一种金属基材保温防护涂层结构的制备方法及金属基材保温防护涂层结构
技术领域
本发明涉及金属基材保温防护技术领域，具体涉及一种金属基材保温防护涂层结构的制备方法及金属基材保温防护结构。
背景技术
现有技术中的设备和管道等金属基材常采用保温防护涂料等进行保温防护，由于保温防护不当造成的热量散失以及金属基材腐蚀影响各领域特别是石油化工领域的运行安全。现有技术中一般采用水性无机隔热保温涂料进行保温防护，水性无机隔热保温涂料具有环保、阻燃、耐温、施工简便、可填充缝隙、可带温施工等特点，在石油化工设备及管道、地市管网有着很好的应用前景；但是，目前水性无机涂料普遍存在以下问题：由于保温防护涂料硅基成分与金属基体化学键强度有限，水性涂料干燥前的可流动性导致保温涂料与设备管道表面粘接力较小，容易脱落；隔热保温防护涂料局部损坏以及憎水性降低后，外部降水进入保温防护涂层的疏松多孔结构内，使保温防护涂层的保温性能下降，并导致设备管道的腐蚀问题，影响金属基材的运行安全。
发明内容
本发明的目的在于提供一种粘结力大且保温防护功能优异的金属基材保温防护涂层结构的制备方法及金属基材保温防护涂层结构。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种金属基材保温防护涂层结构的制备方法，包括以下步骤：
1)金属基材表面处理：除去金属基材表面的杂质附着物；
2)设置金属网：在金属基材表面覆盖一层金属网，金属网上设置有多个网格；
3)设置保温层：将保温涂料至少部分涂覆在步骤2)的所述网格内，形成保温层；
4)设置防护层：在步骤3)的所述保温层外部喷涂防护涂料，形成防护层。
所述步骤2)中所述金属网的厚度为0.2～0.6mm。
所述网格的孔径尺寸为4～10mm。
所述保温层的厚度为3～20mm。
所述步骤3)中保温层由保温涂料形成，所述保温涂料主要由功能填料和有机硅改性硅溶胶按照5～8:1～1.5的比例混合而成，所述功能填料为SiO2气凝胶浆料或者空心微球中的任意一种或两种。
所述SiO2气凝胶浆料主要包括混合尺寸的SiO2气凝胶粉10～20％、醇类溶剂10～15％、分散剂1～2％、润湿剂1～2％，余量为去离子水。
所述SiO2气凝胶粉粒径均为50～200μm。
所述醇类溶剂为无水乙醇、叔丁醇或者乙二醇中的任意一种或几种。
所述分散剂为5040阴离子型表面活性剂；所述润湿剂为PE-100、LCN-407或者BYK-346非离子型表面活性剂中的任意一种或几种。
所述SiO2气凝胶浆料由包括以下步骤的制备方法制得：
将SiO2气凝胶粉在200～260℃加热，加热时间为30～90min，冷却至室温；将上述处理后的SiO2气凝胶粉、分散剂、润湿剂、醇类溶剂以及去离子水混合搅拌，搅拌速度为1200～1500rad/min，搅拌时间为30～60min，即得。
所述防护层的厚度为0.5～2mm。
所述步骤4)中防护层由防护涂料形成，所述防护涂料主要由环氧树脂和有机硅预聚体按照1～3:1～1.5比例混合而成。
所述金属基材为碳钢，所述金属网为铝格网。
一种由上述任一项所述金属基材保温防护涂层结构的制备方法制备的金属基材保温防护涂层结构，用于对金属基材进行保温防护，所述金属基材保温防护涂层结构由内到外依次包括：金属网、保温层以及防护层，所述金属网上设置有多个网格，所述保温层至少部分设置在所述网格内。
所述金属网覆盖在金属基材外部，且所述金属网贴合所述金属基材设置。
本发明金属基材保温防护涂层结构的制备方法的有益效果在于：
