CN108250811A - 一种耐高温红外热节能涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐高温红外热节能涂料，其组成组分及其重量份数如下：胶黏剂50‑60份，碳化硅3‑5份；二氧化钛1‑5份，二氧化锰1‑2份，氧化铜1‑5份，石墨3‑7份，氧化锆2‑10份，氧化铝2‑8份，高岭土3‑10份，高发射率莫来石10‑20份，致密剂0.5‑1份，PH调节剂0.1‑3份。本发明涂料耐温600‑1500℃，在波长范围为1‑20μm的全红外辐射系数达到0.92‑0.95，具有优异的耐蚀性、耐磨性和耐热震性。该涂层与基体结合力强，涂层能渗透基体形成过渡层，更加致密。且因其具有强红外辐射，提高炉膛内温度场强及均匀性，使燃烧更充分，达到增加炉膛内热效率，减少能耗。
Description
技术领域
本发明属于涂料技术领域，尤其涉及一种耐高温红外热节能涂料及其制备方法。
背景技术
随着国内环保意识的逐渐加强和能源的短缺，节能减排势在必行，所以对于工业运输热管道、窑炉、高温阀门等高温设备表面必须采取有效的节能措施，以减少热量损失。红外涂料作为一种新型节能涂料，在工业炉、民用炉上具有很好的节能效果，从辐射传热的角度看，由于红外涂料的表面辐射率高（一般要达到0.8以上），红外涂料将大部分吸收的热量以红外线的形式辐射到被加热体上，大大提高了热效率，所以高发射率红外涂料具有广阔的应用前景。但是现有的红外辐射涂料涂料，与基材附着力差，耐热震性差，致密度不高等性能缺陷。所以，我公司发明了一种耐高温红外热节能涂料，该涂层与基体结合力强，涂层能渗透基体形成过渡层，涂膜致密，耐温600-1500℃，在波长范围为1-20μm的全红外辐射系数达到0.92-0.95，具有优异的耐蚀性、耐磨性和耐热震性，不仅提高炉膛内壁耐火材料的热辐射系数，而且提高裂解管、水冷壁、换热器热吸收系数。
通过检索，发现如下几篇与本发明专利申请相关的公开专利文献：
1、一种耐高温远红外辐射陶瓷涂料（CN 101054289A），该涂料按重量比取200目氧化锆10份，200目锆石英砂20份，300目长石10份，300目氧化铈7份，300目三氧化二锰15份，300目氧化锰3份，600目二氧化钛2份，200目氧化铝10份，400目石墨10份，400目氮化硼3份，200目氮化硅10份混合组成。涂料的石墨和氮化硅，具有润滑、抗粘结性，碳化硅具有耐磨性，氧化锰、二氧化钛和氧化铝具有强远红外线发射性，二氧化锆、锆石英、长石和氧化铈所组成的涂层具有致密性和较高的耐火性，三氧化二锰可以催化碳、硫、氮转化。所以适宜在煤粉炉、沸腾炉、流化床炉等动态炉体内应用。
2、一种耐高温远红外纳米涂料及其制备方法（CN 101602613 A），该涂料组分包括ZrO、CrO、AlO、FeO、MnO、CoO、MgO、苏州土、膨润土、活性炭、煤粉，将以上成分制成纳米级（500nm以下）细粉，在硅铬铝复合溶胶和羧甲基纤维素混合溶液中按比例混合，形成粘稠状悬浮液体，制得耐高温远红外纳米涂料。本发明的涂料可在清灰后喷刷于炉膛内壁表面，在900-1200℃温度范围烧结，形成具备一定强度的多孔陶瓷，该陶瓷密度低、热传导率低、2.5-20μm全红外波段法向全发射率高（0.91-0.95）
3、一种远红外高辐射防腐节能涂料（CN 104629499 A），原理配方包括水性聚合胶黏剂、空中玻璃微珠、短纤维、增稠剂、阻燃剂。制得后的超薄型保温隔热涂料粘稠均匀、易施工、涂层平整附着牢固，干燥后耐高温、防水、防酸碱腐蚀，内部为真空颗粒搭建的致密结构，具有稳定的保温隔热效果。适用于各类热工设备的保温隔热。
4、一种远红外高辐射防腐节能涂料（CN 104629499 A），原料成分包括：氮化硼、棕刚玉、氧化锆、耐火细土、钠土粉、氧化铬绿、磷酸锌、氧化铝、磷酸、氢氧化铝、羧甲基纤维素、填料剂。本发明覆盖在耐材和金属表面，使耐材和金属制品与外界介质隔离开来，以阻碍外界高温气氛及腐蚀物质对耐材和金属表面的腐蚀，延长金属制品使用寿命，而且具有施工简单、节省投资、使用范围广等优点。
