CN104788076A - 一种镁基无机隔热涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种镁基无机隔热涂料及其制备方法，其中，所述镁基无机隔热涂料包括胶结材料、功能材料和改性剂。与现有技术相比，本发明实施例中提供胶结材料中不含Cl-，所制备的隔热涂层在服役过程中不会锈蚀钢筋部件。另外，该涂料可以只在工厂生产固体组分，所需的液体组分在施工现场按比例取用自来水即可。该生产方法方便产品的包装、运输和储存，降低了相关生产和储运环节中的成本。
Description
技术领域
本发明涉及隔热涂料领域，尤其涉及一种用硫氧镁胶凝材料作为胶结材料的的镁基无机隔热涂料及其制备方法。
背景技术
太阳辐射是地球的主要热源。地面上的房屋、储物容器（如油品储罐和集装箱）及大型土木工程结构（如桥梁和高速铁路轨道板）受太阳辐照后，内部温度会升高。房屋内部温度升高将降低人们居住的舒适感；储物容器内部温度升高将加速或导致储物损失或变质，甚至出现安全隐患；大型土木工程结构受太阳辐照后将在结构内部产生温度应变，引起结构变形，导致结构失效。
在房屋外墙及屋顶、储物容器外壁和土木工程结构外表面涂刷隔热涂料是降低它们内部温度的有效措施。目前常用的隔热涂料根据其使用的成膜材料可分为2大类：一类是以树脂为成膜材料的有机隔热涂料，如CN102453427、CN102002293、CN102702813、CN102229765、CN102206445和CN101875805等专利中所介绍的产品。这些专利中介绍的有机隔热涂料避免了甲醛等有毒有害有机溶剂的使用，但仍然需要用到丙酮等溶剂，因而在生产或施工过程中不可避免会释放出VOCs；另一类是以碱金属硅酸盐、硅溶胶或磷酸盐为成膜材料制备成的隔热涂料，如专利CN103289467中所介绍的产品，该类产品在制备及使用过程中都不会释放出VOCs。
现有的一些无机隔热涂料表现出优异的隔热性能。但这些涂料对钢材有强的腐蚀性，因而其应用领域受到限制。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种镁基无机隔热涂料及其制备方法，旨在解决无机隔热涂料其对钢材具有腐蚀性、应用领域受限的问题。
本发明的技术方案如下：
一种镁基无机隔热涂料，其中，所述镁基无机隔热涂料包括胶结材料、功能材料和改性剂。
所述的镁基无机隔热涂料，其中，所述胶结材料包括活性氧化镁、硫酸镁和水。
所述的镁基无机隔热涂料，其中，所述功能材料包括中空玻璃微珠、中空陶瓷微珠、钛白粉、立德粉和颜料中的一种或多种。
所述的镁基无机隔热涂料，其中，所述的改性剂包括磷酸、磷酸盐、羧酸、粉煤灰、硅灰、矿渣、硅藻土、纳米SiO2中的一种或多种。
所述的镁基无机隔热涂料，其中，按质量份计，活性氧化镁为0.15~0.35份、硫酸镁为0.048~0.21份、水为0.33~0.60份、功能材料为0.01~0.30份、改性剂为0.0002~0.15份。
一种如上所述的镁基无机隔热涂料的制备方法，其中，包括步骤：
将原料中的难溶组分混合均匀得到A组分，将原料中的可溶性化合物溶于水中配制成溶液得到B组分；使用时将A组分和B组分混合、搅拌均匀，即可得到待用的镁基无机隔热涂料。
所述的制备方法，其中，所述胶结材料包括活性氧化镁、硫酸镁和水；所述硫酸镁由活性氧化镁与硫酸制备；
在活性氧化镁中直接加入硫酸，待反应完成后，继续加入原料中的难溶组分并混合均匀得到A组分；将原料中的可溶性化合物溶于水中配制成溶液得到B组分；使用时将A组分和B组分混合、搅拌均匀，即可得到待用的镁基无机隔热涂料。
所述的制备方法，其中，原料中的可溶性化合物直接以固体形式部分或全部混合于A组分中，余下部分则溶解于B组分中。
所述的制备方法，其中，在活性氧化镁中直接加入硫酸时，MgO与H2SO4的质量比为3：1~16:1。
所述的制备方法，其中，硫酸的质量分数为50%~98%。