本发明中提供的金属基材保温防护涂层结构的制备方法，在设置保温层之前，在金属基材的表面设置金属网，金属网上设置有多个网格，保温涂料至少部分位于网格内，网格对保温涂料具有支撑作用，防止保温涂料由于重力沉降作用使保温层的厚度不均匀影响保温效果，同时由于网格与保温涂料之间的结合作用提高保温层与金属基材之间的结合强度。
本发明中提供的金属基材保温防护涂层结构的制备方法，在金属基材和保温层之间设置金属网，金属网所采用的金属材质的活泼性大于金属基材所采用的金属材质的活泼性，使得在保温涂料中的水分挥发干燥过程中或者金属基材使用过程中水分进入金属保温层内时，金属网可作为牺牲阳极，金属基材作为阴极，水为导电介质，构成回路，金属网起到牺牲阳极保护作用，防止金属基材发生腐蚀。
另外，本发明中的防护层采用防护涂料喷涂形成，防护涂料主要由环氧树脂和有机硅预聚体按照1～3:1～1.5比例混合而成，该防护涂料环氧树脂作为附着力促进剂能增加整体的粘结能力，有机硅预聚体自身干燥时可干燥环氧树脂，缩短整体的干燥时间，改进涂膜柔韧性，且成膜后耐水性比较好。
本发明的金属基材保温防护涂层结构的制备方法制备的金属基材保温防护涂层结构，保温层与金属基材之间的结合力较大，防止金属基材保温防护涂层结构脱落，通过设置金属网，防止金属基材发生腐蚀，防腐效果较好，通过采用由环氧树脂和有机硅预聚体制备的防护涂料，防水效果优异。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的金属基材保温防护涂层结构的结构示意图；
图2是图1中所述金属基材保温防护涂层结构中金属网的结构示意图；
图3是图1中所述金属基材保温防护涂层结构的部分剖视图；
图4是本发明对比例1中金属基材保温防护涂层结构的结构示意图；
图5是本发明对比例2中金属基材保温防护涂层结构的结构示意图；
图中零部件名称及其编号分别为：
金属基材 100 金属网 10保温层 20
防护层 30金属基材 200 保温层 40
防护层 50金属基材 300 金属网 60
保温层 70防护层 80网格 11
固定件 12
具体实施方式
现在结合附图对本发明作详细的说明。附图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
本发明的一种金属基材保温防护涂层结构，用于对金属基材100进行保温防护，如图1和图2所示，所述金属基材保温防护涂层结构由内到外依次包括：金属网10、保温层20以及防护层30，所述金属网10上设置有多个网格11，保温层20至少部分设置在网格11内。
金属网10覆盖在金属基材100外部，且所述金属网10贴合所述金属基材100设置。
网格11的形状可以是长方形、正方形或者菱形等形状，网格11的孔径尺寸为4～10mm，金属网10的厚度为0.2～0.6mm，金属网10所采用的金属材质的活泼性大于金属基材所采用的金属材质的活泼性，金属网10可以为铝网、镁合金网或者锌合金网中的任意一种，所述金属基材为碳钢；保温层20由保温涂料形成，所述保温涂料主要由功能填料和有机硅改性硅溶胶按照5～8:1～1.5的比例混合而成；防护层30由防护涂料形成，防护涂料主要由环氧树脂和有机硅预聚体按照1～3:1～1.5比例混合而成，保温层20的厚度为3～20mm，防护层30的厚度为0.5～2mm。所述功能填料为SiO2气凝胶浆料或者空心微球中的任意一种或两种。
如图3所示，所述金属基材保温防护涂层结构还包括设置在金属网10上的固定件12，固定件12穿过金属网10固定在金属基材上，增强金属网10与金属基材100之间的连接稳定性，可以理解地，固定件12可以为螺栓或镀锌铁丝等固定件。
