CN106634063B - 一种耐高温远红外涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耐高温远红外涂料及其制备方法和应用。耐高温远红外涂料包括如下重量份的成分：粘结剂20～60份，氧化铬绿粉体30～45份，硅酸盐矿物粉体0.1～10份，硅烷偶联剂0.01～2份，甘油1～4份，水15～35份。本发明的耐高温远红外涂料体系稳定、使用方便，将其涂覆至发热设备表面，并对其进行梯度加热固化后可形成远红外辐射涂层，该涂层除能辐射6～14μm的波长外还能够永久释放负离子，同时所形成的涂层质量稳定，长期受热也不易从发热设备上脱落，其耐温性可达800℃以上。

Description

一种耐高温远红外涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种涂料，特别涉及一种耐高温远红外涂料及其制备方法和应用。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，诸如远红外电热毯、远红外桑拿房等具有医疗保健作用的电热远红外频谱发生设备越来越受到人们的青睐。

保健类的电热远红外频谱发生设备是通过在发热设备上涂覆远红外涂料而发挥功能，其在通电受热后会发出波长为6～14μm的远红外光并产生远红外辐射，由于所发出的波长为6～14μm的远红外光谱近似太阳光谱，因此便于人体吸收，有益人体健康，从而达到理疗保健的效果。尤其当受热温度达到150℃以上时，远红外涂料的辐射强度明显增强，理疗效果更佳。

现有的远红外涂料生产成本较高，并且在150℃以上的高温下使用时性能变差，容易从发热设备脱离。

发明内容

本发明提供一种耐高温远红外涂料及其制备方法和应用，用于解决现有技术中远红外涂料耐热性不佳，容易与发热设备脱离的技术缺陷。

本发明提供一种耐高温远红外涂料，包括如下重量份的成分：粘结剂20～60份，氧化铬绿粉体30～45份，硅酸盐矿物粉体0.1～10份，硅烷偶联剂0.01～2份，甘油1～4份，水15～35份。

本发明的耐高温远红外涂料组成简单，成本低廉，不产生分层并且状态稳定，其制备成涂层后的耐温性高达800℃以上，划格试验评定其所形成的涂层从底材上脱离的抗性达到1级。在受热产生远红外谱时，不仅能发出易于人体吸收的波长为6～14μm的远红外光谱，并且耐高温性能佳，不会因为长期受热而导致与发热设备脱离。其中，氧化铬绿粉体为产生波长为6～14μm光谱的主要功能原料，硅酸盐矿物粉体的加入，不仅能够进一步增强耐高温远红外涂料的辐射强度，还能在受热后使本发明的耐高温远红外涂料永久释放负离子，从而起到抑菌和净化空气的作用。本发明中粘结剂、硅烷偶联剂与甘油的结合，则能够大大增强远红外涂料的耐温性和粘附性，不会使远红外涂料由于长期受热而发生极易与发热设备脱离的状况，增强了电热远红外频谱发生设备的使用效果以及延长了使用寿命。

在具体一实施例中，本发明的耐高温远红外涂料还包括固化剂0.1～5重量份。具体地，本发明的耐高温远红外涂料暂不使用时，可以不添加固化剂，而在即将涂覆于发热设备前，可以向其中添加固化剂，从而缩短耐高温远红外涂料的固化时间并且能够使耐高温远红外涂料与发热设备的表面进行最大限度的贴合。

进一步地，所述粘结剂为硅溶胶、钾水玻璃、钠水玻璃和锂水玻璃中的一种或多种。粘结剂种类繁多，但是本发明所采用的具有无机氧化硅结构的粘结剂能够提高涂层的耐高温性能，在150℃以上使用仍旧安全可靠，同时该种类的粘结剂的原材料价格低廉，消费者接受程度更高。

