性。表1序号检测项目检测方法实施例1实施例2实施例31耐水性，25℃gb/t173330d无异常30d无异常30d无异常2耐盐水gb/t173330d无异常30d无异常30d无异常3耐湿热gb/t1740240h无异常240h无异常240h无异常4耐霉菌(28d)gb/t17411级1级1级5乙酸盐雾试验gb10125240h无异常240h无异常240h无异常6耐酸性，5％硫酸gb/t176330d无异常30d无异常30d无异常7耐碱性，5％氢氧化钠gb/t176330d无异常30d无异常30d无异常8导热率(w·m-1k-1)astm-d5470182024当前第1页12