一种金属基材保温防护涂层结构的制备方法，包括以下步骤：
1)金属基材表面处理：除去金属基材100表面的杂质附着物；
2)设置金属网：在金属基材100表面覆盖一层金属网10，金属网10上设置有多个网格11；
3)设置保温层：将保温涂料至少部分涂覆在步骤2)的网格11内，形成保温层20；
4)设置防护层：在步骤3)的保温层20外部喷涂防护涂料，形成防护层30。
所述步骤2)中金属网10的厚度为0.2～0.6mm，所述网格11的孔径尺寸为4～10mm，金属网10所采用的金属材质的活泼性大于金属基材所采用的金属材质的活泼性，金属网10可以为铝网、镁合金网或者锌合金网中的任意一种，所述金属基材为碳钢。
所述步骤3)中保温层20由保温涂料形成，所述保温涂料主要由功能填料和有机硅改性硅溶胶按照5～8:1～1.5的比例混合而成；所述保温层20的厚度为3～20mm。所述功能填料为SiO2气凝胶浆料或者空心微球中的任意一种或两种。
所述SiO2气凝胶浆料主要包括混合尺寸的SiO2气凝胶粉10～20％、醇类溶剂10～15％、分散剂1～2％、润湿剂1～2％，余量为去离子水。
所述SiO2气凝胶粉粒径均为50～200μm。
所述醇类溶剂为无水乙醇、叔丁醇或者乙二醇中的任意一种或几种。
所述分散剂为5040阴离子型表面活性剂；所述润湿剂为PE-100、LCN-407或者BYK-346非离子型表面活性剂中的任意一种或几种。
所述SiO2气凝胶浆料由包括以下步骤的制备方法制得：
将SiO2气凝胶粉在200～260℃加热，加热时间为30～90min，冷却至室温；将上述处理后的SiO2气凝胶粉、分散剂、润湿剂、醇类溶剂以及去离子水混合搅拌，搅拌速度为1200～1500rad/min，搅拌时间为30～60min，即得。
所述步骤4)防护层30由防护涂料形成，所述防护涂料主要由环氧树脂和有机硅预聚体按照1～3:1～1.5比例混合而成；所述防护层30的厚度为0.5～2mm。
所述步骤2)中金属网10上还设置有固定件12，固定件12穿过金属网10固定在金属基材100上，增强金属网10与金属基材100之间的连接稳定性，可以理解地，固定件12可以为螺栓或镀锌铁丝等固定件。
实施例1
本实施例的金属基材保温防护涂层结构用于对金属基材100进行保温防护，金属基材100为碳钢管道，所述金属基材保温防护涂层结构由内到外依次包括：金属网10、保温层20以及防护层30，金属网10覆盖在金属基材100外部，所述金属网10贴合所述金属基材100设置。
所述金属网10上设置有多个网格11，网格11为对角线分别为8mm和4mm的菱形孔，所述金属网10为铝格网，保温层10部分位于网格11内，金属网10的厚度为0.6mm；保温层20由保温涂料形成，保温涂料主要由SiO2气溶胶浆料和有机硅改性硅溶胶按照5:1的比例混合而成；防护层30由防护涂料形成，防护涂料主要由环氧树脂和有机硅预聚体按照1:1比例混合而成，保温层20的厚度为8mm，防护层30的厚度为1mm。
金属网10上设置有固定件12，固定件12为镀锌铁丝，镀锌铁丝穿过金属网10固定在金属基材上，增强金属网10与金属基材100之间的连接稳定性。
本实施例的SiO2气凝胶浆料主要由混合尺寸的SiO2气凝胶粉15％、醇类溶剂无水乙醇15％、分散剂5040 1％、润湿剂PE-100 1％、去离子水68％制成。