通过对比，本发明专利申请与上述专利公开文献存在本质的不同。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种耐高温红外热节能涂料，该涂层与基体结合力强，涂层能渗透基体形成过渡层，涂膜致密，耐温600-1500℃，在波长范围为1-20μm的全红外辐射系数达到0.92-0.95，具有优异的耐蚀性、耐磨性和耐热震性，不仅提高炉膛内壁耐火材料的热辐射系数，而且提高裂解管、水冷壁、换热器热吸收系数。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种耐高温隔热保温涂料，其组成组分及其重量份数如下：
胶黏剂50-60份；
碳化硅3-5份；
二氧化钛1-5份；
二氧化锰1-2份；
氧化铜1-5份；
石墨3-7份；
氧化锆2-10份；
氧化铝2-8份；
高岭土3-10份；
高发射莫来石10-20份；
致密剂0.5-1份；
PH调节剂0.1-3份。
而且，所述胶黏剂为高稳定、高模数硅酸钾溶液，其制备方法如下步骤：
将50kg低模数的硅酸钾溶液（模数在3.5-3.7）放入反应釜中，在温度为50-60℃，搅拌速度800r/min-1100 r/min的条件下慢慢加入10-15kg的20%固含量的碱性硅溶胶（PH为9-10），滴加速度保持30-60滴/min，滴加完硅溶胶后，再向反应釜中滴加1.5kg硅烷偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷，保持3-4滴/min的滴加速度，搅拌1-2h，在此过程中补加40kg左右的蒸馏水，然后将反应釜升至300℃，往反应釜中逐步加入5kg的金红石型钛白粉，搅拌45分钟，即得到高稳定、高模数硅酸钾溶液，其模数为4-4.5。
而且，所述二氧化钛为纳米二氧化钛。
而且，所述二氧化锰，其质量分数大于90.88%，PH为5-7。
而且，所述石墨为鳞片状石墨。
而且，所述氧化铝为α-三氧化二铝。
而且，所述高岭土为煅烧高岭土。
而且，所述高发射莫来石为为红柱石、蓝晶石、氧化铝在1450℃煅烧预处理后的到的莫来石，比例为1:1:0.5。其步骤如下：按1:1:0.5的比例将红柱石、蓝晶石、氧化铝过筛，然后放入锥形混合罐中，上下翻转混合30分钟以上，混合均匀后，放入1450℃煅烧炉中煅烧并保温2小时，然后冷却备用即可。
而且，所述致密剂为三氧化二梯或氧化铅之一种。
而且，所述的PH调节剂为5%的氨水和3%的硫酸。
一种如上所述的耐高温红外热节能涂料的制备方法，步骤如下：
先把各种粉料按照比例在锥形混合罐中上下混合30分钟以上，混合均匀后待用，将高模数硅酸钾溶液放入反应釜中，然后按照比例加入已经混合后的粉料，开启搅拌，其搅拌速度要达到3500转/秒，搅拌时间在20分钟以上，然后把搅拌速度降到200转/秒，按比例加入各种助剂，用5%的氨水和3%的硫酸作为PH调节剂，使溶液的PH达到9-10，增加涂料的黏度就可灌装。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明涂料采用高模数硅酸钾溶液，既提高了涂层与基材的粘结力和涂层的强度，又提高了涂层的耐温性和抗热震性，炉膛内温度场强不均匀，因为温度高，所以个别部分温度差可达到300℃，使用高摩数硅酸钾溶液可以防止因温度场强不均匀对涂层带来的伤害，延长涂层寿命，防止涂层翘边、脱落。
2、本发明涂料采用红柱石、蓝晶石、氧化铝在1450℃煅烧预处理后的到莫来石，可以提高涂层的红外辐射率和稳定性，延长辐射半衰期，强化均匀炉膛内温度场，也提高涂层的热震性和耐磨性。
3、本发明涂料采用三氧化二梯或氧化铅之一种作为致密剂，因其熔点较低，在涂层烧结时，液相部分可以渗透入涂层空隙，适当提高涂层的致密度，提高涂层的耐腐蚀性和强度。
