CN107474723A - 一种工业窑炉用高性能红外辐射涂料 - Google Patents

Abstract

一种工业窑炉用高性能红外辐射涂料，由红外辐射剂、红外辐射改良剂、粘结剂和涂料助剂组成，其中红外辐射剂由BN、SiO2、Mn2O3、SiC、Fe2O3、CuO所组成；红外辐射改良剂为石墨烯的氧化锆包覆物。它选用了石墨烯这类新型材料以及氧化铜、三氧化二铁、碳化硅之类的价格较低廉的材料，能有效降低生产成本，并且因为具有石墨烯的特殊结构，显著增加基料中杂质能级和自由载流子浓度并提高涂料的使用温度，并显著改善了辐射性能。

Description

一种工业窑炉用高性能红外辐射涂料

技术领域

本发明涉及一种工业涂料，特别是一种工业窑炉用高性能红外辐射涂料。

背景技术

高窑炉用高性能红外辐射涂料是一种具有耐高温、高辐射率、耐腐蚀和高耐磨性的特种新型节能涂料。涂料采用一种改良的红外辐射剂作为填充剂，经与粘结剂和涂料助剂等组分研磨而成的均相体系。

在我国，工业窑炉的能耗约占全国工业能耗的60％，占全国总能耗量的25％。但是，我国目前工业窑炉的热效率平均不到30％，而国际上工业窑炉热效率的平均值为50％以上。因此，工业窑炉的节能具有相当大的潜力。目前工业窑炉的节能方法与节能技术主要有高效燃烧技术、余热回收与利用、新炉型结构、红外辐射涂料等。红外辐射涂料作为工业窑炉中的一项节能新技术，与其它工业窑炉节能技术相比，具有投资少、见效快的优点，具体施工时，一般不需对工业窑炉基体进行特殊的改造，在检修过程中便可进行正常的涂料施工，因而具有施工方便、快捷的特点。作为工业窑炉上的一种节能新材料，在工业窑炉中应用可收到良好的节能效果，同时对基体材料具有良好的保护作用，可延长工业窑炉使用寿命、减轻炉窑维护工作量，降低工业窑炉运行成本。此外，通过强化炉内辐射传热，改善炉内加热的温度均匀性，提高炉子的热效率及产品的加热质量，因而深受人们的关注。因而，红外辐射涂料作为工业窑炉节能中的一种新材料，具有强大的生命力和广泛的应用前景。

普通的红外辐射涂料的耐热温度通常在1300到1500度左右，高于1500度会发生龟裂、剥落等问题，导致炉内加热的温度均匀性不好。

如专利号CN201310586030.0“高发射率红外节能辐射涂料及其制备方法”中，由原料混合物制备得到的平均粒径2纳米以下的涂料，所述原料混合物包括以下重量份的各组份：主体成份100～250份；烧结剂6～15份；粘结剂360～600份，其中所述主体成份按重量份计包括以下各组份：氧化钇10～15份、氧化铬15～25份、氧化钴4～8份、氧化锆20～36份、氧化锰8～20份、碳化硅30～50份、氧化钛5～16份、氧化铝10～28份、铁粉10～25份。其耐火温度可以达到1850度，抗热震性>30次，使用寿命>6年。

它虽然具有较高的耐火温度，但采用了较多的金属氧化物作为组成，其中氧化钇，氧化钴，氧化锆的价格非常高，因此该涂料成本居高不下。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种成本相对较低的，具有较高的耐火温度，红外辐射率较高的工业窑炉用高性能红外辐射涂料。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种工业窑炉用高性能红外辐射涂料，由红外辐射剂、红外辐射改良剂、粘结剂和涂料助剂组成，其中红外辐射剂22～28%；辐射改良剂 8～12%；粘结剂55～65%;助剂3～7%，所述均为质量百分比；

其中红外辐射剂由BN（氮化硼）38～42%，SiO2 （二氧化硅）28～32%，Mn2O3（三氧化二锰），13～17%；SiC（碳化硅），4～6%，Fe2O3（三氧化二铁），3～6%，CuO（氧化铜），3～6%；

红外辐射改良剂为石墨烯的氧化锆包覆物，其中石墨烯 10～40%，ZrO（氧化锆）60～90%。

所述粘结剂由PA或硅溶胶和氧化铬绿组成，质量百分比为2:1。

所述助剂由分散剂、增稠剂、PH值调节剂和杀菌剂组成，其中分散剂为六偏磷酸钠8～12%、增稠剂为羟丙甲纤维素37～43%、PH值调节剂为有机醇胺 CP-802 38～42%、杀菌剂为C-15 8～12%。

所述工业窑炉用高性能红外辐射涂料的制备方法，包括：

1)将制备红外辐射剂的基料按上述比例投入球磨机中，在转速为320r/min的条件下，球磨2h；待用；

2)将红外辐射改良剂按比例投入球磨机中，在转速为320r/min的条件下，球磨2h；待用；

3)将粘结剂投入搅拌罐，按比例投入氧化铬绿粉，高速搅拌20分钟；

4)将助剂投入完成第三步操作的搅拌罐中，搅拌10分钟；

5)将红外辐射剂、辐射改良剂按配方比例加入完成第四步的搅拌罐中，高速搅拌30分钟，即得所需涂料。

与现有技术相比，本发明的优点在于：引入红外辐射改良剂因其特殊的结构能够显著增加基料中杂质能级和自由载流子浓度并提高涂料的使用温度，因此红外辐射改良剂的加入既可以改善涂料红外辐射率，又能够保证涂料红外辐射率的稳定性，同时使用温度可高达1800℃以上，达到了国内同等高性能红外辐射涂料的耐温特性，并且它的组成中不包含氧化钇、氧化钴、氧化铬成分，选用了石墨烯这类新型材料以及氧化铜、三氧化二铁、碳化硅之类的价格较低廉的材料，能有效降低生产成本。

