CN101586016B - 高温粘接剂及其应用的耐高温节能复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐高温高红外辐射率的复合材料。本发明的制取过程和方法如下：以氟聚硅酸酯，硼聚硅酸酯，高模数硅酸钾锂复合液，磷酸二氢铝，六偏磷酸钠为无机高温粘结剂，以二氧化硅、硅灰石粉、氧化锆、石英粉、氮化硼、高岭土为高温红外辐射材料，以稀土和过渡元素氧化物为催化剂、高分子树脂、偶联剂、硼酸、丁基萘磺酸钠、膨润土为助剂，把高温粘结剂、高温红外辐射材料和助剂按1～1.5∶1～1.5∶0.05～0.3的比例混合经过精制、熟化、复合改性的工艺过程，然后再经球磨、研磨4～6小时，细度控制于20μ以下，成为耐高温节能复合材料。本发明材料各波长范围法向比辐射率≥90％，耐高温≥1200℃，节能8％以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种高温粘接剂及其应用的耐高温节能复合材料，该耐高温节能复合材料主要用于喷涂各种锅炉、工业窑炉的内壁，借以提高炉的红外辐射率，达到节约能源，同时延长设备使用寿命。
背景技术
高温红外辐射节能材料用于工业窑炉等加热设备起到节约能源和降低污染的效果，且能对炉体起到保护，达到延长设备使用寿命和节能降耗的一举两得的效果。
国际上，欧美日发达国家对红外辐射节能材料在工业窑炉上的应用进行了大量的研究。美国某公司生产的红外辐射节能涂料在工业炉上使用，节能可达10～20％；日本在炼油行业中，在加热炉上使用红外辐射涂料，热效率提高2～5％。在节约能源提高热效率的同时，还延长了设备的使用寿命。
在我国也有文献报道在工业窑炉上应用红外节能涂料的资料，开始限于600℃的电炉，八十年代末至九十年代发展至应用于高温窑炉，和石油、钢铁行业的热工设备，取得一定效果，直至现在，耐高温红外节能材料性能远未达理想，主要是耐高温性能较差，使用寿命较短。大量的实验表明，研制红外辐射节能材料，提高粘结剂的耐高温性能，粘结性能和材料的红外辐射率是技术的关键。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何克服现有技术的上述缺陷，提供一种高温粘接剂及其应用的耐高温节能复合材料。
为解决上述技术问题，本高温粘接剂由原料混合适量的水后，在50～80℃的条件下静置2小时，然后在降温至40±5℃熟化3小时，制得，其中原料包括：10-45％重的硼聚硅酸酯、10-45％重的氟聚硅酸酯、10-60％重的高模数硅酸钾锂复合乳液。
其中硼聚硅酸酯可依照下述方法制成：
取30～80份重正硅酸乙酯，去离子水1～30份重和硼酸1～30份重，用电渗析法制成硼聚硅酸酯。
氟聚硅酸酯可按下述方法制成：
取10～50份重的二氧化硅含量占28％的硅酸乙脂投入反应釜中，搅拌，缓缓投入3～18份重的35％氟硅酸水溶液，在25～80℃温度下反应1～5小时，形成氟聚硅酸酯。
高模数硅酸钾锂复合乳液可依照按照下述方法制成：
取30～80份重的硅酸钾溶胶和2～20份重的脱离子水、0.25X份重的氢氧化钾、0.75X份重的氢氧化锂，用电渗析法制成复合硅酸钾锂溶液A，其中X的取值范围为10～30。(该方法已在2008年01月02日公开的、公开号为CN101096465中国发明专利申请已经公开)。
作为优化，高温粘结剂的原料还包括：10-20％重的磷酸二氢铝和10-20％重的六偏磷酸钠。
利用1～1.5份重的上述高温粘结剂加上1～1.5份重的高温红外辐射材料和0.05～0.3份重的助剂，经球磨机研磨至细度≤20μm，即得本发明耐高温节能复合材料。
