專利名稱：用于輸送地?zé)崴饘俟艿氖杷繉硬牧霞捌湟徊匠赡ぶ剖杷繉拥姆椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用在地?zé)崴h(huán)境下的金屬管上用的涂層材料，更特別地說，是 指一種采用一步成膜方式將涂層材料制備在金屬管內(nèi)表面，從而使帶有涂層的金屬管在輸 送地?zé)崴畷r(shí)具有耐腐蝕、防結(jié)垢。
背景技術(shù)：
自然界中許多動(dòng)植物表面本身具有疏水性能，如荷葉表面，蝴蝶等鱗翅目昆蟲的 翅膀，水鳥的羽毛等。由于疏水性涂層具有許多獨(dú)特的表面性能，如疏水性、防污性、自清 潔、低摩擦系數(shù)等，這些特點(diǎn)使其在很多領(lǐng)域具有很大應(yīng)用價(jià)值。一般來說，疏水性表面可以通過兩種途徑來制備一種是在疏水材料表面改變材 料表面的粗糙度和表面形態(tài)；另一種是在具有一定粗糙度的表面上修飾低表面能的物質(zhì)。 目前疏水涂層的制備方法主要有可升華物質(zhì)微粒成孔法，化學(xué)氣相沉積法，等離子體處理 法，溶膠一凝膠法，相分離技術(shù)等，但是其中一些方法并不適用于大面積零部件的疏水表面 及防腐蝕涂層的制備，而且這些方法也還存在涂層與基材的耐腐蝕、防結(jié)垢、結(jié)合力、疏水 持久性差，制備工藝復(fù)雜等不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種能夠作用在輸送地?zé)崴饘俟鼙砻娴氖杷繉硬?料，該疏水涂層材料是由IOOml的乙醇中加入5g IOg的聚苯硫醚粉末、7. 5ml 30ml水 性含氟乳液、0. 3g 3g的無機(jī)填料、0. 005g 0. 02g的緩蝕劑、0. Ig 0. 7g的分散劑和 0. Olg 0. 02g的乳化劑組成。含有疏水涂層的金屬管在輸送地?zé)崴畷r(shí)，具有耐腐蝕、防結(jié) 垢的效果。本發(fā)明的目的之二是提出一種采用一步成膜方式將疏水涂層材料制備在金屬管 內(nèi)表面上。本發(fā)明是一種適用于金屬管表面一步成膜制備防腐蝕、防結(jié)垢疏水涂層的方法， 該方法包括以下步驟(A)涂層乳液的制備先將溶劑、分散劑、緩蝕劑和乳化劑攪拌混合，然后加入聚苯硫醚粉末、無機(jī)填料 和水性含氟乳液，繼續(xù)攪拌均勻，制得疏水涂層乳液；用量100ml的溶劑中加入5g IOg的聚苯硫醚粉末、7. 5ml 30ml水性含氟乳 液、0. 3g 3g的無機(jī)填料、0. 005g 0. 02g的緩蝕劑、0. Ig 0. 7g的分散劑和0. Olg 0. 02g的乳化劑組成；所述溶劑是質(zhì)量百分比濃度為50% 95%的乙醇；所述聚苯硫醚粉末的粒徑為800目 1000目；所述水性含氟乳液為聚偏氟乙烯乳液、聚全氟乙丙烯乳液中的一種；
所述無機(jī)填料為納米二氧化鈦、納米二氧化硅、納米氧化鋁、石墨、滑石粉中的一種；所述分散劑為烷基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇中的一種；所述緩蝕劑為六次甲基四胺、苯駢三氮唑中的一種。所述乳化劑為平平加、吐溫60中的一種；(B)金屬管表面涂膜將金屬管順次進(jìn)行堿液除油一水洗一打磨一水洗一吹干的處理后，得到待刷涂用 金屬管，待用；然后采用刷涂工藝將涂層乳液在20°C 40°C溫度下、制備在待刷涂用金屬管表 面上形成50 μ m 150 μ m涂層；所述堿液除油是將金屬管浸入80°C 100°C溫度的碳酸鈉溶液中，處理IOmin 20min ；碳酸鈉溶液的質(zhì)量百分比濃度為15 30% ；(C)涂層的熱處理過程將制備有涂層的金屬管置于烘箱中，以第一升溫速率5°C 10°C /min升溫至 60°C 80°C，并在60°C 80°C溫度下保溫5 IOmin ；然后以第二升溫速率5°C 10°C / min升溫至320°C 340°C，并在320°C 340°C溫度下保溫8 IOmin后，取出；置入20°C 30°C的冷水中淬火即制得具有防腐蝕、防結(jié)垢疏水涂層。