CN106542758A - 一种陶瓷纳米喷涂工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷纳米喷涂工艺，步骤如下：制备陶瓷纳米高温结合剂，将疏水型纳米二氧化硅与水混合，有机表面活性剂搅拌；再加入无机分散剂，室温下超声震荡，待纳米二氧化硅分散均匀，待用；将纤维通过高压风机输送到喷枪中，同时将陶瓷纳米高温结合剂通过高压泵输送到喷枪中与纤维混合通过喷枪喷至作业面，烘干。本发明通过使用一种多组分表面活性剂，对疏水型纳米二氧化硅粉体进行电荷修饰，带有电荷的二氧化硅粉体在喷枪中与纤维形成吸附，无需其他步骤即可混合均匀，烘干后作业表面的陶瓷纳米喷涂料容重为0.2/cm3±10%，热面温度600℃时，导热系数小于0.060W/m·k，操作简单，在生产中节省工时和成本，并且可以在高温下长期使用。
Description
技术领域
本发明设计陶瓷纳米喷涂领域，特别是一种陶瓷纳米喷涂工艺。
背景技术
2014年我国能源消耗量居世界第一，能源利用效率低，碳排放量远远超过发达国家，节能减排作为解决能源短缺最有效的方法，强化保温是一种行之有效的措施。
1992年，美国学者Hunt A J在国家工程大会上首次提出绝热概念，在之后的二十多年间，绝热材料得到迅速发展，而近年来由于纳米材料的兴起，尤其是气凝胶材料作为无极绝热领域导热率最低的材料得到广泛的应用，其中以二氧化硅气凝胶材料表现尤其优异，但是由于二氧化硅气凝胶材料的固有强度低，脆性大以及容易开裂等缺点，限制了其在实际中的使用，于是引入纤维等增强体，提高材料本身的性能。国内外学者在此项目上进行了大量的研究，并取得了显著的成果。
授权公告号为CN1186298C公开了一种致密型陶瓷纤维喷涂衬里及其施工工艺，喷涂衬里由陶瓷纤维和高温结合剂组成，其中高温结合剂包含有2.8-3.2%的三氧化二铝微粉，3.3-3.7%二氧化硅微粉，0.9-1.1%三氧化二铝纳米粉，0.9-1.1%氨水，其余为水；陶瓷纤维喷涂衬里的施工工艺是在喷枪周边均匀设置设个雾化喷嘴，将高温结合剂成品经过高压泵打入雾化室，通过雾化喷嘴喷出雾状结合剂，该雾状结合剂与喷枪中喷出的陶瓷纤维在空气中高速混合，直接喷射至作业面，一次成型致密型陶瓷纤维喷涂衬里，其体积密度为0.3-0.49g/cm3。。具有强度高、防水性良好、抗热震性强，施工方便，成本低等优点。随着科技的发展，上述产品和工艺都有很大的改进空间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种陶瓷纳米喷涂工艺，它包括以下步骤：（1）制备陶瓷纳米高温结合剂，将重量比为2:8的疏水型纳米二氧化硅与水混合，加入10wt%的带有磺酸基、硫酸酯基、酰胺基、羟基、铵基以及氧乙烯基的亲水基团两种以上基团的有机表面活性剂搅拌；再加入3-5wt%的无机分散剂，室温下超声震荡，待纳米二氧化硅分散均匀后，即为陶瓷纳米高温结合剂，待用；（2）将长度为5mm-15mm的纤维通过高压风机输送到喷枪中，同时将陶瓷纳米高温结合剂通过高压泵输送到喷枪中与纤维混合后，通过喷枪喷至作业面，纤维与陶瓷纳米高温结合剂的质量比为4:6-6:4；（3）110℃-350℃下烘干24小时。
优选地，所述纤维与陶瓷纳米高温结合剂的质量比为1:1。
优选地，所述有机表面活性剂为至少带有羟基、磺酸基和酰胺基基团的表面活性剂。
优选地，所述有机表面活性剂为多羟基表面活性剂的醇溶液，所述多羟基表面活性剂为多羟基单元通过连接基团与具有3-36个碳原子的脂族残基连接。
优选地，所述连接基团为磺酸酯基团和酰氨基基团中的一种。
优选地，所述多羟基表面活性剂的连接基团为酰胺基。