在本发明中，硅酸盐矿物粉体可以是那些包含矿物元素尽可能多的硅酸盐矿物粉体，例如含有Na、Mg、Ca、Fe、Li、Al、Si、B、Zr等全部元素或其中部分元素。进一步地，所述硅酸盐矿物粉体为托玛琳粉体、泗滨浮石粉体、麦饭石粉体、海鸥石粉体和硅藻土粉体中的一种或多种。

进一步地，所述固化剂为氟硅酸钠、缩合磷酸铝和磷酸二氢铝中的一种或多种。

进一步地，所述氧化铬绿粉体的粒径为0.1～2.0μm，所述硅酸盐矿物粉体的粒径为0.1～2.0μm。本发明选用氧化铬绿粉体同时添加托玛琳粉体、麦饭石粉体等组成的硅酸盐矿物粉体，粒径均为0.1～2.0μm，更利于粉体在耐高温远红外涂料中的分散稳定性以及发挥较高的辐射率。实验显示，粒径越小，表面积就越大，分布在表面的原子就越多，将导致颗粒的表面活性显著增大，而表面活性的增大有利于微观粒子吸收外来的能量，因此小粒径有利于辐射强度的提高。但是如果粒径过小(＜0.1μm)，粉体于涂料体系中易发生絮聚现象而不易于分散，增加了操作难度，而且粉体越细，加工要求和成本会更高，而当粉体的粒径较大，具体的例如高于2μm时，不能获得较好的远红外辐射效果，同时不利于形成致密美观的涂层表面。

进一步地，所述硅溶胶、钾水玻璃、钠水玻璃和锂水玻璃的质量浓度为30～50％。具体地，所述硅溶胶的质量浓度指的是二氧化硅颗粒在分散液中的质量含量，而各水玻璃的质量浓度指的是水溶性硅酸盐在溶液中的质量含量，该浓度范围的粘结剂能够进一步保证本发明的耐高温远红外涂料在高温下难以与发热设备脱离。

本发明还提供一种上述任一所述耐高温远红外涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)将0.1～10重量份硅酸盐矿物粉体和30～45重量份氧化铬绿粉体加入至20～60重量份粘结剂中，搅拌，形成第一混合液；

2)向所述第一混合液依次加入15～35重量份水、0.01～2重量份硅烷偶联剂和1～4重量份甘油，搅拌，形成所述耐高温远红外涂料。

在上述制备方法中，制备温度为室温(15～30℃)，搅拌转速为1000～15000r/min，搅拌时间为5～10min，制备条件简单易行，无需大型设备辅助，可操作性高。本发明通过限定特殊的添加的顺序，进一步巩固了耐高温远红外涂料与发热设备脱离的抗性。具体操作过程中，硅酸盐矿物粉体和氧化铬绿粉体可以分别加入至粘结剂中，也可以预先混合好后再加入至粘结剂中。

由于本发明的硅酸盐矿物粉体和氧化铬绿粉体粒径为0.1～2.0μm，因此在制备前需要对硅酸盐矿物原料以及氧化铬绿原料进行加工研磨。具体的，可以按质量比1:1向原料加入水，生成原料的浆料，先将浆料放入搅拌球磨机中研磨2～4小时，再放入超细磨研磨机研磨1～2小时，经过喷雾干燥完全除去水分，最后生成粒径0.1～2.0μm的硅酸盐矿物粉体和氧化铬绿粉体，即可使用。

如前所述，当制成的耐高温远红外涂料暂不使用时，可以将其直接密封保存，而在使用时，向所述耐高温远红外涂料加入0.1～5重量份固化剂。再加入固化剂后，搅拌至固化剂溶解，即可涂覆于发热设备上使用。

本发明还提供一种远红外频谱发生设备的制备方法，将所述耐高温远红外涂料加水稀释后，涂覆至发热设备表面，涂覆厚度为150～450μm，随后对发热设备进行梯度加热；

所述梯度加热包括：以5～10℃/min的升温速度将发热设备从60℃升温至120℃，保温1～2小时后，再以3～5℃/min的升温速度将发热设备从120℃升温至260℃，保温1～3小时。

