CN105110766B - 陶瓷涂料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种陶瓷涂料，包括：3.0wt％～13.0wt％的有机粘结剂，11.0wt％～29.0wt％的无机粘结剂，8.6wt％～25wt％的填料，2.0wt％～3.0wt％的助剂以及余量的水；所述有机粘结剂为纯丙乳液，所述无机粘结剂为钠水玻璃，所述填料包括稀土氧化物、石墨和氮化硼。本申请还提供了所述陶瓷涂料在工业用炉中的应用。本申请所述陶瓷涂料中的组分相互协同作用，使其作为陶瓷涂层时具有较好的综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及陶瓷涂料及其应用。
背景技术
电站锅炉、石油化工加热炉以及中小工业锅炉等的生产运行中，煤粉锅炉沾污造成了锅炉安全运行的极大隐患，同时也会影响锅炉或加热炉的效率。高温换热表面沾污结渣直接导致换热能力下降，炉效降低，进而使换热表面受热不均，导致炉管热应力不均和被加热工质受热不均，同时炉膛温度升高还会引起炉管超温运行、氮氧化物生成以及排放加剧和排烟温度过高等问题；同时沾污结渣还会加剧换热表面腐蚀。上述问题直接影响企业的安全生产、节能减排、产品质量与产能，降低设备的使用寿命，给企业带来巨大损失。
针对上述沾污结渣的问题，传统的解决方法是加强吹灰、调整燃料、投运除焦剂、机械打焦等，但是上述方法并没有从根本上解决沾污结渣的问题，安全隐患仍然存在。
涂料是一类重要的工程材料，其是指涂布于物体表面在一定条件下能形成薄膜而具有保护、装潢、绝缘、防锈、防震或耐热等特殊功能的液体或固体材料。而陶瓷涂料是一种新型的环保功能材料，具有不粘、耐高温、高硬度、高耐候、耐腐蚀等诸多优点，是一种理想的涂料。
为了解决锅炉等生产运行中的沾污结渣问题，研究者研发了一系列的耐高温抗结渣陶瓷材料，为了强化上述锅炉在生产过程中的稳定性，研究者同时进一步强化了陶瓷涂料的性能，以期得到综合性能较好的陶瓷涂料，从而保证工业中锅炉等加热设备能够稳定运行。例如：申请号为201410687121.8的中国专利公开了一种耐高温抗沾污结渣陶瓷涂料，其包括：填料、粘结剂和水，其中填料包括氧化锆、氮化硅、碳化硅、二氧化钛、高岭土和稀土氧化物，该专利提供的陶瓷涂料可耐1050℃高温，但是该涂料综合性能仍然不是很高。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种综合性能较好的陶瓷涂料。
有鉴于此，本申请提供了一种陶瓷涂料，包括：
所述有机粘结剂为纯丙乳液，所述无机粘结剂为钠水玻璃；
所述填料包括稀土氧化物、石墨和氮化硼。
优选的，以所述陶瓷涂料为基，所述稀土氧化物的含量为0.1wt％～2.0wt％，所述石墨的含量为0.5wt％～5.0wt％，所述氮化硼的含量为8.0wt％～18.0wt％。
优选的，所述助剂包括成膜助剂、润滑剂和消泡剂中的一种或多种；所述稀土氧化物为氧化铈。
优选的，所述钠水玻璃的模数为2.0～2.9。
优选的，所述稀土氧化物的粒度为200～800nm，所述石墨的粒度为200～800nm，所述氮化硼的粒度为200～800nm。
优选的，所述有机粘结剂的含量为5wt％～10wt％，所述有机粘结剂的含量优选为7wt％～9wt％。
优选的，所述无机粘结剂的含量为13wt％～25wt％，所述无机粘结剂的含量优选为17wt％～22wt％。
优选的，所述稀土氧化物的含量为0.5wt％～1.5wt％，所述石墨的含量为1.0wt％～3.5wt％，所述氮化硼的含量为10wt％～15wt％，所述稀土氧化物的含量优选为0.8wt％～1.2wt％，所述石墨的含量优选为2.0wt％～3.0wt％，所述氮化硼的含量优选为11wt％～14wt％。
优选的，所述有机粘结剂的含量为8wt％，所述无机粘结剂的含量为20.0wt％，所述填料的含量为16.85wt％，所述助剂的含量为2.5wt％，余量的水；所述有机粘结剂为纯丙乳液，所述无机粘结剂为钠水玻璃；所述填料包括13wt％的氮化硼，2.8wt％的石墨与1.05wt％的稀土氧化物。
本申请还提供了上述方案所述的陶瓷涂料在工业用炉中的应用。
