CN100506934C - 高温隔热涂料 - Google Patents
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Abstract
一种高温隔热涂料，包含耐热树脂、溶剂、纳米多孔性填充物及中空微球无机填充物，其中耐热树脂包含一种以上的耐热高分子，纳米多孔性填充物具有纳米微孔结构，中空微球无机填充物为中空的球形体。
Description
技术领域
本发明是关于一种隔热涂料，特别是关于一种高温隔热涂料。
背景技术
在建筑业、机械工业甚或电子工业等领域，为了美观常需使用涂料来对基材进行表面处理，或是对所使用的材料赋与某种特性，以特殊涂料形成具有特殊性质的被覆涂层。涂料的基本组成包含染料、耐热树脂、溶剂及助剂，而涂料的特殊性质往往取决于其填充物。
由于环境温度持续上升及能源损耗问题，隔热节能已成为一个令人关注的社会问题，隔热涂料的发展具备高潜力的市场前景。隔热涂料是加入具有高反射率的填充物，使其形成的涂层具有高反射率，通过降低物体的表面温度减少热传递，从而降低内部温度产生隔热作用。但目前市面多为耐中、高温(300～800℃)涂料但缺乏好的隔热特性，或是低温的隔热涂料，缺乏好的高温隔热(高于400℃)涂料。一般来说，高温涂料与基材金属的高温热膨胀系数不能相差太大，会因而影响其附着性，且高分子材料高于400℃很容易产生裂解，因此发展高温涂料很不容易。高温隔热涂料的应用范围很广，包括石油化工储罐、粮储仓库、船舶、车辆、建筑厂房、住宅。特别是在钢铁、冶金工业上，高温耐热、隔热材料消耗量占其总量的60％～70％，钢铁烟囱、高温蒸汽管路、高温炉、石油裂解装置、军工设备及航空运用等，对于目前能源短缺的环境，其经济效益更加显著。
发明内容
为改进公知技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高温隔热涂料，可广泛应用于各种表面的涂装。由其耐高温和优异的隔热性质，可使用于需要节能及涂装的高温场合。
为实现上述目的，本发明提供的高温隔热涂料，包含：
一耐热树脂，占总成分的40wt％至50wt％，包含一种以上的耐热高分子；
一溶剂，占总成分的3wt％至8wt％；
一纳米多孔性填充物，占总成分的10wt％至20wt％，具有纳米微孔结构；及
一中空微球无机填充物，占总成分的20wt％至30wt％，为中空的球形体。
所述的高温隔热涂料，其中该耐热树脂为热固性树脂。
所述的高温隔热涂料，其中该耐热树脂选自离子键聚合物、聚1-丁烯、1，2-丁二烯、聚苯乙烯、丙烯-苯乙烯树脂、丙烯-丁二烯-苯乙烯树脂、聚对甲基苯乙烯、丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物、苯乙烯异戊二烯嵌段聚合物、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯嵌段聚合物、苯乙烯-顺丁烯二酸酒酐共聚物、苯乙烯马来酰亚胺共聚物、苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺共聚物、甲基丙烯酸甲脂-丁二烯-苯乙烯树脂、聚酰胺树脂、聚对苯二甲酸已二醇脂、聚对苯二甲酸丁二醇脂、聚苯硫醚、聚醚铜、聚酰亚胺、有机硅树脂、聚硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲脂、纤维素树脂、聚乙烯醇缩醛树脂、聚氨酯树脂、聚醇酸树脂、酚醛树脂所组成的族群其中之一或其任意组合。
所述的高温隔热涂料，其中该耐热树脂包含聚酰亚胺及聚硅氧烷。
所述的高温隔热涂料，其中该纳米多孔性填充物的热传导系数小于0.002W/mk。
所述的高温隔热涂料，其中该纳米多孔性填充物材质选自三氧化二铝(Al2O3)、二氧化锆(ZrO2)、二氧化硅(SiO2)。
所述的高温隔热涂料，其中该纳米多孔性填充物的纳米微孔尺寸介于10至50纳米。
所述的高温隔热涂料，其中该纳米多孔性填充物的比表面积高于600m2/g。
所述的高温隔热涂料，其中该中空微球无机填充物的粒径范围介于50至100纳米。
所述的高温隔热涂料，其中该中空微球无机填充物材质选自莫来石(mullite)及二氧化硅所组成的族群。
所述的高温隔热涂料，其中该中空微球无机填充物表面预先以脂肪酸、脂肪酸酐、脂肪酸酰胺、脂肪酸盐、脂肪酸脂、脂肪族醇、硅烷偶合剂、钛偶合剂、硅烷油或磷酸醋进行表面处理。
所述的高温隔热涂料，其中还包含一染料。
所述的高温隔热涂料，其中还包含一耐燃剂。
所述的高温隔热涂料，其中该耐燃剂选自一磷氮系耐燃剂及一亚磷酸脂系耐燃剂所组成的族群其中之一。
所述的高温隔热涂料，其中该磷氮系耐燃剂选自磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸素、磷酸鸟尿素、多聚磷酸铵、磷酸三聚氰铵、三聚氰铵、红磷胶囊化的白磷、红磷、多磷酸铵及磷酸脂所组成的族群其中之一。