具体的，所述耐高温远红外涂料在搅拌的条件下加入水，且耐高温远红外涂料与水的体积比为1:(1～3)，该比例可以保证耐高温远红外涂料与发热设备的最佳涂覆性，既能够使耐高温远红外涂料易于分散从而便于涂覆操作，又能够使耐高温远红外涂料易于附着在发热设备上，需要注意的是，加水比例不能超过1:3，否则在涂覆后由于稀释过多会发生起皮现象。并且将涂覆厚度限定在150～450μm，能够保证远红外涂料在基材表面有良好的涂覆效果，涂覆厚度过薄不易于涂层均匀覆盖基材表面，易形成孔隙；过厚涂层固化过程中易产生裂纹、起皮等现象。同时，为了保证耐高温远红外涂料与发热设备的接触面的平坦均匀性，在涂覆耐高温远红外涂料之前，通常需要对发热设备的表面经过喷砂或打磨，并且为了更好地发挥耐高温远红外涂料的红外辐射，发热设备的表面可以采用陶瓷或者金属材料。之后，可以将涂覆完毕后的发热设备放入设定好本发明所限定的加热程序的烘箱中进行梯度加热。

本发明提供的远红外频谱发生设备的制备方法能够进一步提高耐高温远红外涂料所形成的涂层与发热设备脱离的抗性，即使经过长期的高温加热过程，耐高温远红外涂料所形成的涂层仍旧能够均匀分布在发热设备的表面，不会发生脱落。

本发明的实施，至少具有以下优势：

1、本发明的耐高温远红外涂料成分简单、体系稳定、使用方便，永久释放负离子，从而起到抑菌和净化空气的作用，其耐温性可达800℃以上，并且其所形成的涂层长期受热也不易从发热设备上脱落，800℃时其涂层从底材上脱离的抗性达到1级。

2、本发明的耐高温远红外涂料的制备方法操作简单，易于操作，其不仅有利于形成稳定的耐高温远红外涂料，此外还有利于提高耐高温远红外涂料的脱离抗性。

3、本发明的远红外频谱发生设备的制备方法，有利于耐高温远红外涂料与发热设备的高度贴合，从而使耐高温远红外涂料在受热时能够高效的释放6～14μm的红外光谱，并且该制备方法进一步提高了耐高温远红外涂料与发热设备的脱离抗性，从而延长电热远红外频谱发生设备的使用寿命。

附图说明

图1为本发明耐高温远红外涂料的制备与应用流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例的耐高温远红外涂料，由如下重量份的成分组成：钠水玻璃33份，氧化铬绿粉体33.2份，托玛琳粉与麦饭石粉的混合物6份(托玛琳粉4份、麦饭石粉2份)，硅烷偶联剂1.3份，甘油3.2份，水22份。其中，钠水玻璃的质量浓度为35％，氧化铬绿粉体、托玛琳粉以及麦饭石粉的粒径均为0.1～0.5μm。

图1为本发明耐高温远红外涂料的制备与应用流程图。请参照图1，在按照上述组成配料后，该耐高温远红外涂料可按如下方法制备：

1)将托玛琳粉与麦饭石粉的混合物与氧化铬绿粉体加入至钠水玻璃中，控制搅拌转速为1200r/min，搅拌5min，形成第一混合液；

2)向上述第一混合液依次加入水、硅烷偶联剂和甘油，控制搅拌转速为1200r/min，搅拌5min，形成耐高温远红外涂料。

其中，托玛琳粉、麦饭石粉以及氧化铬绿粉的研磨工序为：以质量比为1：1向原料加入水生成原料的浆料后，先放入搅拌球磨机中研磨2小时，再放入超细磨研磨机研磨1小时，经过喷雾干燥，最后生成粒径0.1～0.5μm的托玛琳粉、麦饭石粉以及氧化铬绿粉体，即可使用。