所述高温红外辐射材料选自下列组份的一种或几种的混合物：二氧化硅、氧化锆、硅灰石、石英粉、高岭土、氮化硼、稀土、氧化钴、Fe2O3、MnO2。(上述组份纯度均为工业品一级，细度要求过300～1000目筛，这些组份都是现有耐高温节能材料的常用成份，故对其用量不作详述；氧化锆与硅灰石需经1200℃烧结2小时，经自然冷却后用球磨机分散后，过300目筛。)
所述助剂包括0.5-60％重的偶联剂和0.5-30％重的丁基萘磺酸钠及适量的高分子树脂、膨润土和硼酸。
其中偶联剂为钛酸酯和/或硅烷偶联剂，在组合体系中起稳定作用并增加复合材料对基体的结合力；丁基萘磺酸钠起渗透作用，帮助粘剂渗入基体，增强与基体的结合力。
(高分子树脂为水性有机硅树脂、水性聚氟酯树脂和羧甲基纤维素，可选其中一种或几种组合物，它们起助成膜作用，对初始附着产生影响，硼酸起熔融作用，在高温条件下助复合材料搪瓷化；膨润土起防沉淀和触变作用，这些组份也是现有耐高温节能材料的常用成份，故对其用量不作详述。)
本发明使用多元粘结剂，多种金属氧化物和非金属氧化物，用稀土、过渡元素氧化物进行催化改性，再与助剂复合，这些复合材料具有很高的红外辐射率又具优良的成膜性能和耐高温性能，使材料在高温窑炉中有极佳红外辐射率，又有很好的耐高温性能，耐高温达1200℃以上，节能8％以上。
具体实施方式
实施例1：10kg硼聚硅酸酯、45kg氟聚硅酸酯和10kg高模数硅酸钾锂复合乳液，混合35kg的水后，在50～80℃的条件下静置2小时，然后在降温至40±5℃熟化3小时，即得高温粘结剂(1)。
实施例2：18kg硼聚硅酸酯、18kg氟聚硅酸酯和60kg高模数硅酸钾锂复合乳液，混合4kg的水后，在50～80℃的条件下静置2小时，然后在降温至40±5℃熟化3小时，即得高温粘结剂(2)。
实施例3：45kg硼聚硅酸酯、10kg氟聚硅酸酯和35kg高模数硅酸钾锂复合乳液，混合10kg的水后，在50～80℃的条件下静置2小时，然后在降温至40±5℃熟化3小时，即得高温粘结剂(3)。
实施例4：10kg硼聚硅酸酯、45kg氟聚硅酸酯、10kg高模数硅酸钾锂复合乳液、10kg重的磷酸二氢铝和10kg重的六偏磷酸钠，再混合15kg的水后，在50～80℃的条件下静置2小时，然后在降温至40±5℃熟化3小时，即得高温粘结剂(4)。
实施例5：18kg硼聚硅酸酯、18kg氟聚硅酸酯、20kg高模数硅酸钾锂复合乳液，20kg重的磷酸二氢铝和20kg重的六偏磷酸钠，再混合4kg的水后，在50～80℃的条件下静置2小时，然后在降温至40±5℃熟化3小时，即得高温粘结剂(5)。
实施例6：10kg硼聚硅酸酯、10kg氟聚硅酸酯和30kg高模数硅酸钾锂复合乳液，15kg重的磷酸二氢铝和15kg重的六偏磷酸钠，再混合20kg的水后，在50～80℃的条件下静置2小时，然后在降温至40±5℃熟化3小时，即得高温粘结剂(6)。
上述实施例制得高温粘结剂主要用于高温窑炉和其他高温设施，包括：
1、制备耐高温节能复合材料(如实施例7-12)，该耐高温节能复合材料可以充当耐高温节能涂料。
2、作为耐火砖之间填充材料、粘接剂。
实施例7：取1kg重的高温粘结剂(1)、1kg份重的高温红外辐射材料、50g重的助剂，上述组份经球磨机研磨至细度≤20μm，即得本发明耐高温节能复合材料(1)，其中：所述助剂包括0.5％重的钛酸酯和30％重的丁基萘磺酸钠及适量的高分子树脂、膨润土和硼酸。
实施例8：取1.5kg重的高温粘结剂(2)、1.25kg份重的高温红外辐射材料、175g重的助剂，上述组份经球磨机研磨至细度≤20μm，即得本发明耐高温节能复合材料(2)，其中：所述助剂包括30％重的钛酸酯和15％重的丁基萘磺酸钠及适量的高分子树脂、膨润土和硼酸。
