一種超疏水自清潔耐高溫低熱阻的仿生膜及其製備方法與流程
2023-10-11 09:29:09 2
本發明涉及空冷凝汽器設計領域，具體涉及一種超疏水自清潔耐高溫低熱阻的仿生膜及其製備方法。
背景技術：
空冷技術是解決富煤缺水地區火力發電的重要選擇，近年來在我國北方地區得到大力發展。凝汽器作為直接空冷系統的核心換熱設備，其換熱能力直接影響著整個機組運行的安全性與經濟性。凝汽器的核心換熱元件為翅片管，其空氣側換熱性能決定著凝汽器整體的換熱性能。
目前在空冷凝汽器的設計和應用上，基本上採用的是增大空氣側的翅化比(比如單排管的翅化比已經接近20：1),利用增加有效換熱面積的方式達到強化傳熱的目的。然而在很多情況下，即使增加傳熱面積，換熱器扁管內部由於蒸汽冷凝形成的液珠或者液膜其傳熱熱阻是相同厚度下金屬傳熱熱阻的幾倍甚至是十幾倍，與此同時，由於蒸汽側還可能形成汙垢，汙垢熱阻更是遠大於金屬的傳熱熱阻。因此，只是一味的增加管數和翅片數其強化傳熱效果是相當有限的。基於此改變扁管內部結構的方法就顯得更為可行。
技術實現要素：
本發明設計開發了一種超疏水自清潔耐高溫低熱阻的仿生膜的製備方法，本發明的發明目的是提供一種耐高溫，超疏水性並且具有自清潔效應的防生膜的製備方法。
本發明設計開發了一種超疏水自清潔耐高溫低熱阻的仿生膜，本發明的發明目的是製備一種耐高溫，超疏水性以及能夠自清潔的仿生膜。
本發明提供的技術方案為：
一種超疏水自清潔耐高溫低熱阻的仿生膜的製備方法，包括如下步驟：
步驟一、取基料改性環氧樹脂，顏填料石棉粉，滑石粉，鉻鐵黑粉；其中，所述環氧樹脂質量份數為45～55份，所述石棉粉質量份數為35～40份，所述滑石粉質量份數為6～9份，所述鉻鐵黑粉質量份數為8～12份；
步驟二、將所述基料與所述顏填料進行研磨1.5～4小時後，加入質量分數為1％～3％的消泡劑以及質量分數為0.5％～2.5％的流平劑，同時用質量分數為1.5％～3.5％的稀釋劑調整黏度，製成塗料；
步驟三、將十八烷基胺和芳香胺以1：2混合後，加入質量分數為1.5％～3.5％稀釋劑後加熱至完全融化後，倒入碳酸鈣粉末的燒杯中，攪拌均勻後冷卻至室溫；其中，十八烷基胺、芳香胺的混合液與碳酸鈣粉末的質量比為10～20:1，十八烷基胺、芳香胺的混合液與塗料的質量比為1:12～18；
步驟四、將所述塗料和所述稀釋劑加入到已冷卻到室溫的碳酸鈣粉末中充分攪拌製得塗層；
步驟五、將所述塗層塗覆在換熱器表面，進行150℃加熱烘烤25分鐘，再升溫至200℃，直至完全固化，形成所述仿生膜。
優選的是，包括如下步驟：
步驟一、取基料改性環氧樹脂，顏填料石棉粉，滑石粉，鉻鐵黑粉；其中，所述環氧樹脂質量份數為45份，所述石棉粉質量份數為35份，所述滑石粉質量份數為6份，所述鉻鐵黑粉質量份數為8份；
步驟二、將所述基料與所述顏填料進行研磨1.5小時後，加入質量分數為1％的消泡劑以及質量分數為0.5％的流平劑，同時用質量分數為1.5％的稀釋劑調整黏度，製成塗料；
步驟三、將十八烷基胺和芳香胺以1：2混合後，加入質量分數為1.5％稀釋劑後加熱至完全融化後，倒入碳酸鈣粉末的燒杯中，攪拌均勻後冷卻至室溫；其中，十八烷基胺、芳香胺的混合液與碳酸鈣粉末的質量比為10:1，十八烷基胺、芳香胺的混合液與塗料的質量比為1:12；