本申请提供了一种陶瓷涂料，包括：3.0wt％～13.0wt％的有机粘结剂，11.0wt％～29.0wt％的无机粘结剂，8.6wt％～25wt％的填料，2.0wt％～3.0wt％的助剂以及余量的水；所述有机粘结剂为纯丙乳液，所述无机粘结剂为钠水玻璃，所述填料包括稀土氧化物、石墨和氮化硼。本申请提供的陶瓷涂料中无机粘结剂钠水玻璃中的二氧化硅在第一次升温及高温状态下与其他无机组分反应形成共价键及陶瓷化，并且钠水玻璃中的钠有利于降低无机体系的成陶温度，使得陶瓷涂层具有更好的温度适应范围，同时填料中的稀土氧化物有利于晶粒细化，填充晶粒间隙形成网络，从而提高陶瓷涂层的高温与常温的韧性、热稳定性、耐高温腐蚀性、热力学特性等，氮化硼与石墨共同形成高性能的氮碳硼硅复合非金属氧化物陶瓷。综上，本申请上述组分协同作用，使陶瓷涂料作为陶瓷涂层时具有较好的综合性能，如：耐高温、高的换热性能、耐腐蚀、高发射率与抗沾污结渣等性能。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种陶瓷涂料，包括：
所述有机粘结剂为纯丙乳液，所述无机粘结剂为钠水玻璃；
所述填料包括稀土氧化物、石墨和氮化硼。
本申请提供的陶瓷涂料作为陶瓷涂层，其各组分以及各组分的含量通过合理优化匹配，使陶瓷涂料作为陶瓷涂层时具有较高的综合性能。
本申请提供了一种陶瓷涂料，其中无机粘结剂为钠水玻璃。所述钠水玻璃别名硅酸钠，分子式为Na2O·nSiO2。本申请陶瓷涂料作为涂层时，钠水玻璃中的二氧化硅在第一次升温及高温状态下与其他无机组分反应生成共价键及陶瓷化，同时钠水玻璃中的钠有利于降低无机体系的成陶温度，使得陶瓷涂层具有更好的温度适应范围。所述钠水玻璃的模数优选为2.0～2.9。本申请所述无机粘结剂的含量为11.0wt％～29.0wt％，在一些实施例中，所述无机粘结剂的含量优选为13.0wt％～25.0wt％，在一些实施例中，所述无机粘结剂的含量优选为17.0wt％～22.0wt％，在一些实施例中，所述无机粘结剂的含量优选为17.5wt％～20.5wt％。
本申请所述有机粘结剂为纯丙乳液。所述纯丙乳液是由多种丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸酯类以及功能性助剂多元聚，通过优化工艺共聚而成的乳液。所述纯丙乳液与无机粘结剂配合使用，使陶瓷涂料作为涂层具有较高的性能。本申请所述有机粘结剂的含量为3.0wt％～13.0wt％，在一些实施例中，所述有机粘结剂的含量优选为5.0wt％～10.0wt％，在一些实施例中，所述有机粘结剂的含量优选为7wt％～9wt％。
本申请所述填料与所述无机粘结剂、有机粘结剂共同配合，能够使由陶瓷涂料形成的涂层具有较好的性能。本申请所述填料包括稀土氧化物、石墨与氮化硼，其中所述稀土氧化物更优选为氧化铈。本申请所述填料中还可包括氧化锆、碳化硅和二氧化钛等常规填料。所述填料中氧化铈有利于晶粒细化，填充晶粒间隙形成网络，从而提高陶瓷涂层的高温与常温韧性、稳定性、耐高温腐蚀性、热力学特性等，同时氧化铈也会提高陶瓷涂层与金属基材的交界面的渗透与结合能力，提高陶瓷涂层与金属基材结合形成的复合材料的可靠性，综上可知，稀土氧化物氧化铈可全面提升陶瓷涂料形成的涂层的综合性能和可靠性。而所述氮化硼与石墨在升温过程及高温状态下能够形成高性能的氮碳硼硅复合金属氧化物陶瓷，有利于提高涂层的性能。以所述陶瓷涂层为基，本申请所述填料中优选包括0.1wt％～2.0wt％的稀土氧化物，0.5wt％～5.0wt％的石墨，8.0wt％～18.0wt％的氮化硼。在一些实施例中，所述填料优选包括0.5wt％～1.5wt％的稀土氧化物，1.0wt％～3.5wt％的石墨，10wt％～15wt％的氮化硼。本申请所述稀土氧化物的粒度D50为200～900nm，石墨的粒度D50为200～900nm，氮化硼D50的粒度为200～900nm，在一些实施例中，所述氧化铈的粒度优选为200～800nm，石墨的粒度优选为200～800nm，氮化硼的粒度优选为200～800nm。
本申请所述陶瓷涂料中还包括助剂，所述助剂为本领域技术人员熟知的助剂，可以为分散剂、润湿剂和消泡剂中的一种或多种。本申请中所述助剂的含量为2.0wt％～3.0wt％。本申请对所述助剂中各种组分的含量没有特别的限制，可根据陶瓷涂料的性能进行适当的调整。
作为优选方案，本申请所述陶瓷涂料，包括：
所述有机粘结剂为纯丙乳液，所述无机粘结剂为钠水玻璃；