有益效果：与现有技术相比，本发明所制备的隔热涂层在使用过程中不会锈蚀钢筋部件。另外，该涂料可以只在工厂生产固体组分，所需的液体组分在施工现场按比例取用自来水即可。该生产方法方便产品的包装、运输和储存，降低了相关生产和储运环节中的成本。
附图说明
图1为本发明实施例测试模拟隔热效果的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种镁基无机隔热涂料及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的镁基无机隔热涂料包括胶结材料、功能材料和改性剂。
其中，所述胶结材料包括活性氧化镁、硫酸镁和水。
所述功能材料包括：中空玻璃微珠、中空陶瓷微珠、钛白粉、立德粉和颜料中的一种或多种组成；
所述的改性剂包括磷酸、磷酸盐、羧酸（如柠檬酸、苹果酸、酒石酸、草酸、乳酸、马来酸或乙二胺四乙酸等）、羧酸盐、粉煤灰、硅灰、矿渣、硅藻土、纳米SiO2中的一种或多种。
进一步，所述的镁基无机隔热涂料包括：活性氧化镁为0.15~0.35份、硫酸镁为0.048~0.21份、水为0.33~0.60份、功能材料为0.01~0.30份、改性剂为0.0002~0.15份。
本发明的镁基无机隔热涂料的制备方法，包括：
将原料中的难溶组分混合均匀得到A组分，将原料中的可溶性化合物溶于水中配制成溶液得到B组分；使用时将A组分和B组分混合、搅拌均匀，即可得到待用的镁基无机隔热涂料。
具体可用3种方法制备镁基无机隔热涂料：
方法1（P1）：将原料中的难溶物混合、搅拌均匀，制作成A组分（固体组分），各组分中的可溶性化合物全部溶于水，制作成B组分（液体组分）。
方法2（P2）：各组分中的难溶物和部分可溶性化合物混合、搅拌均匀，制作成A组分，各组分中的剩余可溶性化合物溶于水，制作成B组分。
方法3（P3）：全部的固态原料混合、搅拌均匀，制作成A组分，在施工现场按计量取水，即为B组分。
使用时将A组分和B组分混合、搅拌均匀，即可得到待用的镁基无机隔热涂料。
所述的镁基无机隔热涂料制备方法，方法2和方法3的制备步骤还可以是：
所述硫酸镁由活性氧化镁与硫酸制备；在活性氧化镁中直接加入硫酸，待反应完成后，继续加入功能材料和改性剂中的难溶组分并混合均匀（A组分）；将改性剂中的可溶性化合物溶于水中配制成溶液（B组分）。使用时将A组分和B组分混合、搅拌均匀，即可得到待用的镁基无机隔热涂料。
组分中的硫酸镁及改性剂中的可溶性化合物也可直接以固体形式部分或全部混合于A组分中，余下部分则溶解于B组分中（方法2）。
在活性氧化镁中直接加入硫酸时，MgO与H2SO4的质量比为4~13。
在活性氧化镁中直接加入硫酸的质量分数为50%~98%。
与现有技术相比，本发明实施例中提供镁基无机隔热涂料及其制备方法，由MgO、MgSO4和H2O在改性剂的作用下水化形成5Mg(OH) 2·MgSO4·7H2O（517相）。517相将涂料中的功能材料胶结于被喷涂物的表面，形成牢固的隔热涂层。
在水化形成的隔热涂层中，钛白粉和（或）立德粉对太阳辐射中的可见光和红外线有强烈的反射作用，可反射太阳辐射中的大部分热量；中空陶瓷微珠可将涂层吸收的热量辐射出去；中空玻璃微珠和（或）中空陶瓷微珠及517相具较低的导热系数，可阻隔和延缓涂层表面吸收的热量向涂层下表面传递。
在此基础上，隔热涂层材料在涂覆后可以形成多层结构。每个相邻层的厚度di和dj以及它们的折射率ni和nj以满足关系nidi+njdj= λk/4﹣λk/2（其中λk为入射波k的波长），那么包含在k波中的热辐射能将被高度反射。因此，通过多层结构中di和dj以及ni和nj的不同预期组合，可进一步阻断大多数可见光和红外光波。
因此，通过反射来自太阳光波所携带的热辐射、对外辐射涂层吸收的热量及阻隔并延缓热量向涂层下的传递，可使涂层覆盖物内部的温度保持在较低值。
与其它隔热涂层及其相应的技术方案相比较，本发明的镁基无机隔热涂料除具备传统隔热涂料的优点外，还具备以下优点：
1、该无机隔热涂料中不含有腐蚀金属的Cl-，不会腐蚀服役目标中的钢筋部件。因此可将其应用领域扩展用于桥梁、集装箱及高速铁路轨道板等设施或设备的隔热降温。
