CN109135562A - 一种耐高温防开裂的隔热涂料 - Google Patents

一种耐高温防开裂的隔热涂料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及隔热涂料技术领域，具体涉及一种耐高温防开裂的隔热涂料。隔热涂料的组分包括：有机硅树脂、聚苯并咪唑、固化剂、纳米碳化硅、纳米氯化镁、热辐射反射剂、增韧纤维、硅溶胶、乙二醇丁醚、分散剂和二甲苯。其中，有机硅树脂选用经过环氧改性的有机硅树脂；固化剂为甲基苯基二氯硅烷和二甲基二氯硅烷的等质量比混合物；分散剂选用三聚磷酸钠或六偏磷酸钠；强化纤维是一种通过静电纺丝和高温焙烧技术制备的陶瓷纤维材料，这种陶瓷纤维材料的耐火度和强度很好，陶瓷纤维表面经过粗糙化处理并固结有碳化硅晶须，该材料与其它涂料组分之间的结合效果非常好，可以显著增强隔热涂料的韧性和防裂性能。

Description

一种耐高温防开裂的隔热涂料
技术领域
本发明涉及隔热涂料技术领域，具体涉及一种耐高温防开裂的隔热涂料。
背景技术
在全球能源供应趋紧的形势下，节能降耗已成为世界各国共同的目标。在很多工业热加工处理设备中，降低工业能耗的重要方式是提高设备的热效率，降低设备的热量损失。常规使用的热加工设备主要是工业窑炉，这些热炉的内部温度都要超过350℃，高温窑炉的温度甚至可以达到2000℃左右。一般窑炉加热多为通过电、煤、油、气或是电磁 感应方式加热升温，炉窑热量的传递以3种方式进行，即传导传热、对流传热和辐射传热。在低温阶段，热交换以对流传热为主，而在高温阶段，则以辐射传热为主。随着温度的升高，辐射传热所起的作用越来越大。电磁波在辐射传播中遇到物体时，会发生反射和吸收。如果窑炉炉壁具有较高的热辐射反射率，就可以强化炉内热交换过程，大大提高窑炉的燃烧率，从而提高其热效率。
基于这种需要，需要提供一种具有良好热辐射反射性能的隔热涂料，这种隔热涂料还需要具有良好的耐高温性能。目前，隔热涂料已经广泛应用于建筑物外墙和屋顶、工业储罐和 石油管道等领域，均取得一定的节能效果。但公开报道的隔热涂料大多数由无机功能填料和耐高温树脂等组分构成，这一类的隔热材料的保温隔热性能较高，但是涂料的耐高温性能相对不足，并且随着温度的升高，涂料的附着力会相应降低，涂层的强度和韧性也会变差，容易发生开裂和脱落的问题。
授权专利公开号CN105885595B公开了一种自清洁有机硅改性丙烯酸树脂隔热反射涂料制备方法，该技术方案使用自清洁有机硅改性丙烯酸树脂和热辐射反射剂制备获得高性能的自清洁隔热反射涂料，该涂料的具有良好的保温、隔热性能和自清洁效果。但是涂料的耐高温性能不足，涂料在高温状态下的附着力强度和韧性也相对较差。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种耐高温防开裂的隔热涂料，该涂料可以对热辐射进行反射，保温隔热性能突出；并且具有良好的耐高温性能，涂料在高温状态下的附着力较强、韧性较好。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种耐高温防开裂的隔热涂料，按照质量份数，隔热涂料的组分包括：有机硅树脂30-40份，聚苯并咪唑10-15份，固化剂5-8份，纳米碳化硅1-3份，纳米氯化镁11-15份，热辐射反射剂14-18份，增韧纤维3-5份，硅溶胶11-13份，乙二醇丁醚0.2-0.4份，分散剂1-1.5份，二甲苯12-15份。
优选地，按照质量份数，隔热涂料的组分包括：有机硅树脂33-37份，聚苯并咪唑12-14份，固化剂6-7份，纳米碳化硅1.5-2.4份，纳米氯化镁12-14份，热辐射反射剂15-17份，增韧纤维3.4-4.5份，硅溶胶11.5-12.6份，乙二醇丁醚0.2-0.3份，分散剂1.2-1.4份，二甲苯13-14份。
