CN102093788A - 工业隔热保温涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种工业隔热保温涂料，其包括水性聚合物粘合剂、10～50微米陶瓷中空微球、10～50微米有机中空微球、片状颜填料、锯齿状颜填料和助剂。该涂料的制备方法包括：A.按配方比例将去离子水注入到预混合分散罐内，加入无机颜填料分散剂和润湿剂充分搅拌；B.加入阻燃剂和/或其它颜填料；C.加入消泡剂充分搅拌，随后加入锯齿状颜填料充分分散；D.将水性聚合物粘合剂及步骤C分散后的浆料注入调漆罐内，搅拌后加入陶瓷中空微球和有机中空微球，随后搅拌同时添加其它助剂。该涂料为单组份水溶性，可常温固化及带温固化，表面形成致密保护层，适用于湿度较大的场所，用于表面温度低于260℃的设备可使表面温度降低达80℃。
Description
技术领域
本发明涉及一种保温涂料，具体涉及一种用于工业设备表面的水性、单组分隔热保温涂料及其制备方法，属于工业节能保温材料领域。
背景技术
现有应用于工业设备的隔热保温材料有两大类。一类为纤维类的传统保温材料，如硅酸铝纤维、岩棉、玻璃棉、陶瓷纤维等，它们的不足之处是施工时须用辅助材料包、缠、裹或加固，保温层较厚，接缝多，使用寿命短，施工时还需停产。另一类是无机保温涂料，它们的不足之处是需要高温固化，不能采用快速喷涂施工工艺，施工周期长，抗压强度低，涂层脆性大，与基材附着性差，重金属等有害物质及挥发物(VOC)含量高，使用寿命短等，不能满足现有工业企业环保、节能降耗的要求。
发明内容
本发明的目的是为满足现有工业设备的隔热保温需求，特别是针对表面温度在200℃以下、外形不规则、空间狭小、运行环境湿度大的工业设备，提供一种可进行快速隔热保温施工的工业隔热保温涂料。该涂料为单组份、水溶性(环保无毒)，可常温固化也可带温固化，表面能形成致密的保护层，可以应用在湿度较大的场所。
为实现上述目的，本发明包括如下技术方案：
一种工业隔热保温涂料，其包括水性聚合物粘合剂、10～50微米陶瓷中空微球、10～50微米有机中空微球、片状颜填料、锯齿状颜填料和助剂。
如上所述的工业隔热保温涂料，其中，该水性聚合物粘合剂可选自苯丙无皂乳液聚合物、纯丙无皂乳液聚合物、硅丙无皂乳液聚合物、有机硅改性丙烯酸乳液聚合物和水性环氧聚合物中的一种或多种。
如上所述的工业隔热保温涂料，其中，该陶瓷中空微球的孔隙度优选为85％以上，其包括外径为40～50微米的陶瓷中空微球和外径为10～25微米的陶瓷中空微球，两种微球的比例为1～2∶1。
如上所述的工业隔热保温涂料，其中，该有机中空微球的孔隙度为85％以上，其包括外径为35～50微米的有机中空微球和外径为10～25微米的有机中空微球，两种微球的比例为2～4∶1。
如上所述的工业隔热保温涂料，其中，该有机中空微球优选为丙烯酸树脂中空微球。
如上所述的工业隔热保温涂料，其中，该片状颜填料优选为片状氧化锌和/或片状氧化铝。
如上所述的工业隔热保温涂料，其中，该锯齿状颜填料优选为粒径为50～701μm的蛭石粉和/或粒径为50～70μm的膨胀珍珠岩粉。
如上所述的工业隔热保温涂料，其中，该助剂可包括增稠剂、消泡剂、无机颜填料分散剂、有机颜填料分散剂、防霉杀菌剂、润湿剂、PH值调节剂和硅烷偶联剂中的一种或多种。
如上所述的工业隔热保温涂料，其中，该工业隔热保温涂料还可包括阻燃剂，该阻燃剂选自氧化镁、氧化锆、氧化钙和三氧化二铝中的一种或多种。
如上所述的工业隔热保温涂料，其中，该工业隔热保温涂料可包括：
水性聚合物粘合剂 40～55重量份，
10～50微米陶瓷中空微球 0～35重量份，
10～50微米有机中空微球 0～25重量份，
片状颜填料 2～3重量份，
