CN106084908A - 一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，特征在于：它包括以下重量组份的原料，高辐射基料5份～30份，石英粉21份～40份，硅溶胶20份～35份，高岭土1份～6份，膨润土1份～6份，防老化剂2份～12份，分散剂0份～2份，成膜助剂0份～5份，去离子水5份～20份。本发明涂料在1500℃～1700℃高温下的红外辐射率保持在0.86～0.96，具有节能效率高、节能寿命长、且对玻璃液无任何污染等优点，适用于浮法玻璃熔窑、瓶罐玻璃熔窑和玻璃纤维熔窑等各种类型的玻璃熔窑。
Description
技术领域：
本发明涉及节能新材料领域，具体地说就是一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料及其制备方法。
背景技术：
红外辐射节能涂料是一种具有高吸收、高辐射的无机涂料，广泛应用于冶金、有色和耐火材料制造等行业的高温窑体，主要用于吸收并辐射热能、阻隔热源透过机体散热，是一种新型节能材料。红外辐射节能涂料在节约能源的同时，可强化窑体内部的辐射传热，有效提高高温窑体的热利用效率和产品质量、产量；对高温窑体的耐火材料起到一定的保护作用，延长窑体的使用寿命，而且还能减少二氧化碳的排放量，产生环保效应。
在玻璃行业（包括平板玻璃、玻璃纤维、瓶罐玻璃），红外辐射节能涂料一直没有得到任何应用。这是因为现有的红外辐射节能涂料多以过渡金属氧化物、稀土金属氧化物、重金属氧化物、难熔金属化合物以及易氧化材料为辐射基料，前者会对玻璃液产生着色、结石等玻璃缺陷，而以易氧化材料为基料的红外辐射涂料在高温下容易被氧化；而且现有的红外辐射节能涂料，在高温下容易与玻璃熔窑的窑体基材发生共熔反应，降低玻璃熔窑耐火材料的使用性能。
发明内容：
本发明就是为了克服现有技术中的不足，提供一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料及其制备方法。
本发明提供以下技术方案：
一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，特征在于：它包括以下重量组份的原料，高辐射基料5份～30份，石英粉21份～40份，硅溶胶20份～35份，高岭土1份～6份，膨润土1份～6份，防老化剂2份～12份，分散剂 0份～2份，成膜助剂0份～5份，去离子水5份～20份。
在上述技术方案的基础上，还可以有以下技术方案：
所述的高辐射基料由复合硅质高辐射料、硼化硅、硼化锆、硼化钡、硼化镧、碳化硼、碳化硅、碳化钇、硅化钼、硅化钨中的任意一种或任意两种以上构成。
所述的石英粉为高纯石英粉，其二氧化硅含量≥99.2%、氧化铁含量≤0.04%、氧化铝含量≤0.30%、粒度分布D99≤5μm、烧失量≤0.30%。
所述的硅溶胶为单分散高纯硅溶胶，其二氧化硅含量≥30.0%、Na含量≤0.10%，pH≥8.5、粒度≤20nm、NaSO4含量≤0.02%。
所述的防老化剂由氧化硼、硼酸、硼玻璃粉、硼硅玻璃粉中的任意一种或任意两种以上构成。
所述的分散剂由四甲基氢氧化铵、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸铵、柠檬酸三铵中的任意一种或任意两种以上构成。
所述的成膜助剂由苯丙乳液、聚乙烯醇、聚乙二醇、淀粉及其衍生物、阿拉伯树胶、明胶、羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素中的任意一种或任意两种以上构成。
所述红外高辐射节能涂料的粉料组份的颗粒粒径均在2000目以上。
本发明提供的一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：
将各固体粉料原料配比称量、预混，各液料原料称量、高剪切混合；然后将预混的粉料超细化1～3次，再缓慢加入到高剪切搅拌的液料中，固液充分搅拌均匀后，然后进行微纳米化研磨、分散1～5次，制成具有一定流动性的粘稠状悬浮性流体，得到玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，该红外高辐射节能涂料的平均粒度≤3μm、pH为8～9.5。
本发明的优点在于：