本实施例的SiO2气凝胶浆料由以下步骤的制备方法制得：将SiO2气凝胶粉放入加热炉中，在250℃加热，加热时间为40min，冷却至室温；将经过上述处理后的SiO2气凝胶粉、分散剂5040、润湿剂PE-100、醇类溶剂无水乙醇以及去离子水加入高速搅拌器中混合搅拌，搅拌速度为1200rad/min，搅拌时间为30min，即得SiO2气凝胶浆料。
本实施例的金属基材保温防护涂层结构的制备方法，包括以下步骤：
1)金属基材表面处理：除去金属基材100表面的杂质附着物；采用手工打磨清除金属基材100表面松散的附着物，使金属基材100表面形成粗糙表面，增强金属基材100与保温层10之间的附着力，表面除锈等级相当于ISO 8401St2.0；
2)设置金属网：在金属基材100表面覆盖一层金属网10，金属网10贴合金属基材100设置，金属网10上设置有多个网格11，金属网10的接头处采用Ф1mm镀锌铁丝固定；
3)设置保温层：保温涂料搅拌均匀后，将保温涂料涂覆在步骤2)的网格11内，以覆盖网格11网眼中部为宜，观察保温涂料不存在流挂现象；保温涂料分两次涂覆在网格11内，且第一次涂覆的保温涂料完全干燥后进行第二次涂覆，最终形成保温层20，保温层20的厚度为8mm；
其中在保温涂料的第一次涂覆之后，选取不同位置测定保温涂料形成的涂层的厚度，当涂层不同位置厚度均匀时，干燥后即可进行第二次涂覆。
4)设置防护层：在步骤3)的保温层20外部喷涂防护涂料，形成防护层30，防护层30的厚度为1mm。
实施例2
本实施例的金属基材保温防护涂层结构用于对金属基材100进行保温防护，金属基材100为碳钢管道，所述金属基材保温防护涂层结构由内到外依次包括：金属网10、保温层20以及防护层30，金属网10覆盖在金属基材100外部，所述金属网10贴合所述金属基材100设置。
所述金属网10上设置有多个网格11，网格11为对角线分别为8mm和4mm的菱形孔，所述金属网10为铝格网，保温层10部分位于网格11内，金属网10的厚度为0.4mm；保温层20由保温涂料形成，保温涂料主要由SiO2气凝胶浆料和有机硅改性硅溶胶按照6:1的比例混合而成；防护层30由防护涂料形成，防护涂料主要由环氧树脂和有机硅预聚体按照1.5：1比例混合而成，保温层20的厚度为15mm，防护层30的厚度为1.5mm。
金属网10上设置有固定件12，固定件12为镀锌铁丝，镀锌铁丝穿过金属网10固定在金属基材上，增强金属网10与金属基材100之间的连接稳定性。
本实施例的SiO2气凝胶浆料主要由混合尺寸的SiO2气凝胶粉20％、醇类溶剂无水乙醇15％、分散剂5040 1.5％、润湿剂LCN-407 1.5％、去离子水62％制成。
本实施例的SiO2气凝胶浆料由包括以下步骤的方法制得：将SiO2气凝胶粉放入加热炉中，在200℃加热，加热时间为60min，冷却至室温；将经过上述处理后的SiO2气凝胶粉、分散剂5040、润湿剂LCN-407以及醇类溶剂无水乙醇以及去离子水加入高速搅拌器中混合搅拌，搅拌速度为1300rad/min，搅拌时间为30min，即得SiO2气凝胶浆料。
本实施例的金属基材保温防护涂层结构的制备方法，包括以下步骤：
1)金属基材表面处理：除去金属基材100表面的杂质附着物；采用手工打磨清除金属基材100表面松散的附着物，使金属基材100表面形成粗糙表面，增强金属基材100与保温层10之间的附着力，表面除锈等级相当于ISO 8401St2.0；
2)设置金属网：在金属基材100表面覆盖一层金属网10，金属网10贴合金属基材100设置，金属网10上设置有多个网格11，金属网10的接头处采用Ф1mm镀锌铁丝固定；
