CN100528997C - 金属用的高温环保型节能涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种金属用的功能涂料。本发明所述的金属用的高温环保型节能涂料，按重量百分比包括以下组分：功能填料30～40%，高温粘结剂60～70%；所述的高温粘结剂，按重量百分比包括以下组分：复合改性水玻璃75～85%，复合改性硅溶胶15～25%；所述涂料的制备方法是：在容器中先加入预先配好的功能填料，边搅拌边加入预先配好的复合改性水玻璃与复合改性硅溶胶，用高速分散机高速分散至少0.5小时，检测和调节粘度，检测和调节pH值至10～12，静置至少10小时，得到所述涂料。所述涂料克服了龟裂、气泡现象的发生，致密度和强度有明显提高，节能效果更好，且是环保型涂料。

Description

金属用的高温环保型节能涂料
技术领域
本发明涉及一种涂料，尤其是一种金属用的功能涂料。
背景技术
当今世界，由于金属普遍使用，金属易腐蚀尤其是高温腐蚀的弱点愈显严重。工业发达国家每年因金属腐蚀造成的损失占国民生产总值的2～4％，我国占6％，2006年我国GDP产值是20万亿人民币，该年6％的金属腐蚀损失便是1.2万亿人民币。全世界每年金属产量的20～40％，这相当于一亿吨以上的金属被当年腐蚀损失掉，这是全世界共同关注的严重问题。究其原因，全世界对金属的腐蚀防护只停留在常温范围，如油漆、电镀、裸塑、钝化等，能耐高温的热喷涂、等离子喷涂，成本高、局限性大，在生产现场大设备难推广应用，研究者一直追求发明常温施工、常温固化耐高温的金属防护涂层。
当今世界，能源危机严重，加热耗能的设备受到节能降耗环保要求的严厉审查，才发现金属设备另一个突出的弱点：它红外反射能力强，红外吸收辐射能力差，这很不利于辐射加热的效能要求，不解决这个问题，高温工作的金属设备(如锅炉、水冷壁、热交换器、省煤器、过热器、热管)以及生活常用的金属锅、金属煲等都是低效的、浪费能源的设备。
为了解决金属设备上述两大缺陷，本发明人申请了发明专利——“一种金属用的耐高温耐磨节能涂料”(ZL01130126.0)，自2001年12月申请以来，这方面研究已有了显著的进展，由此提出本发明申请。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属用的高温环保型节能涂料，以获得耐高温、环保、节能的金属用涂料。
本发明所述的金属用的高温环保型节能涂料，按重量百分比包括以下组分：
功能填料30～40％，高温粘结剂60～70％；
所述的高温粘结剂，按重量百分比包括以下组分：
复合改性水玻璃75～85％，复合改性硅溶胶15～25％；
所述涂料的制备方法是：在容器中先加入预先配好的功能填料，边搅拌边加入预先配好的复合改性水玻璃与复合改性硅溶胶，用高速分散机高速分散至少0.5小时，检测和调节粘度，检测和调节pH值至10～12，静置至少10小时，得到所述涂料；
所述功能填料为粉料，按重量百分比包括以下组分：
SiO2 10～15％，TiO2  15～20％，增黑剂  15～25％，ZrO2 3～10％，
SiC  15～18％，Al2O3  1～4％，Cr2O3  1～4％，Co2O3 1～4％，
La2O3 1～4％，滑石粉5～10％，钛酸钾晶须 5～10％，C1～4％，
Al  4～10％，Cr 1～4％，NH4Cl 0.5～2％，NaF 0.5～2％，
尿素 1～4％，硼砂 1～4％；
所述功能填料的制备方法是：用粉料混合机把各组分混合，得到所述的功能填料；
所述的复合改性水玻璃，按重量百分比包括以下组分：
水玻璃                      65～80％，
10％浓度稀硫酸              1～4％，
50％浓度有机硅树脂溶液      2～4％，
10％浓度的松香溶液          1～4％，
10％浓度的有机膨润土水溶液  2～4％，
5％浓度的羧甲基纤维素溶液   4～8％，
辛烷基酚聚氧乙烯醚          1～4％，
50％浓度的环氧树脂溶液      2～4％，以及
50％浓度的硅烷偶联剂溶液    2～4％；
所述的复合改性水玻璃的制备方法是：在高速分散机中先加入水玻璃，在高速分散操作中分别缓慢加入上述各改性组分，用高速分散机继续分散半小时后，边加热边高速分散，升温到50℃至60℃为止，继续高速分散半小时，自然冷却后得到所述的复合改性水玻璃；
所述的复合改性硅溶胶，按重量百分比包括以下组分：