进一步优选地，按照质量份数，隔热涂料的组分包括：有机硅树脂36份，聚苯并咪唑13份，固化剂6.5份，纳米碳化硅2.1份，纳米氯化镁13份，热辐射反射剂16份，增韧纤维4份，硅溶胶12份，乙二醇丁醚0.3份，分散剂1.3份，二甲苯14份。
本发明中，增韧纤维的制备方法包括如下步骤：
（1）按照质量百分比，准备陶瓷原料：氢氧化钙6.5-8.6%，胶体二氧化硅20.5-22.3%，二氧化钛1.5-2.3%，硫酸镁4.5-6.3%，碳酸钇0.02-0.04%，碳酸钠9.4-11.7%，余量为硝酸铝；将陶瓷原料加入到球磨机中球磨混合的，得到所需纤维物质源；
（2）按照质量百分比，将15.3wt%的纤维物质源，9.7wt%的聚乙烯醇，3.6wt%的聚环氧丙烷，0.8wt%的月桂酸单乙醇酰胺，2.8wt%的甜菜碱；加入到去离子水中分散处理，然后向组合液中滴加乙酸，调节组合液的PH值为3.8-4.5，得到所需纤维物质液；
（3）将纤维物质液加入到静电纺丝设备的储液容器中，纤维物质液从设备的纺丝喷口射出，后经15.5-18.0kV的高压电源作用，纤维物质液射向集合器，纤维物质液中的挥发物挥发后，收集得到纺丝纤维，将纺丝纤维送入到高温炉中，以1050-1200℃的高温烧成2.5-3h，得到所需陶瓷纤维；陶瓷纤维的直径为120-150nm；
（4）将陶瓷纤维用去离子水洗涤后干燥，然后送入到酸化腐蚀处理室内，酸化腐蚀处理室内充盈有氯化氢蒸汽，蒸汽压力为0.8-1.0MPa，酸化腐蚀处理室内的温度为150-160℃，酸化腐蚀处理时间为4-7s，处理结束后将酸化腐蚀后的纤维取出，用去离子水反复冲洗3-5次，至洗涤液呈中性；
（5）按照质量百分比，将13wt%的超细碳化硅晶须，0.8wt%的聚乙烯醇缩丁醛，0.6wt%的丙酸醇和2wt%的磷酸三乙酯加入到异丙醇溶剂中，超声波分散处理得到晶须浸渍液，将上步骤的陶瓷纤维浸入到晶须浸渍液中处理10-15min，然后将陶瓷纤维取出，送入到高温炉中，以480-560℃的温度烧成30-40min，将烧成产物自然冷却至室温，得到的增韧纤维经过剪切机短切至纤维长度为1-3mm。
其中，步骤（3）和步骤（5）中的高温炉烧成过程中均采用氮气气氛进行保护。
步骤（5）中超细碳化硅晶须的粒径为50-55nm。
优选地，热辐射反射剂由纳米二氧化钛、空心玻璃微珠、紫外吸收剂、二巯琥珀酸钠按照9:5:2:1的质量比，在高速搅拌机中搅拌混合而成。
优选地，有机硅树脂选用经过环氧改性的有机硅树脂。
经过环氧改性后的有机硅树脂集环氧树脂和有机硅树脂地优良特性为一体，具有良好的机械性能和优异的热稳定性；防腐蚀性、电绝缘性、耐高低温性、耐电晕、耐辐射、耐潮湿及耐化学介质等性能也得到较大提升，因此非常适合用于制备隔热涂料，能够显著提高涂料的耐高温性能。
优选地，固化剂为甲基苯基二氯硅烷和二甲基二氯硅烷的等质量比混合物；分散剂选用三聚磷酸钠或六偏磷酸钠。
本发明提供的隔热涂料的制备方法为：按照质量份数，将纳米碳化硅、纳米氯化镁和热辐射反射剂加入到球磨机中，球磨混合均匀后备用，然后将有机硅树脂、硅溶胶和二甲苯加入到分散釜中，混合均匀并加热至65-70℃，将球磨混合料加入到分散釜中，同时向分散釜内加入聚苯并咪唑和增韧纤维，以550-650r/min的转速分散处理20-30min，接着将固化剂、分散剂和乙二醇丁醚依次加入到分散釜中，边加入边以相同的转速继续分散处理30-40min，分散处理结束后，得到所需隔热涂料。
本发明具有如下的有益效果：
本发明中的隔热涂料中添加了纳米碳化硅和氯化镁等耐高温填料，使得涂料的耐热性能更加突出，涂料中的热辐射反射剂是最重要的功能助剂，该组分可显著增强涂料对热辐射的反射性能，提高涂料的隔热保温性能。
