CN102382533A - 一种环保型水性工业隔热涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环保型水性工业隔热涂料，以水为溶剂，以改性水性树脂或乳液为基料，用于石油石化、电力、冶金、印染、化工、巿政等众多行业的工业设备(染缸、管道、阀门、锅炉、反应釜、模具、空调管道等高低温设备)节能保温隔热防护，起到既节约能源、维持设备正常工艺运行，又保护人员安全防止冷热灼伤，提高工作效率的目的。适用于表面温度为-40℃～250℃的范围内。
Description
技术领域
本发明涉及一种环保型水性工业隔热涂料，以水为溶剂，以改性水性树脂或乳液为基料，用于石油石化、电力、冶金、印染、化工、巿政等众多行业的工业设备(染缸、管道、阀门、锅炉、反应釜、模具、空调管道等高低温设备)节能保温隔热防护，起到既节约能源、维持设备正常工艺运行，又保护人员安全防止冷热灼伤，提高工作效率的目的。适用于表面温度为-40℃～250℃的范围内。
背景技术
在热能转换、输送和使用中，由于设备(管道、阀门等)通过热传导、对流和辐射等散热方式会造成大量的能源浪费，例如1根1米长、直径219毫米的蒸汽管道，如果不做隔热措施，每年损失3～4吨标准煤；一个不做隔热保温处理的0.1524mm低压蒸汽阀门每年损失约4吨标准煤热量；一个直径为529毫米的裸体法兰，每年热损失量相当于10吨以上的标准煤热量。因此，对储热设备、热输送管道等都需要进行保温隔热处理，以减少热量损失。即使是低温设备和管道，例如冷库、制冷机组或空调管道也需要进行保温隔热处理，以防止冷气损失造成能源浪费。保温隔热的目的在于减少能源损失、维持正常工艺运行、保障操作人员安全。
目前国内高低温设备采用的保温涂料需要厚度较高，保温隔热效果不理想，施工效率低、工期长，涂层结构容易出现开裂等现象。也有一些采用了保温棉等保温方法，虽然施工简单、一次成型，但对复杂结构面不易使用，对设备外观的展现较差，装饰性不足。例如ZL94228394.5公开了一种用于设备保温隔热用的绕缠式保温涂层结构，首先在管道上绕缠装有膨胀珍珠岩粉或其他无机保温材料的筒装玻璃纤维布，然后在外抹涂膏状保温材料。该保温涂层结构无法满足结构复杂面的设备防护。
国外针对设备、管道保温隔热开展了一些隔热涂料和材料的研究，例如美国专利US Patent3755029公开了一种工业隔热涂料技术，用于储罐、管道、导管等设备的隔热保温防护。该专利所述涂料采用合成树脂为粘结剂，以石棉纤维为隔热填料，钛白为颜料，碳酸钙为体质填料，氧化锑为阻燃填料，配合其他助剂构成涂料组份。美国专利US Patent 6251971B1公开了一种管道隔热保温技术，采用了由水性环氧树脂、水性固化剂为粘结材料，填充微球状隔热材料，配合水泥组成的一种涂料，用于海洋钻井平台采油输油管道外壁，起到隔热保温，防止管道内部新采油温度下降过快输送效率降低。美国Mascoat公司已有相应的隔热涂料产品问巿，广泛应用在多个领域设备、管道保温隔热防护。
发明内容
本发明采用柔性与刚性结合的改性的水性树脂，添加适当比例和粒径的空心玻璃陶瓷微球作为主体隔热填料，并加入一些低导热系数的其他材料作为隔热辅助，通过配合润湿分散剂、流变助剂以及消泡剂化等，以水为载体，实现涂料优良的加工性能、施工性能，从而制备出环保型水性工业隔热涂料。
本发明通过如下实施方案实现：
一种常温下固化，以水为溶剂，可用于工业管道、设备隔热保温防护涂料，其特征在于，所述的水性工业隔热涂料为单组份涂料，按如下重量比组成，
组分：柔韧性丙烯酸共聚乳液10％～50％；硬丙烯酸共聚乳液5％～40％；氟硅乳液0％～20％；空心玻璃陶瓷微球10％～60％；辅助隔热填料5％～35％；颜料0％～30％；润湿分散剂1.0％～5.0％；流变助剂0.1％～0.5％；成膜助剂0.5％～2.0％；消泡剂0.05％～0.1％；防霉剂0.05％～0.1％。
