CN109777165A - 一种水性涂料用耐高温无机粘结剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水性涂料用耐高温无机粘结剂及其制备方法，其特征在于由以下原料制成：10～80wt%固体磷酸二氢铝、10～80wt%石英粉、5～30wt%硼玻璃粉、5～30wt%钛溶胶、10～80wt%纳米级锆溶胶和10～80wt%铝溶胶；1.10～80wt%固体磷酸二氢铝、10～80wt%石英粉和5～30wt%硼玻璃粉混合后经气流磨粉碎得纳米级混合粉料；2.5～30wt%钛溶胶、10～80wt%纳米级锆溶胶和10～80wt%铝溶胶混合，搅匀得混合液料；3.按质量比1：1～6将混合粉料加入混合液料中，控制温度40～110℃，边加边搅拌，混匀即可。本发明有益效果：1.耐高温性能好；2.抗热震性能良好；3.粘结牢度强；4.应用简单；5.制备方法简单、易操作。

Description

一种水性涂料用耐高温无机粘结剂及其制备方法

技术领域

本发明属于耐火粘结剂技术领域，具体涉及一种水性涂料用耐高温无机粘结剂及其制备方法。

背景技术

耐高温水性涂料以水作为分散介质，采用特制无机耐高温材料加工而成，耐温范围可达-80～2000℃，可以有效抑制工业高温窑炉的热辐射和热量散失。

工业窑炉隔热保温用途的耐高温水性涂料应用日趋广泛，应用于高温防护领域的粘结剂主要有硅酸盐、磷酸盐和溶胶等几大类。但目前市场上大多数耐高温水性涂料在高温下粘结牢度低、抗热震性能差，在实际应用中，尤其是应用于温度高于1400℃的环境，根本无法有效地对窑炉进行隔热保温。如：硅酸盐类粘结剂耐温性不高（<1000℃）限制了其在高温领域的应用；磷酸盐类粘结剂中应用最为广泛的是磷酸二氢铝，磷酸二氢铝粘结剂具有耐高温（～1600℃）、耐烧蚀、可塑性强、固化收缩率小、耐热冲击性较强，且具有高温瓷化性及类似于耐火材料的耐火性，磷酸二氢铝粘结剂在随着温度升高到1300～1600℃之间时以方石英型磷酸铝的形式存在，该晶型为磷酸铝盐的最稳定状态，且具有最高的耐火度（1600℃），但在温度高于1600℃时磷酸铝粘结剂就会熔化，甚至脱落，失去保护作用；溶胶类粘结剂成膜困难，必须配合其他成膜物质一起使用。

因此，研发制备耐高温，且高温下粘结牢度高、抗热震性能良好的耐高温无机粘结剂势在必行。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有高温防护领域中单一粘结剂存在难以避免的技术缺陷，提供一种水性涂料用耐高温无机粘结剂及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种水性涂料用耐高温无机粘结剂，其特征在于由以下重量配比的原料制成：10～80wt%固体磷酸二氢铝、10～80wt%石英粉、5～30wt%硼玻璃粉、5～30wt%钛溶胶、10～80wt%纳米级锆溶胶和10～80wt%铝溶胶。

进一步，所述一种水性涂料用耐高温无机粘结剂，优选地由以下重量配比的原料制成：20～35wt%固体磷酸二氢铝、20～35wt%石英粉、10～15wt%硼玻璃粉、10～15wt%钛溶胶、20～35wt%纳米级锆溶胶和20～35wt%铝溶胶。

进一步，所述一种水性涂料用耐高温无机粘结剂，优选地由以下重量配比的原料制成：40～55wt%固体磷酸二氢铝、40～55wt%石英粉、18～23wt%硼玻璃粉、18～23wt%钛溶胶、40～55wt%纳米级锆溶胶和40～55wt%铝溶胶。

进一步，所述一种水性涂料用耐高温无机粘结剂，优选地由以下重量配比的原料制成：60～70wt%固体磷酸二氢铝、60～70wt%石英粉、25～28wt%硼玻璃粉、25～28wt%钛溶胶、60～70wt%纳米级锆溶胶和60～70wt%铝溶胶。

进一步，所述固体磷酸二氢铝的平均粒径≤25μm，其化学成分为：P₂O₅含量63～67wt%，Al₂O₃含量16～18 wt%,Fe₂O₃含量≤0.02 wt%；所述石英粉的平均粒径≤2μm，SiO₂含量≥98 wt%；所述硼玻璃粉的平均粒径≤10μm，硼含量28～31 wt%；所述钛溶胶为金红石型纳米二氧化钛分散液，平均粒径≤100nm，固含量为10～30 wt%；所述纳米级锆溶胶的平均粒径≤100nm，固含量为5～45 wt%；所述铝溶胶的平均粒径≤100nm，固含量为10～40 wt%。

一种水性涂料用耐高温无机粘结剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1).将10～80wt%固体磷酸二氢铝、10～80wt%石英粉和5～30wt%硼玻璃粉混合后加入到耗气量1或3m³/min的气流磨进行粉碎得到粒度为150～650nm的混合粉料，气流磨工作时分级轮转速为1000～3500r/min；

2).将5～30wt%钛溶胶、10～80wt%纳米级锆溶胶和10～80wt%铝溶胶混合，搅拌均匀得到混合液料；

3).按质量比1：1～6将步骤1得到的混合粉料和步骤2得到的混合液料进行称量，将混合粉料加入混合液料中，控制温度在40～110℃，边加料边搅拌，搅拌速度为300～800r/min，得到混合均匀的水性涂料用耐高温无机粘结剂。

