CN106634570B - 一种高温高辐射防开裂节能涂料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高温高辐射防开裂节能涂料及制备方法。该涂料可以应用于各种工业窑炉和锅炉。所述涂料由以下重量份的组分组成：高温高辐射粉料30‑40份，耐高温填料10‑20份，耐高纤维丝1‑5份，结合剂30‑50份，溶剂10‑20份，外加0.1‑0.2份的分散剂、0.15‑0.3份的偶联剂和0.05‑0.15份的消泡剂。本发明的特点是将金属和非金属纤维丝引入到涂料浆体中，一方面非金属纤维丝在涂料浆体中有一定的悬浮作用可以提高浆体的稳定性，另一方面纤维丝可以阻碍涂层的烧结收缩和开裂，提高涂层的使用寿命。

Description

一种高温高辐射防开裂节能涂料及制备方法
技术领域
本发明属于高温节能涂料领域，具体涉及一种耐高温高辐射防开裂节能涂料及制备方法。
技术背景
当今世界矿物资源能源日益短缺，严重威胁着世界工业的发展，工业窑炉耗能约占总能耗的25％～40％，而窑炉的平均热效率仅为32％左右。主要是由于一方面热量通过炉衬和炉外壁损失，另一方面窑炉和锅炉的热利用效率较低，使得热量不能有效的利用而被排出，造成能源的巨大浪费。耐高温高辐射率涂料是一类有着良好热辐射和热吸收性能的新型节能涂料，用在工业窑炉内衬表面可以提高热辐射效率、强化传热的作用；用在工业锅炉的金属炉管表面，可以强化炉管对热的吸收能力，提高传热效率，减少热量损失，以达到提高热利用率以及节约能源的目的。
近年来，高辐射节能涂料的开发和研究取得了一定的进展，在工业锅炉及窑炉中的应用上收到了很好的节能效果，发明专利(申请号 201410055343.8)公开了一种高发射率高温纳米陶瓷涂料，其主要选用纳米粉体为原料来制备涂料，涂层发射率不小于0.94，但是纳米粉体在高温下易烧结收缩、晶体长大，一方面可能会影响涂层在高温下的发射率和涂层的节能效果，另一方面涂层收缩大的话可能会造成涂层的开裂和脱落。发明专利（申请号201010117801.8）公开了一种金属用高温节能涂料，选用原料粒径均小于5微米，制备的涂层具有较高的辐射率且辐射能力不衰减，但涂层在高温下长期使用的话难免会出现烧结收缩现象，收缩过大时就会造成涂层开裂从而影响涂层的使用寿命。目前，节能涂料产品的制备大多选用微纳米粉体为原料，因为粉体粒径越小其比表面越大辐射率越高，微纳米原料长期在高温下使用时会产生烧结收缩，当涂层收缩到一定程度时会出现开裂、脱皮现象进而影响涂层的使用效果。如果能在保证涂层具有高辐射率的前提下长时间高温使用不会出现开裂和脱皮，将大幅度的提高涂层的使用寿命，提高炉窑的维护周期和涂层使用的生命周期，进一步提高了节能涂料的节能效率。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种高温高辐射防开裂节能涂料及其制备方法。
本发明目的是通过以下技术方法实现的：
一种高温高辐射防开裂节能涂料，所述涂料包括有以下重量份的组分：高温高辐射粉料30-40份，耐高温填料10-20份，耐高纤维丝1-5份，结合剂30-50份，溶剂10-20份；所述的涂料还外加有0.1-0.2份的分散剂、0.15-0.3份的偶联剂和0.05-0.15份的消泡剂。
所述高温高辐射粉料由以下重量份的组分组成：三氧化二铁10-20份，碳化硅20-30份，硅酸锆20-30份、氧化铬5-10份，氧化镍5-10份。
所述高辐射粉料的粒度均小于10μm。
所述耐高温填料由以下重量份的组分组成：氧化铝微粉50-70份，石英粉20-30份，氧化锆微粉10-20份。
所述耐高温填料的粒度均小于5μm。