本发明还包括如下实施方案，一种上述的环保型水性工业隔热涂料的制备方法，其包括如下步骤：
该涂料为单组份涂料，其制备方法如下：按比例依次将柔韧性丙烯酸共聚乳液、硬丙烯酸共聚乳液、氟硅乳液、空心玻璃陶瓷微球、辅助隔热填料、润湿分散剂、流变助剂、消泡剂、防霉剂和成膜助剂充分混合后在600r/min下搅拌均匀。
使用时，可根据工件的待涂装面积依量取用，可以采取高压无气喷涂、空气喷涂、刷涂等方式进行施工。既可以在设备停用时表面室温状态下施工，也可在维修间隙或运行时带热施工，不影响设备正常运行。
在优选的实施方案中：
柔韧性丙烯酸共聚乳液可以是纯丙共聚物、苯丙共聚物、硅丙共聚物；可以是气干成膜型，也可以是UV(紫外)交联固化成膜型；其玻璃化温度(Tg)最好是低于10℃。该乳液为漆膜提供韧性，利于整个涂层体系在高低温反复循环使用时不易出现开裂。柔韧性丙烯酸共聚乳液在涂料中的用量优选为15-40％，更优选25-35％。
硬丙烯酸共聚乳液，可以是纯丙共聚物、苯丙共聚物、硅丙共聚物；可以是气干成膜型，也可以是UV(紫外)交联固化成膜型；其玻璃化温度(Tg)最好是高于20℃。该乳液为漆膜提供硬度，赋予漆膜强度，利于整体漆膜抗外力损伤能力、高温时涂层硬度。硬丙烯酸共聚乳液在涂料中的用量优选为10-30％，更优选15-25％。
氟硅乳液，可以是有机氟改性有机硅水性树脂乳液、有机硅改性有机氟水性乳液；为气干成膜型乳液；该乳液为漆膜提供低表面张力，有利于该涂料在实际多灰尘使用环境下抗沾污。氟硅乳液在涂料中的用量优先为5％～15％，更优选为5％～10％。
空心玻璃陶瓷微球，是一种中空的圆球粉末状超轻质无机非金属材料，为涂料提供优异的隔热保温性能。该空心玻璃陶瓷微球应选择真密度小于0.6g/cm3、粒径小于130μm的材料。如果采用高压无气喷涂施工，应选择抗压强度≥5MPa的材料。空心玻璃陶瓷微球在涂料中的用量优先为10％～50％，更优先为15％～40％。
辅助隔热填料，可以是轻质、导热系数低、粒径等适易于涂料配制的漂珠、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、硅酸铝纤维等材料，为涂料提供良好的隔热保温性能、降低涂料成本。辅助隔热填料在涂料中的用量优选为5％～30％，更优选为5％～15％。
颜填料，可以是钛白、铁红、铁黄、铁蓝、轻质碳酸钙等物质，起到赋予漆膜所需颜色、提高漆膜力学强度的作用。颜填料在涂料中的用量优先为5％～20％，更优选为5％～15％。
润湿分散剂，可以是有机类、高分子类；可以是阴离子型、阳离子型、非离子型；可以是有机氟类、非有机氟类；例如聚羧酸盐、聚丙烯酸衍生物、烷基磺酸盐、嵌段共聚体高分子盐、3M的水性体系用氟助剂等。
流变助剂，可以是羟基纤维素、聚氨酯类增稠剂、丙烯酸乳液增稠剂、改性聚丙烯酸钠等。
成膜助剂，可以是醇醚、脂肪族二元醇等。
防霉剂，可以是N-甲基苯甲酰胺、苯丙咪唑氨基甲酸甲酯、二碘甲基对甲基砜、四氯间苯二氰等。
消泡剂，使用消泡剂的目的是防止保护膜产生气孔，特别是对于厚膜涂装和厚膜使用的该类涂料，消泡剂的选择尤为重要。同时该消泡剂不会造成内部微孔的破泡，以利于外部成膜好，内部多孔型结构形成。使用的消泡剂可以是高级脂肪酸甘油酯、多乙烯多胺的衍生物、丙烯酸共聚体、改性有机硅树脂、低分子有机氟树脂等。
本发明中，为了提高防护涂料的乳液稳定性，还可以添加聚合物保护胶，其用量是涂料固含量的0.5-5％。这些聚合物胶体选自如下：羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羧酸纤维素、聚乙烯醇、磺化聚乙烯醇、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇。也可以添加下述的无机分散剂：亲水性气相二氧化硅，氢氧化镁，羟基磷酸钙等。
