一种防腐、防垢涂层材料的制备及涂覆方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种金属防腐防垢涂层，特别是涉及一种耐腐蚀、抗结垢复合纳米涂层材料的制备及涂覆方法。
【背景技术】
[0002]水是常用的热交换介质，然而热交换的水质往往较为复杂，容易引起换热设备的腐蚀及结垢，进而降低设备的效率，甚至破坏换热设备。为解决腐蚀问题，钛板作为换热器板材，可有效解决腐蚀问题，可以提供设备较长的使用寿命，但成本较高，而且不能防垢，需要定期清洗，生产维护成本较高。添加化学阻垢剂等化学方法及机械清洗等物理方法可有效预防和消除污垢问题，但这些方法普遍存在着清洗成本高或二次污染等问题。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是，提供一种耐腐蚀抗结垢，而且传热性能好，涂层的使用寿命延长，可广泛应用于各种水介质换热设备的耐腐蚀、抗结垢复合纳米涂层的制备及涂覆方法。
[0004]本发明所采用的技术方案是:一种防腐、防垢涂层材料的制备方法，包括以下步骤:
A、氧化石墨烯加入无水乙醇中超声分散，配制氧化石墨烯分散液；
B、以钛酸四丁酯为前驱体，无水乙醇为溶剂，乙酰乙酸乙酯为稳定剂和络合剂，配制二氧化钛胶体；
C、60%聚四氟乙烯乳液与等量的无水乙醇混合，高速搅拌；
D、将步骤A配制的氧化石墨烯分散液和步骤B配制的二氧化钛胶体二种液体混合并搅拌均匀，高速搅拌得到混合溶胶；
E、将步骤C得到的液体加入到步骤D得到的混合溶胶中，混合后并高速搅拌，得到涂层材料。
[0005]所述步骤D中氧化石墨烯与二氧化钛的质量比为(1.0-2.6):2，混合后形成填充物。
[0006]所述步骤E中填充物与聚四氟乙烯的质量比为5%_30%。
[0007]—种防腐、防垢涂层的涂覆方法，包括以下步骤:
F、金属基底预处理；
G、将步骤E得到的涂层材料涂覆在表面处理后的金属上，高温灼烧后自然冷却，冷却后得到石墨烯和二氧化钛填充改性的聚四氟乙烯纳米涂层修饰的金属；
H、将G步骤得到的纳米涂层金属片置于恒温80度蒸馏水中I小时，自然干燥，得到复合纳米涂层修饰后的金属片。
[0008]所述金属选用紫铜片，所述步骤G的涂覆过程包括，将紫铜片浸溃在溶胶内5分钟，缓慢匀速提拉，自然干燥后，在50度烘箱中干燥30分钟，重复操作4-5次。
[0009]所述步骤G的高温灼烧温度为300-400°C，保温时间为4_8小时。
[0010]本发明的有益效果:利用溶胶-凝胶法原位制备出二氧化钛和石墨烯复合填充增强的聚四氟乙烯纳米涂层用于金属换热设备表面防腐抗结垢，显著改善单纯聚四氟乙烯涂层易蠕变、导热性差、耐磨性差等缺点。石墨烯和二氧化钛复合纳米材料的引入降低了聚四氟乙烯的表面能，显著改善聚四氟乙烯的冷流性，改善聚四氟乙烯传热性能，提高涂层的抗污染性，显著改善聚四氟乙烯的耐磨性能，增强复合涂层的力学性能，延长涂层的使用寿命，可广泛应用于各种水介质换热设备。
【具体实施方式】
[0011]下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明:
本发明一种防腐、防垢涂层材料的制备方法，包括以下步骤:
A、氧化石墨烯加入无水乙醇中超声分散，配制氧化石墨烯分散液；
B、以钛酸四丁酯为前驱体，无水乙醇为溶剂，乙酰乙酸乙酯为稳定剂和络合剂，配制二氧化钛胶体；
C、60%聚四氟乙烯乳液与等量的无水乙醇混合，高速搅拌；
D、将步骤A配制的氧化石墨烯分散液和步骤B配制的二氧化钛胶体二种液体混合并搅拌均匀，在高速搅拌得到混合溶胶；其中，氧化石墨烯与二氧化钛质量比优选为(1.0-2.6): 2，混合后形成填充物。
[0012]E、将步骤C得到的液体加入到步骤D得到的混合溶胶即填充物中，其中，填充物与聚四氟乙烯的质量比为5%-30%，最优选为15%-20%，混合后并高速搅拌，得到涂层材料；
上述氧化石墨烯的制备方法为:一定量的石墨、硝酸钠和浓硫酸置于三口瓶中，冰水浴下均匀混合搅拌15 min ;一定量的高锰酸钾缓缓加入溶液中；溶液转移至30-40°C的水浴中加热搅拌2小时；一定量的去离子水加入到溶液中，并继续搅拌90°C水浴搅拌I小时，后再加入一定量的去离子水；一定量的30%过氧化氢缓缓加入溶液中；过滤，用1:1盐酸清洗，并用大量去离子水清洗；真空干燥即可。
[0013]上述二氧化钛胶体的制备，其中，无水乙醇、钛酸四丁酯、乙酰乙酸乙酯和水的体积比约为20:2:0.6:0.4，该比例也可以根据情况进行调整。
[0014]一种防腐、防垢涂层的涂覆方法，包括以下步骤:
F、金属基底预处理；