为了进一步提高该涂料的韧性和耐高温性能，涂料中使用了一种特殊的纤维材料，这种强化纤维利用静电纺丝和高温焙烧技术制备而成，是一种耐火陶瓷纤维，纤维的耐火度很高，抗拉强度也非常优秀，适合在该型隔热涂料中作为强化材料。为了提高陶瓷纤维与涂料的树脂乳液之间的结合效果，特意采用雾化腐蚀技术对纤维表面进行粗糙化处理，然后再将纳米碳化硅晶须焙烧固化在纤维表面，从而使得陶瓷纤维的强度更高，并提升陶瓷纤维与乳液和其它填料之间的相互作用；使得制备的隔热涂料的韧性得到显著提升，避免涂料在高温状态下开裂或脱落。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
以下实施例中，增韧纤维的制备方法包括如下步骤：
（1）按照质量百分比，准备陶瓷原料：氢氧化钙7.2%，胶体二氧化硅21.5%，二氧化钛1.8%，硫酸镁5.4%，碳酸钇0.03%，碳酸钠10.2%，余量为硝酸铝；将陶瓷原料加入到球磨机中球磨混合的，得到所需纤维物质源；
（2）按照质量百分比，将15.3wt%的纤维物质源，9.7wt%的聚乙烯醇，3.6wt%的聚环氧丙烷，0.8wt%的月桂酸单乙醇酰胺，2.8wt%的甜菜碱；加入到去离子水中分散处理，然后向组合液中滴加乙酸，调节组合液的PH值为4.2，得到所需纤维物质液；
（3）将纤维物质液加入到静电纺丝设备的储液容器中，纤维物质液从设备的纺丝喷口射出，后经17.0kV的高压电源作用，纤维物质液射向集合器，纤维物质液中的挥发物挥发后，收集得到纺丝纤维，将纺丝纤维送入到高温炉中，以1100℃的温度高温烧成2.7h，得到所需陶瓷纤维；陶瓷纤维的直径为120-150nm；
（4）将陶瓷纤维用去离子水洗涤后干燥，然后送入到酸化腐蚀处理室内，酸化腐蚀处理室内充盈有氯化氢蒸汽，蒸汽压力为0.9MPa，酸化腐蚀处理室内的温度为155℃，酸化腐蚀处理时间为5s，处理结束后将酸化腐蚀后的纤维取出，用去离子水反复冲洗4次，至洗涤液呈中性；
（5）按照质量百分比，将13wt%的超细碳化硅晶须，0.8wt%的聚乙烯醇缩丁醛，0.6wt%的丙酸醇和2wt%的磷酸三乙酯加入到异丙醇溶剂中，超声波分散处理得到晶须浸渍液，将上步骤的陶瓷纤维浸入到晶须浸渍液中处理13min，然后将陶瓷纤维取出，送入到高温炉中，以500℃的温度烧成35min，将烧成产物自然冷却至室温，得到所需增韧纤维，增韧纤维短切成1-3mm。
其中，步骤（3）和步骤（5）中的高温炉烧成过程中均采用氮气气氛进行保护。
步骤（5）中超细碳化硅晶须的粒径为50-55nm。
实施例1
一种耐高温防开裂的隔热涂料，按照质量份数，隔热涂料的组分包括：有机硅树脂40份，聚苯并咪唑15份，固化剂8份，纳米碳化硅3份，纳米氯化镁15份，热辐射反射剂18份，增韧纤维5份，硅溶胶13份，乙二醇丁醚0.4份，分散剂1.5份，二甲苯15份。
其中，热辐射反射剂由纳米二氧化钛、空心玻璃微珠、紫外吸收剂、二巯琥珀酸钠按照9:5:2:1的质量比，在高速搅拌机中搅拌混合而成；
有机硅树脂选用经过环氧改性的有机硅树脂。
固化剂为甲基苯基二氯硅烷和二甲基二氯硅烷的等质量比混合物；分散剂选用三聚磷酸钠。
本实施例提供的隔热涂料的制备方法为：按照质量份数，将纳米碳化硅、纳米氯化镁和热辐射反射剂加入到球磨机中，球磨混合均匀后备用，然后将有机硅树脂、硅溶胶和二甲苯加入到分散釜中，混合均匀并加热至70℃，将球磨混合料加入到分散釜中，同时向分散釜内加入聚苯并咪唑和增韧纤维，以650r/min的转速分散处理30min，接着将固化剂、分散剂和乙二醇丁醚依次加入到分散釜中，边加入边以相同的转速继续分散处理40min，分散处理结束后，得到所需隔热涂料。
实施例2
一种耐高温防开裂的隔热涂料，按照质量份数，隔热涂料的组分包括：有机硅树脂40份，聚苯并咪唑15份，固化剂8份，纳米碳化硅3份，纳米氯化镁15份，热辐射反射剂18份，增韧纤维5份，硅溶胶13份，乙二醇丁醚0.4份，分散剂1.5份，二甲苯15份。
其中，热辐射反射剂由纳米二氧化钛、空心玻璃微珠、紫外吸收剂、二巯琥珀酸钠按照9:5:2:1的质量比，在高速搅拌机中搅拌混合而成；
