抗粘附氟碳复合涂层在电厂烟囱中的应用

湿法石灰／石灰石烟气脱硫技术(WFGD)以其脱硫效率高、适应性广、长期稳定等优点，已成为世界上许多电厂烟气脱硫技术的常用技术之一。实施WFGD后的烟气一般会在烟囱内衬上凝结，形成高度浓缩的冷凝液，主要由硫酸和一些卤化物离子如氯离子、氟化物等组成。与常温情况下相比，当冷凝液温度在40～80℃范围内时，冷凝液的腐蚀速率将增加3～8倍。而烟囱衬里一般由碳钢或钢筋混凝土制成，这些材料很容易被酸性凝结物腐蚀，因此，需对烟囱内部进行防护。

常用的烟囱内衬防护材料主要有玻璃钢、玻璃鳞片胶泥、金属板衬里、有机涂层等。与不锈钢和钛钢板相比，镍基合金耐腐蚀性高。然而，高成本限制了其应用。有机涂层因其易加工、耐化学性高、成本低、力学性能好等特点，被广泛用于防腐领域。然而，有机涂层在固化过程中，部分涂层体积收缩产生的微孔容易吸收环境中的水分，使得有机涂层的长期应用受到了限制。因此，通常在有机涂层中添加不同的填料和助剂来增强涂层的防腐性能。

实际应用原理如下图所示：烟气上升过程中遇冷凝结，当烟囱内壁为抗粘附涂层时，涂层表面能较低，不断凝结的微小球状液滴难以附着在涂层表面，从而避免了腐蚀性物质对涂层表面侵蚀。

抗粘附涂层在WFGD烟囱中应用原理

西安建筑科技大学采用喷涂工艺制备了具有抗粘附的氟碳复合涂层。经室温固化后，通过加热装置和硫酸溶液，探究涂层的抗粘附性能。并利用光学显微镜、扫描电子显微镜、接触角测量仪等仪器，研究了涂层的耐腐蚀性能、耐热性和耐磨性能。

1●试样制备

以PEVE氟碳树脂为原料，PTFE粒子(5 µm)为填料，将PTFE与PEVE分别按质量比为0.3，0.4，0.5，0.6进行混合，并分别加入10 mL二甲苯溶液，然后采用磁力搅拌器进行搅拌，转速为500 r／min，搅拌时间为3 h。最后，使用喷枪将溶液喷涂在载玻片(喷涂距离20 cm，喷洒时间6 s)，室温固化一天取样。将PTFE与PEVE的质量比为0.3的复合涂层命名为E1，依次类推，其他质量比复合涂层分别命名为E2，E3和E4。

2●湿润性研究

水滴在E1、E2、E3和E4复合涂层表面的接触角为115.3°、130.5°、153.1°、154.8°。说明载玻片涂覆有不同配比的PTFE/PEVE复合涂层后，其接触角随PTFE粒子含量的增加不断提高，进而有助于提高涂层表面的耐水性。但当其配比达到0.5以后，更高的配比并不能显著提高涂层水接触角度，反而会增加实际应用成本，因此，选用E3作为主要实验组。

3●涂层抗粘附冷凝实验

选取E3为实验组，E1为对照组进行抗粘附冷凝实验，结果如下图所示。

观察图b，当温度为40℃和50℃时，随着竖直倾角由1°增大到7°，E3表面均未出现冷凝液附着，当温度上升到60℃时，涂层表面只在竖直倾角为7°时出现少量冷凝液附着。结果表明，相比于E1涂层，E3涂层表现出优异的抗粘附特性。这是由于E3涂层表面为超疏水状态，表面能更低，使得湿烟气难以在其表面冷凝附着，进而提高了涂层的耐腐蚀性能。

下图为烟气温度为60℃，竖直倾角为5°、15°时，E1和E3表面的冷凝液附着情况。由图c可知，在烟气温度为40℃～60℃，竖直倾角不大于5°时，具有超疏水特性的E3涂层表现出优异的抗粘附特性，能够有效防止冷凝附着在涂层表面。即使在较大的竖直倾角，涂层表面也并未出现常见的膜状冷凝液附着，而是出现微小球状冷凝液，使得腐蚀液与涂层表面的接触面积大幅度减少，提高了涂层的耐腐性性能。而一般电厂烟囱内壁的坡度为0°～2°，该涂层在此竖直倾角下具有优异的抗粘附特性，能够应用于湿法脱硫后的烟囱内壁。

4●耐酸性实验

在室温下对E3涂层样品进行腐蚀测试，结果如下图所示。对比腐蚀前后的涂层表面，由构成的微型凸起结构依然完整，未出现溶蚀，且空隙没有出现扩大加深，整体结构依然致密。这表明了在室温环境下，E3具有较好的耐酸性能。

每隔15天取出样品放置在通风口，待其表面干燥后，测量E3表面的水接触角。结果如下图所示，涂层腐蚀前的水接触角为153.1°，经硫酸溶液腐蚀90天后的水接触角降为150.3°，角度减少了 2.8°，接触角整体呈现出缓慢下降趋势。表明长期处于硫酸溶液中，会对涂层表面的表面能产生一定的影响，促使其疏水角呈现缓慢下降趋势。

5●耐温性实验

对E3涂层进行耐温测试，结果如下图所示。

由图可知，随加热温度升高到200℃，涂层表面颜色由微黄色变为深黄色。且在整个加热过程中涂层表面均未出现脱落、鼓包、开裂等现象。说明在温度较高时，E3表面会逐渐被氧化，但并未发生其他涂层失效等现象，具有较好耐温性能。

6●耐磨性实验

在200g砝码的重力作用下，随着拖动距离增加，E3表面接触角有微小波动。当拖动距离达到200cm时，涂层表面水接触角为150.2°，整体角度下降了3.2°（见下图），仍旧保持超疏水状态。说明砂纸表面会对涂层表面结构造成一定破坏。当磨损较小时，对涂层表面的超疏水结构影响不大，随着磨损逐渐加剧，其表面疏水角呈现出缓慢下降趋势。总体而言，E3具有良好的耐磨性，且超疏水的效果比较稳定。

结    论

复合涂层中PTFE含量的增加，有助于提高涂层表面的水接触角度。

在酸气温度为40～60℃，竖直倾角不大于5°时，质量比为0.5的PTFE/PEVE复合涂层具有优异的抗粘附特性，能够防止酸性冷凝液粘附在涂层表面。

PTFE/PEVE复合涂层在室温或50℃的耐酸实验中，腐蚀前后的涂层表面形貌均没有明显变化，且都能够保持超疏水状态，表现出较强的耐酸性能。复合涂层能够承受200℃，而不出现脱落、鼓包、开裂等现象，具有较好的耐温性能。且具有良好的耐磨性。

基金项目：国家自然科学基金项目(51475353)，国家摩擦学重点实验室摩擦学科学基金项目(SKLTKF14A02)，陕西省教育厅重点实验室科学基金项目(17 JS072)

节选自王鹏博，叶向东，郗长青，等.抗粘附PTFE／PEVE复合涂层在烟囱中的应用[J].工程塑料应用，2021，49(4):34–39.