在使用该耐高温远红外涂料时，向上述制备的耐高温远红外涂料加入1.3份氟硅酸钠，搅拌直至氟硅酸钠溶解，即可使用。

本实施例远红外频谱发生设备的制备方法具体为：将上述添加了氟硅酸钠的耐高温远红外涂料加水稀释后，涂覆至清灰打磨过的发热设备表面，涂覆厚度为250μm，随后对发热设备进行梯度加热，其中，稀释时耐高温远红外涂料与水的体积比为1:2；

所述梯度加热包括：以7℃/min的升温速度将发热设备从60℃升温至120℃，保温1小时后，再以3℃/min的升温速度将发热设备从120℃升温至260℃，保温3小时。

实施上述梯度加热后，即制得本实施例的远红外频谱发生设备。

实施例2

本实施例的耐高温远红外涂料，由如下重量份的成分组成：钠水玻璃与硅溶胶的混合物30份，氧化铬绿粉体34.5份，托玛琳粉、泗滨浮石粉与麦饭石粉的混合物10份(托玛琳粉4份、泗滨浮石粉4份、麦饭石粉2份)，硅烷偶联剂0.5份，甘油4份，水20份，1份磷酸二氢铝。其中，钠水玻璃的质量浓度为40％，硅溶胶的质量浓度为35％，氧化铬绿粉体、托玛琳粉、泗滨浮石粉以及麦饭石粉的粒径均为1.5～2μm。

在按照上述组成配料后，该耐高温远红外涂料可按如下方法制备：

1)将托玛琳粉、泗滨浮石粉与麦饭石粉的混合物与氧化铬绿粉体加入至钠水玻璃与硅溶胶的混合液中，控制搅拌转速为1300r/min，搅拌6min，形成第一混合液；

2)向上述第一混合液依次加入水、硅烷偶联剂和甘油，控制搅拌转速为1500r/min，搅拌5min，形成第二混合液；

3)向上述第二混合液加入磷酸二氢铝，搅拌至溶解，形成耐高温远红外涂料。

其中，托玛琳粉、泗滨浮石粉、麦饭石粉以及氧化铬绿粉的研磨工序为：以质量比为1：1向原料加入水生成原料的浆料后，先放入搅拌球磨机中研磨3小时，再放入超细磨研磨机研磨1小时，经过喷雾干燥，最后生成粒径1.5～2μm的托玛琳粉、泗滨浮石粉、麦饭石粉以及氧化铬绿粉体，即可使用。

本实施例远红外频谱发生设备的制备方法具体为：将上述耐高温远红外涂料加水稀释后，涂覆至清灰打磨过的发热设备表面，涂覆厚度为250μm，随后对发热设备进行梯度加热，其中，耐高温远红外涂料与水的体积比为1:2；

所述梯度加热包括：以10℃/min的升温速度将发热设备从60℃升温至120℃，保温1小时后，再以4℃/min的升温速度将发热设备从120℃升温至260℃，保温1小时。

实施上述梯度加热后，即制得本实施例的远红外频谱发生设备。

实施例3

本实施例的耐高温远红外涂料，由如下重量份的成分组成：锂水玻璃35份，氧化铬绿粉体35份，海鸥石粉体与硅藻土粉体的混合物7份(海鸥石粉体4份、硅藻土粉体3份)，硅烷偶联剂1份，甘油3.5份，水15份。其中，锂水玻璃的质量浓度为30％，氧化铬绿粉体、海鸥石粉体以及硅藻土粉体的粒径均为1.5～2μm。

在按照上述组成配料后，该耐高温远红外涂料可按如下方法制备：

1)将海鸥石粉体与硅藻土粉体的混合物与氧化铬绿粉体加入至锂水玻璃中，控制搅拌转速为1000r/min，搅拌5min，形成第一混合液；

2)向上述第一混合液依次加入水、硅烷偶联剂和甘油，控制搅拌转速为1500r/min，搅拌7min，形成耐高温远红外涂料。

其中，海鸥石粉体、硅藻土粉体以及氧化铬绿粉的研磨工序为：以质量比为1：1向原料加入水生成原料的浆料后，先放入搅拌球磨机中研磨2.5小时，再放入超细磨研磨机研磨1小时，经过喷雾干燥，最后生成粒径1.5～2μm的海鸥石粉体、硅藻土粉体以及氧化铬绿粉，即可使用。

