一种超疏水自清洁耐高温低热阻的仿生膜及其制备方法与流程

本发明涉及空冷凝汽器设计领域，具体涉及一种超疏水自清洁耐高温低热阻的仿生膜及其制备方法。

背景技术：

空冷技术是解决富煤缺水地区火力发电的重要选择，近年来在我国北方地区得到大力发展。凝汽器作为直接空冷系统的核心换热设备，其换热能力直接影响着整个机组运行的安全性与经济性。凝汽器的核心换热元件为翅片管，其空气侧换热性能决定着凝汽器整体的换热性能。

目前在空冷凝汽器的设计和应用上，基本上采用的是增大空气侧的翅化比(比如单排管的翅化比已经接近20：1),利用增加有效换热面积的方式达到强化传热的目的。然而在很多情况下，即使增加传热面积，换热器扁管内部由于蒸汽冷凝形成的液珠或者液膜其传热热阻是相同厚度下金属传热热阻的几倍甚至是十几倍，与此同时，由于蒸汽侧还可能形成污垢，污垢热阻更是远大于金属的传热热阻。因此，只是一味的增加管数和翅片数其强化传热效果是相当有限的。基于此改变扁管内部结构的方法就显得更为可行。

技术实现要素：

本发明设计开发了一种超疏水自清洁耐高温低热阻的仿生膜的制备方法，本发明的发明目的是提供一种耐高温，超疏水性并且具有自清洁效应的防生膜的制备方法。

本发明设计开发了一种超疏水自清洁耐高温低热阻的仿生膜，本发明的发明目的是制备一种耐高温，超疏水性以及能够自清洁的仿生膜。

本发明提供的技术方案为：

一种超疏水自清洁耐高温低热阻的仿生膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、取基料改性环氧树脂，颜填料石棉粉，滑石粉，铬铁黑粉；其中，所述环氧树脂质量份数为45～55份，所述石棉粉质量份数为35～40份，所述滑石粉质量份数为6～9份，所述铬铁黑粉质量份数为8～12份；

步骤二、将所述基料与所述颜填料进行研磨1.5～4小时后，加入质量分数为1％～3％的消泡剂以及质量分数为0.5％～2.5％的流平剂，同时用质量分数为1.5％～3.5％的稀释剂调整黏度，制成涂料；

步骤三、将十八烷基胺和芳香胺以1：2混合后，加入质量分数为1.5％～3.5％稀释剂后加热至完全融化后，倒入碳酸钙粉末的烧杯中，搅拌均匀后冷却至室温；其中，十八烷基胺、芳香胺的混合液与碳酸钙粉末的质量比为10～20:1，十八烷基胺、芳香胺的混合液与涂料的质量比为1:12～18；

步骤四、将所述涂料和所述稀释剂加入到已冷却到室温的碳酸钙粉末中充分搅拌制得涂层；

步骤五、将所述涂层涂覆在换热器表面，进行150℃加热烘烤25分钟，再升温至200℃，直至完全固化，形成所述仿生膜。

优选的是，包括如下步骤：

步骤一、取基料改性环氧树脂，颜填料石棉粉，滑石粉，铬铁黑粉；其中，所述环氧树脂质量份数为45份，所述石棉粉质量份数为35份，所述滑石粉质量份数为6份，所述铬铁黑粉质量份数为8份；

步骤二、将所述基料与所述颜填料进行研磨1.5小时后，加入质量分数为1％的消泡剂以及质量分数为0.5％的流平剂，同时用质量分数为1.5％的稀释剂调整黏度，制成涂料；

步骤三、将十八烷基胺和芳香胺以1：2混合后，加入质量分数为1.5％稀释剂后加热至完全融化后，倒入碳酸钙粉末的烧杯中，搅拌均匀后冷却至室温；其中，十八烷基胺、芳香胺的混合液与碳酸钙粉末的质量比为10:1，十八烷基胺、芳香胺的混合液与涂料的质量比为1:12；

步骤四、将所述涂料和所述稀释剂加入到已冷却到室温的碳酸钙粉末中充分搅拌制得涂层；

步骤五、将所述涂层涂覆在换热器表面，进行150℃加热烘烤25分钟，再升温至200℃，直至完全固化，形成所述仿生膜。

优选的是，包括如下步骤：

步骤一、取基料改性环氧树脂，颜填料石棉粉，滑石粉，铬铁黑粉；其中，所述环氧树脂质量份数为55份，所述石棉粉质量份数为40份，所述滑石粉质量份数为9份，所述铬铁黑粉质量份数为12份；

步骤二、将所述基料与所述颜填料进行研磨4小时后，加入质量分数为3％的消泡剂以及质量分数为2.5％的流平剂，同时用质量分数为3.5％的稀释剂调整黏度，制成涂料；

步骤三、将十八烷基胺和芳香胺以1：2混合后，加入质量分数为3.5％稀释剂后加热至完全融化后，倒入碳酸钙粉末的烧杯中，搅拌均匀后冷却至室温；其中，十八烷基胺、芳香胺的混合液与碳酸钙粉末的质量比为20:1，十八烷基胺、芳香胺的混合液与涂料的质量比为1:18；