4、本发明涂料采用PH调节剂来调节涂层的PH值为9-10，提高涂料的稳定性，增加涂料适用周期，可长期保存。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步说明；下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
本发明中所使用的试剂，如无特殊规定，均为本领域内常用试剂；本发明中所使用的方法，如无特殊规定，均为本领域内常用的方法。
实施例一
一种耐高温红外热节能涂料，其组成组分及其重量份数如下：
胶黏剂50份；
碳化硅4份；
二氧化钛2份；
二氧化锰1份；
氧化铜3份；
石墨5份；
氧化锆3份；
氧化铝4份；
高岭土7份；
高发射莫来石20份；
致密剂1份。
一种如上所述的胶黏剂为高稳定、高模数硅酸钾溶液，制备方法如下步骤：
将50kg低模数的硅酸钾溶液（模数在3.5-3.7）放入反应釜中，在温度为50-60℃，搅拌速度800r/min-1100 r/min的条件下慢慢加入10kg的20%固含量的碱性硅溶胶（PH为9-10），滴加速度保持30-60滴/min，滴加完硅溶胶后，再向反应釜中滴加1.5kg硅烷偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷，保持3-4滴/min的滴加速度，搅拌1-2h，在此过程中补加40kg左右的蒸馏水，然后将反应釜升至300℃，往反应釜中逐步加入5kg的金红石型钛白粉，搅拌45分钟，即得到高稳定、高模数硅酸钾溶液，其模数为4。
一种如上所述的高发射莫来石为为红柱石、蓝晶石、氧化铝在1450℃煅烧预处理后的到的莫来石， 其步骤如下：按1:1:0.5的比例将红柱石、蓝晶石、氧化铝过筛，然后放入锥形混合罐中，上下翻转混合30分钟以上，混合均匀后，放入1450℃煅烧炉中煅烧并保温2小时，然后冷却备用即可。
一种如上所述的耐高温红外热节能涂料的制备方法，步骤如下：
先把各种粉料按照比例在锥形混合罐中上下混合30分钟以上，混合均匀后待用，将高模数硅酸钾溶液放入反应釜中，然后按照比例加入已经混合后的粉料，开启搅拌，其搅拌速度要达到3500转/秒，搅拌时间在20分钟以上，然后把搅拌速度降到200转/秒，加入各种助剂，再用5%的氨水和3%的硫酸作为PH调节剂，使溶液的PH达到9-10，增加涂料的黏度就可灌装，得到耐高温红外热节能涂料。
实施例二
一种耐高温红外热节能涂料，其组成组分及其重量份数如下：
胶黏剂60份；
碳化硅4份；
二氧化钛2份；
二氧化锰1份；
氧化铜3份；
石墨5份；
氧化锆3份；
氧化铝4份；
高岭土7份；
高发射莫来石10份；
致密剂1份。
一种如上所述的胶黏剂为高稳定、高模数硅酸钾溶液，制备方法同实施例一。
一种如上所述的高发射莫来石为为红柱石、蓝晶石、氧化铝在1450℃煅烧预处理后的到的莫来石， 其步骤同实施例一。
一种如上所述的耐高温红外热节能涂料的制备方法，步骤同实施例一。
实施例三
一种耐高温红外热节能涂料，其组成组分及其重量份数如下：
胶黏剂50份；
碳化硅4份；
二氧化钛2份；
二氧化锰1份；
氧化铜3份；
石墨5份；
氧化锆3份；
氧化铝4份；
高岭土7份；
高发射莫来石20份
致密剂1份。
一种如上所述的胶黏剂为高稳定、高模数硅酸钾溶液，制备方法如下步骤：
将50kg低模数的硅酸钾溶液（模数在3.5-3.7）放入反应釜中，在温度为50-60℃，搅拌速度800r/min-1100 r/min的条件下慢慢加入15kg的20%固含量的碱性硅溶胶（PH为9-10），滴加速度保持30-60滴/min，滴加完硅溶胶后，再向反应釜中滴加1.5kg硅烷偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷，保持3-4滴/min的滴加速度，搅拌1-2h，在此过程中补加40kg左右的蒸馏水，然后将反应釜升至300℃，往反应釜中逐步加入5kg的金红石型钛白粉，搅拌45分钟，即得到高稳定、高模数硅酸钾溶液， 其模数为4.5。