锯齿状颜填料 4～5重量份，
阻燃剂 0～7重量份，
助剂 1～6重量份；
其中，陶瓷中空微球和有机中空微球的总量不小于20重量份。
如上所述的工业隔热保温涂料的制备方法，其包括如下步骤：
A.根据配方的比例将10～15重量份的去离子水注入到预混合分散罐内，启动搅拌机，控制转速在150-200转/分钟之间，加入1/2总加入量的无机颜填料分散剂、1/2总加入量的润湿剂进行充分搅拌；
B.当配方中包含阻燃剂和/或其它颜填料时，通过加入槽真空进料系统进行吸入，其中，其它颜填料选自钛白粉、高岭土和滑石粉中的一种或多种；将1/3总加入量的消泡剂通过助剂加入槽滴加入分散罐内、调结变频器调高搅拌转速至1000～1200转/分钟，进行充分的分散；
C.再将蛭石粉和珍珠岩粉体加入到该分散罐内，将转速调节为650～900转/分钟，分散时间为15-20分钟；在此期间滴加1/3总加入量的消泡剂；
D.将水性聚合物粘合剂及步骤C分散后的浆料注入至调漆罐内，用框式或浆式搅拌桨进行搅拌，转速控制在300-600转/分钟，采用真空进料系统吸入片状颜填料，搅拌约20分钟，并在其间滴加1/3总加入量的消泡剂；转速控制在50-100转/分钟，随后真空进料系统吸入陶瓷中空微球和有机中空微球，随后搅拌1.5-2小时，搅拌期间加入其它助剂和余下的无机颜填料分散剂、润湿剂，控制PH值为9-11；
E.将涂料通过＞80目的过滤器进行过滤后输送至灌装机进行灌装。
本发明的有益效果在于：
(1)该工业隔热保温涂料采用的水性聚合物粘接剂环保、无毒、低VOC，适用于工业企业的室内生产设备，并满足连续生产情况下涂料常温固化及带温固化的现场需求。
(2)涂料中利用中空微球的孔隙空间达到减少热传导的目的。为满足单位体积涂层内具有更多的封闭微孔，本发明采用直径不同的无机、有机中空微球，从而使大直径中空微球的排列空隙由小直径中空微球填充。为适应工业设备的温度变化(时常升温、时常降温、高低温交替)，本发明在使用无机陶瓷中空微球的同时掺杂有机中空微球，以提高涂料抗压、抗冲击、耐温度变化特性。
(3)涂料中含有片状氧化锌或片状氧化铝颜填料，可以使涂层形成致密外表面，防止因水分和水蒸气进入涂层内部而降低该涂层的隔热保温性能，适合经常使用高压水清洗的设备及湿度大等比较恶劣的环境。
(4)涂料中含有诸如超细蛭石粉和超细膨胀珍珠岩粉体的锯齿状颜填料，有利于涂层与工业设备的不锈钢及金属结构表面结合，提高涂层附着性能，在工业设备正常运行期间不会造成涂层脱落，使用寿命可达到10年，与一般工业设备固定资产折旧周期相当。
(5)本发明的隔热保温涂料可以应用于表面温度在-51℃至260℃的各种工业设备的隔热保温，涂层厚度为3～10mm，能够使设备表面降低温度达80℃。应用实践表明，本发明的隔热保温涂料能提高设备的升温速度，从而提高了能源利用率；降低高温设备表面温度，改善车间环境温度，杜绝了人员灼伤事故的发生，保护人员安全；可以采用快速的施工方法及工艺，无需工业设备停产施工；同时，涂层表面耐擦洗，外表美观。
附图说明
图1为本发明涂层结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体实例进一步说明本发明的技术方案。
本发明的工业隔热保温涂料包括水性聚合物粘合剂、10～50微米陶瓷中空微球、10～50微米有机中空微球、片状颜填料、锯齿状颜填料和助剂。
其中，水性聚合物粘接剂是为满足工业企业的生产设备一般是在室内而且设备不能停产或很少停产的连续生产线需要常温固化及带温固化的现场需求，优选水性环保、无毒、低VOC的粘接剂体系，例如苯丙无皂乳液聚合物、纯丙无皂乳液聚合物、硅丙无皂乳液聚合物、有机硅改性丙烯酸乳液聚合物、水性环氧聚合物。