实施例9：取1.5kg重的高温粘结剂(3)、1.25kg份重的高温红外辐射材料、175g重的助剂，上述组份经球磨机研磨至细度≤20μm，即得本发明耐高温节能复合材料(3)，其中：所述助剂包括60％重的硅烷偶联剂和0.5％重的丁基萘磺酸钠及适量的高分子树脂、膨润土和硼酸。
实施例10：取1kg重的高温粘结剂(4)、1kg份重的高温红外辐射材料、50g重的助剂，上述组份经球磨机研磨至细度≤20μm，即得本发明耐高温节能复合材料(4)，其中：所述助剂包括0.5％重的钛酸酯和30％重的丁基萘磺酸钠及适量的高分子树脂、膨润土和硼酸。
实施例11：取1.5kg重的高温粘结剂(5)、1.25kg份重的高温红外辐射材料、175g重的助剂，上述组份经球磨机研磨至细度≤20μm，即得本发明耐高温节能复合材料(5)，其中：所述助剂包括60％重的偶联剂(1∶1的钛酸酯和硅烷偶联剂的混合物)和0.5％重的丁基萘磺酸钠及适量的高分子树脂、膨润土和硼酸。
实施例12：取1.5kg重的高温粘结剂(6)、1.25kg份重的高温红外辐射材料、175g重的助剂，上述组份经球磨机研磨至细度≤20μm，即得本发明耐高温节能复合材料(6)，其中：所述助剂包括30％重的硅烷偶联剂和15％重的丁基萘磺酸钠及适量的高分子树脂、膨润土和硼酸。
耐高温对比实验
取实施例7所得本发明耐高温节能复合材料(1)与国内市面上市场上现有三种同类耐高温节能材料，作为耐高温节能涂料，分别涂刷在高温窑炉的内壁，炉温升至1200℃后，现有同类耐高温节能材料涂层均开裂，个别的出现局部脱落现象，而本发明耐高温节能复合材料(1)涂层完好无损。
分别用实施例8-12所得本发明耐高温节能复合材料(2)——(6)与现有几种同类耐高温节能材料，作为耐高温节能涂料，分别涂刷在高温窑炉的内壁，作耐高温对比实验，结果相同。
通过上述耐高温对比实验，本发明高温粘结剂耐高温，附着力强。本发明耐高温节能复合材料作为耐高温节能涂料使用，耐高温性能远超同类产品。
Claims (4)
1.一种高温粘结剂，由原料混合适量的水后，在50～80℃的条件下静置2小时，然后在降温至40±5℃熟化3小时，制得，其中原料包括：10-45%重的硼聚硅酸酯、10-45%重的氟聚硅酸酯、10-60%重的高模数硅酸钾锂复合乳液，其中硼聚硅酸酯可依照下述方法制成：
取30～80份重正硅酸乙酯，去离子水1～30份重和硼酸1～30份重，用电渗析法制成硼聚硅酸酯；
氟聚硅酸酯可按下述方法制成：
取10～50份重的二氧化硅含量占28%的硅酸乙酯投入反应釜中，搅拌，缓缓投入3～18份重的35%氟硅酸水溶液，在25～80℃温度下反应1～5小时，形成氟聚硅酸酯；
高模数硅酸钾锂复合乳液可依照按照下述方法制成：
取30～80份重的硅酸钾溶胶和2～20份重的脱离子水、0.25X份重的氢氧化钾、0.75X份重的氢氧化锂，用电渗析法制成高模数硅酸钾锂复合乳液A，其中X的取值范围为10～30。
2.根据权利要求1所述高温粘结剂，其特征在于：高温粘结剂的原料还包括：10-20%重的磷酸二氢铝和10-20%重的六偏磷酸钠。
3.一种由权利要求1或2所述高温粘结剂制备的耐高温节能复合材料，包括1～1.5份重的权利要求1或2所述高温粘结剂、1～1.5份重的高温红外辐射材料、0.05～0.3份重的助剂，上述组份经球磨机研磨至细度≤20μm，即得，其中：所述助剂包括0.5-60%重的偶联剂和0.5-30%重的丁基萘磺酸钠及适量的高分子树脂、膨润土和硼酸，所述高温红外辐射材料选自下列组份的一种或几种的混合物：二氧化硅、氧化锆、硅灰石、石英粉、高岭土、氮化硼、稀土、氧化钴、Fe2O3、MnO2。
4.根据权利要求3所述的耐高温节能复合材料，其特征在于：所述偶联剂为钛酸酯和/或硅烷偶联剂。
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