红外辐射改良剂的加入显著改善了辐射性，辐射率由原来的0.9提高到0.98。同时氧化锆也提高了高温涂层的热稳定性。

它采用石墨烯的氧化锆包覆，能在保持改良剂的有效性的同时，减少氧化锆的用量，降低成本，并上氧化锆的分散均匀程度更好。

具体实施方式

本发明为一种工业窑炉用高性能红外辐射涂料及其制备方法。

该红外辐射涂料由由红外辐射剂、红外辐射改良剂、粘结剂和涂料助剂组成，其中红外辐射剂22～28%；辐射改良剂 8～12%；粘结剂55～65%;助剂3～7%，所述均为质量百分比。

所述红外辐射剂由BN（氮化硼）38～42%，SiO2 （二氧化硅）28～32%，Mn2O3（三氧化二锰），13～17%；SiC（碳化硅），4～6%，Fe2O3（三氧化二铁），3～6%，CuO（氧化铜），3～6%；所组成。

所述红外辐射改良剂由为石墨烯的氧化锆包覆物，其中石墨烯 10～40%，ZrO（氧化锆）60～90%。其中石墨烯作为支撑骨架来改善氧化锆的分布效果。

所述粘结剂由PA或硅溶胶和氧化铬绿组成，PA或硅溶胶66%，氧化络绿为34%。该组成的粘结剂稳定性好，强度大。

所述助剂由分散剂、增稠剂、PH值调节剂和杀菌剂组成，其中分散剂为六偏磷酸钠8～12%、增稠剂为羟丙甲纤维素37～43%、PH值调节剂为有机醇胺 CP-802 38～42%、杀菌剂为C-15 8～12%。

上述工业窑炉用高性能红外辐射涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)将制备红外辐射剂的基料（氮化硼、二氧化硅、三氧化二锰、碳化硅、三氧化二铁、氧化铜）按上述比例投入球磨机中，在转速为320r/min的条件下，球磨2小时待用；

2)将红外辐射改良剂按比例投入球磨机中，在转速为320r/min的条件下，球磨2小时待用；

3)将粘结剂投入搅拌罐，按比例投入氧化铬绿粉，高速搅拌20分钟；

4)将助剂投入搅拌罐，搅拌10分钟；

5)将红外辐射剂、辐射改良剂按配方比例加入搅拌罐中，高速搅拌30分钟，即得所需涂料。

该红外辐射涂料具有较高的性能，其实际性能测试实验如下：

采用活塞式空气压缩机将该涂料均匀涂覆于经过表面清灰处理的刚玉基板上，然后在50℃下烘干2h，100℃烘干2h，得到厚度0.16mm的涂层。经测试，在400℃下该涂层3～5μm波段的红外发射率为0.983且在1500℃下烧结保温5h未出现裂纹，耐温达到1850℃，不发生龟裂，起泡等问题。涂层试样放置在加热炉内升温至1000℃后保温30min，同等条件水淬30次不开裂。

它在保持了高性能的前提下，取消了氧化钇、氧化钴、氧化铬成分，而用较为常见的氧化铜、三氧化二铁、碳化硅等材料替代，利用石墨烯的特殊性能，来提高涂料性能。石墨烯随着制造工艺的成熟，价格不断降低，因此本涂料配方和制造工艺具有较好的经济价值。

Claims (4)

1.一种工业窑炉用高性能红外辐射涂料，由红外辐射剂、红外辐射改良剂、粘结剂和涂料助剂组成，其特征在于：其中红外辐射剂22～28%；辐射改良剂 8～12%；粘结剂55～65%；助剂3～7%，所述均为质量百分比；

红外辐射剂由BN（氮化硼）38～42%，SiO2 （二氧化硅）28～32%，Mn2O3（三氧化二锰），13～17%；SiC（碳化硅），4～6%，Fe2O3（三氧化二铁），3～6%，CuO（氧化铜），3～6%；所组成；

红外辐射改良剂为石墨烯的氧化锆包覆物，其中石墨烯 10～40%，ZrO（氧化锆）60-90%。

2.根据权利要求1所述的一种工业窑炉用高性能红外辐射涂料，其特征在于：所述粘结剂由PA或硅溶胶和氧化铬绿组成，质量百分比为2:1。

3.根据权利要求1所述的一种工业窑炉用高性能红外辐射涂料，其特征在于：所述助剂由分散剂、增稠剂、PH值调节剂和杀菌剂组成，其中分散剂为六偏磷酸钠8～12%、增稠剂为羟丙甲纤维素37～43%、PH值调节剂为有机醇胺 CP-802 38～42%、杀菌剂为C-15 8～12%。

4.根据权利要求1至权利要求3所述的一种工业窑炉用高性能红外辐射涂料，其制备方法包括以下步骤：

1)将制备红外辐射剂的基料按上述比例投入球磨机中，在转速为320r/min的条件下，球磨2小时待用；

2)将红外辐射改良剂按比例投入球磨机中，在转速为320r/min的条件下，球磨2小时待用；

3)将粘结剂投入搅拌罐，按比例投入氧化铬绿粉，高速搅拌20分钟；

4)将助剂投入完成第三步操作的搅拌罐中，搅拌10分钟；

5)将红外辐射剂、辐射改良剂按配方比例加入完成第四步的搅拌罐中，高速搅拌30分钟，即得所需涂料。