本发明提供的玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，采用在高温下具有稳定高辐射率的辐射基料，使涂层在玻璃熔窑的高温环境下具有高吸收率和高辐射率；采用高纯石英粉，并加入单分散高纯硅溶胶，使涂料的二氧化硅含量与玻璃熔窑的基材相近，杂质含量极低，且通过单分散高纯硅溶胶的化学惰性、耐热性、良好分散性、粒度范围窄、粒径小、高温粘结性能强等特点，将辐射基料与石英粉的颗粒等包裹起来，在干燥过程中，颗粒表面的羟基基团通过分离出来的水，形成硅氧烷键(Si-O-Si)，产生聚结和交织结合，颗粒形成强大的粘合和凝聚键，使得涂料与基材在烧结前后很好的粘结在一起；高岭土和膨润土有效提高涂料浆料的稳定性，并改善涂料的喷涂性能；防老化剂进一步的提高了涂料在玻璃熔窑内高温下的长期稳定性；分散剂与成膜助剂，改善了涂料浆料的混合均匀性、成膜性和粘结性。
此外，本发明的玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，在1500℃～1700℃高温下的红外辐射率长期保持在0.86～0.96，在玻璃熔窑的内表面喷涂0.2mm～0.4mm厚度后，可产生4～16%的节能效率、节能寿命3～7年；且对玻璃不产生着色、结石等任何污染与影响；适用于浮法玻璃熔窑、瓶罐玻璃熔窑和玻璃纤维熔窑等各种类型的玻璃熔窑。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明做进一步详细的说明
实施例1：
一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，将各原料按照以下重量组份称量：高辐射基料17份，石英粉29份，硅溶胶28份，高岭土3份，膨润土2份，防老化剂8份，分散剂1份，成膜助剂2份，去离子水10份。
其中，高辐射基料是由以下重量配比的原料组成：50%的复合硅质高辐射料，20%的硼化硅，20%碳化硼，5%硼化钡，5%硼化镧。
防老化剂是由以下重量配比的原料组成：60%硼玻璃粉、40%氧化硼。
分散剂是由以下重量配比的原料组成：70%聚丙烯酰胺，30%四甲基氢氧化铵。
成膜助剂是由以下重量配比的原料组成：50%苯丙乳液，30%聚乙烯醇，20%阿拉伯树胶组成。
一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料的制备方法，它包括以下步骤：首先将各固体粉料原料配比称量、预混，将各液料原料称量进行高剪切混合；然后将预混的粉料超细化2次，再缓慢加入到高剪切搅拌的液料中，固液充分搅拌均匀后，然后通过砂磨机进行微纳米化研磨，反复研磨分散3次，制备得到平均粒度为1μm、pH为9的玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料。
本实施例中的玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，在1500℃、1600℃和1700℃下的辐射率分别为0.90、0.92和0.95；喷涂或涂刷在玻璃熔窑的大碹表面，干燥并固化形成0.3mm厚的红外高辐射涂层，可产生12%的节能效率，节能寿命长达5年。
实施例2：
一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，将各原料按照以下重量组份称量：高辐射基料7份，石英粉38份，硅溶胶26份，高岭土3份，膨润土5份，防老化剂2份，分散剂1.2份，成膜助剂5份，去离子水12.8份。
其中，高辐射基料是由以下重量配比的原料组成：40%的复合硅质高辐射料，20%的硼化硅，20%的硼化锆，20%的碳化硅。
防老化剂是由以下重量配比的原料组成：60%的硼硅玻璃粉，40%的硼酸。
分散剂是由以下重量配比的原料组成：60%的聚丙烯酸铵，40%的柠檬酸三铵。
成膜助剂是由以下重量配比的原料组成：40%的苯丙乳液，20%的聚乙烯醇，20%的聚乙二醇，20%的淀粉。
一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料的制备方法，它包括以下步骤：首先将各固体粉料原料配比称量、预混，将各液料原料称量进行高剪切混合；然后将预混的粉料超细化3次，再缓慢加入到高剪切搅拌的液料中，固液充分搅拌均匀后，然后通过砂磨机进行微纳米化研磨，反复研磨分散2次，制备得到平均粒度为1μm、pH为9的玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料。
本实施例中的玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，在1500℃、1600℃和1700℃下的辐射率分别为0.88、0.90和0.95；喷涂或涂刷在玻璃熔窑的大碹表面，干燥并固化形成0.2mm厚的红外高辐射涂层，可产生4%的节能效率，节能寿命长达3年。
实施例3：