所述填料包括13wt％的氮化硼，2.8wt％的石墨与1.05wt％的稀土氧化物。
本申请所述陶瓷涂料的制备方法按照本领域技术人员熟知的方式制备即可。为了使涂料中的各种组分更加均匀，本申请所述陶瓷涂料的制备方法优选按照下述步骤进行：
将粘结剂与水混合，得到粘结剂液体；
将所述填料经过细化处理后与所述粘结剂液体混合，再加入助剂，得到陶瓷涂料。
本申请还提供了所述陶瓷涂料在工业用炉中的应用。本申请陶瓷涂料可涂敷于上述工业用炉炉管表面以形成陶瓷涂层，保护工业用炉在使用过程中的稳定性。上述所述工业用炉可以为锅炉、窑炉和加热炉等本领域技术人员熟知的工业用炉。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的陶瓷涂料进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
将有机粘结剂、无机粘结剂与水混合，得到粘结剂液体，将细化后的填料加入至粘结剂液体中，再加入助剂搅拌均匀，过滤封装，得到陶瓷涂料，本实施例的陶瓷涂料各组分的含量如表1所示。
实施例2
陶瓷涂料的制备过程与实施例1相同，本实施例的陶瓷涂料各组分的含量如表1所示。
实施例3
陶瓷涂料的制备过程与实施例1相同，本实施例的陶瓷涂料各组分的含量如表1所示。
实施例4～8
陶瓷涂料的制备过程与实施例1相同，陶瓷涂料各组分的含量如表1所示。
将实施例1～8的陶瓷涂料，涂布于某200MW煤粉锅炉的水冷壁主燃区水冷壁表面，涂膜厚度为30～50μm。烘干固化后均按照国家或行业内通用检测标准对产品进行性能检测，检测结果如表2所示。
表1 实施例1～实施例8陶瓷涂料各组分含量与规格数据表
表2 实施例1～实施例4陶瓷涂料的性能参数数据表
表2 实施例5～实施例8陶瓷涂料的性能参数数据表(续表)
以上实施例中陶瓷涂料各配方的耐温范围130℃～850℃，硬度是合金钢的5～8倍；主要适用于金属基材。
采用实施实例2的配方，其对该电站煤粉锅炉的抗沾污结渣耐腐蚀耐磨损效果明显，锅炉煤种适应性增强，节省燃料0.8％，且氮氧化物的生成/排放减少了5％以上。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种陶瓷涂料，包括：
所述有机粘结剂为纯丙乳液，所述无机粘结剂为钠水玻璃；
所述填料包括稀土氧化物、石墨和氮化硼；
以所述陶瓷涂料为基，所述稀土氧化物的含量为0.1wt％～2.0wt％，所述石墨的含量为0.5wt％～5.0wt％，所述氮化硼的含量为8.0wt％～18.0wt％；
所述稀土氧化物的粒度为200～800nm，所述石墨的粒度为200～800nm，所述氮化硼的粒度为200～800nm；
所述助剂包括成膜助剂、润滑剂和消泡剂中的一种或多种；所述稀土氧化物为氧化铈；
所述钠水玻璃的模数为2.0～2.9。
2.根据权利要求1所述的陶瓷涂料，其特征在于，所述有机粘结剂的含量为5wt％～10wt％。
3.根据权利要求1所述的陶瓷涂料，其特征在于，所述有机粘结剂的含量为7wt％～9wt％。
4.根据权利要求1所述的陶瓷涂料，其特征在于，所述无机粘结剂的含量为13wt％～25wt％。
5.根据权利要求1所述的陶瓷涂料，其特征在于，所述无机粘结剂的含量为17wt％～22wt％。
6.根据权利要求1所述的陶瓷涂料，其特征在于，所述稀土氧化物的含量为0.5wt％～1.5wt％，所述石墨的含量为1.0wt％～3.5wt％，所述氮化硼的含量为10wt％～15wt％。
7.根据权利要求1所述的陶瓷涂料，其特征在于，所述稀土氧化物的含量为0.8wt％～1.2wt％，所述石墨的含量为2.0wt％～3.0wt％，所述氮化硼的含量为11wt％～14wt％。
8.根据权利要求1所述的陶瓷涂料，其特征在于，所述有机粘结剂的含量为8wt％，所述无机粘结剂的含量为20.0wt％，所述填料的含量为16.85wt％，所述助剂的含量为2.5wt％，余量的水；所述有机粘结剂为纯丙乳液，所述无机粘结剂为钠水玻璃；所述填料包括13wt％的氮化硼，2.8wt％的石墨与1.05wt％的稀土氧化物。
9.权利要求1至8任一项所述的陶瓷涂料在工业用炉中的应用。
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