根据本发明的一个优选实施方案，根据基材的表面特性，先进行表面处理：清除浮砂、油污、铁锈、焊渣、毛刺，使待涂装表面干燥，以免降低粘接强度。然后采用喷涂或刷涂的方式将水性工业隔热涂料施工到待涂覆表面。涂敷第一遍不宜太厚控制在0.5mm以内，涂敷第二遍厚度可控制在0.5mm-1mm范围内，多层涂装时应在前道涂装涂层表干后进行。在已生锈和有机材料表面需要底涂，长时间在(酸碱溶液、潮湿空气、高温汽体)环境下使用，需在涂层外表加涂封闭涂料。
本发明的水性工业隔热涂料可在例如染缸、管道、阀门、锅炉、反应釜、模具、空调管道等高低温设备等表面上涂覆。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明进行详细说明，所述实施例仅是便于理解本发明，而非对本发明的限制，本领域技术人员，在阅读本发明说明书的基础上，作出的任何变型或改变，都不会背离本发明的精神和范围。
实施例1
将28重量份的玻璃化转变温度为-10度的气干成膜型的水性纯丙共聚物；16重量份的玻璃化转变温度为25度的气干成膜型的苯丙共聚物；8重量份的氟硅乳液；4重量份去离子水；25重量份的粒径为8μm～80μm、真密度为0.4g/cm3、抗压强度大于20MPa的空心陶瓷玻璃微球；10重量份漂珠；9重量份金红石钛白；0.2重量份的改性有机硅树脂消泡剂；0.6重量份的嵌段共聚体高分子盐润湿分散剂；0.1重量份的增稠剂羟乙基纤维素；0.7重量份的成膜剂丙二醇甲醚醋酸酯；以及0.4重量份的防霉剂N-甲基苯甲酰胺进行充分混合，在600r/min下搅拌均匀，即成功制备水性工业隔热涂料。为便于涂布，可用0～20mL的水调节其粘稠度。
实施例2
将30重量份的玻璃化转变温度为-20度的气干成膜型的水性纯丙共聚物；20重量份的玻璃化转变温度为48度的气干成膜型的苯丙共聚物；5重量份去离子水；22重量份的粒径为12μm～110μm、真密度为0.25g/cm3、抗压强度大于5MPa的空心陶瓷玻璃微球；11重量份漂珠；10重量份金红石钛白；0.2重量份的改性有机硅树脂消泡剂；0.6重量份的嵌段共聚体高分子盐润湿分散剂；0.1重量份的增稠剂羟乙基纤维素；0.7重量份的成膜剂丙二醇甲醚醋酸酯；以及0.4重量份的防霉剂N-甲基苯甲酰胺进行充分混合，在600r/min下搅拌均匀，即成功制备水性工业隔热涂料。为便于涂布，可用0～20mL的水调节其粘稠度。
实施例3
将26重量份的玻璃化转变温度为-15度的UV固化型水性纯丙共聚物；20重量份的玻璃化转变温度为35度的气干成膜型的硅丙共聚物；10重量份的氟硅乳液；24重量份的粒径为10μm～90μm、真密度为0.32g/cm3、抗压强度大于12MPa的空心陶瓷玻璃微球；13重量份膨胀珍珠岩；5重量份金红石钛白；0.2重量份的改性有机硅树脂消泡剂；0.4重量份的嵌段共聚体高分子盐润湿分散剂；0.1重量份的增稠剂羟乙基纤维素；0.7重量份的成膜剂丙二醇甲醚醋酸酯；以及0.6重量份的防霉剂四氯间苯二氰进行充分混合，在600r/min下搅拌均匀，即成功制备水性工业隔热涂料。为便于涂布，可用0～20mL的水调节其粘稠度。
实施例4
将35重量份的玻璃化转变温度为5度的UV固化型的水性纯丙共聚物；15重量份的玻璃化转变温度为53度的气干成膜型的纯丙共聚物；15重量份的粒径为12μm～110μm、真密度为0.25g/cm3、抗压强度大于5MPa的空心陶瓷玻璃微球；12重量份的粒径为8μm～80μm、真密度为0.46g/cm3、抗压强度大于30MPa的空心陶瓷玻璃微球；13重量份膨胀珍珠岩；3重量份漂珠；5重量份金红石钛白；0.2重量份的改性有机硅树脂消泡剂；0.4重量份的嵌段共聚体高分子盐润湿分散剂；0.1重量份的增稠剂羟乙基纤维素；0.7重量份的成膜剂丙二醇甲醚醋酸酯；以及0.6重量份的防霉剂四氯间苯二氰进行充分混合，在600r/min下搅拌均匀，即成功制备水性工业隔热涂料。为便于涂布，可用0～20mL的水调节其粘稠度。