一种如上所述的高发射莫来石为为红柱石、蓝晶石、氧化铝在1450℃煅烧预处理后的到的莫来石， 其步骤同实施例一。
一种如上所述的耐高温红外热节能涂料的制备方法，步骤同实施例一。
实施例四
一种耐高温红外热节能涂料，其组成组分及其重量份数如下：
胶黏剂60份；
碳化硅4份；
二氧化钛2份；
二氧化锰1份；
氧化铜3份；
石墨5份；
氧化锆3份；
氧化铝4份；
高岭土7份；
高发射莫来石10份；
致密剂1份。
一种如上所述的胶黏剂为高稳定、高模数硅酸钾溶液，制备方法同实施例三。
一种如上所述的高发射莫来石为为红柱石、蓝晶石、氧化铝在1450℃煅烧预处理后的到的莫来石， 其步骤同实施例一。
一种如上所述的耐高温红外热节能涂料的制备方法，步骤同实施例一。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种耐高温红外热节能涂料及其制备方法，其特征在于：其组成组分及其重量份数如下：
胶黏剂50-60份；
碳化硅3-5份；
二氧化钛1-5份；
二氧化锰1-2份；
氧化铜1-5份；
石墨3-7份；
氧化锆2-10份；
氧化铝2-8份；
高岭土3-10份；
高发射莫来石10-20份；
致密剂0.5-1份；
PH调节剂0.1-3份。
2.根据权利要求1所述的耐高温红外热节能涂料，其特征在于：所述胶黏剂为经金红石钛白粉稳定的高稳定、高模数硅酸钾溶液，其固含量为50%，模数为4-4.5。
3.根据权利要求1所述的耐高温红外热节能涂料，其特征在于：所述氧化铝为α-三氧化二铝。
4.根据权利要求1所述的耐高温红外热节能涂料，其特征在于：所述碳化硅、二氧化钛、二氧化锰、氧化铜、石墨、氧化锆、氧化铝、高岭土、高发射莫来石、粒度均在800-2000目。
5.根据权利要求1所述的耐高温红外热节能涂料，其特征在于：所述高发射莫来石为红柱石、蓝晶石、氧化铝在1450℃煅烧预处理后的到的莫来石，其比例为1:1:0.5。
6.根据权利要求1所述的耐高温红外热节能涂料，其特征在于：所述致密剂为三氧化二梯或氧化铅之一种。
7.根据权利要求1所述的耐高温红外热节能涂料，其特征在于：所述的PH调节剂为5%的氨水和3%的硫酸。
8.根据权利要求1所述的耐高温红外热节能涂料的制备方法，其特征在于：所述的高模数硅酸钾溶液的制备方法，其步骤如下：将50kg低模数的硅酸钾溶液（模数在3.5-3.7）放入反应釜中，在温度为50-60℃，搅拌速度800r/min-1100 r/min的条件下慢慢加入10kg的20%固含量的碱性硅溶胶（PH为9-10），滴加速度保持30-60滴/min，滴加完硅溶胶后，再向反应釜中滴加1.5kg硅烷偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷，保持3-4滴/min的滴加速度，搅拌1-2h，在此过程中补加40kg左右的蒸馏水，然后将反应釜升至300℃，往反应釜中逐步加入5kg的金红石型钛白粉，搅拌45分钟，即得到高稳定、高模数硅酸钾溶液，其模数为4-4.5。
9.根据权利要求1所述的耐高温红外热节能涂料的制备方法，其特征在于：所述高发射莫来石的制备方法，其步骤如下：按1:1:0.5的比例将红柱石、蓝晶石、氧化铝过筛，然后放入锥形混合罐中，上下翻转混合30分钟以上，混合均匀后，放入1450℃煅烧炉中煅烧并保温2小时，然后冷却备用即可。
10.一种如权利要求1至7任一项所述的耐高温红外热节能涂料的制备方法，其特征在于：步骤如下：
先把各种粉料按照比例在锥形混合罐中上下混合30分钟以上，混合均匀后待用，将高稳定、高模数硅酸钾溶液放入反应釜中，然后按照比例加入已经混合后的粉料，开启搅拌，其搅拌速度要达到3500转/秒，搅拌时间在20分钟以上，然后把搅拌速度降到200转/秒，按比例加入各种助剂，再用5%的氨水和3%的硫酸作为PH调节剂，使涂料的PH达到9-10，增加涂料的黏度就可灌装。
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