2、由于在实施的技术方案中，改性剂和功能材料可与胶结材料中的固体组分预先混合，再加水搅拌制备涂料。该无机隔热涂料中固体组分可在工厂集中生产，水则可在施工现场取用。将涂料中的固相组分和液相组分分离生产和取用后，可简化产品的储藏和运输并大幅降低产品的储藏和运输成本。
3、由于胶结料中的硫酸镁可由硫酸和活性氧化镁直接混合制备，且可利用工业生产过程中的副产硫酸作为原料，因此本发明产品的原料来源广泛。
实施例1
取0.35份活性氧化镁、0.035份钛白粉，混合均匀，制备A组分；取0.15份硫酸镁和0.0018分磷酸二氢钾溶解于0.46份水中，制备B组分。
将A组分和B组分混合，搅拌均匀，喷涂于20×20×6mm的纤维水泥板上，表面干燥时间为35min，涂层厚度为0.5mm。待涂层固化后，按照JG/T 26-2002检测储存稳定性、耐洗刷性、耐水性、耐碱性、耐温变性和耐人工老化性能均合格。按照图1所示装置，用红外灯照射90分钟后，测得纤维水泥板下表面温度为53.0℃；相同条件下，未涂覆涂层的纤维水泥板下表面的温度为74.4℃。
实施例2
取0.24份活性氧化镁和0.024份功能材料（0.014份中空玻璃微珠和0.01份立德粉），混合均匀，制备A组分；取0.14份硫酸镁和0.0012份磷酸溶解于0.60份水中，制备B组分。
将A组分和B组分混合，搅拌均匀，喷涂于20×20×6mm的纤维水泥板上，表面干燥时间为30min，涂层厚度为0.5mm。待涂层固化后，按照JG/T 26-2002检测储存稳定性、耐洗刷性、耐水性、耐碱性、耐温变性和耐人工老化性能均合格。按照图1所示装置，用红外灯照射90分钟后，测得纤维水泥板下表面温度为56.7℃。
实施例3
取0.19份活性氧化镁、0.19份功能材料（0.05份中空陶瓷微珠、0.05份中空玻璃微珠、0.05份钛白粉、0.048份立德粉和0.001份氧化铁黑色颜料）和0.0009份柠檬酸，混合均匀，制备A组分；取0.048份硫酸镁溶解于0.57份水中，制备B组分。
将A组分和B组分混合，搅拌均匀，喷涂于20×20×6mm的纤维水泥板上，表面干燥时间为32min，涂层厚度为0.5mm。待涂层固化后，按照JG/T 26-2002检测储存稳定性、耐洗刷性、耐水性、耐碱性、耐温变性和耐人工老化性能均合格。按照图1所示装置，用红外灯照射90分钟后，测得纤维水泥板下表面温度为48.2℃。
实施例4
取0.25份活性氧化镁、0.25份功能材料（0.15份中空玻璃微珠和0.01份钛白粉）和0.0002份柠檬酸钙，混合均匀，制备A组分；取0.125份硫酸镁溶解于0.375份水中，制备B组分。
将A组分和B组分混合，搅拌均匀，喷涂于20×20×6mm的纤维水泥板上，表面干燥时间为32min，涂层厚度为0.5mm。待涂层固化后，按照JG/T 26-2002检测储存稳定性、耐洗刷性、耐水性、耐碱性、耐温变性和耐人工老化性能均合格。按照图1所示装置，用红外灯照射90分钟后，测得纤维水泥板下表面温度为49.8℃。
实施例5
取0.15份活性氧化镁、0.12份功能材料（0.12份钛白粉）、0.09份外加剂（0.02份粉煤灰、0.02份矿渣、0.01份硅灰、0.029份硅藻土、0.01份纳米二氧化硅和0.001份酒石酸），混合均匀，制备A组分；取0.075份硫酸镁溶解于0.565份水中，制备B组分。
将A组分和B组分混合，搅拌均匀，喷涂于20×20×6mm的纤维水泥板上，表面干燥时间为41min，涂层厚度为0.5mm。待涂层固化后，按照JG/T 26-2002检测储存稳定性、耐洗刷性、耐水性、耐碱性、耐温变性和耐人工老化性能均合格。按照图1所示装置，用红外灯照射90分钟后，测得纤维水泥板下表面温度为47.0℃。
实施例6
取0.15份活性氧化镁、0.30份功能材料（0.15份中空陶瓷微珠和0.15份钛白粉）和0.0007份改性剂（0.0007份马来酸），混合均匀，制备A组分；取0.089份硫酸镁溶解于0.47份水中，制备B组分。