纳米SiO2                   3～5％，
50％浓度的硅烷偶联剂溶液   2～6％，
辛烷基酚聚氧乙烯醚         3～5％，
邻苯二甲酸二丁酯           2～4％，
磷酸三丁酯                  2～4％，
50％浓度的有机硅树脂溶液    3～6％，以及
30％浓度的硅溶胶            70～85％；
所述的复合改性硅溶胶的制备方法是：用高速分散机在高速分散操作中分别缓慢加入上述各组分，加完后继续高速分散1小时，得到所述的复合改性硅溶胶。
所述功能填料中，各组分至少为各组分的纯度至少为工业纯，细度至少为300目。
所述功能填料中，增黑剂的制备方法是：把典型过渡族金属氧化物在混合机上混合均匀，然后在1200℃烧结，恒温两小时，随炉冷后粉碎到300目，得到所述的增黑剂。
所述的复合改性水玻璃中，水玻璃为模数m≥3的水玻璃。
所述的复合改性硅溶胶中，纳米SiO2为20～35nm范围的SiO2。
与包括本发明人的在先发明专利(ZL01130126.0)在内的现有产品比较，本发明所述的金属用的高温环保型节能涂料具有以下优点：
(1)对于高温粘结剂，用有机硅树脂、环氧树脂改性无机粘结剂取代了用丙稀酸、甘油和水溶性硅油改性无机粘结剂，这样便较稳定地克服了龟裂、气泡现象的发生，致密度和强度亦有明显提高。
(2)对于功能填料，增加了增黑剂(典型过渡族金属氧化物烧结而成的粉碎物)、催化离渗剂(过渡族金属粉末铝、铬、铁和氧化铵、氧化钠的高温反应物)、应力缓冲剂(金属粉、晶须、滑石粉的高温组合物)、烧结助剂(氧化铝、氧化铬的组合物)和自修复功能(碳化硅和碳在高温的平衡反应)，使得涂层在高温状态下服役愈久，反而结合愈牢，并且把金属基体表面亦改性合金化、致密化，界面彼此渗透固溶整体化，涂层辐射能力进一步提高，节能效果更好。
(3)采用本涂料在金属表面上干固烧结而成的坚硬薄膜，可长期工作在1000℃以上，可长期服役于1200℃，耐高温、耐腐蚀、耐磨损、黑体系数0.9以上，提高辐射加热效率15％以上(即节能率提高到15％以上)，还可缓冲消除热应力、具有自修复功能。本发明所述涂料是水溶性的，无废气、废水、废物排出，无毒、无放射性污染等，因此是“环保型”涂料。
具体实施方式
实施例一：用于A3钢板的高温环保型节能涂料
涂料100kg＝高温粘结剂65kg+功能填料35kg
1.配制高温粘结剂65kg
高温粘结剂65kg＝复合改性水玻璃48.75kg+复合改性硅溶胶16.25kg
①复合改性水玻璃48.75kg
水玻璃(优选模数m≥3)       39.00kg
10％浓度的稀硫酸液         0.4875kg
50％浓度的有机硅树脂液     1.95kg
10％浓度的松香液           0.4875kg
10％浓度有机膨润土液       1.95kg
5％浓度羧甲基纤维素水溶液  2.4375kg
辛烷基酚聚氧乙烯醚         0.4875kg
50％浓度环氧树脂液         0.975kg
50％浓度硅烷偶联剂液       0.975kg
在高速分散机中先加入水玻璃，在高速分散操作中分别缓慢加入上述各改性组分，用高速分散机继续分散半小时后，边加热边高速分散，升温到50℃至60℃为止，继续高速分散半小时，自然冷却后得到所述的复合改性水玻璃。
②复合改性硅溶胶液16.25kg
纳米SiO2(优选为20～35nm范围的SiO2)   0.49kg
50％浓度有机硅树脂溶液               0.32kg
辛烷基酚聚氧乙烯醚                   0.49kg
邻苯二甲酸二丁酯                     0.32kg
磷酸三丁酯                           0.32kg
50％浓度硅烷偶联剂液                 0.49kg
30％浓度硅溶胶                       13.81kg
用高速分散机在高速分散操作中分别缓慢加入上述各组分，加完后继续高速分散1小时，得到所述的复合改性硅溶胶。
2.配制功能填料35kg(优选为：纯度至少为工业纯，细度至少为300目)
  名称   重量   名称   重量
  SiO<sub>2</sub>   5.25kg   钛酸钾晶须   1.75kg
  TiO<sub>2</sub>   5.25kg   滑石粉   1.75kg
  增黑剂   8.75kg   C   1.4kg
