用于烟囱及烟道防腐处理中的底层粘结材料

摘要

本发明涉及用于烟囱及烟道防腐处理中的底层粘结材料，该底层粘结材料为改性硅橡胶(M50)，通过其将面层防腐材料表面改性聚四氟乙烯(DS1)粘接在烟囱及烟道的内壁；所述改性硅橡胶(M50)为室温硫化硅橡胶通过添加剂纳米SiOx和TiO2改性而成，三者的重量比为室温硫化硅橡胶∶纳米SiOx∶TiO2＝100∶2－6∶1－3；所述纳米SiOx的X＝1.2－1.6。该能够为耐温性和耐腐蚀性强的DS1(表面改性聚四氟乙稀板材)在烟囱及烟道防腐处理中提供有效的粘接，使整个防腐层耐温性能优良、附着力强、超强的耐酸性能、耐热震性优良、耐候性能好、抗渗性能强、抗污染性能强、耐冲刷性能好。

说明书

技术领域

本发明涉及到耐高温防腐内衬材料的粘接材料，主要应用在火力发电厂脱硫以后的烟囱及烟道防腐上，属有机高分子材料领域。

背景技术

目前针对脱硫后烟囱的防腐蚀措施，无论在烟囱设计、施工等标准规范方面，还是在工程实际应用上面，都存在着空白或没有足够的经验，由于投资和技术上的问题，以我国五大电力集团为首，各家发电公司从2006年下半年以来，80％的启动项目都采取了去掉GGH(烟气换热装置)，这样一来，烟气的最低排放温度为40～50℃之间，而FGD装置停运时直排温度又达130℃以上，所以，烟囱必须进行防腐处理。

目前，烟囱防腐技术主要有泡沫玻璃砖技术、VP技术、玻璃鳞片及改进型技术、耐酸胶泥、合金内衬技术等。而中国产品质量和技术还不成熟，较为成熟和市场前景较好的都是国外技术，但这类产品价格较高，超出使用方的承受能力。

聚四氟乙烯(PTFE)作为衬里材料在化工防腐领域已经广泛使用，但其表面处理和常温粘结一直没有大的突破。现有文献上对聚四氟乙烯作为衬里材料的论述较多，其粘结方式通常是通过热焊接进行，受基底材质和表面粗糙程度影响较大，为了减小PTFE和基底材料的差异，有的还引入了过渡层。热焊接方式，通常是在金属和塑料基底上进行，迄今为止未见到在无机材料如砼和砖基底上进行热焊接PTFE的报道。且这些焊接好的衬里，通常用于管道、管件以及各种化工用塔内，在温度低于80℃下使用。由于这类内衬热胀冷缩大、易变形、耐负压性能差，在烟囱和烟道可能出现180℃高温烟气，且存在冷热交替和长期负压的工况条件下根本无法使用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有现有技术存在的上述问题，提出一种用于烟囱及烟道防腐处理中的底层粘结材料。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提出的烟囱及烟道的防腐处理材料采用改性硅橡胶(M50)作为底层粘结材料，表面改性聚四氟乙烯(DS1)作为面层防腐材料，粘接在烟囱及烟道的内壁。

其中改性硅橡胶M50为室温硫化硅橡胶改性而成，添加剂为纳米SiO_x和TiO₂，配方如下：

表1：M50配方表

  材料名称  室温硫化硅  橡胶  纳米  SiO_x  TiO₂  白炭黑  备注  重量份数比  100  2-6  1-3  3-7

上述改性硅橡胶M50采用了纳米材料改性，由于纳米粒子具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，在对高分子材料性能的改性方面具有巨大的发展空间。利用纳米材料对室温硫化硅橡胶进行改性研究是一种先进而有效的手段，纳米SiO_x粒子尺寸在10-15nm，比表面积为580-700m²/g，表面原子数目多，具有较高的表面能和表面结合能；同时，纳米SiOx(X＝1.2-1.6)粒子表面氧原子大量流失，具有不稳定的硅氧结构；同时其表面还存在大量羟基，因而利用纳米SiO_x对室温硫化硅橡胶改性时将产生特殊的效果，使强度和韧性得到提高。而TiO₂的作用是提高硅橡胶的热稳定性和抗紫外线能力，但其量的加入必须严格控制，才能达到提高硅橡胶的高温粘接性能，本发明选择了合适的用量，太低达不到效果，太高则会适得其反。