将A组分和B组分混合，搅拌均匀，喷涂于20×20×6mm的纤维水泥板上，表面干燥时间为32min，涂层厚度为0.5mm。待涂层固化后，按照JG/T 26-2002检测储存稳定性、耐洗刷性、耐水性、耐碱性、耐温变性和耐人工老化性能均合格。按照图1所示装置，用红外灯照射90分钟后，测得纤维水泥板下表面温度为46.2℃。
实施例7
取0.21份活性氧化镁、0.08份功能材料（0.02份钛白粉和0.06立德粉）、0.04份添加剂（0.03份硅藻土、0.005份乳酸、0.005份草酸），混合均匀，制备A组分；取0.078份硫酸镁溶解于0.59份水中，制备B组分。
将A组分和B组分混合，搅拌均匀，喷涂于20×20×6mm的纤维水泥板上，表面干燥时间为41min，涂层厚度为0.5mm。待涂层固化后，按照JG/T 26-2002检测储存稳定性、耐洗刷性、耐水性、耐碱性、耐温变性和耐人工老化性能均合格。按照图1所示装置，用红外灯照射90分钟后，测得纤维水泥板下表面温度为53.6℃。
实施例8
取0.28份活性氧化镁、0.15份硫酸镁、0.014份功能材料（0.01份钛白粉和0.004立德粉）、0.0014份乳酸，混合均匀，制备A组分；取0.06份硫酸镁（硫酸镁总计0.21份）溶解于0.50份水中，制备B组分。
将A组分和B组分混合，搅拌均匀，喷涂于20×20×6mm的纤维水泥板上，表面干燥时间为41min，涂层厚度为0.5mm。待涂层固化后，按照JG/T 26-2002检测储存稳定性、耐洗刷性、耐水性、耐碱性、耐温变性和耐人工老化性能均合格。按照图1所示装置，用红外灯照射90分钟后，测得纤维水泥板下表面温度为54.2℃。
实施例9
取21.33g活性氧化镁，加入质量分数为50%的硫酸溶液6.53g（MgO和H2SO4的质量比为16:1），待反应结束后加入5.0g钛白粉、5.0g中空玻璃微珠，0.1g磷酸二氢钾和0.1g乙二胺四乙酸，混合均匀，制备A组分；取44.1g水，即为B组分。
将A组分和B组分混合，搅拌均匀，制备浆料。该浆料的配比为：0.24份活性氧化镁、0.12份功能材料（0.06份钛白粉和0.06中空玻璃微珠）、0.0024份外加剂（0.0012份磷酸二氢钾和0.0012份乙二胺四乙酸），0.049份硫酸镁和0.58份水。
浆料喷涂于20×20×6mm的纤维水泥板上，表面干燥时间为41min，涂层厚度为0.5mm。待涂层固化后，按照JG/T 26-2002检测储存稳定性、耐洗刷性、耐水性、耐碱性、耐温变性和耐人工老化性能均合格。按照图1所示装置，用红外灯照射90分钟后，测得纤维水泥板下表面温度为51.6℃。
实施例10
取23.33g活性氧化镁，加入质量分数为75%的硫酸溶液10.90g（MgO和H2SO4的质量比为7:1），待反应结束后加入10g立德粉、10g中空陶瓷微珠，0.1g磷酸，0.05g苹果酸，0.05g琥珀酸，混合均匀，制备A组分；取48.3g水，即为B组分。
将A组分和B组分混合，搅拌均匀，制备浆料。该浆料的配比为：0.19份活性氧化镁、0.19份功能材料（0.095份立德粉和0.095中空陶瓷微珠）、0.002份外加剂（0.001份苹果酸和0.001份琥珀酸），0.098份硫酸镁和0.51份水。
浆料喷涂于20×20×6mm的纤维水泥板上，表面干燥时间为41min，涂层厚度为0.5mm。待涂层固化后，按照JG/T 26-2002检测储存稳定性、耐洗刷性、耐水性、耐碱性、耐温变性和耐人工老化性能均合格。按照图1所示装置，用红外灯照射90分钟后，测得纤维水泥板下表面温度为55.1℃。
实施例11
取26.7g活性氧化镁，加入质量分数为98%的硫酸溶液16.67g（MgO和H2SO4的质量比为4:1），待反应结束后加入8.0g立德粉、8.0g中空陶瓷微珠，8.0硅灰，8.0g粉煤灰，混合均匀，制备A组分；取32.7g水，即为B组分。
将A组分和B组分混合，搅拌均匀，制备浆料。该浆料的配比为：0.19份活性氧化镁，0.074份立德粉、0.074份中空陶瓷微珠，0.074份硅灰，0.074份粉煤灰，0.19份硫酸镁和0.33份水。