步驟四、將所述塗料和所述稀釋劑加入到已冷卻到室溫的碳酸鈣粉末中充分攪拌製得塗層；
步驟五、將所述塗層塗覆在換熱器表面，進行150℃加熱烘烤25分鐘，再升溫至200℃，直至完全固化，形成所述仿生膜。
優選的是，包括如下步驟：
步驟一、取基料改性環氧樹脂，顏填料石棉粉，滑石粉，鉻鐵黑粉；其中，所述環氧樹脂質量份數為55份，所述石棉粉質量份數為40份，所述滑石粉質量份數為9份，所述鉻鐵黑粉質量份數為12份；
步驟二、將所述基料與所述顏填料進行研磨4小時後，加入質量分數為3％的消泡劑以及質量分數為2.5％的流平劑，同時用質量分數為3.5％的稀釋劑調整黏度，製成塗料；
步驟三、將十八烷基胺和芳香胺以1：2混合後，加入質量分數為3.5％稀釋劑後加熱至完全融化後，倒入碳酸鈣粉末的燒杯中，攪拌均勻後冷卻至室溫；其中，十八烷基胺、芳香胺的混合液與碳酸鈣粉末的質量比為20:1，十八烷基胺、芳香胺的混合液與塗料的質量比為1:18；
步驟四、將所述塗料和所述稀釋劑加入到已冷卻到室溫的碳酸鈣粉末中充分攪拌製得塗層；
步驟五、將所述塗層塗覆在換熱器表面，進行150℃加熱烘烤25分鐘，再升溫至200℃，直至完全固化，形成所述仿生膜。
優選的是，所述基料與所述顏填料研磨細度為50μm以下。
優選的是，所述消泡劑為乳化矽油、高碳醇脂肪酸酯複合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚或聚二甲基矽氧烷。
優選的是，所述流平劑為丙烯酸。
優選的是，所述稀釋劑為丙酮、甲乙酮、環己酮、苯、甲苯、二甲苯、正丁醇、苯乙烯。
優選的是，包括如下步驟：
步驟一、取基料改性環氧樹脂4.5g，顏填料石棉粉3.5g，滑石粉0.6g，鉻鐵黑粉0.8g；
步驟二、將所述基料與所述顏填料進行研磨1.5小時後，加入質量分數為1％的消泡劑以及質量分數為0.5％的流平劑，同時用質量分數為1.5％的稀釋劑調整黏度，製成塗料；
步驟三、將十八烷基胺和芳香胺以1：2混合後，加入質量分數為1.5％稀釋劑後加熱至完全融化後，倒入碳酸鈣粉末的燒杯中，攪拌均勻後冷卻至室溫；其中，十八烷基胺、芳香胺的混合液與碳酸鈣粉末的質量比為20:1；
步驟四、將所述塗料和所述稀釋劑加入到已冷卻到室溫的碳酸鈣粉末中充分攪拌製得塗層；
步驟五、將所述塗層塗覆在換熱器表面，進行150℃加熱烘烤25分鐘，再升溫至200℃，直至完全固化，形成所述仿生膜。
一種超疏水自清潔耐高溫低熱阻的仿生膜，使用所述的製備方法得到。
本發明與現有技術相比較所具有的有益效果：
1、採用本發明可以使膜表面始終與蒸汽直接接觸，同時膜自身熱阻值低因此減少了總的換熱熱阻，由於其自清潔效應，所以減少了管道清汙的工作量，由於換熱效果得到極大的提高，所以在換熱器的體積上可以得到改善，本發明能耐高溫，因此可以適應工況較複雜的場合而不易損壞，減少佔地、節約能源；
2、本發明具有良好的疏水性能，並且本法發明的塗層結合力以及抗衝刷性能較強，從而進一步提高的塗層的疏水性能。
附圖說明
圖1為本發明所述的仿生膜掃描電鏡示意圖。
圖2為本發明所述的水滴在仿生膜上的示意圖。
圖3為本發明所述的水滴在仿生膜上的示意圖。
