垃圾焚烧炉专用功能性纳米涂层的研发及制备

邹金生 张春江 姜天明 沈 竑

（1. 深圳市能源环保股份有限公司，广东 深圳 518052；2. 华光高科特种材料（大连）有限公司，辽宁 大连 116000）

0 引言

换热器是化工设备的重要组成部分，合理选择换热器的材质既可以避免设备腐蚀[1]，又可以降低设备投资成本。目前回转式GGH换热元件的搪瓷材质具有温度适应性强、耐腐蚀、便于清洁等特性，但应用过程中还存在腐蚀、搪瓷易受热冲击剥落、故障率高等问题。

聚合物涂层可在金属和腐蚀介质的界面提供一层物理屏障，对腐蚀介质起到高效屏蔽作用。在聚合物体系中添加纳米填料，可以显著提高聚合物的致密性，提高聚合物基体整体机械强度、热稳定性和防腐性能。

为了有效降低GGH造价，开发一款以金属基材为主，保证良好传热效，同时保证防腐、耐温、耐氢氟酸及耐混酸等复杂条件，选用含杂萘联苯结构的聚芳醚酮腈为成膜物质，螺旋碳纳米管功能性填料，选取合适的助剂等，获得性价比高的耐高温且耐氢氟酸的高性能涂料。

1 试验部分

1.1 焚烧炉专用纳米涂层主要原材料选择

1.1.1 主体成膜物质的选择

常规耐高温涂料主要有陶瓷涂料、无机硅酸盐类涂料、环氧聚合物涂料和有机硅涂料等。

（1）陶瓷涂料:不耐氢氟酸和高浓度盐酸，柔韧性差；

（2）无机硅酸盐类涂料:不耐磨，附着力差，易开裂；

（3）环氧聚合物涂料：长期150℃漆膜开裂；

（4）有机硅涂料:耐介质性能差，硬度低，耐磨差。

根据焚烧炉的实际情况，无法从传统耐高温涂料中找到合适的成膜物质。

在有机材料中，含杂萘联苯结构聚芳醚树脂综合性能优异，具有耐热等级高、力学性能强、耐腐蚀等优良的综合性能，是耐高温同时耐强酸腐蚀涂料的理想成膜物质。

1.1.2 稀释剂的选择

通过相容性测试，选择N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺和二甲苯，建立挥发梯度。

1.1.3 助剂的选择

综合树脂性能等因素，助剂主要筛选润湿分散剂和消泡剂。

（1）润湿分散剂的选择

分散剂的品种很多，主要有阴离子型、阳离子型、非离子型、两性型、电中性型、高分子型以及受控自由基型等；相容性测试发现阴离子型、阳离子型、两性型有不同程度的析出，高分子型和受控自由基型相容性良好，并且受控自由基型分子量分布更为集中，锚定集团也更为集中，效率更高。本产品选择受控自由基型分散剂；

（2）消泡剂的选择

常见的消泡剂主要有破泡剂、抑泡剂和脱泡剂等，杂萘联苯聚芳醚树脂属于热固型树脂，主要考虑破泡剂和脱泡剂即可。

1.2 垃圾焚烧炉专用功能性纳米涂层制备工艺

1.2.1 垃圾焚烧炉专用涂料的制备

（1）将杂萘联苯聚芳醚树脂、环氧树脂、溶剂和助剂加入到分散缸内搅拌均匀，依次加入氮化硼、碳纳米螺旋管等功能性填料搅拌均匀，高速分散（15～30）min；

（2）连接砂磨机，研磨至细度20μm以下；

（3）转入调漆釜中，加入助剂中速搅拌（10～15）min，搅拌至均匀状态；

（4）调整粘度，成品检测性能合格后，过滤，包装。

1.2.2 垃圾焚烧炉专用功能性纳米涂层制备

（1）将涂料搅拌均匀，通过稀释剂调整至喷涂粘度；

（2）干燥，表干30min，80℃烘干30min，280℃烘干15min，涂层制备完成。

表1 垃圾焚烧炉专用功能性纳米涂层的性能指标

1.3 主要性能参数

垃圾焚烧炉专用涂料性能稳定，可以满足高温条件下腐蚀条件复杂的工作环境，具有施工方便，性价比高的特点，市场推广前景广泛。

2 试验结果与讨论

2.1 杂萘联苯聚芳醚树脂的初期附着力

杂萘联苯聚芳醚树脂单独使用时，初期附着力较差，搭配环氧树脂一起使用，可以提高涂层的初期附着力，涂层与基材表面之间的附着力对防腐起到至关重要的作用。配合适量的基材润湿剂和附着力促进剂，提高产品的漆膜附着力，满足其性能要求。

2.2 其他功能性和惰性填料对涂层性能的作用

（1）碳纳米螺旋管对涂层性能的作用

碳纳米螺旋管可以提高涂层的耐高温性能和屏蔽性能；

（2）六方氮化硼对涂层性能的作用

六方氮化硼可以提高涂层的耐高温性能和耐酸性能；

（3）滑石粉对涂层性能的作用

滑石粉可以提高涂料的抗流挂性能和防沉性能。

3 结语

华光高科和深圳能源公司选用含杂萘联苯结构的聚芳醚酮腈为主要成膜物质，螺旋碳纳米管作为功能性填料，筛选合适的分散剂、消泡剂等，获得性价比高的耐高温且耐氢氟酸的高性能涂料。该产品主要用于垃圾焚烧发电厂反应塔、除尘器、洗涤塔、烟气管道等部位的涂装。漆膜不仅在钢、铁、铝和PVE等材质上具有优异的附着力，还具有长期耐高温、耐氢氟酸、耐混酸、优异的防腐性和耐磨性。特别是垃圾焚烧炉专用涂料性能稳定，可以长期在200℃高温环境下耐受强酸强碱，同时可以耐受氢氟酸的腐蚀，施工、维修方便，性价比高。可以满足高温条件下腐蚀条件复杂的工作环境，市场推广前景广泛。