所述耐高温纤维丝由金属钨丝、金属铂铑丝的一种或两种和非金属氧化铝晶体纤维、氧化锆晶体纤维、氧化铈晶体纤维中的一种或几种组成。
所述结合剂由有机硅树脂乳液、硅溶胶和苯丙乳液中的一种或几种按任意比例混合组成。
所述溶剂为水。
所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和德国巴斯夫公司生产的聚乙二醇型减水剂CAMTMENT FS10或FS20中的一种。
所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述消泡剂为有机硅类消泡剂。
所述金属钨丝或金属铂铑丝的直径为20-50μm，长度为1-2mm；所述非金属氧化铝晶体纤维、氧化锆晶体纤维和氧化铈晶体纤维的直径为10-30μm，长度为3-5mm。
一种高温高辐射防开裂节能涂料的制备方法为：将结合剂和水按上述比例放入球磨机中球磨使其相互溶解均匀，再按比例将高辐射粉料、耐高温填料依次放入球磨机中球磨30-50分钟加入分散剂、偶联剂和消泡剂再进行球磨30分钟；待各种粉料在浆料中分散均匀之后倒出浆料至搅拌机中进行搅拌，与此同时加入耐高温纤维丝，耐高温纤维丝不能放入球磨机中进行球磨，因为磨球会将耐高温纤维丝磨成粉末使纤维丝起不到应有的作用；浆料和耐高温纤维丝在搅拌机中搅拌1-3小时，使纤维丝和浆料充分混合均匀，并保证耐高温纤维丝能够悬浮于浆料中，即得到高温高辐射防开裂节能涂料。
本发明将金属和非金属纤维丝引入到涂料浆体中，一方面非金属纤维丝在涂料浆体中有一定的悬浮作用可以提高浆体的稳定性，另一方面纤维丝可以阻碍涂层的烧结收缩和开裂；本发明选用熔点较高的金属钨丝和铂铑合金丝可以保证纤维丝在高温下的强度和韧性，氧化锆、氧化铝和氧化铈晶体纤维本身具有较高的使用温度和韧性，两种纤维丝结合使用可以使涂层在高温下具有较高的强度和韧性，保证涂层在高温下长时间使用不开裂；本发明选用硅烷偶联剂可以提高涂层与基体（涂料所要涂刷的材料）的常温粘接性，阻碍涂层常温开裂。
本发明高温高辐射防开裂节能涂料的有益效果是：
1）耐高温。本发明选用几种耐高温高辐射粉料相结合，选用耐高温的无机填料来提高涂层的使用温度，涂料中添加耐高温纤维丝来减小涂层收缩，本发明所制备的涂料最高使用温度可达1500℃。
2）高辐射率。本发明选用本身具有较高辐射率的无机粉料为原料，高辐射率粉料在高温下会发生相互固溶反应，固溶反应可以提高涂层材料内部结构的混乱度，从而进一步提高涂层的高温辐射率。因此可以保证涂层在高温下具有较高的辐射率。
3）防涂层开裂效果好。本发明选用金属和非金属纤维丝引入到涂层内部，可以有效提高涂层的开裂进而提高了涂层使用寿命。
4）工艺简单。本发明所用原料不需要经过成型、煅烧、破碎和筛分等二次处理，涂料一次球磨和搅拌即可使用。
具体实施方式
结合给出的实施例对本发明进行加以说明
实施例1：一种高温高辐射防开裂节能涂料及其制备方法，由如下重量份的组分组成，耐高温粉料由5份的三氧化二铁、10份的碳化硅、10份的硅酸锆、2份的氧化铬和3份的氧化镍构成，高温填料由10份的氧化铝微粉、5份的石英粉和2份的氧化锆微粉构成，纤维丝由1份的金属钨丝和2份的氧化铝晶体纤维丝构成，有机硅树脂乳液35份，水15份，德国巴斯夫公司生产的聚乙二醇型减水剂CAMTMENT FS10分散剂0.15份、硅烷偶联剂0.3份、有机硅消泡剂0.05份。
按照上述比例首先将水和有机硅树脂乳液放入球磨机中球磨10分钟，再将高辐射粉料、耐高温填料依次放入球磨机中球磨30分钟加入相应的分散剂、偶联剂和消泡剂再进行球磨30分钟之后倒出浆料至搅拌机中进行搅拌，与此同时加入相应的耐高温纤维丝，浆料和耐高温纤维丝在搅拌机中搅拌1小时，使纤维丝和浆料充分混合均匀，即得到高温高辐射防开裂节能涂料。