另外，还加如白炭黑用作填充剂，同时也具有增强作用(提高韧性和强度)。

上述改性硅橡胶M50的制备过程如下：

(1)在真空搅拌器中按表1的配方首先加入纳米SiO_x和白炭黑，用200-500转/分(最佳300-400转/分)转速搅拌1小时；

(2)再将按比例加入TiO₂；

(3)抽真空，在真空度控制在-0.5到-0.01MPa；

(4)在真空度达到要求的条件下，以300-600转/分(最佳400-500转/分)转速搅拌2小时；

(5)检测，包装入库。

本发明采用的面层材料DS1为表面改性的聚四氟乙烯。聚四氟乙烯(PTFE)俗称塑料王，是一种综合性能优良的塑料，有极好的耐温和耐化学腐蚀性，常用作耐腐蚀性介质的衬里，但PTFE表面能极低，表面湿润性能差，不利于粘接和涂装等，生物相容性差。为此，对PTFE表面必须进行改性处理，目前主要有以下几种思路：

(1)在PTFE材料表面的分子链上导人极性基团；

(2)提高PTFE材料的表面能；

(3)提高PTFE制品表面的粗糙度；

(4)消除PTFE制品表面的弱界面层。

目前PTFE的改性通常是采用以上四种思路中的一种，而本发明的改性方式综合以上优点，同时采用机械、物理和化学方法，先通过机械、物理的方法提高其表面的粗糙度，再用化学方法在其表面分子链上导入极性基团，消除弱界面层和提高表面能。具体处理过程如下：

(1)依次在120#和220#油石上将PTFE薄膜拉毛，提高其表面粗糙度。表面粗糙度要求：Ra＝2-6微米、Rz＝8-30微米(表面粗糙度为Ra＝2.5-5微米、Rz＝10-20微米最佳)；

(2)在丙酮或乙醇中清洗，并在70-90℃(78-83℃最佳)温度条件下烘干

(3)进行钠一萘化学处理，时间10-40分钟(15-30分钟最佳)。

钠一萘化学处理法是PTFE表面改性有效的方法之一，它主要是通过腐蚀液与PTFE塑料发生化学反应，扯掉表面上的部分氟原子，在表面留下了碳化层和引入某些如羟基、羰基和不饱和键等极性基团。这些极性基团使得聚合物表面能增大、接触角变小、浸润性提高，从而由难粘变为可粘。

钠一萘化学处理液配制是在配备水冷装置及气体保护装置的反应釜中进行，保护气体为N₂入(经过焦性没食子酸除氧，用浓硫酸干燥)，处理液配方如下：

  材料名称  精奈  四氢呋喃  金属钠  活性添加剂A  活性添加剂B  重量份数比  8-9  90-100  1-2  0-2.5  0-1.5

(4)将处理过的PTFE薄膜用丙酮或乙醇中清洗后用除盐水冲洗，并在70-90℃(78-83℃最佳)温度下烘干；

(5)烘干结束后，立即用黑色PVC薄膜包裹，密封避光保存。

通过应用上述机械、物理和化学方法对PTFE表面进行改性，可实现在常温下进行粘结，在高温下(高于200℃)使用。

以上材料应用在脱硫后的烟囱防腐上的施工工艺如下：

(1)在工厂按生产标准和工艺生产出粘结材料M50和面层材料DS1备用；

(2)在完成施工准备和施工平台安装后，首先对烟囱内壁进行基底处理(高压水冲洗或机械除灰)；

(3)找平处理，凹凸达6-8mm以上进行找平处理，砖烟囱使用我公司VP-24G(刮涂型)专用材料；

(4)刮涂VP-5底剂M50，湿膜厚度控制在2-3mm，表面要基本平整，温度10℃以上，湿度85％以下；

(5)在刮涂底剂完成5-40min(10-30min最好)内，按设计方案从上到下铺贴VP-5面层材料，铺贴时动作要缓慢，尽量赶出夹层里空气。

本发明提出的烟囱及烟道的防腐处理材料是一种针对脱硫后烟囱及进行防腐的特殊内衬体系，此内衬体系集众多烟囱内衬防腐材料优点于一身，完全能满足脱硫后烟囱工况条件运行的要求。该防腐材料采用特殊的双层结构，底剂为弹性和粘结性强的M50，面层为耐温性和耐腐蚀性强的DS1(表面改性聚四氟乙稀板材)，两种材料通过特殊的粘衬方式施工到烟囱的内壁，材料和施工的特殊性决定了其具有以下优点：耐温性能优良、附着力强、超强的耐酸性能、耐热震性优良、耐候性能好、抗渗性能强、抗污染性能强、耐冲刷性能好、施工简单、工期短、质量过程易控制、非易燃易爆材料，施工安全、重量轻、对烟囱的载荷要求低、应用范围广，适合金属、砖基底使用。