一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，将各原料按照以下重量组份称量：高辐射基料10份，石英粉31份，硅溶胶23份，高岭土3.5份，膨润土1份，防老化剂7份，分散剂1份，成膜助剂3.5份，去离子水20份。
其中，高辐射基料是由以下重量配比的原料组成：70%的复合硅质高辐射料，10%的碳化硼，10%的碳化钇，10%的硅化钼。
防老化剂是由以下重量配比的原料组成：50%的氧化硼，50%的硼酸。
分散剂是由以下重量配比的原料组成：60%的聚丙烯酸铵，40%的聚丙烯酰胺。
成膜助剂是由以下重量配比的原料组成：40%的明胶，40%的羧甲基纤维素，20%的甲基纤维素。
一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料的制备方法，它包括以下步骤：首先将各固体粉料原料配比称量、预混，将各液料原料称量进行高剪切混合；然后将预混的粉料超细化1次，再缓慢加入到高剪切搅拌的液料中，固液充分搅拌均匀后，然后通过砂磨机进行微纳米化研磨，反复研磨分散5次，制备得到平均粒度为1μm、pH为8.5的玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料。
本实施例中的玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，在1500℃、1600℃和1700℃下的辐射率分别为0.86、0.89和0.96；喷涂或涂刷在玻璃熔窑的大碹表面，干燥并固化形成0.4mm厚的红外高辐射涂层，可产生9%的节能效率，节能寿命长达5年。
实施例4：
一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，将各原料按照以下重量组份称量：高辐射基料26份，石英粉21份，硅溶胶32份，高岭土1组份，膨润土1份，防老化剂12份，分散剂0.5份，成膜助剂1.5份，去离子水5份。
其中，高辐射基料是由以下重量配比的原料组成：65%的复合硅质高辐射料，15%的硼化硅，15%的碳化钇，5%的硅化钨。
防老化剂是由以下重量配比的原料组成：70%的硼硅玻璃粉，30%的硼酸。
分散剂是由以下重量配比的原料组成：50%的四甲基氢氧化铵，50%的聚丙烯酸铵。
成膜助剂是由以下重量配比的原料组成：40%的苯丙乳液，30%的乙基纤维素，30%的羟乙基纤维素。
一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料的制备方法，它包括以下步骤：首先将各固体粉料原料配比称量、预混，将各液料原料称量进行高剪切混合；然后将预混的粉料超细化1次，再缓慢加入到高剪切搅拌的液料中，固液充分搅拌均匀后，然后通过砂磨机进行微纳米化研磨，反复研磨分散4次，制备得到平均粒度为1μm、pH为9.5的玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料。
本实施例中的玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，在1500℃、1600℃和1700℃下的辐射率分别为0.89、0.93和0.96；喷涂或涂刷在玻璃熔窑的大碹表面，干燥并固化形成0.3mm厚的红外高辐射涂层，可产生16%的节能效率，节能寿命长达6年。
实施例5：
一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，将各原料按照以下重量组份称量：高辐射基料30份，石英粉23份，硅溶胶20份，高岭土5份，膨润土3.5份，防老化剂11份，分散剂0.5份，成膜助剂1份，去离子水6份。
其中，高辐射基料是由以下重量配比的原料组成：75%的复合硅质高辐射料，10%的硼化锆，10%的硼化钡，5%的硅化钨。
防老化剂是由以下重量配比的原料组成：65%的硼玻璃粉，35%的硼硅玻璃粉。
分散剂是由以下重量配比的原料组成：80%的聚丙烯酸铵，20%的柠檬酸三铵。
成膜助剂是由以下重量配比的原料组成：40%的苯丙乳液，20%的聚乙烯醇，20%的聚乙二醇，20%的羧甲基纤维素。
一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料的制备方法，它包括以下步骤：首先将各固体粉料原料配比称量、预混，将各液料原料称量进行高剪切混合；然后将预混的粉料超细化2次，再缓慢加入到高剪切搅拌的液料中，固液充分搅拌均匀后，然后通过砂磨机进行微纳米化研磨，反复研磨分散2次，制备得到平均粒度为1μm、pH为8的玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料。