  ZrO<sub>2</sub>   1.05kg   Al   1.4kg
  SiC   5.25kg   Cr   0.35kg
  Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   0.35kg   NH<sub>4</sub>Cl   0.35kg
  Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   0.35kg   NaF   0.35kg
  Co<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   0.35kg   尿素   0.35kg
  La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   0.35kg   硼砂   0.35kg
全部粉料在粉体混合机中混合均匀。
增黑剂的制备方法是：把典型过渡族金属氧化物在混合机上混合均匀，然后在1200℃烧结，恒温两小时，随炉冷后粉碎到300目，得到所述的增黑剂。
3.配制A3钢板高温节能涂料100kg
在容器中，先放进配制好的功能填料35kg，边搅拌边加入复合改性水玻璃48.75kg，使用高速分散机边分散边加入复合改性硅溶胶16.25kg，在高速分散机分散工作至少0.5小时后，检测和调节粘度，检测和调节pH值，静置至少10小时，便是所制的100kg金属高温节能涂料。
实施例二：用于不锈钢的的高温环保型节能涂料
涂料100kg＝高温粘结剂70kg+功能填料30kg
1.配制高温粘结剂70kg
高温粘结剂70kg＝复合改性水玻璃56kg+复合改性硅溶胶14kg
①配制复合改性水玻璃56kg
水玻璃(优选模数m≥3)       36.40kg
10％浓度的稀硫酸液         2.24kg
50％浓度的有机硅树脂液     2.24kg
10％浓度的松香液           2.24kg
10％浓度有机膨润土液       1.68kg
5％浓度羧甲基纤维素水溶液  4.48kg
辛烷基酚聚氧乙烯醚         2.24kg
50％浓度环氧树脂液         2.24kg
50％浓度硅烷偶联剂液       2.24kg
在高速分散机中先加入水玻璃，在高速分散操作中分别缓慢加入上述各改性组分，用高速分散机继续分散半小时后，边加热边高速分散，升温到50℃至60℃为止，继续高速分散半小时，自然冷却后得到所述的复合改性水玻璃。
②复合改性硅溶胶液14kg：
纳米SiO2(优选为20～35nm范围的SiO2)  0.70kg
50％浓度硅烷偶联剂溶液              0.84kg
辛烷基酚聚氧乙烯醚                  0.70kg
邻苯二甲酸二丁酯                    0.56kg
磷酸三丁酯                          0.56kg
50％浓度有机硅树脂溶液              0.84kg
30％浓度的硅溶胶                    9.80kg
用高速分散机在高速分散操作中分别缓慢加入上述各组分，加完后继续高速分散1小时，得到所述的复合改性硅溶胶。
2.配制功能填料30kg(优选为：纯度至少为工业纯，细度至少为300目)
  名称   重量   名称   重量
  SiO<sub>2</sub>   3kg   钛酸钾晶须   1.5kg
  TiO<sub>2</sub>   4.5kg   滑石粉   1.5kg
  增黑剂   4.5kg   C   0.3kg
  ZrO<sub>2</sub>   0.9kg   Al   1.2kg
  SiC   4.5kg   Cr   0.6kg
  Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   1.2kg   NH<sub>4</sub>Cl   0.15kg
  Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   1.2kg   NaF   0.15kg
  Co<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   1.2kg   尿素   1.2kg
  La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   1.2kg   硼砂   1.2kg
