CN101125752A - 一种薄层绝热防腐陶瓷涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种薄层绝热防腐陶瓷涂料及其制备方法。该涂料中的A组分有硅灰石粉、滑石粉、水镁石粉、玻璃纤维、海泡石、硅藻土、玻璃微球、珍珠岩、纳米三氧化二铝、纳米氧化锆、六偏磷酸钠和甲基硅醇钠，B组分有羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、偏硅酸钠、聚乙烯醇、聚苯烯酰胺和水。其制备方法是将甲基硅醇钠水溶液喷撒至珍珠岩表面，将硅灰石粉、滑石粉、水镁石粉、玻璃纤维、海泡石、硅藻土、玻璃微球、纳米三氧化二铝、纳米氧化锆、六偏磷酸钠同珍珠岩混合，得组分A；将偏硅酸钠、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚乙烯醇、聚苯烯酰胺溶于水中，得组分B；将A和B按重量比1∶1.1～1∶1.8混合而成。该涂料具有优异的隔热效果、保温性能、抗腐蚀性能。

Description

一种薄层绝热防腐陶瓷涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种薄层绝热防腐陶瓷涂料及其制备方法，属于化工领域。

背景技术

传统的保温材料以提高孔隙率、提高热阻、降低传导热为主。纤维类保温材料在使用温度下对流传热及辐射传热急剧上升高，保温层较厚；硬质无机类保温材料一般导热系数较高，保温效果较差，在高温下的保温层非常厚；而以发泡聚胺酯为代表的有机保温材料，其保温性能及施工均较好，但保温的适应温度较低，最高保温上限为180℃；发泡聚乙烯、聚丙烯、聚丙苯板材的保温材料只可用于80℃以下的环境保温。而硅酸铝棉可作用高温下的薄层保温，但由于矿棉、岩棉等成分的存在限制了硅酸铝棉保温材料的应用，即有些领域(大城市的热力管道)保温禁止使用。鉴于上述保温材料保温性能及使用范围的局限性，充分利用传热机理研制新型保温节能材料，具有重要的意义。

早在二十世纪70年代，美国太空总署提出以陶瓷隔热砖提供太空船的绝热保护，认定涂料绝热是可能的。美国太空总署数据表明，厚9.5-31.8mm的陶瓷隔热砖中，真正发挥绝热作用的是陶瓷隔热砖上的0.25mm厚的陶瓷涂料外层，占绝热效果的95％，而陶瓷隔热砖的基层(泡沫体)只提供5％的绝热保护。为此80年代，美国就已开始成致力于绝热陶瓷涂料研究与开发工作。

热的传递分为三个部分，即对流、辐射、传导。热传导(固体热)主要由同热源接触的固体物质部分来完成；热对流则主要由空气的流动来完成；热辐射的传递则不需要任何介质。而现阶段国家标准的检测通常以导热系数衡量保温材料的性能，在导热系数的测试过程中，主要以测定固体传导热为主，而未考虑对流热、辐射热，这就造成了一些材料虽然有较低的导热系数但其隔热效果并不好，如岩棉、矿棉或其它纤维状保温材料(导热系数约为0.0027～0.035W/m℃)，对于由300℃降至50℃以下的温度梯度，则需要20cm的保温层。依据热的传递机理，可以设想利于一种高反射率(玻璃陶瓷质)材料，形成一种高致密性的反射层，对辐射热进行有效反射的同时又阻断了对流传热；而在固体隔热层中又能形成具有真空状的玻璃球体(也可以预先填加)，来降低固体传导热，其导热系数将低于“无对流空气”导热系数，此时的材料为绝热材料。基于以上的分析，研制一种对阻隔三种热的传递方式均有效的绝热材料非常重要，如果能实现阻隔对流、辐射、传导热，在达到同样隔热效果的同时，相对于传统保温材料其隔热层将相当薄。

发明内容

本发明的目的在于针对现有保温材料所存在的不足，提供一种可在高温环境下(600℃以下)实现高效保温的薄层绝热防腐陶瓷涂料及其制备方法。

本发明所提供的一种薄层绝热防腐陶瓷涂料由A和B两种组分按重量比1∶1.1～1∶1.8混合而成，其中A组分由硅灰石粉、滑石粉、水镁石粉、玻璃纤维、海泡石、硅藻土、玻璃微球、珍珠岩、纳米三氧化二铝、纳米氧化锆、六偏磷酸钠和甲基硅醇钠组成，B组分由羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、偏硅酸钠、聚乙烯醇、聚苯烯酰胺和水组成。