隔热保温涂料的隔热保温性能与涂层中的封闭微孔数量及孔径有关，本发明的陶瓷中空微球和有机中空微球的孔隙度优选为85％以上，为满足在单位涂层体积内拥有更多的封闭微孔，可以选用直径不同的中空微球，以形成大直径(35-50μm)的中空微球排列中的空隙由小直径(10-25μm)的中空微球填充。此外，为提高涂层的机械性能，满足工业设备的温度变化(时常升温、时常降温、高低温交替)，使用无机陶瓷中空微球的同时可掺杂有机中空微球，以提高涂料抗压、抗冲击、耐温度变化特性。本发明涂料中无机陶瓷中空微球与有机中空微球的比例为0～3.5∶0～2.5，无机中空微球的加入量增加将提高隔热涂层的硬度，但是会造成涂层变脆，有机中空微球的加入量增加，可增加涂层的柔韧性，但是会降低涂层的耐温性能，可根据涂层的实际使用需求，调节两者的添加量。为满足快速施工的需要，高固含量、高粘度的涂料一般采用高压无气喷涂设备进行喷涂，因此要求陶瓷中空微球及有机微球的自身抗压强度应大于23Mp。
片状颜填料的选用是考虑到该涂层应用在工业设备生产环境中，高压水清洗设备及高湿度等比较恶劣的环境需要让涂层形成无缝的致密表面，以防止水分和水蒸气进入涂层内部降低涂层的隔热保温性能及破坏涂层。可以选用市售涂料用片状氧化锌或片状氧化铝。
锯齿状颜填料的使用是考虑到工业设备表面大多采用不锈钢及金属结构光滑表面，为提高涂层的附着性能，在工业设备正常运行期间不会造成涂层脱落，使涂层使用寿命大大提高，加入锯齿状颜填料的涂料使用寿命可达到10年，与一般工业设备固定资产折旧周期相当。具体可以选用粒径为50～70μm的蛭石粉和粒径为50～70μm的膨胀珍珠岩粉体，优选地，该膨胀珍珠岩粉体在使用前经水洗并烘干。
作为工业用的功能性厚涂层涂料(3mm-10mm)，而且是工作在高温环境下的涂料，必须考虑到该涂料的阻燃性能，阻燃效果应达到防火等级A级。可以选用氧化镁、氧化锆、氧化钙、三氧化二铝等阻燃剂。
本发明的助剂可采用现有技术中通常使用的助剂及用量，优选使用水性涂料专用助剂。在本发明的一个优选实施方案中，消泡剂选用NXZ消泡剂；无机颜填料分散剂选用汉
5040分散剂；有机颜填料分散剂选用汉
5050分散剂；增稠剂选用ASE-60(广州冠志化工有限公司生产)碱溶胀增稠剂及
Gel 0621缔合型增稠剂；润湿剂可以选用汉
110润湿剂；防霉杀菌剂选用耐高温BST-20型(浙江衢州百斯特环保科技有限公司生产)防霉杀菌剂；硅烷偶联剂选用三甲基氯硅烷或六甲基二硅氮烷，例如KHS 550(石家庄诚和信化工有限公司生产)型硅烷偶联剂；pH值调节剂使用例如三乙胺、二甲基乙胺、氨水或氢氧化钠等。
为增加涂层的遮盖能力，本发明的隔热保温涂料中还可包括钛白粉、高岭土、滑石粉等其它颜填料。
利用涂层技术将本发明的隔热保温涂料涂覆在设备表面形成隔热保温涂层，其结构如图1所示，涂层由水性树脂粘结剂1以及分布于其中的无机、有机空心微球4、片状填料3和锯齿状填料2构成。其外表面由片状填料3紧密排布形成致密防水薄层，其底面分布的锯齿状填料2能与设备表面形成牢固结合。
实施例1工业隔热保温涂料的制备及性能
(一)工业隔热保温涂料A～D配方组成如表1所示。
表1
(二)工业隔热保温涂料的制备步骤：
A.根据配方的比例将10～15重量份的去离子水注入到预混合分散罐内，启动搅拌机，控制转速在150-200转/分钟之间，加入1/2总加入量的无机颜填料分散剂、1/2总加入量的润湿剂进行充分搅拌；
B.将钛白粉、高岭土、滑石粉等其它颜填料和/或阻燃剂，通过加入槽真空进料系统进行吸入；另外将1/3总加入量的消泡剂通过助剂加入槽滴加入分散罐内、调结变频器调高搅拌转速至1000～1200转/分钟，进行充分的分散；