本实施例中的玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，在1500℃、1600℃和1700℃下的辐射率分别为0.87、0.90和0.96；喷涂或涂刷在玻璃熔窑的大碹表面，干燥并固化形成0.4mm厚的红外高辐射涂层，可产生14%的节能效率，节能寿命长达7年。
实施例6：
一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，将各原料按照以下重量组份称量：高辐射基料12份，石英粉39份，硅溶胶25份，高岭土2份，膨润土1.5份，防老化剂4份，分散剂2份，成膜助剂0.5份，去离子水14份。
其中，高辐射基料是由以下重量配比的原料组成：55%复合硅质高辐射料、25%硼化硅、10%硼化镧、10%碳化硅。
防老化剂是由以下重量配比的原料组成：40%氧化硼、30%硼玻璃粉、30%硼硅玻璃粉。
分散剂是由以下重量配比的原料组成：35%四甲基氢氧化铵、35%聚丙烯酰胺、30%聚丙烯酸铵。
成膜助剂是由以下重量配比的原料组成：30%聚乙二醇、30%淀粉衍生物、20%阿拉伯树胶、20%明胶。
一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料的制备方法，它包括以下步骤：首先将各固体粉料原料配比称量、预混，将各液料原料称量进行高剪切混合；然后将预混的粉料超细化1次，再缓慢加入到高剪切搅拌的液料中，固液充分搅拌均匀后，然后通过砂磨机进行微纳米化研磨，反复研磨分散3次，制备得到平均粒度为1μm、pH为9的玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料。
本实施例中的玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，在1500℃、1600℃和1700℃下的辐射率分别为0.89、0.90和0.93；喷涂或涂刷在玻璃熔窑的大碹表面，干燥并固化形成0.2mm厚的红外高辐射涂层，可产生10%的节能效率，节能寿命长达5年。
实施例7：
一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，将各原料按照以下重量组份称量：高辐射基料9份，石英粉30份，硅溶胶35份，高岭土2.5份，膨润土6份，防老化剂3份，分散剂1.5份，成膜助剂4份，去离子水9份。
其中，高辐射基料是由以下重量配比的原料组成：30%复合硅质高辐射料、20%硼化钡、20%碳化硼、15%硅化钼、15%碳化硅。
防老化剂是由以下重量配比的原料组成：45%硼酸、35%硼玻璃粉、20%硼硅玻璃粉。
分散剂是由以下重量配比的原料组成：65%聚丙烯酸铵、20%聚丙烯酰胺、15%柠檬酸三铵。
成膜助剂是由以下重量配比的原料组成：35%聚乙二醇、35%淀粉衍生物、10%明胶、10%羟乙基纤维素。
一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料的制备方法，它包括以下步骤：首先将各固体粉料原料配比称量、预混，将各液料原料称量进行高剪切混合；然后将预混的粉料超细化3次，再缓慢加入到高剪切搅拌的液料中，固液充分搅拌均匀后，然后通过砂磨机进行微纳米化研磨，反复研磨分散1次，制备得到平均粒度为1μm、pH为9.5的玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料。
本实施例中的玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，在1500℃、1600℃和1700℃下的辐射率分别为0.89、0.91和0.94；喷涂或涂刷在玻璃熔窑的大碹表面，干燥并固化形成0.3mm厚的红外高辐射涂层，可产生7%的节能效率，节能寿命长达4年。
实施例8：
一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，将各原料按照以下重量组份称量：高辐射基料20份，石英粉23份，硅溶胶21份，高岭土2.5份，膨润土3份，防老化剂10份，分散剂1份，成膜助剂1.5份，去离子水18份。
其中，高辐射基料是由以下重量配比的原料组成：75%复合硅质高辐射料、10%硼化硅、5%硼化锆、5%硼化镧、5%硅化钼。
防老化剂是由以下重量配比的原料组成：40%硼玻璃粉、40%硼硅玻璃粉、20%硼酸。
分散剂是由以下重量配比的原料组成：55%聚丙烯酸铵、30%四甲基氢氧化铵、15%聚丙烯酰胺。