本發(fā)明疏水涂層材料的優(yōu)點(diǎn)①采用本發(fā)明的方法，工藝簡單，一步成膜，重復(fù)性好，所用原料易得，成本不高。②通過本發(fā)明制備得耐腐蝕防結(jié)垢疏水涂層，與基材的結(jié)合力優(yōu)異，表面水接觸 角為100° 150°，滾動(dòng)角小于10°，疏水性久，耐腐蝕防結(jié)垢性能優(yōu)良。③本發(fā)明方法制備的疏水涂層適用于熱交換器，管道材料等。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中疏水涂層的水接觸角測試圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中疏水涂層的SEM圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中電化學(xué)交流阻抗圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例2中疏水涂層的水接觸角測試圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例2中電化學(xué)交流阻抗圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明是一種適用于金屬管表面一步成膜制備防腐蝕、防結(jié)垢疏水涂層的方法， 該方法包括以下步驟(A)涂層乳液的制備先將溶劑、分散劑、緩蝕劑和乳化劑攪拌混合，然后加入聚苯硫醚粉末、無機(jī)填料 和水性含氟乳液，繼續(xù)攪拌均勻，制得疏水涂層乳液；用量100ml的溶劑中加入5g IOg的聚苯硫醚粉末、7. 5ml 30ml水性含氟乳 液、0. 3g 3g的無機(jī)填料、0. 005g 0. 02g的緩蝕劑、0. Ig 0. 7g的分散劑和0. Olg 0. 02g的乳化劑組成；所述溶劑是質(zhì)量百分比濃度為50% 95%的乙醇；所述聚苯硫醚粉末的粒徑為800目 1000目；所述水性含氟乳液為聚偏氟乙烯乳液、聚全氟乙丙烯乳液中的一種；所述無機(jī)填料為納米二氧化鈦、納米二氧化硅、納米氧化鋁、石墨、滑石粉中的一 種；所述分散劑為烷基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇中的一種；所述緩蝕劑為六次甲基四胺、苯駢三氮唑中的一種。 所述乳化劑為平平加、吐溫60(江陰天祥塑化制帶有限公司生產(chǎn))中的一種；(B)金屬管表面涂膜將金屬管順次進(jìn)行堿液除油一水洗一打磨一水洗一吹干的處理后，得到待刷涂用 金屬管，待用；然后采用刷涂工藝將涂層乳液在20°C 40°C溫度下、制備在待刷涂用金屬管表 面上形成50 μ m 150 μ m涂層；所述堿液除油是將金屬管浸入80°C 100°C溫度的碳酸鈉溶液中，處理IOmin 20min ；碳酸鈉溶液的質(zhì)量百分比濃度為15 30% ；所述打磨是用150#、180#砂紙進(jìn)行處理；打磨后的金屬管表面具有一定的粗糙度， 這有利于提高涂層與金屬管表面的結(jié)合力。在本發(fā)明中，兩次對(duì)金屬管的水洗是用去離子水進(jìn)行沖洗。而吹干金屬管可以是 常用的吹風(fēng)機(jī)進(jìn)行。水洗一打磨一水洗一吹干在對(duì)基體的前處理中是一個(gè)常用手段。(C)涂層的熱處理過程將制備有涂層的金屬管置于烘箱中，以第一升溫速率5°C 10°C /min升溫至 60°C 80°C，并在60°C 80°C溫度下保溫5 IOmin ；然后以第二升溫速率5°C 10°C / min升溫至320°C 340°C，并在320°C 340°C溫度下保溫8 IOmin后，取出；置入20°C 30°C的冷水中淬火即制得具有防腐蝕、防結(jié)垢疏水涂層。實(shí)施例1 =304不銹鋼基材表面一步成膜制備疏水涂層(A)涂層乳液的制備在IOOml的質(zhì)量百分比濃度為95%乙醇(溶劑)中加入0. 