CN102206088B - 红外辐射涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种红外辐射涂料，该涂料由固料和液料按重量1：1混合而成，所述涂料中各成分的粒径在100纳米至2微米之间；所述液料为粘结剂；所述固料中各成分的重量百分比为：增黑剂45-75%，锆英砂20-45%和氧化铝0-15%。本涂料主要成分都在100纳米到2微米之间，提高了涂料的辐射性能和寿命。本涂料在1000-1400℃的高温条件下能达到较高的辐射率（ε>0.9）；即使在1500℃仍可维持稳定的辐射，涂料的法向全发射率仍可达到0.87；同时可用于不同加热类型的窑炉。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂料，尤其是一种红外辐射涂料。
背景技术
近年来，红外辐射涂料已向着超细化方向发展，理论研究表明，高辐射率节能涂料的纳米化可以进一步提高涂料的发射率与吸收率，从而带来更加显著的节能效果。同时，超细颗粒在基体上的附着力极强，甚至有部分极细的颗粒能够渗透到基体材料内，这样就完全改变和强化了基体材料的表面性能，可完全消除涂层脱落及使用效果下降等现象，即使是在极端的急冷急热条件下，表面也不会有爆裂和脱皮等现象发生。例如英国CRC公司的红外辐射涂料主要成分都为纳米级原料。但是纳米级的红外辐射涂料的制造工艺复杂，成本高。
目前，市售涂料往往加入有机分散剂（如CMC等）以保证涂料的悬浮性和均一性，涂料存放过程中，分散剂容易失效导致涂料团聚，影响施工及使用。同时国内涂料往往采用单独的粘结剂，例如水玻璃、硅溶胶、磷酸二氢铝等，使用温度较低，结合强度较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种在高温条件下仍能达到较高的辐射率的红外辐射涂料；本发明还提供该红外辐射涂料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明涂料由固料和液料按重量1：1混合而成，涂料中各成分的粒径在100纳米至2微米之间；所述液料为粘结剂；所述固料中各成分的重量百分比为：增黑剂45-75%，锆英砂20-45%和氧化铝0-15%。
本发明优选的增黑剂中各成分的重量百分比为：氧化铁5-13%，氧化铜3-10%，氧化锰18-27%，氧化钴1.5-9%，氧化镍4-11%，氧化铬9-18%和碳化硅27-37%。
本发明优选的涂料中43%重量成分的粒径为100纳米至500纳米，57%重量成分的粒径为500纳米至2微米。
本发明优选的固料中各成分的重量百分比为：增黑剂53-68%，锆英砂26-37%，氧化铝3-10%。
本发明优选的液料为复合粘结剂，其成分的重量百分比为：熔块1-15%，纳米氧化铝微粉1-15%，硅溶胶10-50%，余量为水。
本发明优选的液料中各成分的重量百分比为：熔块2-8%，纳米氧化铝微粉3-9%，硅溶胶20-35%，余量为水。
本发明优选的熔块的膨胀系数为6.75×10-6/℃，其由下述方法制备而成：将钾长石94.49重量份、锂长石54.62重量份、滑石32.53重量份、碳酸钙5.57重量份、硼砂32.97重量份、硼酸35.54重量份、石英4.61重量份、氢氧化铝5.64重量份、碳酸钡20.93重量份、氧化锌11.6重量份、和二氧化钛1.49重量份混合后，在1400℃进行烧成；烧成后熔化成的块状液体用水快速冷却，即可制成颗粒状或玻璃片状的熔块。所述熔块中化学成成的重量百分比为：氧化硅51.59%，氧化铝10.54%，氧化钙1.72%，氧化镁4.07%，氧化钾4.04%，氧化钠3.34%，氧化锂0.89%，氧化钡6.31%，氧化锌4.50%，氧化硼12.43%，氧化钛0.58%。
本发明涂料的制备方法为：利用高效研磨搅拌机将固料和液料混合搅拌至各成分的粒径在100纳米至2微米之间；最好混合搅拌4h。
本发明构思为：本涂料通过加入增黑剂和涂料的纳米化来提高涂料的辐射率；采用复合粘结剂（其加入的自制熔块调整了涂料的膨胀系数），解决了涂料易脱落问题，提高了涂料的使用寿命；同时复合粘结剂的使用和涂料的纳米化优化了涂料的悬浮性，使涂料长时间存放仍能保持良好的分散状态。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1、本发明涂料主要成分都在100纳米到2微米之间（目前涂料粉料粒度一般在25-40μm），提高了涂料的辐射性能和寿命。采用高效研磨搅拌机进行加工具有制备工艺简单、成本较低的特点。