在使用该耐高温远红外涂料时，向上述制备的耐高温远红外涂料加入3.5份缩合磷酸铝，搅拌直至缩合磷酸铝溶解，即可使用。

本实施例远红外频谱发生设备的制备方法具体为：将上述添加了缩合磷酸铝的耐高温远红外涂料加水稀释后，涂覆至清灰打磨过的发热设备表面，涂覆厚度为200μm，随后对发热设备进行梯度加热，其中，耐高温远红外涂料与水的体积比为1:3；

所述梯度加热包括：以8℃/min的升温速度将发热设备从60℃升温至120℃，保温2小时后，再以5℃/min的升温速度将发热设备从120℃升温至260℃，保温1.5小时。

实施上述梯度加热后，即制得本实施例的远红外频谱发生设备。

实施例4

本实施例的耐高温远红外涂料，由如下重量份的成分组成：钾水玻璃27份，氧化铬绿粉体45份，麦饭石粉体7份，硅烷偶联剂1份，甘油3份，水16份。其中，钾水玻璃的质量浓度为50％，氧化铬绿粉体、麦饭石粉体的粒径均为1～1.5μm。

在按照上述组成配料后，该耐高温远红外涂料可按如下方法制备：

1)将麦饭石粉体与氧化铬绿粉体加入至钾水玻璃中，控制搅拌转速为1300r/min，搅拌8min，形成第一混合液；

2)向上述第一混合液依次加入水、硅烷偶联剂和甘油，控制搅拌转速为1500r/min，搅拌5min，形成耐高温远红外涂料。

其中，麦饭石粉体以及氧化铬绿粉的研磨工序为：以质量比为1：1向原料加入水生成原料的浆料后，先放入搅拌球磨机中研磨2.5小时，再放入超细磨研磨机研磨1小时，经过喷雾干燥，最后生成粒径1～1.5μm的麦饭石粉体以及氧化铬绿粉，即可使用。

在使用该耐高温远红外涂料时，向上述制备的耐高温远红外涂料加入1份缩合磷酸铝与氟硅酸钠的混合物，搅拌直至缩合磷酸铝与氟硅酸钠的混合物溶解，即可使用。

本实施例远红外频谱发生设备的制备方法具体为：将上述添加了缩合磷酸铝与氟硅酸钠的混合物的耐高温远红外涂料加水稀释后，涂覆至清灰打磨过的发热设备表面，涂覆厚度为200μm，随后对发热设备进行梯度加热，其中，耐高温远红外涂料与水的体积比为1:1；

所述梯度加热包括：以10℃/min的升温速度将发热设备从60℃升温至120℃，保温1小时后，再以3℃/min的升温速度将发热设备从120℃升温至260℃，保温3小时。

实施上述梯度加热后，即制得本实施例的远红外频谱发生设备。

对照例1

该对照例的远红外涂料，包括如下重量份的成分：丙烯腈30份、丙烯酸甲酯30份、醋酸乙烯酯10份、甲基丙烯酸甲酯10份、丙烯酸乙酯10份、乳胶粒20份、远红外材料5份。其中，远红外材料为三斜石、天沙石、云青与碳酸钙的混合物。

将丙烯腈、丙烯酸甲酯3、醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、乳胶粒在50℃搅拌15小时，加入去离子水，常温搅拌1小时，加入远红外材料，搅拌均匀，制得远红外涂料。直接将该远红外涂料涂覆至发热设备表面，120℃烘干，即制得本对照例的远红外频谱发生设备。