圖4為本發明所述的水滴在仿生膜上的示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。
本發明提供了一種超疏水自清潔耐高溫低熱阻的仿生膜的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟：
步驟一、取基料改性環氧樹脂，顏填料石棉粉，滑石粉，鉻鐵黑粉；其中，所述環氧樹脂質量份數為45～55份，所述石棉粉質量份數為35～40份，所述滑石粉質量份數為6～9份，所述鉻鐵黑粉質量份數為8～12份；
步驟二、將所述基料與所述顏填料進行研磨1.5～4小時後，加入質量為1％～3％的消泡劑以及質量分數為0.5％～2.5％的流平劑，同時用1.5％～3.5％的稀釋劑調整黏度，製成塗料；
步驟三、將十八烷基胺和芳香胺以1：2混合後，加入1.5％～3.5％稀釋劑後加熱至完全融化後，倒入碳酸鈣粉末的燒杯中，攪拌均勻後冷卻至室溫；
步驟四、將所述塗料和所述稀釋劑加入到已冷卻到室溫的碳酸鈣粉末中充分攪拌製得塗層；
步驟五、將所述塗層塗覆在換熱器表面，進行150℃加熱烘烤25分鐘，再升溫至200℃，直至完全固化，形成所述仿生膜。
在另一種實施例中，所述基料與所述顏填料研磨細度為50μm以下。
在另一種實施例中，消泡劑為乳化矽油、高碳醇脂肪酸酯複合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚或聚二甲基矽氧烷。
在另一種實施例中，流平劑為丙烯酸。
在另一種實施例中，稀釋劑為丙酮、甲乙酮、環己酮、苯、甲苯、二甲苯、正丁醇、苯乙烯。
實施例1
取基料改性環氧樹脂4.5g，顏填料石棉粉3.5g，滑石粉0.6g，鉻鐵黑粉0.8g，將基料與顏填料進行研磨1.5小時後，加入質量為1％的聚氧丙烯甘油醚以及質量分數為0.5％的丙烯酸，用質量分數為1.5％的稀釋劑調整黏度，製成塗料，然後將十八烷基胺和芳香胺以1：2混合後，加入質量分數為1.5％的稀釋劑後加熱至完全融化後，倒入碳酸鈣粉末的燒杯中，攪拌均勻後冷卻至室溫，將塗料加入到已冷卻到室溫的碳酸鈣粉末中充分攪拌製得塗層，將塗層塗覆在換熱器表面，進行150℃加熱烘烤25分鐘，再升溫至200℃，直至完全固化，形成所述仿生膜；其中，稀釋劑為甲苯、正丁醇以3:1的質量比的混合物，十八烷基胺、芳香胺的混合液與碳酸鈣粉末的質量比為10:1，十八烷基胺、芳香胺的混合液與塗料的質量比為1:12。
實施例2
取基料改性環氧樹脂5.5g，顏填料石棉粉4g，滑石粉0.9g，鉻鐵黑粉1.2g，將基料與顏填料進行研磨4小時後，加入質量為3％的聚氧丙烯甘油醚以及質量分數為2.5％的丙烯酸，用質量分數為3.5％的稀釋劑調整黏度，製成塗料，然後將十八烷基胺和芳香胺以1：2混合後，加入質量分數為3.5％的稀釋劑後加熱至完全融化後，倒入碳酸鈣粉末的燒杯中，攪拌均勻後冷卻至室溫，將塗料加入到已冷卻到室溫的碳酸鈣粉末中充分攪拌製得塗層，將塗層塗覆在換熱器表面，進行150℃加熱烘烤25分鐘，再升溫至200℃，直至完全固化，形成所述仿生膜；其中，稀釋劑為甲苯、正丁醇以5:1的質量比的混合物，十八烷基胺、芳香胺的混合液與碳酸鈣粉末的質量比為20:1，十八烷基胺、芳香胺的混合液與塗料的質量比為1:18。