有机硅树脂选用经过环氧改性的有机硅树脂。
固化剂为甲基苯基二氯硅烷和二甲基二氯硅烷的等质量比混合物；分散剂选用六偏磷酸钠。
本实施例提供的隔热涂料的制备方法为：按照质量份数，将纳米碳化硅、纳米氯化镁和热辐射反射剂加入到球磨机中，球磨混合均匀后备用，然后将有机硅树脂、硅溶胶和二甲苯加入到分散釜中，混合均匀并加热至70℃，将球磨混合料加入到分散釜中，同时向分散釜内加入聚苯并咪唑和增韧纤维，以650r/min的转速分散处理30min，接着将固化剂、分散剂和乙二醇丁醚依次加入到分散釜中，边加入边以相同的转速继续分散处理40min，分散处理结束后，得到所需隔热涂料。
实施例3
一种耐高温防开裂的隔热涂料，按照质量份数，隔热涂料的组分包括：有机硅树脂36份，聚苯并咪唑13份，固化剂6.5份，纳米碳化硅2.1份，纳米氯化镁13份，热辐射反射剂16份，增韧纤维4份，硅溶胶12份，乙二醇丁醚0.3份，分散剂1.3份，二甲苯14份。
其中，热辐射反射剂由纳米二氧化钛、空心玻璃微珠、紫外吸收剂、二巯琥珀酸钠按照9:5:2:1的质量比，在高速搅拌机中搅拌混合而成；
有机硅树脂选用经过环氧改性的有机硅树脂。
固化剂为甲基苯基二氯硅烷和二甲基二氯硅烷的等质量比混合物；分散剂选用三聚磷酸钠。
本实施例提供的隔热涂料的制备方法为：按照质量份数，将纳米碳化硅、纳米氯化镁和热辐射反射剂加入到球磨机中，球磨混合均匀后备用，然后将有机硅树脂、硅溶胶和二甲苯加入到分散釜中，混合均匀并加热至68℃，将球磨混合料加入到分散釜中，同时向分散釜内加入聚苯并咪唑和增韧纤维，以600r/min的转速分散处理25min，接着将固化剂、分散剂和乙二醇丁醚依次加入到分散釜中，边加入边以相同的转速继续分散处理35min，分散处理结束后，得到所需隔热涂料。
性能测试
测试本实施例中隔热涂料的性能，并设置湖南梦能科技有限公司销HI-FLORO 6738 型氟碳面漆作为对照组，进行性能测试，得到如下测试结果：
表1：本实施例中隔热涂料的性能测试结果
测试项目 对照组 实施例1 实施例2 实施例3
导热系数（W/m·k） 2.3 1.2 1.1 1.2
耐压强度（850℃x3h） 115.0 138.7 139.5 138.2
抗折强度（850℃x3h） 16.2 18.3 18.5 18.4
耐磨性能（g/cm²） 1.5 1.2 1.1 1.2
附着力等级 2 1 1 1
最高使用温度（℃） 850 1020 1030 1020
分析以上实验结果发现，与对照组相比，本实施例中的隔热涂料的导热系数更低，保温隔热性能更高，涂料的耐压强度和抗折强度更好，涂料的附着力更高，因此具有更好的粘结效果，涂料的韧性和强度高，不容易开裂和脱落，使用寿命更长。此外，由于耐热填料和增韧纤维等材料的使用，该涂料的耐高温性能也更加优秀。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耐高温防开裂的隔热涂料，其特征在于：按照质量份数，所述隔热涂料的组分包括：有机硅树脂30-40份，聚苯并咪唑10-15份，固化剂5-8份，纳米碳化硅1-3份，纳米氯化镁11-15份，热辐射反射剂14-18份，增韧纤维3-5份，硅溶胶11-13份，乙二醇丁醚0.2-0.4份，分散剂1-1.5份，二甲苯12-15份。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温防开裂的隔热涂料，其特征在于：按照质量份数，所述隔热涂料的组分包括：有机硅树脂33-37份，聚苯并咪唑12-14份，固化剂6-7份，纳米碳化硅1.5-2.4份，纳米氯化镁12-14份，热辐射反射剂15-17份，增韧纤维3.4-4.5份，硅溶胶11.5-12.6份，乙二醇丁醚0.2-0.3份，分散剂1.2-1.4份，二甲苯13-14份。