3)设置保温层：保温涂料搅拌均匀后，将保温涂料涂覆在步骤2)的网格11内，以覆盖网格11网眼中部为宜，观察保温涂料不存在流挂现象；保温涂料分两次涂覆在网格11内，且第一次涂覆的保温涂料完全干燥后进行第二次涂覆，最终形成保温层20，保温层20的厚度为15mm；
其中在保温涂料的第一次涂覆之后，选取不同位置测定保温涂料形成的涂层的厚度，当涂层不同位置厚度均匀时，干燥后即可进行第二次涂覆。
4)设置防护层：在步骤3)的保温层20外部喷涂防护涂料，形成防护层30，防护层30的厚度为1.5mm。
实施例3
本实施例的金属基材保温防护涂层结构用于对金属基材100进行保温防护，金属基材100为碳钢管道，所述金属基材保温防护涂层结构由内到外依次包括：金属网10、保温层20以及防护层30，金属网10覆盖在金属基材100外部，所述金属网10贴合所述金属基材100设置。
所述金属网10上设置有多个网格11，网格11为对角线分别为8mm和4mm的菱形孔，所述金属网10为铝格网，保温层10部分位于网格11内，金属网10的厚度为0.3mm；保温层20由保温涂料形成，保温涂料主要由SiO2气凝胶浆料和有机硅改性硅溶胶按照8:1的比例混合而成；防护层30由防护涂料形成，防护涂料主要由环氧树脂和有机硅预聚体按照2:1比例混合而成，保温层20的厚度为3mm，防护层30的厚度为0.5mm。
金属网10上设置有固定件12，固定件12为镀锌铁丝，镀锌铁丝穿过金属网10固定在金属基材上，增强金属网10与金属基材100之间的连接稳定性。
本实施例的SiO2气凝胶浆料主要由混合尺寸的SiO2气凝胶粉18％、醇类溶剂15％、分散剂5040 1.5％、润湿剂BYK-025 1.5％、去离子水64％制成。
本实施例的SiO2气凝胶浆料由以下步骤制得：将SiO2气凝胶粉放入加热炉中，在260℃加热，加热时间为30min，冷却至室温；将经过上述处理后的SiO2气凝胶粉、分散剂5040、润湿剂BYK-025、醇类溶剂叔丁醇以及去离子水加入高速搅拌器中混合搅拌，搅拌速度为1200rad/min，搅拌时间为30min，即得SiO2气凝胶浆料。
本实施例的金属基材保温防护涂层结构的制备方法，包括以下步骤：
1)金属基材表面处理：除去金属基材100表面的杂质附着物；采用手工打磨清除金属基材100表面松散的附着物，使金属基材100表面形成粗糙表面，增强金属基材100与保温层10之间的附着力，表面除锈等级相当于ISO 8401St2.0；
2)设置金属网：在金属基材100表面覆盖一层金属网10，金属网10贴合金属基材100设置，金属网10上设置有多个网格11，金属网10的接头处采用Ф1mm镀锌铁丝固定；
3)设置保温层：保温涂料搅拌均匀后，将保温涂料涂覆在步骤2)的网格11内，以覆盖网格11网眼中部为宜，观察保温涂料不存在流挂现象；保温涂料分两次涂覆在网格11内，且第一次涂覆的保温涂料完全干燥后进行第二次涂覆，最终形成保温层20，保温层20的厚度为3mm；
其中在保温涂料的第一次涂覆之后，选取不同位置测定保温涂料形成的涂层的厚度，当涂层不同位置厚度均匀时，干燥后即可进行第二次涂覆。
4)设置防护层：在步骤3)的保温层20外部喷涂防护涂料，形成防护层30，防护层30的厚度为0.5mm。
对比例1
如图4所示，提供了一种金属基材200，金属基材200为碳钢管道，本对比例的金属基材200外部的金属基材保温防护涂层结构由内到外依次包括保温层40和防护层50，保温层40由保温涂料形成，保温涂料主要由SiO2气凝胶浆料和有机硅改性硅溶胶按照5:1的比例混合而成，本对比例的SiO2气凝胶浆料的配方以及制备方法同实施例1；防护层50由防护涂料形成，防护涂料主要由环氧树脂和有机硅预聚体按照1：1比例混合而成，保温层40的厚度为8mm，防护层50的厚度为1mm。