详细地说，本发明提供的高温隔热涂料主要包含40wt％至50wt％的耐热树脂、3wt％至8wt％溶剂、10wt％至20wt％纳米多孔性填充物及20wt％至30wt％中空微球无机填充物。其中，耐热树脂包含一种以上的耐热高分子，纳米多孔性填充物具有纳米微孔结构，中空微球无机填充物为中空的球形体，其特殊结构可有效的反射入射光。
高温隔热涂料需具备的重要特性为高温隔热及高温耐热性质，在高温隔热方面，需通过添加助剂来达到隔热效果。由于热传递在流体中是靠填充物的碰撞，在固体中则是由声子来达成。因此热传递也可视为晶体由热能引发弹性波来达成的。因此增加涂料所添加助剂中固体复合相的比例及孔洞，可增加热能散射及折射的机率，亦即降低热能在固体中传递的能量与速率。
本发明所添加的纳米多孔性填充物及中空微球无机填充物可增加固体复合相的比例，且纳米多孔性填充物的纳米微孔结构可提升涂料中孔洞的比例，却不会损害涂料最终形成的涂层强度。中空微球无机填充物为中空的球形体，其特殊结构可双重反射入射光，且具有良好的隔热效果。中空微球与不规则形状的颗粒不同，中空微球无机填充物很容易在彼此之间滚动，使得所形成的涂料具有较低的粘度，较好的流动性，也改善涂料的可喷涂性。同时中空微球无机填充物能增强涂料所形成涂层的硬度、耐洗刷性和耐磨性。加上中空微球无机填充物一般具有高熔点，适合应用于高温隔热材料。
附图说明
图1为本发明实施例所形成的高温隔热涂层示意图。
具体实施方式
本发明所提供的高温隔热涂料，主要包含40wt％至50wt％的耐热树脂、3wt％至8wt％溶剂、10wt％至20wt％纳米多孔性填充物及20wt％至30wt％中空微球无机填充物。耐热树脂包含一种以上的耐热高分子，纳米多孔性填充物具有纳米微孔结构，中空微球无机填充物为中空的球形体，其特殊结构可有效的反射入射光。
在材料选择上，可配合使用环境的需求，选择可耐不同温度的耐热树脂，一般选择热固性树脂较佳。例如，选择离子键聚合物、聚1-丁烯、1，2-丁二烯、聚苯乙烯、丙烯-苯乙烯树脂、丙烯-丁二烯-苯乙烯树脂、聚对甲基苯乙烯、丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物、苯乙烯异戊二烯嵌段聚合物、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯嵌段聚合物、苯乙烯-顺丁烯二酸酒酐共聚物、苯乙烯马来酰亚胺共聚物、苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺共聚物、甲基丙烯酸甲脂-丁二烯-苯乙烯树脂、聚酰胺树脂、聚对苯二甲酸已二醇脂、聚对苯二甲酸丁二醇脂、聚苯硫醚、聚醚铜、聚酰亚胺、有机硅树脂、聚硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲脂、纤维素树脂、聚乙烯醇缩醛树脂、聚氨酯树脂、聚醇酸树脂、酚醛树脂或其任意组合。
纳米多孔性填充物的纳米微孔尺寸以介于10至50纳米较佳，纳米多孔性填充物可为气凝胶(aerogel)，气凝胶(是一种透明、多孔洞、开放室(opencell)、低密度泡沫(foam)的材质，具有纳米级的孔洞与微小粒子所组成纳米微孔结构，孔隙率高达90％，因此重量非常轻。气凝胶具有相较于一般固体很低的热传导度、低折射率、低音速及低介电常数等，具有良好的隔热效果同时也具有吸震材料的特性。纳米多孔性填充物材质可选自三氧化二铝(Al2O3)、二氧化锆(ZrO2)、二氧化硅(SiO2)。纳米多孔性填充物可由无机氧化物前驱物以溶胶凝胶方式加上超临界干燥所制成，在与中空微球无机填充物及耐热树脂均匀混合过程中，能彼此交错连结，均匀分布在该耐火隔热涂料中，纳米多孔性填充物的比表面积要高于600m2/g，热传导系数应小于0.002W/mk。
中空微球无机填充物的粒径以介于50至100纳米较佳，其材质可选用莫来石(mullite)或二氧化硅等无机物。且为使中空微球无机填充物具有较平整的成型外观表面，增加其反射率。中空微球无机填充物表面得以脂肪酸、脂肪酸酐、脂肪酸酰胺、脂肪酸盐、脂肪酸脂、脂肪族醇、硅烷偶合剂、钛偶合剂、硅烷油或磷酸醋先行进行表面处理。
另外，还可配合需求加入染料或耐燃剂等添加物，添加适当染料可增加涂料的反射率，耐燃剂可为磷氮系耐燃剂或亚磷酸脂系耐燃剂，磷氮系耐燃剂例如磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸素、磷酸鸟尿素、多聚磷酸铵、磷酸三聚氰铵、三聚氰铵、红磷胶囊化的白磷、红磷、多磷酸铵、磷酸脂。