2、尤其在复合粘结剂中加入采用上述方法制成的熔块后，改变了涂料的膨胀系数，使涂料与基体结合牢固，解决了脱落问题；在1000 ℃以上时，会烧结成金属瓷釉状，固化在炉体材料表面，即使在骤冷骤热情况下都不会脱落；同时也解决了掉渣、落脏问题。
3、采用低挥发的粘结剂和辐射基料，在窑炉使用中不会产生挥发物，不会对产品造成污染。
4、涂料的纳米化和复合粘结剂的使用优化了涂料的悬浮性，保证了涂料良好的分散状态，无需加入分散剂，涂料长时间存放亦不会分层，无需搅拌，摇匀即可使用。
5、使用的温度范围广，适用于不同炉型：本发明涂料在1000-1400℃的高温条件下能达到较高的辐射率（ε>0.9）；即使在1500 ℃仍可维持稳定的辐射，涂料的法向全发射率仍可达到0.87；同时可用于不同加热类型的窑炉，如电阻炉、燃气炉、燃油炉等，节能效果达到10%以上。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：本红外辐射涂料是将固料和液料按重量比为1：1投入高效研磨搅拌机中，混合搅拌4h而成。得到的涂料中：涂料成分43%重量成分的粒径为100纳米至500纳米，57%重量成分的粒径为500纳米至2微米。
所述固料中各成分的重量百分比为：增黑剂53%，锆英砂37%，氧化铝10%。其中，所述的增黑剂中各成分的重量百分比为：氧化铁5%，氧化铜3%，氧化锰27%，氧化钴9%，氧化镍11%，氧化铬18%，碳化硅27%。
所述液料中各成分的重量百分比为：熔块8%，纳米氧化铝微粉3%，硅溶胶28%，其余为水。其中所述熔块的膨胀系数为6.75×10-6/℃，由下述方法制备而成：将钾长石94.49重量份、锂长石54.62重量份、滑石32.53重量份、碳酸钙5.57重量份、硼砂32.97重量份、硼酸35.54重量份、石英4.61重量份、氢氧化铝5.64重量份、碳酸钡20.93重量份、氧化锌11.6重量份、和二氧化钛1.49重量份混合后，在1400℃进行烧成；烧成后熔化成的块状液体用水快速冷却，即可制成颗粒状或玻璃片状的熔块。经检测所制得的熔块中化学成成的重量百分比为：氧化硅51.59%，氧化铝10.54%，氧化钙1.72%，氧化镁4.07%，氧化钾4.04%，氧化钠3.34%，氧化锂0.89%，氧化钡6.31%，氧化锌4.50%，氧化硼12.42%，氧化钛0.58%。
实施例2：本红外辐射涂料是将固料和液料按重量比为1：1投入高效研磨搅拌机中，混合搅拌4h而成。得到的涂料中：涂料成分43%重量成分的粒径为100纳米至500纳米，57%重量成分的粒径为500纳米至2微米。
所述固料中各成分的重量百分比为：增黑剂68%，锆英砂26%，氧化铝6%；其中，所述的增黑剂中各成分的重量百分比为：氧化铁11%，氧化铜10%，氧化锰23%，氧化钴1.5%，氧化镍8.5%，氧化铬9%，碳化硅37%。
所述液料中各成分的重量百分比为：熔块2%，纳米氧化铝微粉4%，硅溶胶35%，其余为水；其中，所述的熔块与实施例1中的熔块相同。
实施例3：本红外辐射涂料是将固料和液料按重量比为1：1投入高效研磨搅拌机中，研磨、搅拌至各成分的粒径在100纳米至2微米之间，即可得到本涂料。
所述固料中各成分的重量百分比为：增黑剂62%，锆英砂35%，氧化铝3%；其中，所述的增黑剂中各成分的重量百分比为：氧化铁13%，氧化铜9%，氧化锰18%，氧化钴8%，氧化镍4%，氧化铬15%，碳化硅33%。
所述液料中各成分的重量百分比为：熔块5%，纳米氧化铝微粉9%，硅溶胶20%，其余为水；其中，所述的熔块与实施例1中的熔块相同。
实施例4：本红外辐射涂料是将固料和液料按重量比为1：1投入高效研磨搅拌机中，混合搅拌4h而成。得到的涂料中：涂料成分43%重量成分的粒径为100纳米至500纳米，57%重量成分的粒径为500纳米至2微米。
所述固料中各成分的重量百分比为：增黑剂59%，锆英砂33%，氧化铝8%；其中，所述的增黑剂中各成分的重量百分比为：氧化铁10%，氧化铜8%，氧化锰22%，氧化钴6%，氧化镍7%，氧化铬16%，碳化硅31%。