实施例2：一种高温高辐射防开裂节能涂料及其制备方法，由如下重量份的组分组成，耐高温粉料由8份的三氧化二铁、12份的碳化硅、12份的硅酸锆、4份的氧化铬和4份的氧化镍构成，高温填料由10份的氧化铝微粉、5份的石英粉和2份的氧化锆微粉构成，纤维丝由0.5份的金属铂铑丝和0.5份的氧化锆晶体纤维丝构成，有机硅树脂乳液30份，水12份，三聚磷酸钠0.2份、硅烷偶联剂0.2份、有机硅消泡剂0.1份。
按照上述比例首先将水和有机硅树脂乳液放入球磨机中球磨10分钟，再将高辐射粉料、耐高温填料依次放入球磨机中球磨50分钟加入相应的分散剂、偶联剂和消泡剂再进行球磨30分钟之后倒出浆料至搅拌机中进行搅拌，与此同时加入相应的耐高温纤维丝，浆料和耐高温纤维丝在搅拌机中搅拌2小时，使纤维丝和浆料充分混合均匀，即得到高温高辐射防开裂节能涂料。
实施例3：一种高温高辐射防开裂节能涂料及其制备方法，由如下重量份的组分组成，耐高温粉料由3份的三氧化二铁、12份的碳化硅、7份的硅酸锆、4份的氧化铬和4份的氧化镍构成，高温填料由5份的氧化铝微粉、6份的石英粉和4份的氧化锆微粉构成，金属钨丝1份，氧化铈纤维丝4份，硅溶胶50份，六偏磷酸钠分散剂0.2份、硅烷偶联剂0.15份、有机硅消泡剂0.15份。
按照上述比例首先将水和有机硅树脂乳液放入球磨机中球磨10分钟，再将高辐射粉料、耐高温填料依次放入球磨机中球磨40分钟加入相应的分散剂、偶联剂和消泡剂再进行球磨60分钟之后倒出浆料至搅拌机中进行搅拌，与此同时加入相应的耐高温纤维丝，浆料和耐高温纤维丝在搅拌机中搅拌3小时，使纤维丝和浆料充分混合均匀，即得到高温高辐射防开裂节能涂料。
实施例4：一种高温高辐射防开裂节能涂料及其制备方法，由如下重量份的组分组成，耐高温粉料由8份的三氧化二铁、6份的碳化硅、10份的硅酸锆、3份的氧化铬和4份的氧化镍构成，高温填料由14份的氧化铝微粉、2份的石英粉和1份的氧化锆微粉构成，金属钨丝1份，氧化锆晶体纤维丝2份，硅溶胶40份，水9份，德国巴斯夫公司生产的聚乙二醇型减水剂CAMTMENT FS20分散剂0.1份、硅烷偶联剂0.25份、有机硅消泡剂0.1份。
按照上述比例首先将水和有机硅树脂乳液放入球磨机中球磨10分钟，再将高辐射粉料、耐高温填料依次放入球磨机中球磨50分钟加入相应的分散剂、偶联剂和消泡剂再进行球磨60分钟之后倒出浆料至搅拌机中进行搅拌，与此同时加入相应的耐高温纤维丝，浆料和耐高温纤维丝在搅拌机中搅拌2小时，使纤维丝和浆料充分混合均匀，即得到高温高辐射防开裂节能涂料。
实施例5：一种高温高辐射防开裂节能涂料及其制备方法，由如下重量份的组分组成，耐高温粉料由8份的三氧化二铁、12份的碳化硅、12份的硅酸锆、1.5份的氧化铬和1.5份的氧化镍构成，高温填料由5份的氧化铝微粉、6份的石英粉和4份的氧化锆微粉构成，金属铂铑丝1份，氧化铝晶体纤维丝2份、氧化锆晶体纤维丝2份，有机硅树脂乳液25份，水20份，德国巴斯夫公司生产的聚乙二醇型减水剂CAMTMENT FS20分散剂0.2份、硅烷偶联剂0.15份、有机硅消泡剂0.05份。
按照上述比例首先将水和有机硅树脂乳液放入球磨机中球磨10分钟，再将高辐射粉料、耐高温填料依次放入球磨机中球磨30分钟加入相应的分散剂、偶联剂和消泡剂再进行球磨60分钟之后倒出浆料至搅拌机中进行搅拌，与此同时加入相应的耐高温纤维丝，浆料和耐高温纤维丝在搅拌机中搅拌3小时，使纤维丝和浆料充分混合均匀，即得到高温高辐射防开裂节能涂料。