对照例2

该对照例的远红外涂料，包括如下重量份的成分：硅酸锆100份、钛酸铝75份、耐火铝土105份、博耐特25份、钛白粉10份、黑刚玉250份、氧化铁10份、碳化硅300份、铝溶胶250份、羧甲基纤维素25份。直接将上述原料混合、制成粘稠状悬浮流体，即可得到远红外涂料。

将发热设备表面清灰后喷刷含有水玻璃与黄糊精的水溶液，然后喷刷该远红外涂料，即制得本对照例的远红外频谱发生设备。

试验例

将上述涂覆有实施例1-4以及对照例1-2的远红外频谱发生设备通电，对该6例设备的辐射波长、峰值波长、负离子浓度、涂层耐热性、粘附率以及法向全发射率进行检测，结果见表1，具体各检测方法如下：

辐射波长、峰值波长：参照GB/T7287-2008《红外加热器试验方法》进行辐射波长、峰值波长的测量。

负离子浓度：参照JC/T1016-2006《材料负离子发生量的测试方法》进行负离子发生量的测量，测量时间为6h。

耐热性：参照GB/T1735-1979《漆膜耐热性测定方法》进行涂层耐温程度测试。

划格试验(800℃)：评定涂层从底材上脱离的抗性。在800℃保温1h，冷却后参照GB/T9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》中的测试操作与评定标准进行测试。

法向全发射率：参照GB/T4653-1984《红外辐射涂料通用技术条件》进行法向全发射率的测量。

表1 各远红外频谱发生设备的参数

由上述表1可知，采用本发明各实施例的耐高温远红外涂料制备的远红外频谱发生设备不仅能够稳定释放红外光谱，而且耐热强，并且在800℃下本发明的耐高温远红外涂料涂层与发热设备的脱离抗性达到一级，不易从发热设备上脱落，因此使用本发明耐高温远红外涂料制备的远红外频谱发生设备效果好，使用寿命长。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种耐高温远红外涂料，其特征在于，包括如下重量份的成分：粘结剂20～60份，氧化铬绿粉体30～45份，硅酸盐矿物粉体0.1～10份，硅烷偶联剂0.01～2份，甘油1～4份，水15～35份；

其中，所述粘结剂为硅溶胶、钾水玻璃、钠水玻璃和锂水玻璃中的一种或多种；

所述氧化铬绿粉体的粒径为0.1～2.0μm，所述硅酸盐矿物粉体的粒径为0.1～2.0μm；

所述硅酸盐矿物粉体为托玛琳粉体、泗滨浮石粉体、麦饭石粉体、海鸥石粉体和硅藻土粉体中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的耐高温远红外涂料，其特征在于，还包括固化剂0.1～5重量份。

3.根据权利要求2所述的耐高温远红外涂料，其特征在于，所述固化剂为氟硅酸钠、缩合磷酸铝和磷酸二氢铝中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的耐高温远红外涂料，其特征在于，所述硅溶胶、钾水玻璃、钠水玻璃和锂水玻璃的质量浓度为30～50％。

5.权利要求1-4任一项所述的耐高温远红外涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将0.1～10重量份硅酸盐矿物粉体和30～45重量份氧化铬绿粉体加入至20～60重量份粘结剂中，搅拌，形成第一混合液；

2)向所述第一混合液依次加入15～35重量份水、0.01～2重量份硅烷偶联剂和1～4重量份甘油，搅拌，形成所述耐高温远红外涂料。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，还包括向所述耐高温远红外涂料加入0.1～5重量份固化剂。

7.一种远红外频谱发生设备的制备方法，其特征在于，将权利要求1-4任一项所述的耐高温远红外涂料加水稀释后，涂覆至发热设备表面，涂覆厚度为150～450μm，随后对发热设备进行梯度加热；

所述梯度加热包括：以5～10℃/min的升温速度将发热设备从60℃升温至120℃，保温1～2小时后，再以3～5℃/min的升温速度将发热设备从120℃升温至260℃，保温1～3小时。