40g的烷基酚聚氧乙 烯醚(分散劑)、0· Olg的平平加(乳化劑)和0. Olg的六次甲基四胺(緩蝕劑)，攪拌均 勻后，加入7. 5g的聚苯硫醚粉末(粒徑為1000目)，1.5g的納米二氧化鈦(無機(jī)填料)和 15ml的聚偏氟乙烯乳液，繼續(xù)攪拌均勻，制得疏水涂層乳液；(B)不銹鋼基材表面涂膜將金屬管順次進(jìn)行堿液除油一水洗一打磨一水洗一吹干的處理后，得到待刷涂用 金屬管，待用；然后采用刷涂工藝將涂層乳液在25°C溫度下、制備在待刷涂用金屬管表面上形成 ΙΟΟμπι 涂層；所述堿液除油是將金屬管浸入100°C溫度的碳酸鈉溶液中，處理IOmin ；碳酸鈉溶 液的質(zhì)量百分比濃度為25% ；所述打磨是用150#、180#砂紙進(jìn)行處理；打磨后的金屬管表面具有一定的粗糙度，這有利于提高涂層與金屬管表面的結(jié)合力。(C)涂層的熱處理過程將經(jīng)步驟(B)處理后的不銹鋼基材置于烘箱中，以第一升溫速率8°C /min升溫至 600C，并在60°C溫度下保溫IOmin ；然后以第二升溫速率5°C /min升溫至320°C，并在320°C 溫度下保溫IOmin后，取出；置入25°C的冷水中淬火即制得具有防腐蝕、防結(jié)垢的疏水涂層。(D)性能檢測
用10 μ L注射器在實(shí)施例1制得的疏水涂層表面滴一滴去離子水，采用50mmJXD_2 型讀數(shù)顯微鏡測量，得到該疏水涂層的接觸角為147°，如圖1所示，滾動(dòng)角小于10°。將實(shí)施例1制得的帶有疏水涂層的金屬管進(jìn)行切割(沿管長度方向切)，然后將截 取的能夠觀察到疏水涂層向上放置，采用日本HITACHI S-530型掃描電子顯微鏡(SEM)測 量疏水涂層的形貌，其如圖2所示，圖中疏水涂層為多孔結(jié)構(gòu)。涂層結(jié)合性能將實(shí)施例1制得的帶有疏水涂層的金屬管在空氣中停留Imin后， 放入150°C烘箱停留4min，反復(fù)20次后疏水涂層與基體(金屬管內(nèi)壁)無剝離現(xiàn)象，說明 疏水涂層與基材結(jié)合力好。耐腐蝕性能將實(shí)施例1制得的帶有疏水涂層的金屬管(簡稱涂層試樣)和304 不銹鋼(基體)分別放入CHI660型電化學(xué)工作站中進(jìn)行耐腐蝕測試；工作站的電解池中裝 有渤海石油公司1號(hào)井地?zé)崴?公開在2001年2月第22卷第2期的《腐蝕與防護(hù)》)。涂 層試樣和基體在溫度為50°C的渤海石油公司1號(hào)井地?zé)崴薪?0天后，取出分別進(jìn)行電 化學(xué)交流阻抗測試，測得的參數(shù)形成的關(guān)系圖如圖3所示，從圖中能夠了解，涂層試樣在頻 率為IO-2Hz下的阻抗值為超過105ohm，基體在頻率為IO-2Hz下的阻抗值為超過5X 104ohm ； 可見涂層試樣比基體具有更好的耐腐蝕性能。防結(jié)垢性能將實(shí)施例1制得的帶有疏水涂層的金屬管(簡稱涂層試樣)在溫度 為50°C的渤海石油公司1號(hào)井地?zé)崴薪?0天后，取出，烘干，并在放大倍數(shù)為50倍的 光學(xué)顯微鏡下觀察疏水涂層的表面形貌，304不銹鋼(基體)作為對(duì)比，表1為涂層試樣和 基體在地?zé)崴?0天表面結(jié)垢的面積百分比，由此可知涂層試樣比基體具有更好的阻垢 性能。表1不同試樣在地?zé)崴斜砻娼Y(jié)垢的面積百分比 實(shí)施例2 =316L不銹鋼基材表面一步成膜制備疏水涂層(A)涂層乳液的制備在IOOml的質(zhì)量百分比濃度為50%乙醇(溶劑)中加入0. 65g的聚乙二醇(分 散劑)、0. 015g的吐溫60 (乳化劑)和0. 005g的苯駢三氮唑(緩蝕劑)，攪拌均勻后，加入 IOg的聚苯硫醚粉末(粒徑為1000目)，0. 5g的納米二氧化硅(無機(jī)填料)和9ml的聚全 氟乙丙烯乳液，繼續(xù)攪拌均勻，制得疏水涂層乳液；(B)不銹鋼基材表面涂膜