全部粉料在粉体混合机中混合均匀。
增黑剂的制备方法是：把典型过渡族金属氧化物在混合机上混合均匀，然后在1200℃烧结，恒温两小时，随炉冷后粉碎到300目，得到所述的增黑剂。
3.制金属高温节能涂料100kg
在容器中，先放进配制好的功能填料30kg，边搅拌边加入复合改性水玻璃56kg，使用高速分散机边分散边加入复合改性硅溶胶14kg，在高速分散机分散工作至少0.5小时后，检测和调节粘度，检测和调节pH值，静置至少10小时，便是所制的100kg金属高温节能涂料。
实施例三：用于锅炉钢的的高温环保型节能涂料
涂料100kg＝高温粘结剂60kg+功能填料40kg
1.配制高温粘结剂60kg
高温粘结剂60kg＝复合改性水玻璃51kg+复合改性硅溶胶9kg
①配制复合改性水玻璃51kg
水玻璃(优选模数m≥3)         35.70kg
10％浓度的稀硫酸液           2.04kg
50％浓度的有机硅树脂液       1.02kg
10％浓度的松香液             2.04kg
10％浓度有机膨润土液         1.02kg
5％浓度羧甲基纤维素水溶液    3.06kg
辛烷基酚聚氧乙烯醚           2.04kg
50％浓度环氧树脂液           2.04kg
50％浓度硅烷偶联剂液         2.04kg
在高速分散机中先加入水玻璃，在高速分散操作中分别缓慢加入上述各改性组分，用高速分散机继续分散半小时后，边加热边高速分散，升温到50℃至60℃为止，继续高速分散半小时，自然冷却后得到所述的复合改性水玻璃。
②复合改性硅溶胶液9kg：
纳米SiO2(优选为20～35nm范围的SiO2)    0.36kg
50％浓度硅烷偶联剂溶液                0.27kg
辛烷基酚聚氧乙烯醚                    0.36kg
邻苯二甲酸二丁酯                      0.27kg
磷酸三丁酯                            0.27kg
50％浓度有机硅树脂溶液                0.45kg
30％浓度的硅溶胶                      7.02kg
用高速分散机在高速分散操作中分别缓慢加入上述各组分，加完后继续高速分散1小时，得到所述的复合改性硅溶胶。
2.配制功能填料40kg(优选为：纯度至少为工业纯，细度至少为300目)
  名称   重量   名称   重量
  SiO<sub>2</sub>   4kg   钛酸钾晶须   2kg
  TiO<sub>2</sub>   8kg   滑石粉   2kg
  增黑剂   6kg   C   0.4kg
  ZrO<sub>2</sub>   4kg   Al   1.6kg
  SiC   1.2kg   Cr   1.6kg
  Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   0.4kg   NH<sub>4</sub>Cl   0.4kg
  Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   0.4kg   NaF   0.4kg
  Co<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   0.4kg   尿素   0.4kg
  La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   0.4kg   硼砂   0.4kg
全部粉料在粉体混合机中混合均匀。
增黑剂的制备方法是：把典型过渡族金属氧化物在混合机上混合均匀，然后在1200℃烧结，恒温两小时，随炉冷后粉碎到300目，得到所述的增黑剂。
3.制金属高温节能涂料100kg
在容器中，先放进配制好的功能填料40kg，边搅拌边加入复合改性水玻璃51kg，使用高速分散机边分散边加入复合改性硅溶胶9kg，在高速分散机分散工作至少0.5小时后，检测和调节粘度，检测和调节pH值，静置至少10小时，便是所制的100kg金属高温节能涂料。
实施例四：性能实验
1、将本发明所述的高温环保型节能涂料样品A与用丙烯酸、甘油和水溶性硅油改性无机粘结剂涂料样品B进行对比检测，发现：A的硬度比B高，高约100Hv；在样品A上滴水，水不渗进涂层，而在样品B上滴水，水即渗干，可见样品A的致密度高于样品B。