3.根据权利要求2所述的一种耐高温防开裂的隔热涂料，其特征在于：按照质量份数，所述隔热涂料的组分包括：有机硅树脂36份，聚苯并咪唑13份，固化剂6.5份，纳米碳化硅2.1份，纳米氯化镁13份，热辐射反射剂16份，增韧纤维4份，硅溶胶12份，乙二醇丁醚0.3份，分散剂1.3份，二甲苯14份。
4.根据权利要求1所述的一种耐高温防开裂的隔热涂料，其特征在于：所述增韧纤维的制备方法包括如下步骤：
（1）按照质量百分比，准备陶瓷原料：氢氧化钙6.5-8.6%，胶体二氧化硅20.5-22.3%，二氧化钛1.5-2.3%，硫酸镁4.5-6.3%，碳酸钇0.02-0.04%，碳酸钠9.4-11.7%，余量为硝酸铝；将陶瓷原料加入到球磨机中球磨混合的，得到所需纤维物质源；
（2）按照质量百分比，将15.3wt%的纤维物质源，9.7wt%的聚乙烯醇，3.6wt%的聚环氧丙烷，0.8wt%的月桂酸单乙醇酰胺，2.8wt%的甜菜碱；加入到去离子水中分散处理，然后向组合液中滴加乙酸，调节组合液的PH值为3.8-4.5，得到所需纤维物质液；
（3）将纤维物质液加入到静电纺丝设备的储液容器中，纤维物质液从设备的纺丝喷口射出，后经15.5-18.0kV的高压电源作用，纤维物质液射向集合器，纤维物质液中的挥发物挥发后，收集得到纺丝纤维，将纺丝纤维送入到高温炉中，以1050-1200℃的高温烧成2.5-3h，得到所需陶瓷纤维；陶瓷纤维的直径为120-150nm；
（4）将陶瓷纤维用去离子水洗涤后干燥，然后送入到酸化腐蚀处理室内，酸化腐蚀处理室内充盈有氯化氢蒸汽，蒸汽压力为0.8-1.0MPa，酸化腐蚀处理室内的温度为150-160℃，酸化腐蚀处理时间为4-7s，处理结束后将酸化腐蚀后的纤维取出，用去离子水反复冲洗3-5次，至洗涤液呈中性；
（5）按照质量百分比，将13wt%的超细碳化硅晶须，0.8wt%的聚乙烯醇缩丁醛，0.6wt%的丙酸醇和2wt%的磷酸三乙酯加入到异丙醇溶剂中，超声波分散处理得到晶须浸渍液，将上步骤的陶瓷纤维浸入到晶须浸渍液中处理10-15min，然后将陶瓷纤维取出，送入到高温炉中，以480-560℃的温度烧成30-40min，将烧成产物自然冷却至室温，得到的增韧纤维经过剪切机短切至纤维长度为1-3mm。
5.根据权利要求4所述的一种耐高温防开裂的隔热涂料，其特征在于：所述步骤（3）和步骤（5）中的高温炉烧成过程中均采用氮气气氛进行保护。
6.根据权利要求4所述的一种耐高温防开裂的隔热涂料，其特征在于：所述步骤（5）中超细碳化硅晶须的粒径为50-55nm。
7.根据权利要求1所述的一种耐高温防开裂的隔热涂料，其特征在于：所述热辐射反射剂由纳米二氧化钛、空心玻璃微珠、紫外吸收剂、二巯琥珀酸钠按照9:5:2:1的质量比，在高速搅拌机中搅拌混合而成。
8.根据权利要求1所述的一种耐高温防开裂的隔热涂料，其特征在于：所述有机硅树脂选用经过环氧改性的有机硅树脂。
9.根据权利要求1所述的一种耐高温防开裂的隔热涂料，其特征在于：所述固化剂为甲基苯基二氯硅烷和二甲基二氯硅烷的等质量比混合物；分散剂选用三聚磷酸钠或六偏磷酸钠。
10.根据权利要求1所述的一种耐高温防开裂的隔热涂料，其特征在于：所述隔热涂料的制备方法为：按照质量份数，将纳米碳化硅、纳米氯化镁和热辐射反射剂加入到球磨机中，球磨混合均匀后备用，然后将有机硅树脂、硅溶胶和二甲苯加入到分散釜中，混合均匀并加热至65-70℃，将球磨混合料加入到分散釜中，同时向分散釜内加入聚苯并咪唑和增韧纤维，以550-650r/min的转速分散处理20-30min，接着将固化剂、分散剂和乙二醇丁醚依次加入到分散釜中，边加入边以相同的转速继续分散处理30-40min，分散处理结束后，得到所需隔热涂料。
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