浆料喷涂于20×20×6mm的纤维水泥板上，表面干燥时间为41min，涂层厚度为0.5mm。待涂层固化后，按照JG/T 26-2002检测储存稳定性、耐洗刷性、耐水性、耐碱性、耐温变性和耐人工老化性能均合格。按照图1所示装置，用红外灯照射90分钟后，测得纤维水泥板下表面温度为53.3℃。
需要说明的是，在以上的实施例中，活性氧化镁均优选采用轻烧氧化镁粉，但仅是举例说明，不应理解为对本发明的限定。本发明提供的配方和制备方法也适用于其他活性氧化镁制备的镁基无机隔热涂料。
综上所述，与现有技术相比，本发明实施例中提供胶结材料中不含Cl-，所制备的隔热涂层在服役过程中不会锈蚀钢筋部件。另外，该涂料可以只在工厂生产固体组分，所需的液体组分在施工现场按比例取用自来水即可。该生产方法方便产品的包装、运输和储存，降低了相关生产和储运环节中的成本。本发明的产品避免了涂料组分腐蚀金属，除应用于外墙及屋顶，该涂料还可涂覆于桥梁、高速铁路轨道板及集装箱等表面，以降低这些工程结构和容器内部的温度，扩大了无机隔热涂料的应该领域。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种镁基无机隔热涂料，其特征在于，所述镁基无机隔热涂料包括胶结材料、功能材料和改性剂。
2.根据权利要求1所述的镁基无机隔热涂料，其特征在于，所述胶结材料包括活性氧化镁、硫酸镁和水。
3.根据权利要求1所述的镁基无机隔热涂料，其特征在于，所述功能材料包括中空玻璃微珠、中空陶瓷微珠、钛白粉、立德粉和颜料中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的镁基无机隔热涂料，其特征在于，所述的改性剂包括磷酸、磷酸盐、羧酸、粉煤灰、硅灰、矿渣、硅藻土、纳米SiO2中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的镁基无机隔热涂料，其特征在于，按质量份计，活性氧化镁为0.15~0.35份、硫酸镁为0.048~0.21份、水为0.33~0.60份、功能材料为0.01~0.30份、改性剂为0.0002~0.15份。
6.一种如权利要求1所述的镁基无机隔热涂料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
将原料中的难溶组分混合均匀得到A组分，将原料中的可溶性化合物溶于水中配制成溶液得到B组分；使用时将A组分和B组分混合、搅拌均匀，即可得到待用的镁基无机隔热涂料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述胶结材料包括活性氧化镁、硫酸镁和水；所述硫酸镁由活性氧化镁与硫酸制备；
在活性氧化镁中直接加入硫酸，待反应完成后，继续加入原料中的难溶组分并混合均匀得到A组分；将原料中的可溶性化合物溶于水中配制成溶液得到B组分；使用时将A组分和B组分混合、搅拌均匀，即可得到待用的镁基无机隔热涂料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，原料中的可溶性化合物直接以固体形式部分或全部混合于A组分中，余下部分则溶解于B组分中。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在活性氧化镁中直接加入硫酸时，MgO与H2SO4的质量比为3：1~16:1。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，硫酸的质量分数为50%~98%。
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| CN111747723A (zh) * | 2019-03-29 | 2020-10-09 | 河北工业大学 | 一种质轻、高强的发泡硫氧镁水泥及制备方法 |
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