优选地，所述无机分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、木质素磺酸钙、木质素磺酸钠中的一种或几种。
优选地，所述无机分散剂为3wt%。
优选地，所述烘干温度为110℃。
优选地，所述纳米二氧化硅粉体的平均粒径为30-80nm。
本发明陶瓷纳米喷涂工艺通过使用一种多组分表面活性剂，对疏水型纳米二氧化硅粉体进行电荷修饰，经过搅拌和超声震荡，使颗粒间电荷互斥达到稳定的悬浮液，带有电荷的二氧化硅粉体在喷枪中与纤维形成吸附，无需其他步骤即可混合均匀，烘干后作业表面的陶瓷纳米喷涂料容重为0.2/cm3±10%，热面温度600℃时，导热系数小于0.060W/m·k，操作简单，在生产中节省工时和成本，并且可以在高温下长期使用。
具体实施方式
本发明公开一种纳米陶瓷喷涂料及喷涂工艺，该绝热材料由一种陶瓷纳米高温结合剂与纤维相混合，在常压下混合烘干，制备简单，可以用在航空航天、兵器装备、钢铁冶金、石油化工、陶瓷建材、舰船车辆、家用电器、太阳能、消防防护、信息电子等领域，作为绝缘材料常温和高温下导热系数低，容重低、长期使用温度为1260℃，最高使用温度不小于1450℃。
本发明陶瓷纳米纤维喷涂料的制备包括以下几个步骤：
1.陶瓷纳米高温结合剂的制备
1-1.将疏水型纳米二氧化硅粉体与水混合，纳米二氧化硅粉体与水的重量比为2:8；加入质量百分比为二氧化硅水溶液总质量13-15%的多组分表面活性剂，在20-30℃下进行搅拌后再超声震荡，待纳米二氧化硅粉体分散均匀后，即得到陶瓷纳米高温结合剂。
疏水型纳米二氧化硅粉体的粒径为30-80nm；水为纯净水。
多组分表面活性剂包括至少有机表面活性剂和无机分散剂，有机表面活性剂与无机分散剂的质量比为10:3-5。有机表面活性剂为带有磺酸基、硫酸酯基、酰胺基、羟基、铵基以及氧乙烯基亲水基团中两种以上基团的表面活性剂，无机分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、木质素磺酸钙、木质素磺酸钠中的一种或几种。其中，有机表面活性剂使纳米二氧化硅表面形成带有电荷的基团；无机分散剂用来将电荷统一为单一电荷，使纳米颗粒间形成互斥的稳定状态。
有机表面活性剂优选带有羟基的基团，特别是带有多羟基表面活性剂的醇溶液，多羟基单元通过连接基团与3-36个碳原子的脂族残基连接，所述连接基团为磺酸酯基团和酰胺基基团中的一种。
优选为多羟基同时带有酰胺基、磺酸基和氧乙烯基基团中的两种或两种以上的表面活性剂。
1-2.多羟基多种官能团表面活性剂的制备
（1）将1-6molN-烷基胺与1mol葡萄糖常温下溶于溶剂乙醇中，溶剂的质量百分比为40-60%，常温下进行胺化缩合反应。
（2）在镍催化剂下进行加氢反应，合成为N-烷基葡萄糖胺，反应结束后过滤除去催化剂。
（3）将1molN-烷基葡萄糖胺与1mol脂肪酸甲酯或者1mol脂肪酸甲酯磺酸溶于丙二醇中，在碱性催化剂下120℃-150℃下真空反应2-5小时。所得产物不用脱溶剂，直接作为本发明的表面活性剂。
2.陶瓷纳米喷涂工艺
（1）将长度为5mm-15mm的纤维通过高压风机输送到喷枪中，同时将陶瓷纳米高温结合剂通过高压泵输送到喷枪中与纤维混合后通过喷枪喷至作业面。
（2）纤维与陶瓷纳米高温结合剂的质量百分比为4:6-6:4。
（3）在110℃-350℃下烘干24小时。
理论上纤维表面带有与纳米二氧化硅粉体表面电荷不同的电荷，二者相吸，形成紧密结合，使绝热性能更加优异。经过测试，按照上述方法制备的陶瓷纳米纤维绝热材料的容重为0.2g/cm3±10% ,热面温度600℃时，导热系数小于等于0.06W/m·k。
本发明中所测导热系数均为热面温度为600℃时的导热系数。
实施例1
1.表面活性剂的制备
