本發(fā)明涉及有機涂層，具體涉及一種多元填料改性聚氨酯阻氫涂層及制備工藝。

背景技術(shù)：

1、氫能作為一種清潔的綠色能源，具有無污染、熱值高、可再生循環(huán)等優(yōu)點，被譽為未來最具有發(fā)展?jié)摿Φ亩文茉?，但是，氫能儲運材料氫損傷問題是目前制約氫能產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵難題之一，這是由于金屬材料在高壓富氫環(huán)境中長期服役，氫通過滲透、擴散不可避免地進入材料內(nèi)部，從而使得材料易產(chǎn)生氫脆、氫損傷等問題，嚴重影響氫儲存和輸送系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，甚至產(chǎn)生嚴重的安全事故，給人們的生命財產(chǎn)造成不可挽回的損失。

2、316l不銹鋼材料由于其優(yōu)異的耐腐蝕性能和力學性能，被廣泛應(yīng)用于儲氫設(shè)備、反應(yīng)堆包層結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域，為了減緩氫及其同位素對奧氏體不銹鋼材料的腐蝕與損害，一般通過在材料表面制備阻氫涂層，設(shè)置氫滲透屏障，起到減緩或阻止氫及其同位素進入基材的作用，從而預(yù)防氫脆等現(xiàn)象的發(fā)生，這是目前比較經(jīng)濟有效的手段。

3、目前，大規(guī)模應(yīng)用的阻氫涂層主要以陶瓷涂層為主，主要有氧化物涂層（er2o3、al2o3、zro2、sio2、tio2、cr2o3等）和非氧化涂層（tin、fe2n、aln、tic、sic等），它們具有較好的阻氫性能，制備方法主要為磁控濺射法、化學氣相沉積法、微弧氧化法、等離子噴涂、溶膠凝膠法等，但是其制備工藝往往較為復(fù)雜、要求高，且不易在管道類及異型件上大規(guī)模應(yīng)用，另外這一類阻氫涂層和基體材料也存在著結(jié)合度低、抗熱震能力差、易開裂剝落等問題。

4、聚氨酯涂層因為其良好的柔韌性、耐磨性、耐候性等特點而被廣泛應(yīng)用到材料表面防護領(lǐng)域中去，但是國內(nèi)關(guān)于聚氨酯阻氫涂層的研究與應(yīng)用相對較少，開發(fā)設(shè)計新的聚氨酯阻氫涂層及其制備工藝，具有重要的科學意義和經(jīng)濟價值。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述存在的缺陷和問題，本發(fā)明提供一種多元填料改性聚氨酯阻氫涂層及制備工藝，其制備工藝簡單，結(jié)構(gòu)致密，阻氫效果良好，能夠應(yīng)用于316l不銹鋼材料表面的聚氨酯阻氫涂層，以滿足實際工程應(yīng)用的要求。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的方案是：一種多元填料改性聚氨酯阻氫涂層，所述聚氨酯阻氫涂層化學成份質(zhì)量百分比為：聚氨酯預(yù)聚體：59.5～61.3%，分散劑：20.3～23.1%，nbse2：2.17～2.84%，固化劑：10.9～12.2%，硅烷改性石墨烯：1.62～2.26%，ti2snc：1.08～1.52%，各化學成份質(zhì)量百分比之和共計100%。

3、進一步的，所述固化劑為3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷（moca），分散劑為乙酸乙酯。

4、進一步的，聚氨酯預(yù)聚體為聚醚型聚氨酯預(yù)聚體；nbse2為納米nbse2；ti2snc為納米ti2snc。

5、進一步的，所述多元填料改性聚氨酯阻氫涂層化學成份質(zhì)量百分比為：聚氨酯預(yù)聚體：60.5%，固化劑：11.5%，分散劑：22.3%，nbse2：2.5%，硅烷改性石墨烯：1.9%，ti2snc：1.3%，各化學成份質(zhì)量百分比之和共計100%。

6、進一步的，一種多元填料改性聚氨酯阻氫涂層的制備工藝，包括以下步驟：

7、(1)316l不銹鋼材料預(yù)處理：利用噴砂機對316l不銹鋼材料進行噴砂處理，除去氧化皮、油脂等，直至露出金屬光澤，形成具有磨砂質(zhì)感的粗糙表面，然后用無水乙醇或丙酮擦拭干凈，自然晾干后，裝入密封袋中備用；

8、(2)稱取聚氨酯預(yù)聚體，并加熱至75～85℃，備用；稱取固化劑，于125～135℃溫度下加熱至融化，備用；

9、(3)稱取分散劑，然后將硅烷改性石墨烯、nbse2和ti2snc加入到分散劑中，利用磁力攪拌器以600~1000rpm轉(zhuǎn)速攪拌20~60min，使得硅烷改性石墨烯、nbse2和ti2snc在分散劑中充分分散，得到溶液a；

10、(4)將上述加熱好備用的聚氨酯預(yù)聚體加入到溶液a中，利用磁力攪拌器以800~1200rpm轉(zhuǎn)速攪拌40~90min，然后用超聲除去內(nèi)部氣泡，得到溶液b；

11、(5)將融化態(tài)的固化劑，加入到溶液b中，利用磁力攪拌器以450~750rpm轉(zhuǎn)速攪拌1.5~2.5h，然后用超聲除去氣泡，得到混合溶液c；

