CN102675933B

CN102675933B - 一种耐高温强化吸收纳米涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN102675933B
Application number: CN201210133414.2A
Authority: CN
Inventors: 张春雨
Original assignee: Shanghai Leheng Petrochemical Engineering Group Co Ltd
Current assignee: Shanghai Leheng Petrochemical Engineering Group Co Ltd
Priority date: 2012-04-28
Filing date: 2012-04-28
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2032-04-28
Also published as: CN102675933A

Abstract

本发明提供一种耐高温强化吸收纳米涂料及其制备方法和用途。所述涂料包括金属填料、金属氧化物、纳米陶瓷、氧化剂、和粘结剂，其特征在于，所述金属填料包括金属银、钨金粉、钡粉、钾，所述金属氧化物包括二氧化钛、氧化铁、氧化锌、二氧化锰、三氧化铬、氧化铯、氧化镁，所述粘结剂包括磷酸盐、硅酸盐，所述氧化剂为氧化铝。其制备方法，包括：按所述涂料组分比例配料，后经过打磨、浸泡、加温反应、搅拌、混合、过滤步骤。

Description

一种耐高温强化吸收纳米涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于无机涂料领域，特别涉及一种涂覆于金属工艺管线的耐高温强化吸收纳米涂料及其制备方法。

背景技术

工业炉窑是我国耗能大户，约占总能耗的25-40％，而炉的平均热效率仅为30％左右，工业窑炉热效率低是国内外普遍存在的问题，耐高温强化吸收纳米涂料作为炉窑中的一项节能新技术，在窑炉内金属工艺管线上进行涂覆，有效提高金属工艺管线表面的黑度，强化金属工艺管线对辐射热量的吸收，将会更充分利用能量，以达节能的目的。

通常石油化工、热电厂等使用的加热炉，炉内金属工艺管线表面的黑度在0.3-0.6之间，由于这些加热炉炉内温度较高，主要通过辐射传热的方式来传递热量，金属工艺管线自身黑度偏低，影响吸热效率；而且金属在炉内高温、烟气的长期冲刷下，极易被氧化、易结焦，影响热量的吸收，这也是目前国内炉窑平均热效率偏低的原因。

近年来，耐高温强化吸收纳米涂料在窑炉的应用得到了广泛的认可，但在实际使用过程中，由于涂层材料与基体材料的热膨胀差异，在炉内升温和冷却的过程中容易引起涂层的龟裂脱落，影响了使用效果和使用寿命。另一方面，当前有些涂层的发射率低、或在高温下性能不稳定，在较短的时间内出现性能衰减的问题，应用的实际效益不理想。

因此，提高涂层耐高温性能、抗热震性能、加大辐射能的利用率、增强涂料与被覆材料结合力等，是当前要解决的主要技术问题。

发明内容

本发明提供一种耐高温强化吸收纳米涂料及其制备方法。本发明的耐高温强化吸收纳米涂料涂层能在300-1800℃的高温环境下使用、抗热震性能优良。本发明的涂料配方中金属填料(如金属银、钨金粉)有着很好的耐热性，但是其发射率较低，因此本发明的涂料配方还选择了在红外波段具有较高热辐射性能和耐热性能的金属氧化物及其复合物(如氧化锰、氧化钴、氧化铁、二氧化钛等)，这些高发射率填料都具有一定的耐热性能，高温受热时不变色，其结构不被破坏。同时氧化锰、氧化钴、氧化铁、二氧化钛等金属氧化物及其复合物高温下性能稳定，有很好的抗氧化、抗化学腐蚀能力。本发明涂料中的烧结剂、分散剂以及粘结剂，能有效阻止那些通常可以透过并破坏基材的氧化物、气流等流体的扩散，提高金属工艺管线的使用寿命。本发明的涂料中的色料和粘结剂相互不影响稳定性，也不降低各自热老化性能，也保证涂层使用的长期稳定性。

本发明的耐高温强化吸收纳米涂料具有较高的法向发射率。本发明涂料所使用的填料，首先材料本身具有较高的热辐射性能，主要选择有氧化铁为基的多种氧化物混合物，经烧结后，颜色由棕红变为深黑，并出现了强磁性，掺杂效应、品格畸变，吸收波长向近红外波段方向扩展。本发明涂料中的氧化钴、二氧化锰、氧化铁等高发射率材料，可以有效提高涂层的红外发射率。同时填料的粒径大小也是影响涂层发射率的因素之一。本发明运用了纳米技术(如固体组份粒度不低于850目体现)，使涂料的填料纳米化，并添加纳米陶瓷，能够增大材料内部的基本微观粒子之间的平均间距，提高热辐射的透射深度，从而提高材料的发射率和吸收率，也有效提高本发明涂料涂层的热发射率。