實施例3
取基料改性環氧樹脂5g，顏填料石棉粉3.8g，滑石粉0.8g，鉻鐵黑粉1g，將基料與顏填料進行研磨2.5小時後，加入質量為2％的聚氧丙烯甘油醚以及質量分數為1.5％的丙烯酸，用質量分數為2.5％的稀釋劑調整黏度，製成塗料，然後將十八烷基胺和芳香胺以1：2混合後，加入質量分數為2.5％的稀釋劑後加熱至完全融化後，倒入碳酸鈣粉末的燒杯中，攪拌均勻後冷卻至室溫，將塗料加入到已冷卻到室溫的碳酸鈣粉末中充分攪拌製得塗層，將塗層塗覆在換熱器表面，進行150℃加熱烘烤25分鐘，再升溫至200℃，直至完全固化，形成所述仿生膜；其中，稀釋劑為甲苯、正丁醇以4:1的質量比的混合物，十八烷基胺、芳香胺的混合液與碳酸鈣粉末的質量比為15:1，十八烷基胺、芳香胺的混合液與塗料的質量比為1:15。
試驗例
如圖1～4所示，對實施例1中的圖層進行掃描電鏡的觀察以及疏水實驗的觀察，其結構主要是效仿荷葉表面的納/微米級的超微結構，通過特殊工藝製作使得膜表面產生蠟質層和許多平均大小約為10μm的微小的乳突(每個乳突是由許多直徑為200nm左右的突起組成)，這些乳突的平均間距在12nm左右，這些乳突進一步組合在一起，在膜表面形成一個挨一個隆起的「小山包」，整個表面就是被這些「山包」所覆蓋，在「山包」間的凹陷處充滿了空氣，這樣就在膜表面形成一層只有納米級別的極薄的空氣層，這就使得在尺寸上遠大於這種結構的雜質，冷凝水等降落在膜表面上後，隔著一層極薄的空氣，只能同表面上「山包」的凸頂形成幾個點接觸，由於空氣層、「山包」狀突起和蠟質層的共同託持作用，使得冷凝水不能滲透，而卻能自由滾動。冷凝水在自身的表面張力作用下形成球狀，滾離膜表面，由於雜質和沉澱的顆粒與水的粘附力大於雜質和沉澱與膜的附著力，所以在液珠滾離膜表面的同時也帶走了雜質和沉澱，達到自我潔淨的效果，並使膜面始終保持與蒸汽直接接觸的狀態。與此同時，由於膜本身厚度較小加上材料的導熱係數大的關係，能使膜自身的熱阻達到比較小的狀態。
本發明所述的額仿生膜與水的接觸角測量為164°，滾動角僅為2.5°，表明該仿生膜超疏水性。
本發明按照gb1725、gb1720、gb1732以及gb1728測試塗料黏度、塗層附著力、衝擊強度以及乾燥時間分別為20/s、1級、1kg·cm以及20小時。
對本發明進行自來水衝刷實驗，經過24小時衝刷，塗層表面的碳酸鈣粉末沒有脫落，由於本發明中碳酸鈣粉末與十八烷基胺、芳香胺混合物混合後，再將塗料和稀釋劑加入，增加了塗層的結合力，使本發明的塗層抗衝刷性能較好，也使得本發明的疏水性能得到了進一步的提高。
本發明按照gb1735-1779測試塗層耐熱性，在400℃，240h條件下，該塗層不起泡、不脫落，並且塗層膜並沒有顯著的變色，證明其具有良好的耐熱性能。
儘管本發明的實施方案已公開如上，但其並不僅僅限於說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用於各種適合本發明的領域，對於熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同範圍所限定的一般概念下，本發明並不限於特定的細節和這裡示出與描述的圖例。