上述A组分中各物质的重量百分配比为：硅灰石粉7～12％、滑石粉4～7％、水镁石粉6～10％、玻璃纤维2～4％、海泡石7～12％、硅藻土2～4％、玻璃微球3～5％、珍珠岩44～58％、纳米三氧化二铝1～2％、纳米氧化锆1～2％、六偏磷酸钠1～3％和甲基硅醇钠1～3％。

上述B组分中各物质的重量百分配比为：羧甲基纤维素0.5～2％、羟乙基纤维素1～3％、偏硅酸钠5～7％、聚乙烯醇1～4％、聚苯烯酰胺0.5～1％和水85～90％。

本发明涂料优选A和B两种组分按重量比1∶1.1～1∶1.6混合而成。

本发明所提供的一种薄层绝热防腐陶瓷涂料的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备A组分

①将甲基硅醇钠与水按重量比1∶5～1∶8制备成水溶液；

②将甲基硅醇钠水溶液喷撒至珍珠岩表面，搅拌，加热使水分蒸发，使珍珠岩颗粒表面干燥；

③将硅灰石粉、滑石粉、水镁石粉、玻璃纤维、海泡石、硅藻土、玻璃微球、纳米三氧化二铝、纳米氧化锆、六偏磷酸钠同已处理过的珍珠岩混合，高速均匀分散，得组分A，备用；

(2)制备B组分

①将偏硅酸钠溶于水中，均匀分散，得混合液1；

②将羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚乙烯醇溶于水中，搅拌溶解，研磨均匀，得混合溶胶2；

③将聚苯烯酰胺溶于水中，搅拌分散，得混合液3；

④将混合液1、混合溶胶2、混合液3三者混合在一起，高速均匀分散，得B组分；

将A和B两种组分按重量比1∶1.1～1∶1.8混合，得到本发明涂料。

上述步骤(1)中的第②步搅拌时间为30～60min，加热温度为50～80℃。

本发明涂料选用高温熔融状态下可满足玻璃相组分要求的硅质、镁质材料(硅灰石粉、滑石粉、水镁石粉)；可提高型材制备具有抗抻、抗折强度的纤维增强材料(玻璃纤维、海泡石)；轻质增容材料(硅藻土、玻璃微球、珍珠岩)；纳米陶瓷材料(纳米三氧化二铝、纳米氧化锆)；水基分散助剂(六偏磷酸钠、甲基硅醇钠)组成组分A。选用耐高温无机粘结剂(偏硅酸钠)、可提高初期粘接强度的有机粘结剂(羟乙基纤维素、聚乙烯醇)、增稠剂(聚苯烯酰胺、羧甲基纤维素)和水组成组分B。

在工程应用过程中，由于上述涂料存在现场涂抹施工时保温层干燥较慢，影响现场施工进度等问题，因此该涂料在现场施工中多制备成型材或异型材。组分A和组分B按重量比1∶1.1～1∶1.3调制成混合物料，进行型材或异型压制成型，组分A和组分B按重量比1∶1.4～1∶1.8调制成浆体物料，进行现场涂抹施工，其中预制型材的大小及厚度、现场涂抹厚度，均依据工程的实际情况中温度的高低及温度梯度降低量的要求而定。

本发明涂料选用纳米级陶瓷材料及硅酸盐结构材料，可以显著提高保温层在高温环境下对红外线的抗辐射能力，从而可以将涂层表面的辐射转化为热反射电磁波辐射出去，因而达到显著的隔热效果。主要原因在于，该薄层绝热防腐陶瓷涂料可形成致密的绝热涂层，有效地阻断了辐射热的传导；而该致密的绝热涂层在温度大于450℃后，可形成半球形的玻璃质空心气泡，即形成了热量的反射层，又非常有利于阻隔热量的气流流动，从而形成了类似于绝热效果的致密保温层。

本发明涂料与传统涂料相比，具有以下有益效果：

(1)具有优异的隔热效果。本发明的高效保温薄层绝热防腐陶瓷涂料相对于岩棉保温材料，在达到相同保温效果时，其保温层厚只有岩棉保温层的三分之一，即从300℃降至50℃，岩棉保温层需18cm，而本发明涂料则只需5cm。

(2)高温环境下(200～550℃)具有优异的保温性能，其最高温度梯度降可达88℃/cm。

(3)具有抗腐蚀性能，可耐酸、碱、化学品腐蚀，适合于工业、民用供热设备，如电厂、热力锅炉及它们之间的热力管网；石油、化工、电力、冶金、制药等各行业设备的节能保温。