对比例2
如图5所示，提供了一种金属基材300，金属基材300为碳钢管道，本对比例的金属基材300外部的金属基材保温防护涂层结构由内到外依次包括金属网60、保温层70和防护层80，金属网60为铝格网，保温层70由保温涂料形成，保温涂料主要由SiO2气凝胶浆料和有机硅改性硅溶胶按照5:1的比例形成，本对比例的SiO2气凝胶浆料的配方以及制备方法同实施例1；保温层40的厚度为8mm；防护层80由防护涂料形成，防护涂料为丙烯酸，防护层80的厚度为1mm。
实验例
1)附着力测试
采用拉拔法分别测定实施例1以及对比例1和对比例2中金属基材与该金属基材上设置的金属基材保温防护涂层结构之间的附着力，结果如表1所示：
表1、金属基材与金属基材保温防护涂层结构之间的附着力
由表1可知，与对比例1相比，实施例1中金属基材100与该金属基材100上的金属基材保温防护涂层结构之间的结合力以及对比例2中金属基材300与该金属基材300上的金属基材保温防护涂层结构之间的结合力均大于对比例1中金属基材200与该金属基材200上的金属基材保温防护涂层结构之间的结合力，实施例1中由于设置金属网10，金属网10中设置有网格11，保温涂料涂覆在网格11内形成保温层20，网格11能够防止保温涂料由于重力沉降导致保温层20厚度不均匀，保温效果较好，同时由于网格11与保温涂料之间的结合作用提高保温层20与金属基材100之间的结合强度，保温层20与金属基材100之间的结合强度为3200KPa，使得保温层20与金属基材100之间的结合强度相对对比例1提高了10倍。
2)防护性能测试
将实施例1以及对比例1和对比例2中设置金属基材保温防护涂层结构的金属基材分别放置在盐雾箱中，盐雾箱内温度为35℃，湿度为100％，放置7天后，去除实施例1的金属基材100表面的防护层30以及对比例2的金属基材300表面的防护层80，观察实施例1中金属基材100表面的保温层20的状态以及对比例2的金属基材300表面的保温层70的状态，结果如表2所示；然后去除实施例1的金属基材100表面的保温层20和金属网10，去除对比例1的金属基材200表面的保温层40和防护层50，观察实施例1中金属基材100表面状态以及对比例1的金属基材200表面状态，结果如表2所示：
表2.实施例1中金属基材以及对比例1中金属基材的表面状态
由表2可知，实施例1中的金属基材保温防护涂层结构中采用由环氧树脂和有机硅预聚体制备的防护涂料，该防护涂料以环氧树脂作为附着力促进剂能增加整体的粘结能力，有机硅预聚体自身干燥时可干燥环氧树脂，缩短整体的干燥时间，增强涂膜柔韧性，且成膜后防水效果较好，而对比例2中采用丙烯酸防护涂料，该防护涂料在保温涂料表面附着力差，涂膜表面具有针孔、韧性差，因此防水效果较差；同时由于实施例1中金属基材100表面的保温防护涂层结构中含有金属网10，金属网10覆盖在金属基材100外部，当保温层20的保温涂料中的水分在自然挥发干燥过程中以及后期由于外界水分进入保温层20内之后，金属网10可作为牺牲阳极，金属基材100作为阴极，水作为导电介质，构成回路，金属网10起到牺牲阳极保护作用，防止金属基材100发生腐蚀，而对比例1中由于未设置金属网10，防腐效果较差。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