12、(6)利用旋涂儀，把溶液c旋涂到316l不銹鋼材料表面，然后置于空氣中自然干燥72h以上，自然固化，即制得聚氨酯阻氫涂層阻氫涂層。

13、進一步的，所制備的聚氨酯阻氫涂層厚度為0.25～0.55mm。

14、進一步的，所述聚氨酯阻氫涂層在316l不銹鋼材料上的應(yīng)用。

15、本發(fā)明的有益效果：聚氨酯阻氫涂層的阻氫性能不僅取決于阻氫材料成份組成，也與阻氫涂層的組織結(jié)構(gòu)、缺陷、穩(wěn)定性等密切相關(guān)，本發(fā)明的多元填料改性聚氨酯阻氫涂層，涂層結(jié)構(gòu)致密，無缺陷，與316l不銹鋼材料表面結(jié)合牢固，對氫及其同位素的滲透具有明顯的阻擋、屏蔽作用，通過在聚氨酯涂層中引入的多元填料硅烷改性石墨烯、nbse2和ti2snc，三者聯(lián)合作用能夠有效提高聚氨酯涂層的阻氫效果：首先，硅烷改性石墨烯具備的納米級片層能夠?qū)浼捌渫凰氐臐B透起到直接阻擋作用，同時石墨烯也是良好的氫陷阱，從而隔阻了氫及其同位素的滲透；其次，nbse2和ti2snc均屬于層狀結(jié)構(gòu)材料，能夠阻礙氫及其同位素在聚氨酯涂層中的滲透、擴散，提高涂層的阻氫性能，另外，納米ti2snc兼具耐高溫、高強度、抗氧化的陶瓷特征和高導(dǎo)熱、耐沖擊的金屬特性，抗熱震性能和高溫穩(wěn)定性良好，賦予了聚氨酯阻氫涂層良好的綜合性能；第三，多元填料能夠增加聚氨酯涂層的致密度，有利于提高聚氨酯阻氫涂層與316l不銹鋼材料的結(jié)合度和涂層的阻氫效果；通過多元填料改性聚氨酯阻氫涂層與316l不銹鋼材料結(jié)合牢固，涂層結(jié)構(gòu)致密，阻氫效果優(yōu)異，能夠有效減輕甚至是阻止316l不銹鋼材料的氫損傷問題，延長其服役壽命；同時，聚氨酯阻氫涂層化學成份組成科學，制備工藝簡單，成本低，易實現(xiàn)，具有顯著的生產(chǎn)優(yōu)勢和社會效益。

技術(shù)特征：

1.一種多元填料改性聚氨酯阻氫涂層，其特征在于，所述聚氨酯阻氫涂層化學成份質(zhì)量百分比為：聚氨酯預(yù)聚體：59.5～61.3%，分散劑：20.3～23.1%，nbse2：2.17～2.84%，固化劑：10.9～12.2%，硅烷改性石墨烯：1.62～2.26%，ti2snc：1.08～1.52%，各化學成份質(zhì)量百分比之和共計100%。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多元填料改性聚氨酯阻氫涂層，其特征在于，所述固化劑為3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷（moca），分散劑為乙酸乙酯。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多元填料改性聚氨酯阻氫涂層，其特征在于，聚氨酯預(yù)聚體為聚醚型聚氨酯預(yù)聚體；nbse2為納米nbse2；ti2snc為納米ti2snc。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多元填料改性聚氨酯阻氫涂層，其特征在于，所述多元填料改性聚氨酯阻氫涂層化學成份質(zhì)量百分比為：聚氨酯預(yù)聚體：60.5%，固化劑：11.5%，分散劑：22.3%，nbse2：2.5%，硅烷改性石墨烯：1.9%，ti2snc：1.3%，各化學成份質(zhì)量百分比之和共計100%。

5.一種多元填料改性聚氨酯阻氫涂層的制備工藝，應(yīng)用于上述權(quán)利要求1-4所述的一種多元填料改性聚氨酯阻氫涂層，其特征在于，包括以下步驟，

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種多元填料改性聚氨酯阻氫涂層的制備工藝，其特征在于，所制備的聚氨酯阻氫涂層厚度為0.25～0.55mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多元填料改性聚氨酯阻氫涂層，其特征在于，所述聚氨酯阻氫涂層在316l不銹鋼材料上的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于有機涂層領(lǐng)域，特別涉及一種多元填料改性聚氨酯阻氫涂層及制備工藝，該聚氨酯阻氫涂層化學成份包括：聚氨酯預(yù)聚體：59.5～61.3%，分散劑：20.3～23.1%，NbSe<subgt;2</subgt;：2.17～2.84%，固化劑：10.9～12.2%，硅烷改性石墨烯：1.62～2.26%，Ti<subgt;2</subgt;SnC：1.08～1.52%，各化學成份質(zhì)量百分比之和共計100%，本發(fā)明的聚氨酯阻氫涂層制備工藝簡單，結(jié)構(gòu)致密，阻氫效果良好。

技術(shù)研發(fā)人員：周波,謝屹鵬,徐楠,徐鑫,王峰,齊曉冰,谷廷輝,劉鵬鵬,周靜,婁旭耀,秦峰,李培娟,陳靜,唐明奇,馮在強
受保護的技術(shù)使用者：河南省鍋爐壓力容器檢驗技術(shù)科學研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30