以下是对两种组成材料的具体分析：

底剂M50是一种双组分，高分子改性的共聚物，具有防震、耐老化和粘结强度高等特点。它通常作为密封和粘结材料推荐用于耐酸砖板或其它烟囱内衬材料粘结和保护金属或混凝土基体。通过刮涂施工，形成一种柔韧涂层以防止伴随着烟气环境以及由于温度变化或其它原因导致的基体运动的酸、盐等介质对基体的腐蚀。M50在温度为180℃以下保持对混凝土或钢基体极好的弹性和粘附力，并适合在温度为180℃的环境中长期使用，在干燥的服务条件下可适合更高温度。

M50性能参数：

抗拉强度            ≥1.5Mpa

延伸率              ≥140％

实干时间            ≥1h

耐温性              250℃

密度                ≥1

面层DS1(表面改性聚四氟乙稀板材)是一种特殊的改性高分子工程材料，它具有超强的耐高温、耐腐蚀、耐老化性能，尤其是耐酸性能优异，在65℃条件下能耐所有浓度的硫酸、硝酸、盐酸和氢氟酸。DS1的表面自粘性和互粘性较强。

DS1性能参数：

耐温性能        ＞240℃；

比重(kg/m³)     2-2.3

抗拉强度        ＞13Mpa

抗压强度        ＞8Mpa

伸长率          ＞100％

耐酸性能        所有浓度的硫酸、硝酸、盐酸和氢氟酸

                (65℃)

本发明很好地解决了PTFE的常温粘结、高温使用技的术问题能使用，在200℃以上的高温环境，为脱硫以后的烟囱防腐寻找到了一种经济适用，且耐温、耐酸等综合防腐性能超强的防腐内衬材料。

具体实施方式

实施例1

1、改性硅橡胶M50的制备：

在100L真空搅拌器中首先加入100kg室温硫化硅橡胶、3kg纳米SiO_x和3kg白炭黑，用最佳300-400转/分的转速搅拌1小时；再将按比例加入2kg的TiO₂后抽真空，在真空度控制在-0.5到-0.01MPa的条件下以400-500转/分的转速搅拌2小时，检验合格后得M50成品；

2、表面改性聚四氟乙DS1的制备：

首先将PTFE薄膜依次在120#和220#油石上拉毛，表面粗糙度为Ra＝2.5-5微米、Rz＝10-20微米；

再在丙酮或乙醇中清洗，并在78-83℃温度条件下烘干后进行钠一萘化学处理，时间20-30分钟；

钠一萘化学处理液配制过程如下：在配备水冷装置及气体保护装置的反应釜中通入保护气体为N₂(经过焦性没食子酸除氧，用浓硫酸干燥)按精奈∶四氢呋喃∶钠∶四氢硼酸镁盐∶KH-550的为8.4∶90∶1.6∶2∶1(单位：kg)的比例混合均匀即可；

最后将处理过的PTFE薄膜用丙酮或乙醇清洗后，用除盐水冲洗，并在78-83℃温度下并立即用黑色PVC薄膜包裹，密封避光保存。

3、上述防腐材料的施工过程：

首先在施工准备和施工平台安装完成后，首先对砖烟囱内壁进行高压水(压力5Mpa)冲洗，去掉积灰和松散层；再除盐水刷涂在需要修补的砖缝和凹凸不平的区域，立即使用耐酸胶泥材料进行修补和找平处理；待固化后(约48h)，刮涂粘接材料改性硅橡胶M50，湿膜厚度控制在2-3mm，表面要基本平整，温度10℃以上，湿度85％以下；在刮涂改性硅橡胶M50完成30min内，从上到下铺贴面层材料表面改性聚四氟乙DS1，铺贴时动作要缓慢，尽量赶出夹层里空气，交接部位先重叠后用锚钉固定，再刮涂M50后，翻转反扣向下衬贴，将锚钉包裹在其内部，最大限度保持其整体性。