步骤四、将所述涂料和所述稀释剂加入到已冷却到室温的碳酸钙粉末中充分搅拌制得涂层；

步骤五、将所述涂层涂覆在换热器表面，进行150℃加热烘烤25分钟，再升温至200℃，直至完全固化，形成所述仿生膜。

优选的是，所述基料与所述颜填料研磨细度为50μm以下。

优选的是，所述消泡剂为乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、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硅氧烷。

优选的是，所述流平剂为丙烯酸。

优选的是，所述稀释剂为丙酮、甲乙酮、环己酮、苯、甲苯、二甲苯、正丁醇、苯乙烯。

优选的是，包括如下步骤：

步骤一、取基料改性环氧树脂4.5g，颜填料石棉粉3.5g，滑石粉0.6g，铬铁黑粉0.8g；

步骤二、将所述基料与所述颜填料进行研磨1.5小时后，加入质量分数为1％的消泡剂以及质量分数为0.5％的流平剂，同时用质量分数为1.5％的稀释剂调整黏度，制成涂料；

步骤三、将十八烷基胺和芳香胺以1：2混合后，加入质量分数为1.5％稀释剂后加热至完全融化后，倒入碳酸钙粉末的烧杯中，搅拌均匀后冷却至室温；其中，十八烷基胺、芳香胺的混合液与碳酸钙粉末的质量比为20:1；

步骤四、将所述涂料和所述稀释剂加入到已冷却到室温的碳酸钙粉末中充分搅拌制得涂层；

步骤五、将所述涂层涂覆在换热器表面，进行150℃加热烘烤25分钟，再升温至200℃，直至完全固化，形成所述仿生膜。

一种超疏水自清洁耐高温低热阻的仿生膜，使用所述的制备方法得到。

本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：

1、采用本发明可以使膜表面始终与蒸汽直接接触，同时膜自身热阻值低因此减少了总的换热热阻，由于其自清洁效应，所以减少了管道清污的工作量，由于换热效果得到极大的提高，所以在换热器的体积上可以得到改善，本发明能耐高温，因此可以适应工况较复杂的场合而不易损坏，减少占地、节约能源；

2、本发明具有良好的疏水性能，并且本法发明的涂层结合力以及抗冲刷性能较强，从而进一步提高的涂层的疏水性能。

附图说明

图1为本发明所述的仿生膜扫描电镜示意图。

图2为本发明所述的水滴在仿生膜上的示意图。

图3为本发明所述的水滴在仿生膜上的示意图。

图4为本发明所述的水滴在仿生膜上的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明提供了一种超疏水自清洁耐高温低热阻的仿生膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、取基料改性环氧树脂，颜填料石棉粉，滑石粉，铬铁黑粉；其中，所述环氧树脂质量份数为45～55份，所述石棉粉质量份数为35～40份，所述滑石粉质量份数为6～9份，所述铬铁黑粉质量份数为8～12份；

步骤二、将所述基料与所述颜填料进行研磨1.5～4小时后，加入质量为1％～3％的消泡剂以及质量分数为0.5％～2.5％的流平剂，同时用1.5％～3.5％的稀释剂调整黏度，制成涂料；

步骤三、将十八烷基胺和芳香胺以1：2混合后，加入1.5％～3.5％稀释剂后加热至完全融化后，倒入碳酸钙粉末的烧杯中，搅拌均匀后冷却至室温；

步骤四、将所述涂料和所述稀释剂加入到已冷却到室温的碳酸钙粉末中充分搅拌制得涂层；

步骤五、将所述涂层涂覆在换热器表面，进行150℃加热烘烤25分钟，再升温至200℃，直至完全固化，形成所述仿生膜。

在另一种实施例中，所述基料与所述颜填料研磨细度为50μm以下。

在另一种实施例中，消泡剂为乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、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硅氧烷。

在另一种实施例中，流平剂为丙烯酸。

在另一种实施例中，稀释剂为丙酮、甲乙酮、环己酮、苯、甲苯、二甲苯、正丁醇、苯乙烯。

实施例1

取基料改性环氧树脂4.5g，颜填料石棉粉3.5g，滑石粉0.6g，铬铁黑粉0.8g，将基料与颜填料进行研磨1.5小时后，加入质量为1％的聚氧丙烯甘油醚以及质量分数为0.5％的丙烯酸，用质量分数为1.5％的稀释剂调整黏度，制成涂料，然后将十八烷基胺和芳香胺以1：2混合后，加入质量分数为1.5％的稀释剂后加热至完全融化后，倒入碳酸钙粉末的烧杯中，搅拌均匀后冷却至室温，将涂料加入到已冷却到室温的碳酸钙粉末中充分搅拌制得涂层，将涂层涂覆在换热器表面，进行150℃加热烘烤25分钟，再升温至200℃，直至完全固化，形成所述仿生膜；其中，稀释剂为甲苯、正丁醇以3:1的质量比的混合物，十八烷基胺、芳香胺的混合液与碳酸钙粉末的质量比为10:1，十八烷基胺、芳香胺的混合液与涂料的质量比为1:12。