C.将蛭石粉和珍珠岩粉体加入到该分散罐内，将转速调节为650～900转/分钟，进行充分分散，分散时间为15-20分钟；在此期间滴加1/3总加入量的消泡剂；
D.将水性聚合物粘合剂及步骤C分散后的浆料注入至调漆罐内，用框式或浆式搅拌桨进行搅拌，转速控制在300-600转/分钟，采用真空进料系统吸入片状颜填料，搅拌20分钟，并在其间滴加1/3总加入量的消泡剂；转速控制在50-100转/分钟，随后真空进料系统吸入陶瓷中空微球和有机中空微球，随后搅拌1.5-2小时，搅拌期间通过助剂加入槽添加增稠剂、防霉杀菌剂、PH值调节剂等其它助剂及余下的无机颜填料分散剂和润湿剂，控制PH值为9-11；
E.将涂料通过＞80目的过滤器进行过滤后输送至灌装机进行灌装。
(三)性能及应用
(1)利用常规方法测试所制备的涂料A-D的理化性能，测试结果如表2所示。
表2
| 实验项目 | A | B | C | D |
| 涂层表干时间 | ≤2小时(23℃) | ≤2小时(23℃) | ≤2小时(23℃) | ≤2小时(23℃) |
| 固含量 | 80％ | 85％ | 80％ | 85％ |
| 抗拉强度 | 2.5Mp | 2.5Mp | 2.5Mp | 2.5Mp |
| 抗压强度 | 23Mp | 23Mp | 23Mp | 23Mp |
| 粘接强度 | 1.5Mp | 1.5Mp | 1.5Mp | 1.5Mp |
| 导热系数 | 0.031w/m.k | 0.031w/m.k | 0.031w/m.k | 0.031w/m.k |
| 湿比重 | 0.60 | 0.62 | 0.57 | 0.68 |
| 干膜重量 | 0.40 | 0.52 | 0.38 | 0.6 |
| 耐人工老化 | ≥2000小时 | ≥2000小时 | ≥2000小时 | ≥2000小时 |
| 耐盐雾 | ≥2000小时 | ≥2000小时 | ≥2000小时 | ≥2000小时 |
| 延伸率 | 85％-100％ | 65％-85％ | 85％-120％ | 45％-65％ |
| 最高耐高温度 | 245℃ | 260℃ | 175℃ | 300℃ |
| 持续工作温度 | 185℃ | 210℃ | 140℃ | 240℃ |
| VOC含量 | 53.0g/L | 51.0g/L | 48.0g/L | 53.0g/L |
| PH值 | 9-11 | 9-11 | 9-11 | 9-11 |
| 防火等级 | A | A | A | A |
(2)应用实例
本发明工业隔热保温涂料在工业企业进行了长达3年的实际跟踪测试其结果如表3所示。
表3
| 涂料 | 涂层厚度 | 长期工作表面温度 | 喷涂涂料后表面温度 | 温度降幅 | |
| 某化工行业高温反应釜 | B | 5～6mm | 165℃ | 81℃ | 84℃ |
| 某面料企业的高温设备 | A | 3mm | 115℃ | 73℃ | 42℃ |
| 某饮料企业的高温设备 | C | 3mm | 76℃ | 52℃ | 24℃ |
以上被喷涂工业隔热保温涂料的设备未发生由于产品自身性能的原因发生脱落，隔热保温性能下降现象，满足了工业设备隔热保温的要求。上述结果表明，本发明的隔热保温涂料具有如下优点：
1.提高设备的升温速度；
2.优秀的隔热保温效果；
3.提高了能源利用率；
4.降低高温设备表面温度，改善车间环境温度；
5.杜绝了人员灼伤事故的发生，保护人员安全；
6.可以采用快速的施工方法及工艺，无需工业设备停产施工；
7.涂层表面耐擦洗，外表美观，改善企业形象。
Claims (10)