本发明的耐高温强化吸收纳米涂料与金属工艺管线的结合力强。本发明涂料是由辐射粉体基料与载体粘结剂组成，辐射粉体基料的作用是提高辐射性能，载体粘结剂则使涂料牢固在金属工艺管线表面。磷酸盐、硅酸盐能增强漆膜的机械强度和附着力。本发明提供的另一种涂料是由微纳米化的粉料组成，该粉料促进了涂料与金属工艺管线管间的渗透，形成弥散的过渡层，过渡层的形成也保证了涂层与基体的良好的粘结性能。

本发明提供的一种涂料含有氧化铝(金刚砂)，其具有很好的抗氧化性能，氧化铝(金刚砂)具有很高的强度及良好的抗氧化性能，在高温下不变形，可增加耐火材料的抗氧化性能和抗冲刷性能。由于无机化合物的耐热性、热稳定性、耐氧化性能远远优于有机聚合物，本发明提供的一种涂料中含有由磷酸盐、硅酸盐、硅溶胶等组成的粘结剂，其具有高的耐温性和高温稳定性，形成的陶瓷涂层耐高温、化学稳定性好。

此外，本发明无机涂料投资少、见效快，不需对炉窑金属工艺管线进行特殊的改造便可正常施工，且无毒无味、无腐蚀性，社会效益和经济效益都将十分可观。

本发明涂料的组成及其重量份数为：二氧化钛4-8份、氧化铁0.5-1份、氧化锌7-11份、二氧化锰2-5份、三氧化铬2-6份、氧化铯3-8份、氧化镁4-9份、碳酸钙1-5份、金属银8-12份、五氧化二磷10-15份、发光粉1-4份、光稳定剂2-5份、光引发剂1-4份、紫外线吸收剂3-6份、抗氧化剂2-6份、氧化钴9-12份、钨金粉1-5份、硅粉1-6份、钡粉1-6份、钾0.4-1.2、分散剂0.1-0.8、纳米陶瓷0.5-4份，其中各固体组份粒度不低于850目。

根据本发明的一个优选实施方案，无机涂料的组成及其重量份数为：二氧化钛6份、氧化铁0.8份、氧化锌9份、二氧化锰4份、三氧化铬4份、氧化铯6份、氧化镁4份、碳酸钙3份、金属银10份、五氧化二磷12份、发光粉3份、光稳定剂3.5份、光引发剂3份、紫外线吸收剂4份、抗氧化剂3.5份、氧化钴11份、钨金粉4份、硅粉3份、钡粉3份、钾0.9、分散剂0.3、纳米陶瓷2份，其中各固9体组份粒度不低于850目。

根据本发明的一个优选实施方案，无机涂料的组成及其重量份数为：二氧化钛7份、氧化铁0.8份、氧化锌10份、二氧化锰3份、三氧化铬5份、氧化铯5.5份、氧化镁4.5份、碳酸钙3份、金属银11份、五氧化二磷10份、发光粉3份、光稳定剂2.5份、光引发剂4份、紫外线吸收剂3份、抗氧化剂3.5份、氧化钴12份、钨金粉3.5份、硅粉3.5份、钡粉2.5份、钾0.9、分散剂0.8、纳米陶瓷1份，其中各固9体组份粒度不低于850目。

本发明的一个实施方案涉及上述涂料的制备方法，包括：将上述原料分别按照上述配比混合，经过打磨、浸泡、加温反应、搅拌、混合、过滤后得到本发明涂料。

具体实施方式

以下实施例用于具体说明本发明，然而不能将本发明理解为仅仅包括以下实施例。

实施例一

涂料组分配比：

二氧化钛6份、氧化铁0.8份、氧化锌9份、二氧化锰4份、三氧化铬4份、氧化铯6份、氧化镁4份、碳酸钙3份、金属银10份、五氧化二磷12份、发光粉3份、光稳定剂3.5份、光引发剂3份、紫外线吸收剂4份、抗氧化剂3.5份、氧化钴11份、钨金粉4份、硅粉3份、钡粉3份、钾0.9、分散剂0.3、纳米陶瓷2份，其中各固9体组份粒度不低于850目。

涂料按配方比列配料，经过打磨、浸泡、加温反应、搅拌、混合、过滤、抽样、化验合格装桶得产品。

热震稳定性：按JB/T 3648.1-1994标准，在1000℃条件下，不低于5次。

耐火度：按GB/T 7322-2007标准，不低于1800℃。

体积密度：按YB/T 134-1998标准，在110℃×24h条件下，2.13g/cm³。

附着力(级)：按GB/T 9286-1998标准，为1-2级。

遮盖力：按GB/T 1726-1979(1989)标准，为100g/m²。

发射率：按GJB 2502.3-2006\GJB 5023.2-2003标准，在25℃温度下，0.92；在400℃温度下，0.96。

实施例二

涂料组分配比：

二氧化钛7份、氧化铁0.8份、氧化锌10份、二氧化锰3份、三氧化铬5份、氧化铯5.5份、氧化镁4.5份、碳酸钙3份、金属银11份、五氧化二磷10份、发光粉3份、光稳定剂2.5份、光引发剂4份、紫外线吸收剂3份、抗氧化剂3.5份、氧化钴12份、钨金粉3.5份、硅粉3.5份、钡粉2.5份、钾0.9、分散剂0.8、纳米陶瓷1份，其中各固9体组份粒度不低于850目。