所述液料中各成分的重量百分比为：熔块6%，纳米氧化铝微粉6%，硅溶胶30%，其余为水；其中，所述的熔块与实施例1中的熔块相同。
实施例5：本红外辐射涂料是将固料和液料按重量比为1：1投入高效研磨搅拌机中，研磨、搅拌至各成分的粒径在100纳米至2微米之间，即可得到本涂料。
所述固料中各成分的重量百分比为：增黑剂45%，锆英砂45%，氧化铝10%；其中，所述的增黑剂中各成分的重量百分比为：氧化铁10%，氧化铜10%，氧化锰20%，氧化钴8%，氧化镍4%，氧化铬15%，碳化硅33%。
所述液料中各成分的重量百分比为：熔块15%，纳米氧化铝微粉1%，硅溶胶50%，其余为水；其中，所述的熔块与实施例1中的熔块相同。
实施例6：本红外辐射涂料是将固料和液料按重量比为1：1投入高效研磨搅拌机中，研磨、搅拌至各成分的粒径在100纳米至2微米之间，即可得到本涂料。
所述固料中各成分的重量百分比为：增黑剂75%，锆英砂25%；其中，所述的增黑剂中各成分的重量百分比为：氧化铁7%，氧化铜5%，氧化锰25%，氧化钴3%，氧化镍7%，氧化铬18%，碳化硅35%。
所述液料中各成分的重量百分比为：熔块1%，纳米氧化铝微粉15%，硅溶胶40%，其余为水；其中，所述的熔块与实施例1中的熔块相同。
实施例7：本红外辐射涂料是将固料和液料按重量比为1：1投入高效研磨搅拌机中，混合搅拌4h而成。得到的涂料中：涂料成分43%重量成分的粒径为100纳米至500纳米，57%重量成分的粒径为500纳米至2微米。
所述固料中各成分的重量百分比为：增黑剂65%，锆英砂20%，氧化铝15%；其中，所述的增黑剂中各成分的重量百分比为：氧化铁10%，氧化铜8%，氧化锰22%，氧化钴6%，氧化镍7%，氧化铬16%，碳化硅31%。
所述液料中各成分的重量百分比为：熔块6%，纳米氧化铝微粉6%，硅溶胶30%，其余为水；其中，所述的熔块与实施例1中的熔块相同。
经国家红外及工业电热产品质量监督检验中心检测，在600℃时，以上实施例得到的涂料的法相全发射率在0.90以上，粘结强度在3级以上。悬浮性检测：上述实例分别取200mL涂料，搅拌均匀后分别放置在量杯内，静置48h，均未出现分层。
Claims (6)
1.一种红外辐射涂料，其特征在于：该涂料由固料和液料按重量1︰1混合而成，所述涂料中各成分的粒径在100纳米至2微米之间；
所述固料中各成分的重量百分比为：增黑剂45-75%，锆英砂20-45%和氧化铝0-15%；
所述的液料为复合粘结剂，其成分的重量百分比为：熔块1-15%，纳米氧化铝微粉1-15%，硅溶胶10-50%，余量为水，所述熔块的膨胀系数为6.75×10-6/℃；所述熔块由下述方法制备而成：将钾长石94.49重量份、锂长石54.62重量份、滑石32.53重量份、碳酸钙5.57重量份、硼砂32.97重量份、硼酸35.54重量份、石英4.61重量份、氢氧化铝5.64重量份、碳酸钡20.93重量份、氧化锌11.6重量份、和二氧化钛1.49重量份混合后，在1400℃进行烧成；烧成后熔化成的块状液体用水快速冷却。
2.根据权利要求1所述的红外辐射涂料，其特征在于，所述增黑剂中各成分的重量百分比为：氧化铁5-13%，氧化铜3-10%，氧化锰18-27%，氧化钴1.5-9%，氧化镍4-11%，氧化铬9-18%和碳化硅27-37%。
3.根据权利要求1所述的红外辐射涂料，其特征在于， 所述的涂料中43%重量成分的粒径为100纳米至500纳米，57%重量成分的粒径为500纳米至2微米。
4.根据权利要求１-3任意一项所述的红外辐射涂料，其特征在于，所述固料中各成分的重量百分比为：增黑剂53-68%，锆英砂26-37%，氧化铝3-10%。
5.根据权利要求１-3任意一项所述的红外辐射涂料，其特征在于，所述液料中各成分的重量百分比为：熔块2-8%，纳米氧化铝微粉3-9%，硅溶胶20-35%，余量为水。
6.权利要求1-3任意一项所述的红外辐射涂料的制备方法，其特征在于：利用高效研磨搅拌机将固料和液料混合搅拌至各成分的粒径在100纳米至2微米之间。
7. 权利要求1-3任意一项所述的红外辐射涂料的制备方法，其特征在于：利用高效研磨搅拌机将固料和液料混合搅拌4h。
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