2、将本发明所述的高温环保型节能涂料样品A与在先专利ZL01130126.0所述涂料样品C进行对比检测，样品A有催化离渗剂，易产生正离子Al3+、Cr3+，渗进金属基体，高温时间越长，界面交叉互渗、结合更牢，并使金属界面得到调质、改性、致密合金化的效果。
3、将本发明所述的高温环保型节能涂料样品A与在先专利ZL01130126.0所述涂料样品C进行对比检测，
取一个铝煲，装300ml水，用电炉加热，电度表量度耗电、用秒表计算升温时间：
铝煲无涂料测试：30℃上升至100℃，耗电0.13度，耗时472秒；
煲底涂涂料样品C：30℃上升至100℃，耗电0.11度，耗时410秒，节电15％，节时13％；
煲底涂涂料样品A：30℃上升至100℃，耗电0.095度，耗时354秒，节电26％，节时25％。
可见，本发明所述的高温环保型节能涂料的涂层辐射吸收能力更强，节能效果更显著。

Claims (4)

1、金属用的高温环保型节能涂料，其特征在于，按重量百分比包括以下组分：
功能填料30～40％，高温粘结剂60～70％；
所述的高温粘结剂，按重量百分比包括以下组分：
复合改性水玻璃75～85％，复合改性硅溶胶15～25％；
所述涂料的制备方法是：在容器中先加入预先配好的功能填料，边搅拌边加入预先配好的复合改性水玻璃与复合改性硅溶胶，用高速分散机高速分散至少0.5小时，检测和调节粘度，检测和调节pH值至10～12，静置至少10小时，得到所述涂料；
所述功能填料为粉料，按重量百分比包括以下组分：
SiO2  10～15％，TiO2  15～20％，增黑剂  15～25％，ZrO2  3～10％，
SiC 15～18％，Al2O3  1～4％，Cr2O3  1～4％，Co2O3  1～4％，
La2O3  1～4％，滑石粉5～10％，钛酸钾晶须  5～10％，C 1～4％，
Al  4～10％，Cr  1～4％，NH4Cl  0.5～2％，NaF  0.5～2％，
尿素  1～4％，硼砂  1～4％；
所述功能填料的制备方法是：用粉料混合机把各组分混合，得到所述的功能填料；
所述的复合改性水玻璃，按重量百分比包括以下组分：
水玻璃                      65～80％，
10％浓度稀硫酸              1～4％，
50％浓度有机硅树脂溶液      2～4％，
10％浓度的松香溶液          1～4％，
10％浓度的有机膨润土水溶液  2～4％，
5％浓度的羧甲基纤维素溶液   4～8％，
辛烷基酚聚氧乙烯醚          1～4％，
50％浓度的环氧树脂溶液      2～4％，以及
50％浓度的硅烷偶联剂溶液    2～4％；
所述的复合改性水玻璃的制备方法是：在高速分散机中先加入水玻璃，在高速分散操作中分别缓慢加入上述各改性组分，用高速分散机继续分散半小时后，边加热边高速分散，升温到50℃至60℃为止，继续高速分散半小时，自然冷却后得到所述的复合改性水玻璃；
所述的复合改性硅溶胶，按重量百分比包括以下组分：
纳米SiO2                    3～5％，
50％浓度的硅烷偶联剂溶液    2～6％，
辛烷基酚聚氧乙烯醚          3～5％，
邻苯二甲酸二丁酯            2～4％，
磷酸三丁酯                  2～4％，
50％浓度的有机硅树脂溶液    3～6％，以及
30％浓度的硅溶胶            70～85％；
所述的复合改性硅溶胶的制备方法是：用高速分散机在高速分散操作中分别缓慢加入上述各组分，加完后继续高速分散1小时，得到所述的复合改性硅溶胶。
2、根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：所述功能填料中，各组分的纯度至少为工业纯，各组分的细度至少为300目。
3、根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：所述的复合改性水玻璃中，水玻璃为模数m≥3的水玻璃。
4、根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：所述的复合改性硅溶胶中，纳米SiO2为20～35nm范围的SiO2。
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