將金屬管順次進(jìn)行堿液除油一水洗一打磨一水洗一吹干的處理后，得到待刷涂用 金屬管，待用；然后采用刷涂工藝將涂層乳液在20°C溫度下、制備在待刷涂用金屬管表面上形成 50 μ m涂層；所述堿液除油是將金屬管浸入80°C溫度的碳酸鈉溶液中，處理20min ；碳酸鈉溶 液的質(zhì)量百分比濃度為30% ；所述打磨是用150#、180#砂紙進(jìn)行處理；打磨后的金屬管表面具有一定的粗糙度， 這有利于提高涂層與金屬管表面的結(jié)合力。(C)涂層的熱處理過程將經(jīng)步驟(B)處理后的不銹鋼基材置于烘箱中，以第一升溫速率5°C /min升溫至 80°C，并在80°C溫度下保溫5min ；然后以第二升溫速率5°C /min升溫至320°C，并在320°C 溫度下保溫5min后，取出；置入30°C的冷水中淬火即制得具有防腐蝕、防結(jié)垢的疏水涂層。(D)性能檢測按照實(shí)施例1相同的方式對(duì)實(shí)施例2制得的帶有疏水涂層的金屬管進(jìn)行各項(xiàng)性能 檢測用10 μ L注射器在實(shí)施例1制得的疏水涂層表面滴一滴去離子水，采用50mmJXD_2 型讀數(shù)顯微鏡測量，得到該疏水涂層的接觸角為144°，如圖4所示，滾動(dòng)角小于10°。涂層結(jié)合性能將涂層在空氣中停留Imin后，放入150°C烘箱停留4min，反復(fù)20 次后涂層與基體材料無剝離現(xiàn)象，說明涂層與基材結(jié)合力好。耐腐蝕性能如圖5所示涂層試樣在頻率為10_2Hz下的阻抗值為超過5X 105ohm， 基體在頻率為10_2Hz下的阻抗值為超過4X IO4Ohm ；可見涂層試樣比基體具有更好的耐腐 蝕性能。防結(jié)垢性能如表2表2不同試樣在地?zé)崴斜砻娼Y(jié)垢的面積百分比 實(shí)施例3 =316不銹鋼基材表面一步成膜制備疏水涂層(A)涂層乳液的制備在IOOml的質(zhì)量百分比濃度為75%乙醇(溶劑)中加入0. 20g的烷基酚聚氧乙烯 醚(分散劑)、0. 02g的平平加(乳化劑)和0. 02g的苯駢三氮唑(緩蝕劑)，攪拌均勻后， 加入5g的聚苯硫醚粉末(粒徑為800目)，3g的石墨(無機(jī)填料)和30ml的聚偏氟乙烯 乳液，繼續(xù)攪拌均勻，制得疏水涂層乳液；在此步驟中，可以將石墨(無機(jī)填料)更換為滑石粉或者納米氧化鋁。(B)不銹鋼基材表面涂膜將金屬管順次進(jìn)行堿液除油一水洗一打磨一水洗一吹干的處理后，得到待刷涂用 金屬管，待用；然后采用刷涂工藝將涂層乳液在40°C溫度下、制備在待刷涂用金屬管表面上形成150 μ m涂層；所述堿液除油是將金屬管浸入90°C溫度的碳酸鈉溶液中，處理20min ；碳酸鈉溶 液的質(zhì)量百分比濃度為15% ；
所述打磨是用150#、180#砂紙進(jìn)行處理；打磨后的金屬管表面具有一定的粗糙度， 這有利于提高涂層與金屬管表面的結(jié)合力。(C)涂層的熱處理過程將經(jīng)步驟(B)處理后的不銹鋼基材置于烘箱中，以第一升溫速率10°C /min升溫至 700C，并在70°C溫度下保溫5min ；然后以第二升溫速率10°C /min升溫至340°C，并在340°C 溫度下保溫5min后，取出；置入25°C的冷水中淬火即制得具有防腐蝕、防結(jié)垢的疏水涂層。(D)性能檢測
按照實(shí)施例1相同的方式對(duì)實(shí)施例3制得的帶有疏水涂層的金屬管進(jìn)行各項(xiàng)性能 檢測用10 μ L注射器在實(shí)施例1制得的疏水涂層表面滴一滴去離子水，采用50mmJXD-2 型讀數(shù)顯微鏡測量，得到該疏水涂層的接觸角為147°，滾動(dòng)角小于10°。涂層結(jié)合性能將涂層在空氣中停留Imin后，放入150°C烘箱停留4min，反復(fù)20 次后涂層與基體材料無剝離現(xiàn)象，說明涂層與基材結(jié)合力好。耐腐蝕性能涂層試樣在頻率為10_2Hz下的阻抗值為超過5. 8X 105ohm，基體在頻 率為10_2Hz下的阻抗值為超過4. 3X IO4Ohm ；可見涂層試樣比基體具有更好的耐腐蝕性能。防結(jié)垢性能如表3表3不同試樣在地?zé)崴斜砻娼Y(jié)垢的面積百分比
權(quán)利要求