按配方比列配料，经过打磨、浸泡、加温反应、搅拌、混合、过滤、抽样、化验合格装桶得产品。

耐火度：按GB/T 7322-2007标准，不低于1850℃。

体积密度：体积密度：按YB/T 134-1998标准，在110℃×24h条件下，2.15g/cm³。

附着力(级)：按GB/T 9286-1998标准，为1级。

遮盖力：按GB/T 1726-1979(1989)标准，为90g/m²。

发射率：按GJB 2502.3-2006\GJB 5023.2-2003标准，在25℃温度下，0.93；在400℃温度下，0.96。

将本发明耐高温强化吸收纳米涂料涂在用于试验的炉体内部，使用温度为900℃、1000℃、1100℃和1200℃的温度高温处理。

热辐射系数试验结果：

	未涂炉体	实施例1	实施例2
				900℃热辐射系数	0.45	0.93	0.94
1000℃热辐射系数	0.45	0.94	0.94
				1100℃热辐射系数	0.46	0.94	0.95
1200℃热辐射系数	0.47	0.95	0.96

将炉内金属工艺管线表面的热辐射系数由ε＝0.45～0.47，提高到ε＝0.94～0.96，极大地强化了炉内金属工艺管线表面吸收辐射热的能力，在较高温度下热辐射系数的改变更为明显。

本发明耐高温强化吸收纳米涂料喷涂前后节能效果的比较结果：

从表中数据可以看出，喷涂耐高温强化吸收纳米涂料后，辐射室外壁平均温度下降了13℃，炉膛温度降低了65℃，排烟温度降低了15℃，平均热效率提高1.63个百分点，达到了良好的节能效果。

将本发明耐高温强化吸收纳米涂料涂布在炉内金属工艺管线上后，使用数月表面仍然完好，没有出现裂纹、无脱落，对金属工艺管线起到了很好的保护作用，延长了其使用寿命。

Claims

1.一种耐高温强化吸收纳米涂料，其特征在于，该涂料的组成及其重量份数为：二氧化钛4-8份、氧化铁0.5-1份、氧化锌7-11份、二氧化锰2-5份、三氧化铬2-6份、氧化铯3-8份、氧化镁4-9份、碳酸钙1-5份、金属银8-12份、五氧化二磷10-15份、发光粉1-4份、光稳定剂2-5份、光引发剂1-4份、紫外线吸收剂3-6份、抗氧化剂2-6份、氧化钴9-12份、钨金粉1-5份、硅粉1-6份、钡粉1-6份、钾0.4-1.2、分散剂0.1-0.8、纳米陶瓷0.5-4份，其中各固体组份粒度不低于850目。

2.权利要求1所述的涂料，其组成及其重量份数为：二氧化钛6份、氧化铁0.8份、氧化锌9份、二氧化锰4份、三氧化铬4份、氧化铯6份、氧化镁4份、碳酸钙3份、金属银10份、五氧化二磷12份、发光粉3份、光稳定剂3.5份、光引发剂3份、紫外线吸收剂4份、抗氧化剂3.5份、氧化钴11份、钨金粉4份、硅粉3份、钡粉3份、钾0.9、分散剂0.3、纳米陶瓷2份，其中各固体组份粒度不低于850目。

3.权利要求1所述的涂料，其组成及其重量份数为：二氧化钛7份、氧化铁0.8份、氧化锌10份、二氧化锰3份、三氧化铬5份、氧化铯5.5份、氧化镁4.5份、碳酸钙3份、金属银11份、五氧化二磷10份、发光粉3份、光稳定剂2.5份、光引发剂4份、紫外线吸收剂3份、抗氧化剂3.5份、氧化钴12份、钨金粉3.5份、硅粉3.5份、钡粉2.5份、钾0.9、分散剂0.8、纳米陶瓷1份，其中各固体组份粒度不低于850目。

4.权利要求1-3任一权利要求所述的涂料的制备方法，包括：按所述涂料组分比例配料，后经过打磨、浸泡、加温反应、搅拌、混合、过滤步骤。

5.权利要求1-3任一权利要求所述的涂料用于300-1800℃温度的工业炉窑的用途。