1.一种工业隔热保温涂料，其特征在于，其包括水性聚合物粘合剂、10～50微米陶瓷中空微球、10～50微米有机中空微球、片状颜填料、锯齿状颜填料和助剂。
2.根据权利要求1所述的工业隔热保温涂料，其特征在于，所述水性聚合物粘合剂选自苯丙无皂乳液聚合物、纯丙无皂乳液聚合物、硅丙无皂乳液聚合物、有机硅改性丙烯酸乳液聚合物和水性环氧聚合物中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的工业隔热保温涂料，其特征在于，所述陶瓷中空微球的孔隙度为85％以上，其包括外径为40～50微米的陶瓷中空微球和外径为10～25微米的陶瓷中空微球，两种微球的比例为1～2∶1。
4.根据权利要求1所述的工业隔热保温涂料，其特征在于，所述有机中空微球为丙烯酸树脂中空微球，孔隙度为85％以上，其包括外径为35～50微米的有机中空微球和外径为10～25微米的有机中空微球，两种微球的比例为2～4∶1。
5.根据权利要求1所述的工业隔热保温涂料，其特征在于，所述片状颜填料为片状氧化锌和/或片状氧化铝。
6.根据权利要求1所述的工业隔热保温涂料，其特征在于，所述锯齿状颜填料为粒径为50～70μm的蛭石粉和/或粒径为50～70μm的膨胀珍珠岩粉。
7.根据权利要求1所述的工业隔热保温涂料，其特征在于，所述助剂包括增稠剂、消泡剂、无机颜填料分散剂、有机颜填料分散剂、防霉杀菌剂、润湿剂、pH值调节剂和硅烷偶联剂中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的工业隔热保温涂料，其特征在于，所述工业隔热保温涂料还包括阻燃剂，该阻燃剂选自氧化镁、氧化锆、氧化钙和三氧化二铝中的一种或多种。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的工业隔热保温涂料，其特征在于，所述工业隔热保温涂料包括：
水性聚合物粘合剂 40～55重量份，
10～50微米陶瓷中空微球 0～35重量份，
10～50微米有机中空微球 0～25重量份，
片状颜填料 2～3重量份，
锯齿状颜填料 4～5重量份，
阻燃剂 0～7重量份，
助剂 1～6重量份；
其中，陶瓷中空微球和有机中空微球的总量不小于20重量份。
10.权利要求9所述的工业隔热保温涂料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
A.根据配方的比例将10～15重量份的去离子水注入到预混合分散罐内，启动搅拌机，控制转速在150-200转/分钟之间，加入1/2总加入量的无机颜填料分散剂、1/2总加入量的润湿剂进行充分搅拌；
B.当配方中包含阻燃剂和/或其它颜填料时，通过加入槽真空进料系统进行吸入，其中，其它颜填料选自钛白粉、高岭土和滑石粉中的一种或多种；将1/3总加入量的消泡剂通过助剂加入槽滴加入分散罐内，搅拌器转速调制1000～1200转/分钟，进行充分的分散；
C.再将蛭石粉和珍珠岩粉体加入到该分散罐内，将转速调节为650～900转/分钟，分散时间为15-20分钟；在此期间滴加1/3总加入量的消泡剂；
D.将水性聚合物粘合剂及步骤C分散后的浆料注入至调漆罐内，用框式或浆式搅拌桨进行搅拌，转速控制在300-600转/分钟，采用真空进料系统吸入片状颜填料，搅拌约20分钟，并在其间滴加1/3总加入量的消泡剂；转速控制在50-100转/分钟，随后真空进料系统吸入陶瓷中空微球和有机中空微球，随后搅拌1.5-2小时，搅拌期间加入其它助剂和余下的无机颜填料分散剂、润湿剂，控制PH值为9-11；
E.将涂料通过＞80目的过滤器进行过滤后输送至灌装机进行灌装。
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