实施例2

取基料改性环氧树脂5.5g，颜填料石棉粉4g，滑石粉0.9g，铬铁黑粉1.2g，将基料与颜填料进行研磨4小时后，加入质量为3％的聚氧丙烯甘油醚以及质量分数为2.5％的丙烯酸，用质量分数为3.5％的稀释剂调整黏度，制成涂料，然后将十八烷基胺和芳香胺以1：2混合后，加入质量分数为3.5％的稀释剂后加热至完全融化后，倒入碳酸钙粉末的烧杯中，搅拌均匀后冷却至室温，将涂料加入到已冷却到室温的碳酸钙粉末中充分搅拌制得涂层，将涂层涂覆在换热器表面，进行150℃加热烘烤25分钟，再升温至200℃，直至完全固化，形成所述仿生膜；其中，稀释剂为甲苯、正丁醇以5:1的质量比的混合物，十八烷基胺、芳香胺的混合液与碳酸钙粉末的质量比为20:1，十八烷基胺、芳香胺的混合液与涂料的质量比为1:18。

实施例3

取基料改性环氧树脂5g，颜填料石棉粉3.8g，滑石粉0.8g，铬铁黑粉1g，将基料与颜填料进行研磨2.5小时后，加入质量为2％的聚氧丙烯甘油醚以及质量分数为1.5％的丙烯酸，用质量分数为2.5％的稀释剂调整黏度，制成涂料，然后将十八烷基胺和芳香胺以1：2混合后，加入质量分数为2.5％的稀释剂后加热至完全融化后，倒入碳酸钙粉末的烧杯中，搅拌均匀后冷却至室温，将涂料加入到已冷却到室温的碳酸钙粉末中充分搅拌制得涂层，将涂层涂覆在换热器表面，进行150℃加热烘烤25分钟，再升温至200℃，直至完全固化，形成所述仿生膜；其中，稀释剂为甲苯、正丁醇以4:1的质量比的混合物，十八烷基胺、芳香胺的混合液与碳酸钙粉末的质量比为15:1，十八烷基胺、芳香胺的混合液与涂料的质量比为1:15。

试验例

如图1～4所示，对实施例1中的图层进行扫描电镜的观察以及疏水实验的观察，其结构主要是效仿荷叶表面的纳/微米级的超微结构，通过特殊工艺制作使得膜表面产生蜡质层和许多平均大小约为10μm的微小的乳突(每个乳突是由许多直径为200nm左右的突起组成)，这些乳突的平均间距在12nm左右，这些乳突进一步组合在一起，在膜表面形成一个挨一个隆起的“小山包”，整个表面就是被这些“山包”所覆盖，在“山包”间的凹陷处充满了空气，这样就在膜表面形成一层只有纳米级别的极薄的空气层，这就使得在尺寸上远大于这种结构的杂质，冷凝水等降落在膜表面上后，隔着一层极薄的空气，只能同表面上“山包”的凸顶形成几个点接触，由于空气层、“山包”状突起和蜡质层的共同托持作用，使得冷凝水不能渗透，而却能自由滚动。冷凝水在自身的表面张力作用下形成球状，滚离膜表面，由于杂质和沉淀的颗粒与水的粘附力大于杂质和沉淀与膜的附着力，所以在液珠滚离膜表面的同时也带走了杂质和沉淀，达到自我洁净的效果，并使膜面始终保持与蒸汽直接接触的状态。与此同时，由于膜本身厚度较小加上材料的导热系数大的关系，能使膜自身的热阻达到比较小的状态。

本发明所述的额仿生膜与水的接触角测量为164°，滚动角仅为2.5°，表明该仿生膜超疏水性。

本发明按照gb1725、gb1720、gb1732以及gb1728测试涂料黏度、涂层附着力、冲击强度以及干燥时间分别为20/s、1级、1kg·cm以及20小时。

对本发明进行自来水冲刷实验，经过24小时冲刷，涂层表面的碳酸钙粉末没有脱落，由于本发明中碳酸钙粉末与十八烷基胺、芳香胺混合物混合后，再将涂料和稀释剂加入，增加了涂层的结合力，使本发明的涂层抗冲刷性能较好，也使得本发明的疏水性能得到了进一步的提高。

本发明按照gb1735-1779测试涂层耐热性，在400℃，240h条件下，该涂层不起泡、不脱落，并且涂层膜并没有显著的变色，证明其具有良好的耐热性能。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。