成膜助剂是由以下重量配比的原料组成：30%苯丙乳液、25%聚乙二醇、25%聚乙烯醇、20%羧甲基纤维素。
一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料的制备方法，它包括以下步骤：首先将各固体粉料原料配比称量、预混，将各液料原料称量进行高剪切混合；然后将预混的粉料超细化2次，再缓慢加入到高剪切搅拌的液料中，固液充分搅拌均匀后，然后通过砂磨机进行微纳米化研磨，反复研磨分散2次，制备得到平均粒度为1μm、pH为8的玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料。
本实施例中的玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，在1500℃、1600℃和1700℃下的辐射率分别为0.87、0.92和0.96；喷涂或涂刷在玻璃熔窑的大碹表面，干燥并固化形成0.3mm厚的红外高辐射涂层，可产生13%的节能效率，节能寿命长达6年。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，特征在于：它包括以下重量组份的原料，高辐射基料5份～30份，石英粉21份～40份，硅溶胶20份～35份，高岭土1份～6份，膨润土1份～6份，防老化剂2份～12份，分散剂 0份～2份，成膜助剂0份～5份，去离子水5份～20份。
2.根据权利要求1所述的一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，其特征在于：所述的高辐射基料由复合硅质高辐射料、硼化硅、硼化锆、硼化钡、硼化镧、碳化硼、碳化硅、碳化钇、硅化钼、硅化钨中的任意一种或任意两种以上构成。
3.根据权利要求1所述的一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，其特征在于：所述的石英粉为高纯石英粉，其二氧化硅含量≥99.2%、氧化铁含量≤0.04%、氧化铝含量≤0.30%、粒度分布D99≤5μm、烧失量≤0.30%。
4.根据权利要求1所述的一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，其特征在于：所述的硅溶胶为单分散高纯硅溶胶，其二氧化硅含量≥30.0%、Na含量≤0.10%，pH≥8.5、粒度≤20nm、NaSO4含量≤0.02%。
5.根据权利要求1所述的一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，其特征在于：所述的防老化剂是由氧化硼、硼酸、硼玻璃粉、硼硅玻璃粉中的任意一种或任意两种以上构成。
6.根据权利要求1所述的一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，其特征在于：所述的分散剂由四甲基氢氧化铵、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸铵、柠檬酸三铵中的任意一种或任意两种以上构成。
7.根据权利要求1所述的一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，其特征在于：所述的成膜助剂由苯丙乳液、聚乙烯醇、聚乙二醇、淀粉及其衍生物、阿拉伯树胶、明胶、羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素中的任意一种或任意两种以上构成。
8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7中所述的一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，其特征在于：所述红外高辐射节能涂料的粉料组份的颗粒粒径均在2000目以上。
9.根据权利要求1中所述的一种玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：首先将各固体粉料原料配比称量、预混，各液料原料称量、高剪切混合；然后将预混的粉料超细化1～3次，再缓慢加入到高剪切搅拌的液料中，固液充分搅拌均匀后，然后进行微纳米化研磨、分散1～5次，制成具有一定流动性的粘稠状悬浮性流体，得到玻璃熔窑用红外高辐射节能涂料，且所得的红外高辐射节能涂料的平均粒度≤3μm、pH为8～9.5。
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