具体实施方式

实施例1

1.称取甲基硅醇钠10g、水50g(二者重量比1∶5)制备成60g水溶液，备用；

2.称取440g珍珠岩，将珍珠岩加入到高速分散机中进行搅拌，至分散均匀，要求搅拌过程中存在物料的上下翻动运动；

3.将甲基硅醇钠水溶液装入喷雾器中，在珍珠岩的搅拌过程中，逐步喷撒到珍珠岩颗粒表面，待喷撒完毕后，再高速搅拌30min，加热60℃使水分蒸发，使珍珠岩颗粒表面干燥；

4.分别称取硅灰石粉120g、滑石粉70g、水镁石粉100g、玻璃纤维20g、海泡石120g、硅藻20g、玻璃微球50g、纳米三氧化二铝20g、纳米氧化锆10g、六偏磷酸钠20g，加入到装有已处理珍珠岩的高速分散机中进行均匀搅拌；

5.将已均匀搅拌的上述物料取出备用，即得到1000g组分A；

6.分别称取羧甲基纤维素5g、羟乙基纤维素10g、偏硅酸钠70、聚乙烯醇10g、聚苯烯酰胺5g，加入到高速分散机中；

7.称取900g水倒入盛有上述物料的高速分散机中，均匀搅拌50min，使物料充分溶解；制备成均匀分散的胶体；

8.将上述已充分溶解的物料经过三辊研磨机研磨两次至三次，或采用胶体磨研磨二次，制备成均匀分散的胶体，即得到组分B。

9.将A和B两种组分按重量比1∶1.1调制成混合物料。

将上述混合物料压成6cm的板材进行以下测试：保温层完全固化成型后耐酸、碱性分别为：5％H₂SO₄、3％HCl、5％NaOH点蚀方法(按GB/T1763-1989方法)进行测试，500h保温层表面无变化；导热系数为：0.019W/m·k(300℃时按GB/T10294-1988方法进行测定)；其薄层绝热性能详见表1。

实施例2

1.称取甲基硅醇钠20g、水120g(二者重量比1∶6)制备成140g水溶液，备用；

2.称取500g珍珠岩，将珍珠岩加入到高速分散机中进行搅拌，至分散均匀，要求搅拌过程中存在物料的上下翻动运动；

3.将甲基硅醇钠水溶液装入喷雾器中，在珍珠岩的搅拌过程中，逐步喷撒到珍珠岩颗粒表面，待喷撒完毕后，再高速搅拌40min，加热50℃使水分蒸发，使珍珠岩颗粒表面干燥；

4.分别称取硅灰石粉90g、滑石粉50g、水镁石粉80g、玻璃纤维30g、海泡石100g、硅藻土30g、玻璃微球40g、纳米三氧化二铝15g、纳米氧化锆15g、六偏磷酸钠30g，加入到装有已处理珍珠岩的高速分散机中进行均匀搅拌；

5.将已均匀搅拌的上述物料取出备用，即得到1000g组分A；

6.分别称取羧甲基纤维素10g、羟乙基纤维素20g、偏硅酸钠60、聚乙烯醇27g、聚苯烯酰胺8g，加入到高速分散机中；

7.称取875g水倒入盛有上述物料的高速分散机中，均匀搅拌50min，使物料充分溶解；制备成均匀分散的胶体；

8.将上述已充分溶解的物料经过三辊研磨机研磨两次至三次，或采用胶体磨研磨二次，制备成均匀分散的胶体；即得到组分B；

9.将A和B两种组分按重量比1∶1.6调制成浆体物料。

将上述浆体物料涂抹成厚度为6cm的板材进行以下测试：保温层完全固化成型后耐酸、碱性分别为：5％H₂SO₄、3％HCl、5％NaOH，点蚀方法(按GB/T1763-1989方法)进行测试500h保温层表面无变化；导热系数为：0.017W/m·k(300℃时按GB/T10294-1988方法进行测定)；其薄层绝热性能详见表1。

实施例3

1.称取甲基硅醇钠30g、水240g(二者重量比1∶8)制备成270g水溶液，备用；

2.称量580g珍珠岩，将珍珠岩加入到高速分散机中进行搅拌，至分散均匀，要求搅拌过程中存在物料的上下翻动运动；

3.将甲基硅醇钠水溶液装入喷雾器中，在珍珠岩的搅拌过程中，逐步喷撒到珍珠岩颗粒表面，待喷撒完毕后，再高速搅拌60min，加热80℃使水分蒸发，使珍珠岩颗粒表面干燥；