对上述实施例中制备的防护涂层样板进行以下性能测试实验：
(1)隔热试验：分别在模拟设备内部温度为-15℃、60℃、80℃、100℃、120℃、150℃、180℃和200℃的条件下，考察不同配方不同厚度下的隔热性能。
(2)耐碱性试验：将0.1标准浓度的氢氧化钠滴在保护膜样板上，在25℃条件下保持12小时，观察漆膜表面有无腐蚀痕迹。
◎无腐蚀痕迹；×有腐蚀痕迹
(3)耐水性试验：水淋防护膜样板10小时，水流量为3.5L/min，观察防护膜是否起泡、开裂。
◎不起泡、不开裂；×气泡或开裂
(4)耐热性试验：将防护膜样板放在150℃的烘箱内，热处理24天，观察防护膜是否变色、开裂，对漆膜有无不良影响。
◎不变色、不开裂，无不良影响；○不开裂、无不良影响，稍有变色；×开裂或严重变色
(5)耐低温试验：在-30℃条件下，将防护膜样品放置24小时试验。观察保护膜是否开裂。
◎不开裂；×开裂
以上各种试验条件是为了具体描述防护膜的性能而设定的，并不是意味着，在以上条件范围以外防护膜的性能就能劣化。
实施例1～4的防护涂层样板的隔热试验结果如表1所示。
表1
实施例4的防护涂层样板在不同厚度下隔热试验结果如表2所示。
表2
实例1～4的防护涂层样板其他理化性能试验结果如表3所示。
表3
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | |
| 耐碱性试验 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
| 耐水性试验 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
| 耐热性试验 | ◎ | ◎ | ◎ | ○ |
| 耐低温试验 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
Claims (6)
1.一种环保型水性工业隔热涂料，其特征在于，所述涂料为单组份，按如下重量比组成：
柔性丙烯酸共聚乳液10％～50％；硬丙烯酸共聚乳液5％～40％；氟硅乳液0％～20％；空心玻璃陶瓷微球10％～60％；辅助隔热填料5％～35％；颜料0％～30％；润湿分散剂1.0％～5.0％；流变助剂0.1％～0.5％；成膜助剂0.5％～2.0％；消泡剂0.05％～0.1％；防霉剂0.05％～0.1％。
2.根据权利要求1所述的环保型水性工业隔热涂料，所述的适应于实际使用条件下高低温适宜性由柔性丙烯酸共聚乳液与硬丙烯酸共聚乳液按比例配合来实现。柔性丙烯酸共聚乳液是气干成膜型或者UV(紫外)交联固化成膜型，其玻璃化温度(Tg)最好是低于10℃。硬性丙烯酸共聚乳液是气干型或者UV(紫外)交联固化成膜型，其玻璃化温度(Tg)最好是高于20℃。
3.根据权利要求1所述的环保型水性工业隔热涂料，其中所述的隔热填料由主体隔热填料—一定粒径及适宜粒径分布范围内空心陶瓷玻璃微球、辅助隔热填料组成。
4.根据权利要求1、3所述的环保型水性工业隔热涂料，其中所述的主体隔热填料为薄壁、轻质、高抗压强度、主体粒径在40μm～80μm、粒径分布范围窄的空心陶瓷玻璃微球；辅助隔热填料为漂珠、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、硅酸铝纤维等。
5.权利要求1所述的环保型水性工业隔热涂料，其中所述的消泡剂有利于漆膜表面消泡，漆膜外表面良好，该消泡剂又不会造成内部微孔的破泡，利于内部多孔型结构形成。使用的消泡剂选自于高级脂肪酸甘油酯、多乙烯多胺的衍生物、丙烯酸共聚体、改性有机硅树脂、低分子有机氟树脂等。
6.根据权利要求1所述的环保型水性工业隔热涂料的制备方法，其包括如下步骤：