G、将步骤E得到的涂层材料涂覆在表面处理后的金属上，高温灼烧后自然冷却，冷却后得到石墨烯和二氧化钛填充改性的聚四氟乙烯纳米涂层修饰的金属；
H、将G步骤得到的纳米涂层金属片置于恒温80度蒸馏水中I小时，自然干燥，得到复合纳米涂层修饰后的金属片。
[0015]金属基底一般为不锈钢或者紫铜，现选用紫铜片为例进行说明。首先，紫铜片分别用水磨砂纸和氧化铝抛光粉机械打磨成镜面；然后将紫铜片放入0.1 mol/L的稀盐酸溶液中超声清洗10分钟，去除氧化层；再将紫铜片放入0.2 mol/L氢氧化钠溶液中超声清洗10分钟，除去部分油脂；再将紫铜片分别用丙酮和乙醇超声清洗10分钟，除去表面有机物；最后去离子水超声清洗10分钟，氮气吹干，保存在密闭容器中备用。
[0016]将紫铜片浸溃在步骤E得到的涂层材料溶胶内5分钟，缓慢匀速提拉，自然干燥后，在50度烘箱中干燥30分钟，重复操作4-5次。高温灼烧后自然冷却，高温灼烧温度为300-400°C，最优选为330-380°C，保温时间为4_8小时；冷却后得到石墨烯和二氧化钛填充改性的聚四氟乙烯纳米涂层修饰的紫铜片；
将纳米涂层紫铜片置于恒温80度蒸馏水中I小时，自然干燥，得到复合纳米涂层修饰后的紫铜片；自然干燥能消除纳米涂层中微小的龟裂，优化涂层结构。
[0017]本发明利用溶胶-凝胶法原位制备出二氧化钛和石墨烯复合填充增强的聚四氟乙烯纳米涂层用于金属换热设备表面防腐抗结垢，显著改善单纯聚四氟乙烯涂层易蠕变、导热性差、耐磨性差等缺点。石墨烯和二氧化钛复合纳米材料的引入降低了聚四氟乙烯的表面性能，显著改善聚四氟乙烯的冷流性，改善聚四氟乙烯传热性能，提高涂层的抗污染性，显著改善聚四氟乙烯的耐磨性能，增强复合涂层的力学性能，延长涂层的使用寿命，可广泛应用于各种水介质换热设备。
【主权项】
1.一种防腐、防垢涂层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: A、氧化石墨烯加入无水乙醇中超声分散，配制氧化石墨烯分散液； B、以钛酸四丁酯为前驱体，无水乙醇为溶剂，乙酰乙酸乙酯为稳定剂和络合剂，配制二氧化钛胶体； C、60%聚四氟乙烯乳液与等量的无水乙醇混合，高速搅拌； D、将步骤A配制的氧化石墨烯分散液和步骤B配制的二氧化钛胶体二种液体混合并搅拌均匀，高速搅拌得到混合溶胶； E、将步骤C得到的液体加入到步骤D得到的混合溶胶中，混合后并高速搅拌，得到涂层材料。2.根据权利要求1所述的防腐、防垢涂层材料的制备方法，其特征在于，所述步骤D中氧化石墨烯与二氧化钛的质量比为(1.0-2.6): 2，混合后形成填充物。3.根据权利要求2所述的防腐、防垢涂层材料的制备方法，其特征在于，所述步骤E中填充物与聚四氟乙烯的质量比为5%_30%。4.一种防腐、防垢涂层的涂覆方法，其特征在于，包括以下步骤: F、金属基底预处理； G、将步骤E得到的涂层材料涂覆在表面处理后的金属上，高温灼烧后自然冷却，冷却后得到石墨烯和二氧化钛填充改性的聚四氟乙烯纳米涂层修饰的金属； H、将G步骤得到的纳米涂层金属片置于恒温80度蒸馏水中I小时，自然干燥，得到复合纳米涂层修饰后的金属片。5.根据权利要求4所述的防腐、防垢涂层的涂覆方法，其特征在于，所述金属选用紫铜片，所述步骤G的涂覆过程包括，将紫铜片浸溃在溶胶内5分钟，缓慢匀速提拉，自然干燥后，在50度烘箱中干燥30分钟，重复操作4-5次。6.根据权利要求4所述的防腐、防垢涂层的涂覆方法，其特征在于，所述步骤G的高温灼烧温度为300-400°C，保温时间为4-8小时。
【专利摘要】本发明公开一种防腐、防垢涂层材料的制备及涂覆方法，包括：将聚四氟乙烯乳液与等量的无水乙醇混合，将搅拌后的液体加入到已配制的石墨烯分散液和二氧化钛胶体二种液体得到的混合溶胶中；高速搅拌后得到涂层材料。在金属基底上涂覆涂层材料，高温灼烧、冷却、恒温、干燥得到复合纳米涂层修饰后的金属片。有益效果：涂层材料用于金属换热设备表面防腐抗结垢，显著改善单纯聚四氟乙烯涂层易蠕变、导热性差、耐磨性差等缺点。石墨烯和二氧化钛复合纳米材料的引入降低了聚四氟乙烯的表面能，显著改善其冷流性和传热性能，提高涂层抗污染性，显著改善聚四氟乙烯耐磨性能，增强复合涂层的力学性能，延长涂层的使用寿命，广泛用于各种水介质换热设备。
【IPC分类】B05D7/14, C09D127/18, C09D5/08, C09D7/12, B05D3/02, B05D7/24
【公开号】CN105199497
【申请号】CN201410281885
【发明人】裘进华, 严雨林, 江潇
【申请人】盾安（天津）节能系统有限公司
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2014年6月23日