实施例2：

该例只是改性硅橡胶M50、表面改性聚四氟乙DS1和钠一萘化学处理液的具体配方不同，其余制备、处理和施工方法均相同。

1、改性硅橡胶M50

在100L真空搅拌器中首先加入100kg室温硫化硅橡胶、2kg纳米SiO_x和4kg白炭黑，用最佳300-400转/分的转速搅拌1小时；再将按比例加入2kg的TiO₂后抽真空，在真空度控制在-0.5到-0.01MPa的条件下以400-500转/分的转速搅拌2小时，检验合格后得M50成品；

2、表面改性聚四氟乙烯DS1

首先将PTFE薄膜依次在120#和220#油石上拉毛，表面粗糙度为Ra＝2.5-4微米、Rz＝10-15微米；

再在丙酮或乙醇中清洗，并在80-85℃温度条件下烘干后进行钠一萘化学处理，时间15-25分钟

3、钠一萘化学处理液

在配备水冷装置及气体保护装置的反应釜中通入保护气体为N₂(经过焦性没食子酸除氧，用浓硫酸干燥)按精奈∶四氢呋喃∶钠∶四氢硼酸镁盐为8.4∶90∶1.6∶1.9(单位：kg)的比例混合均匀即可；

最后用丙酮或乙醇清洗，并在80-85℃温度条件下烘干，密封保存备用。

施工过程与实例1相同。

实施例3：

该例只是改性硅橡胶M50、表面改性聚四氟乙DS1和钠一萘化学处理液的具体配方不同，其余制备、处理和施工方法均相同。

改性硅橡胶M50

在100L真空搅拌器中首先加入100kg室温硫化硅橡胶、2kg纳米SiO_x和6kg白炭黑，用最佳300-400转/分的转速搅拌1小时；再将按比例加入1kg的TiO₂后抽真空，在真空度控制在-0.5到-0.01MPa的条件下以450-550转/分的转速搅拌2小时，检验合格后得M50成品；

表面改性聚四氟乙烯DS1

首先将PTFE薄膜依次在120#和220#油石上拉毛，表面粗糙度为Ra＝3-6微米、Rz＝15-20微米；

再在丙酮或乙醇中清洗，并在85-90℃温度条件下烘干后进行钠一萘化学处理，时间20-30分钟

钠一萘化学处理液

在配备水冷装置及气体保护装置的反应釜中通入保护气体为N₂(经过焦性没食子酸除氧，用浓硫酸干燥)按精奈∶四氢呋喃∶钠∶KH-550为8.4∶90∶1.6∶1(单位：kg)的比例混合均匀即可；

最后用丙酮或乙醇清洗，并在85-90℃温度条件下烘干，密封保存备用。

施工过程与实例1相同。

实施例4：

该例只是改性硅橡胶M50、表面改性聚四氟乙DS1和钠一萘化学处理液的具体配方不同，其余制备、处理和施工方法均相同。

改性硅橡胶M50

在100L真空搅拌器中首先加入100kg室温硫化硅橡胶、2kg纳米SiO_x和6kg白炭黑，用最佳300-400转/分的转速搅拌1小时；再将按比例加入1.5kg的TiO₂后抽真空，在真空度控制在-0.5到-0.01MPa的条件下以450-550转/分的转速搅拌2小时，检验合格后得M50成品；

表面改性聚四氟乙烯DS1

首先将PTFE薄膜依次在120#和220#油石上拉毛，表面粗糙度为Ra＝3-6微米、Rz＝15-20微米；

再在丙酮或乙醇中清洗，并在70-78℃温度条件下烘干后进行钠一萘化学处理，时间20-30分钟

钠一萘化学处理液

在配备水冷装置及气体保护装置的反应釜中通入保护气体为N₂(经过焦性没食子酸除氧，用浓硫酸干燥)按精奈∶四氢呋喃∶钠为8.4∶90∶1.6(单位：kg)的比例混合均匀即可；

最后用丙酮或乙醇清洗，并在70-78℃温度条件下烘干，密封保存备用。

施工过程与实例1相同。