按比例将柔性丙烯酸树脂、硬性丙烯酸树脂、氟硅树脂、润湿分散剂、成膜助剂加入到高速分散机中，低速搅拌(400r/min)5-15分钟；然后加入颜填料，低速搅拌(400r/min)10-30分钟；再加热主体隔热填料、辅助隔热填料，低速搅拌(400r/min)10-30分钟；再按顺序加入消泡剂、防霉剂、防霉剂，低速搅拌(600r/min)10-20分钟，确保搅拌均匀；即得到所述的环保型水性工业隔热涂料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 100095, Haidian District, Beijing hot springs town ring village 621 Research Institute, plant east Patentee after: AVIC BIAM NEW MATERIALS TECHNOLOGY ENGINEERING CO.,LTD. Address before: 100095, Haidian District, Beijing hot springs town ring village 621 Research Institute, plant east Patentee before: BEIJING AEROSPACE MATERIALS BIAM NEW MATERIALS TECHNOLOGY ENGINEERING Co.,Ltd. |
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Effective date of registration: 20160415 Address after: 300457 Tianjin Binhai New Area West Xia Qing Road West, south two Street South Patentee after: Tianjin Zhonghang Baimu New Material Technology Co.,Ltd. Address before: 100095, Haidian District, Beijing hot springs town ring village 621 Research Institute, plant east Patentee before: AVIC BIAM NEW MATERIALS TECHNOLOGY ENGINEERING CO.,LTD. |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: An environment-friendly water-based industrial thermal insulation coating Effective date of registration: 20230105 Granted publication date: 20140402 Pledgee: Bank of Beijing Limited by Share Ltd. Tianjin branch Pledgor: Tianjin Zhonghang Baimu New Material Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023980030280 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Granted publication date: 20140402 Pledgee: Bank of Beijing Limited by Share Ltd. Tianjin branch Pledgor: Tianjin Zhonghang Baimu New Material Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023980030280 |