4.分别称取硅灰石粉70g、滑石粉40g、水镁石粉60g、玻璃纤维40g、海泡石70g、硅藻土40g、玻璃微球30g、纳米三氧化二铝10g、纳米氧化锆20g、六偏磷酸钠10g，加入到装有已处理珍珠岩的高速分散机中进行均匀搅拌；

5.将已均匀搅拌的上述物料取出备用，即得到1000g组分A；

6.分别称取羧甲基纤维素20g、羟乙基纤维素30g、偏硅酸钠50、聚乙烯醇40g、聚苯烯酰胺10g，加入到高速分散机中；

7.称取850g水倒入盛有上述物料的高速分散机中，均匀搅拌50min，使物料充分溶解，制备成均匀分散的胶体；

8.将上述已充分溶解的物料经过三辊研磨机研磨两次至三次，或采用胶体磨研磨二次，制备成均匀分散的胶体；即得到组分B；

9.将A和B两种组分按重量比1∶1.8调制成浆体物料。

将上述浆体物料涂抹成厚度为6cm的板材进行以下测试：保温层完全固化成型后耐酸、碱性分别为：5％H₂SO₄、3％HCl、5％NaOH点蚀方法(按GB/T1763-1989方法)进行测试500h保温层表面无变化；导热系数为：0.018W/m·k(300℃时按GB/T10294-1988方法进行测定)；其薄层绝热性能详见表1。

以Ф600mm(型材内径为Ф630mm)的管道为例进行成型制品的保温性能测试，其结果见表1。

由表1中的数据可知，本发明涂料的单位保温层厚度最高降低温度(温度梯度降)为88℃/cm。

表1本发明实施例所制备的保温层不同温度条件下的保温性能测试结果

炉内温度(℃)	实施例1	实施例2	实施例3
				保温层外温度	保温层外温度	保温层外温度
	200	35	34				34
250				44	38	38
	300	47	40				48
350				50	46	52
	400	54	49				56
450				62	55	56
	500	71	60				65
550				74	65	73
	备注	样品厚57mm测试时环境温度28℃	样品厚55mm测试时环境温度28℃				样品厚58mm测试时环境温度30℃

注：炉体内部温度采用热电偶方法进行测试；保温层外部温度采用点温仪进行温度测试。

Claims (6)

1.一种薄层绝热防腐陶瓷涂料，其特征在于该涂料由A和B两种组分按重量比1∶1.1～1∶1.8混合而成，其中A组分由硅灰石粉、滑石粉、水镁石粉、玻璃纤维、海泡石、硅藻土、玻璃微球、珍珠岩、纳米三氧化二铝、纳米氧化锆、六偏磷酸钠和甲基硅醇钠组成，B组分由羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、偏硅酸钠、聚乙烯醇、聚苯烯酰胺和水组成。

2.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于所述A组分中各物质的重量百分配比为：硅灰石粉7～12％、滑石粉4～7％、水镁石粉6～10％、玻璃纤维2～4％、海泡石7～12％、硅藻土2～4％、玻璃微球3～5％、珍珠岩44～58％、纳米三氧化二铝1～2％、纳米氧化锆1～2％、六偏磷酸钠1～3％和甲基硅醇钠1～3％。

3.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于所述B组分中各物质的重量百分配比为：羧甲基纤维素0.5～2％、羟乙基纤维素1～3％、偏硅酸钠5～7％、聚乙烯醇1～4％、聚苯烯酰胺0.5～1％和水85～90％。

4.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于该涂料由A和B两种组分按重量比1∶1.1～1∶1.6混合而成。

5.一种制备权利要求1所述涂料的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)制备A组分

①将甲基硅醇钠与水按重量比1∶5～1∶8制备成水溶液；

②将甲基硅醇钠水溶液喷撒至珍珠岩表面，搅拌，加热使水分蒸发，使珍珠岩颗粒表面干燥；

③将硅灰石粉、滑石粉、水镁石粉、玻璃纤维、海泡石、硅藻土、玻璃微球、纳米三氧化二铝、纳米氧化锆、六偏磷酸钠同已处理过的珍珠岩混合，高速均匀分散，得组分A，备用；

(2)制备B组分

①将偏硅酸钠溶于水中，均匀分散，得混合液1；

②将羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚乙烯醇溶于水中，搅拌溶解，研磨均匀，得混合溶胶2；

③将聚苯烯酰胺溶于水中，搅拌分散，得混合液3；

④将混合液1、混合溶胶2、混合液3三者混合在一起，高速均匀分散，得B组分；

将A和B两种组分按重量比1∶1.1～1∶1.8混合，得到所述涂料。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于步骤(1)中的第②步搅拌时间为30～60min，加热温度为50～80℃。