本发明实施例为混合具有高热稳定性的聚亚酰胺树脂及聚硅氧烷作为耐热树脂，添加莫来石的中空微球无机填充物，并以氧化铝气凝胶作为纳米多孔性填充物。其中，莫来石及氧化铝气凝胶皆为高铝质的氧化物，可有效降低树脂材料的高温劣化效应。
在制备中合成聚亚酰胺树脂，由双胺化合物及气凝胶合成溶液，使有机高分子与无机氧化物形成共价键结交联，提升混合产物的兼容性与键结强度，经过低温时效处理干燥后，可提升涂料韧性及耐温性，使其具有良好的结构稳定性。
本发明实施例其配方如下所示：
以800克2，2bis〔4-(3，3-dicarboxyphenoxy)phenyl〕-propane dianhydridewith m-phenylene diamine分散在960克的石脑油(Sovesso100 naphtha)及2240克甲酚酸(cresylic acid)溶剂中，将莫来石与氧化铝气凝胶及高放射率染料加入溶液。加入81克40％的trimerized toluuenediisocyanate blockedwith phenol及6.8克的dibutyltin delaurate于基底溶液，混入2克的染料。
将本发明实施例的高温隔热涂料涂布于基材上，以摄氏250度烘烤1小时后，冷却至室温，在继续以摄氏250度烘烤4小时。请参考图1，其为本发明实施例所形成的高温隔热涂层示意图。基材100披覆的高温隔热涂层110包含高分子基材111、氧化铝气凝胶的纳米多孔性填充物112及莫来石的中空微球无机填充物113。
Claims (15)
1.一种高温隔热涂料，其包含：
一耐热树脂，占总成分的40wt％至50wt％，包含一种以上的耐热高分子；
一溶剂，占总成分的3wt％至8wt％；
一纳米多孔性填充物，占总成分的10wt％至20wt％，具有纳米微孔结构；及
一中空微球无机填充物，占总成分的20wt％至30wt％，为中空的球形体。
2.如权利要求1所述的高温隔热涂料，其特征在于，该耐热树脂为热固性树脂。
3.如权利要求1所述的高温隔热涂料，其特征在于，该耐热树脂选自离子键聚合物、聚1-丁烯、1，2-丁二烯、聚苯乙烯、丙烯-苯乙烯树脂、丙烯-丁二烯-苯乙烯树脂、聚对甲基苯乙烯、丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物、苯乙烯异戊二烯嵌段聚合物、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯嵌段聚合物、苯乙烯-顺丁烯二酸酒酐共聚物、苯乙烯马来酰亚胺共聚物、苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺共聚物、甲基丙烯酸甲脂-丁二烯-苯乙烯树脂、聚酰胺树脂、聚对苯二甲酸已二醇脂、聚对苯二甲酸丁二醇脂、聚苯硫醚、聚醚铜、聚酰亚胺、有机硅树脂、聚硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲脂、纤维素树脂、聚乙烯醇缩醛树脂、聚氨酯树脂、聚醇酸树脂、酚醛树脂所组成的族群其中之一或其任意组合。
4.如权利要求1所述的高温隔热涂料，其特征在于，该耐热树脂包含聚酰亚胺及聚硅氧烷。
5.如权利要求1所述的高温隔热涂料，其特征在于，该纳米多孔性填充物的热传导系数小于0.002W/mk。
6.如权利要求1所述的高温隔热涂料，其特征在于，该纳米多孔性填充物材质选自三氧化二铝、二氧化锆、二氧化硅。
7.如权利要求1所述的高温隔热涂料，其特征在于，该纳米多孔性填充物的纳米微孔尺寸介于10至50纳米。
8.如权利要求1所述的高温隔热涂料，其特征在于，该纳米多孔性填充物的比表面积高于600m2/g。
9.如权利要求1所述的高温隔热涂料，其特征在于，该中空微球无机填充物的粒径范围介于50至100纳米。
10.如权利要求1所述的高温隔热涂料，其特征在于，该中空微球无机填充物材质选自莫来石及二氧化硅所组成的族群。
11.如权利要求1所述的高温隔热涂料，其特征在于，该中空微球无机填充物表面预先以脂肪酸、脂肪酸酐、脂肪酸酰胺、脂肪酸盐、脂肪酸脂、脂肪族醇、硅烷偶合剂、钛偶合剂、硅烷油或磷酸醋进行表面处理。
12.如权利要求1所述的高温隔热涂料，其特征在于，还包含一染料。
13.如权利要求1所述的高温隔热涂料，其特征在于，还包含一耐燃剂。
14.如权利要求12所述的高温隔热涂料，其特征在于，该耐燃剂选自磷氮系耐燃剂及亚磷酸脂系耐燃剂所组成的族群其中之一。
15.如权利要求12所述的高温隔热涂料，其特征在于，该磷氮系耐燃剂选自磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸素、磷酸鸟尿素、多聚磷酸铵、磷酸三聚氰铵、三聚氰铵、红磷、多磷酸铵及磷酸脂所组成的族群其中之一。
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