一種用于輸送地?zé)崴饘俟艿氖杷繉硬牧?，其特征在于該疏水涂層材料是?00ml的乙醇中加入5g～10g的聚苯硫醚粉末、7.5ml～30ml水性含氟乳液、0.3g～3g的無機(jī)填料、0.005g～0.02g的緩蝕劑、0.1g～0.7g的分散劑和0.01g～0.02g的乳化劑組成。
2.一種采用如權(quán)利要求1所述的用于輸送地?zé)崴饘俟艿氖杷繉硬牧线M(jìn)行的一步 成膜制疏水涂層的方法，其特征在于有下列步驟(A)涂層乳液的制備先將溶劑、分散劑、緩蝕劑和乳化劑攪拌混合，然后加入聚苯硫醚粉末、無機(jī)填料和水 性含氟乳液，繼續(xù)攪拌均勻，制得疏水涂層乳液；用量100ml的溶劑中加入5g 10g的聚苯硫醚粉末、7. 5ml 30ml水性含氟乳液、 0. 3g 3g的無機(jī)填料、0. 005g 0. 02g的緩蝕劑、0. lg 0. 7g的分散劑和0. Olg 0. 02g 的乳化劑組成；所述溶劑是質(zhì)量百分比濃度為50% 95%的乙醇；所述聚苯硫醚粉末的粒徑為800目 1000目；所述水性含氟乳液為聚偏氟乙烯乳液、聚全氟乙丙烯乳液中的一種；所述無機(jī)填料為納米二氧化鈦、納米二氧化硅、納米氧化鋁、石墨、滑石粉中的一種；所述分散劑為烷基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇中的一種；所述緩蝕劑為六次甲基四胺、苯駢三氮唑中的一種。所述乳化劑為平平加、吐溫60中的一種；(B)金屬管表面涂膜將金屬管順次進(jìn)行堿液除油一水洗一打磨一水洗一吹干的處理后，得到待刷涂用金屬 管，待用；然后采用刷涂工藝將涂層乳液在20°C 40°C溫度下、制備在待刷涂用金屬管表面上 形成50iim 150iim涂層；所述堿液除油是將金屬管浸入80°C 100°C溫度的碳酸鈉溶液中，處理lOmin 20min ；碳酸鈉溶液的質(zhì)量百分比濃度為15 30% ；所述打磨是用150#、180#砂紙進(jìn)行處理；打磨后的金屬管表面具有一定的粗糙度，這有 利于提高涂層與金屬管表面的結(jié)合力。(C)涂層的熱處理過程將制備有涂層的金屬管置于烘箱中，以第一升溫速率5°C 10°C /min升溫至60°C 80°C，并在60°C 80°C溫度下保溫5 lOmin ；然后以第二升溫速率5°C 10°C /min升溫 至320°C 340°C，并在320°C 340°C溫度下保溫8 lOmin后，取出；置入20°C 30°C的 冷水中淬火即制得具有防腐蝕、防結(jié)垢疏水涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用用于輸送地?zé)崴饘俟艿氖杷繉硬牧线M(jìn)行的一步成 膜制疏水涂層的方法，其特征在于制得的疏水涂層的接觸角為100° 150°，滾動(dòng)角小 于 10°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于輸送地?zé)崴饘俟艿氖杷繉硬牧霞捌湟徊匠赡ぶ剖杷繉拥姆椒?，該用于輸送地?zé)崴饘俟艿氖杷繉硬牧鲜怯?00ml的乙醇中加入5g～10g的聚苯硫醚粉末、7.5ml～30ml水性含氟乳液、0.3g～3g的無機(jī)填料、0.005g～0.02g的緩蝕劑、0.1g～0.7g的分散劑和0.01g～0.02g的乳化劑組成。該方法首先將溶劑、分散劑、乳化劑和緩蝕劑攪拌混合，再加入聚苯硫醚粉末、無機(jī)填料和水性含氟乳液，繼續(xù)攪拌均勻制得疏水涂層乳液；然后將涂層乳液刷涂在經(jīng)除油前處理的金屬管表面，最后經(jīng)熱處理在金屬管表面形成疏水涂層，水滴在疏水涂層表面的靜態(tài)接觸角為100°～150°，滾動(dòng)角小于10°。
文檔編號(hào)B05D3/00GK101857770SQ201010184199
公開日2010年10月13日 申請日期2010年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月27日
發(fā)明者劉慧叢, 吳坤湖, 朱立群, 李衛(wèi)平, 王公關(guān), 翟軍云 申請人:北京航空航天大學(xué)