实施例6：一种高温高辐射防开裂节能涂料及其制备方法，由如下重量份的组分组成，耐高温粉料由6份的三氧化二铁、8份的碳化硅、10份的硅酸锆、4份的氧化铬和2份的氧化镍构成，高温填料由10份的氧化铝微粉、6份的石英粉和4份的氧化锆微粉构成，金属钨丝1份、金属铂铑丝1份，氧化锆晶体纤维3份，有机硅树脂乳液20份、硅溶胶20份，水5份，德国巴斯夫公司生产的聚乙二醇型减水剂CAMTMENT FS10分散剂0.15份、硅烷偶联剂0.3份、有机硅消泡剂0.15份。
按照上述比例首先将水和有机硅树脂乳液放入球磨机中球磨10分钟，再将高辐射粉料、耐高温填料依次放入球磨机中球磨50分钟加入相应的分散剂、偶联剂和消泡剂再进行球磨60分钟之后倒出浆料至搅拌机中进行搅拌，与此同时加入相应的耐高温纤维丝，浆料和耐高温纤维丝在搅拌机中搅拌1小时，使纤维丝和浆料充分混合均匀，即得到高温高辐射防开裂节能涂料。

Claims (8)

1.一种耐高温高辐射防开裂节能涂料，其特征在于：所述涂料由以下重量份的组分组成：耐高温高辐射粉料30-40份，耐高温填料10-20份，耐高温纤维丝1-5份，结合剂30-50份，溶剂10-20份；所述的涂料还外加有0.1-0.2份的分散剂、0.15-0.3份的偶联剂和0.05-0.15份的消泡剂;所述耐高温纤维丝由金属钨丝、金属铂铑丝的一种或两种和非金属氧化铝晶体纤维、氧化锆晶体纤维、氧化铈晶体纤维中的一种或几种组成；所述金属钨丝和金属铂铑丝的直径为20-50μm，长度为3-5mm；所述氧化铝晶体纤维、氧化锆晶体纤维和氧化铈晶体纤维的直径为10-30μm，长度为3-5mm。
2.根据权利要求1所述一种耐高温高辐射防开裂节能涂料，其特征在于：所述耐高温高辐射粉料由以下重量份的组分组成：三氧化二铁10-20份，碳化硅20-30份，硅酸锆20-30份、氧化铬5-10份，氧化镍5-10份；所述耐高温高辐射粉料的粒度均小于10μm。
3.根据权利要求1所述一种耐高温高辐射防开裂节能涂料， 其特征在于：所述耐高温填料由以下重量份的组分组成：氧化铝微粉50-70份，石英粉20-30份，氧化锆微粉10-20份。
4.根据权利要求1所述一种耐高温高辐射防开裂节能涂料，其特征在于：所述耐高温填料的粒度均小于5μm。
5.根据权利要求1所示一种耐高温高辐射防开裂节能涂料，其特征在于：所述结合剂由有机硅树脂乳液、硅溶胶和苯丙乳液中的一种或几种按任意比例混合组成。
6.根据权利要求1所示一种耐高温高辐射防开裂节能涂料，其特征在于：所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和聚乙二醇型减水剂中的一种。
7.根据权利要求1所示一种耐高温高辐射防开裂节能涂料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述消泡剂为有机硅消泡剂。
8.制备权利要求1所述一种耐高温高辐射防开裂节能涂料的制备方法，其特征在于:将结合剂和水按上述比例放入球磨机中球磨使其相互溶解均匀，再按比例将耐高温高辐射粉料、耐高温填料依次放入球磨机中球磨30-50分钟加入分散剂、偶联剂和消泡剂再进行球磨30分钟；待各种粉料在浆料中分散均匀之后倒出浆料至搅拌机中进行搅拌，与此同时加入耐高温纤维丝，耐高温纤维丝不能放入球磨机中进行球磨，因为磨球会将耐高温纤维丝磨成粉末使耐高温纤维丝起不到应有的作用；浆料和耐高温纤维丝在搅拌机中搅拌1-3小时，使耐高温纤维丝和浆料充分混合均匀，并保证耐高温纤维丝能够悬浮于浆料中，即得到耐高温高辐射防开裂节能涂料。
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