将3mol乙醇胺与1mol葡萄糖混合溶于乙醇中，溶剂的质量百分比为40-60%，常温下进行反应；在镍催化剂下进行加氢反应，理论上合成1mol产物A，反应结束后过滤除去催化剂，将上述产物A与1mol脂肪酸甲酯磺酸溶于10-30wt%的丙二醇中，在碱性催化剂下，150℃真空反应5小时。所得产物不用脱溶剂，直接作为本发明的表面活性剂B，表面活性剂B为多羟基带有磺酸基、酰胺基基团化合物的醇溶液。
2.高温纳米结合剂的制备
取疏水型二氧化硅纳米粉体分散在纯净水中二氧化硅纳米粉与水的质量比为2:8，加入10wt%的表面活性剂B，在20℃下搅拌5min，再加入3wt%无机分散剂，为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、木质素磺酸钙、木质素磺酸钠中的一种或几种，在20℃下超声震荡，待二氧化硅纳米粉体逐渐分散均匀形成稳定的悬浮液，制成陶瓷纳米高温结合剂。
3.纳米陶瓷纤维喷涂料的制备
将长度为5mm纤维通过高压风机输送到喷枪中，同时将陶瓷纳米高温结合剂通过高压泵输送到喷枪中与纤维混合后通过喷枪喷出，纤维与陶瓷纳米高温结合剂比例为1:1，在110℃下烘干24小时，即得到陶瓷纳米喷涂壁面，容重为0.22g/cm3，热面温度600℃时，导热系数0.06W/m· k。
以上所述只是本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明范围内所作的均等变化与修饰，均为本发明的范围所覆盖。
Claims (10)
1.一种陶瓷纳米喷涂工艺，其特征在于：它包括以下步骤：（1）制备陶瓷纳米高温结合剂，将重量比为2:8的疏水型纳米二氧化硅与水混合，加入10wt%的带有磺酸基、硫酸酯基、酰胺基、羟基、铵基以及氧乙烯基的亲水基团两种以上基团的有机表面活性剂搅拌；再加入3-5wt%的无机分散剂，室温下超声震荡，待纳米二氧化硅分散均匀后，即为陶瓷纳米高温结合剂，待用；（2）将长度为5mm-15mm的纤维通过高压风机输送到喷枪中，同时将陶瓷纳米高温结合剂通过高压泵输送到喷枪中与纤维混合后，通过喷枪喷至作业面，纤维与陶瓷纳米高温结合剂的质量比为4:6-6:4；（3）110℃-350℃下烘干24小时。
2.根据权利要求1所述的陶瓷纳米喷涂工艺，其特征在于：所述纤维与陶瓷纳米高温结合剂的质量比为1:1。
3.根据权利要求1所述的陶瓷纳米喷涂工艺，其特征在于：所述有机表面活性剂为至少带有羟基、磺酸基和酰胺基基团的表面活性剂。
4.根据权利要求3所述的陶瓷纳米喷涂工艺，其特征在于：所述有机表面活性剂为多羟基表面活性剂的醇溶液，所述多羟基表面活性剂为多羟基单元通过连接基团与具有3-36个碳原子的脂族残基连接。
5.根据权利要求4所述的陶瓷纳米喷涂工艺，其特征在于：所述连接基团为磺酸酯基团和酰氨基基团中的一种。
6.根据权利要求5所述的陶瓷纳米喷涂工艺，其特征在于：所述多羟基表面活性剂的连接基团为酰胺基。
7.根据权利要求1所述的陶瓷纳米喷涂工艺，其特征在于：所述无机分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、木质素磺酸钙、木质素磺酸钠中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的陶瓷纳米喷涂工艺，其特征在于：所述无机分散剂为3wt%。
9.根据权利要求1所述的陶瓷纳米喷涂工艺，其特征在于：所述烘干温度为110℃。
10.根据权利要求1所述的陶瓷纳米喷涂工艺，其特征在于：所述纳米二氧化硅粉体的平均粒径为30-80nm。
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