磷酸二氢铝本身耐温可达1600℃，金红石型二氧化钛熔点为1830～1850℃，

氧化锆熔点为2680℃，氧化铝熔点为2050℃，且钛溶胶、锆溶胶和铝溶胶复配成混合液料加入，在高温下溶胶表面基团会与磷酸二氢铝盐发生键合，进一步提高粘结剂的耐温性能。

本发明的有益效果：1.耐高温性能好，耐火度可达2000℃，可在1600℃以下工作环境中长期使用不致失效；2.抗热震性能良好，通过在实际应用中调整组分配方比例，可实现该粘结剂与基材相近的线膨胀系数，在温度变化过程中保持优良的抗热震性能；3.粘结牢度强，混合粉料中添加一定量的石英粉和硼玻璃粉，可实现在高温下发生足够强度的键合反应，进一步提高涂层高温下的粘结牢度；4.应用简单，该粘结剂成品为液态，在实际应用中，按一定比例称量后直接加入水性涂料体系当中，搅拌均匀即可进行涂层施工；5.制备方法简单、易操作。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明作进一步说明，一种水性涂料用耐高温无机粘结剂及其制备方法，具体实施步骤如下：

实施例1

1.将10wt%固体磷酸二氢铝（平均粒径25μm，P₂O₅含量为63wt%、Al₂O₃含量16wt%、Fe₂O₃含量0.02wt%）、80wt%石英粉（平均粒径2μm，SiO₂含量98wt %）和10wt%硼玻璃粉（平均粒径10μm，硼含量28wt%）混合后经耗气量3m³/min气流磨进行粉碎得到粒度为150nm的混合粉料，气流磨工作时分级轮转速为3500r/min；

2.将10wt%金红石型纳米二氧化钛分散液（平均粒径100nm，固含量10wt%）、80wt%纳米级锆溶胶（平均粒径100nm，固含量5wt%）和10wt%铝溶胶（平均粒径100nm，固含量10wt%）混合，搅拌均匀得到混合液料；

3. 按质量比1：1将步骤1得到的混合粉料和步骤2得到的混合液料进行称量，将混合粉料加入混合液料中，控制温度在110℃，边加料边搅拌，搅拌速度为300r/min，得到混合均匀的水性涂料用耐高温无机粘结剂。

该水性涂料用耐高温无机粘结剂固含量为53.0wt%，经性能测试，耐火度为1730℃；应用该无机粘结剂制备的水性涂层经1260℃耐冷热交变实验后，涂层无粉化、无鼓泡、无裂纹、无剥落现象，且承受2000g·cm的冲击试验后，涂层无裂纹、无剥落。

实施例2

1.将20wt%固体磷酸二氢铝（平均粒径20μm，P₂O₅含量为64wt%、Al₂O₃含量16wt%、Fe₂O₃含量0.01wt%）、50wt%石英粉（平均粒径1.5μm，SiO₂含量98.5 wt%）和30wt%硼玻璃粉（平均粒径9μm，硼含量29wt%）混合后经耗气量3m³/min气流磨进行粉碎得到粒度为200nm的混合粉料，气流磨工作时分级轮转速为3000r/min；

2.将5wt%金红石型纳米二氧化钛分散液（平均粒径90nm，固含量10wt%）、70wt%纳米级锆溶胶（平均粒径90nm，固含量10wt%）和25wt%铝溶胶（平均粒径90nm，固含量20wt%）混合，搅拌均匀得到混合液料；

3. 按质量比1：1将步骤1得到的混合粉料和步骤2得到的混合液料进行称量，将混合粉料加入混合液料中，控制温度在100℃，边加料边搅拌，搅拌速度为350r/min，得到混合均匀的水性涂料用耐高温无机粘结剂。

该水性涂料用耐高温无机粘结剂固含量为56.25wt%，经性能测试，耐火度为1780℃；应用该无机粘结剂制备的水性涂层经1260℃耐冷热交变实验后，涂层无粉化、无鼓泡、无裂纹、无剥落现象，且承受2000g·cm的冲击试验后，涂层无裂纹、无剥落。

实施例3

1.将30wt%固体磷酸二氢铝（平均粒径15μm，P₂O₅含量为65wt%、Al₂O₃含量16wt%、Fe₂O₃含量0.02wt%）、45wt%石英粉（平均粒径2μm，SiO₂含量98 wt %）和25wt%硼玻璃粉（平均粒径8μm，硼含量30wt%）混合后经耗气量1m³/min气流磨进行粉碎得到粒度为250nm的混合粉料，气流磨工作时分级轮转速为2700r/min；

2.将10wt%金红石型纳米二氧化钛分散液（平均粒径80nm，固含量10wt%）、60wt%纳米级锆溶胶（平均粒径80nm，固含量20wt%）和30wt%铝溶胶（平均粒径80nm，固含量30wt%）混合，搅拌均匀得到混合液料；

3. 按质量比1：2将步骤1得到的混合粉料和步骤2得到的混合液料进行称量，将混合粉料加入混合液料中，控制温度在90℃，边加料边搅拌，搅拌速度为400r/min，得到混合均匀的水性涂料用耐高温无机粘结剂。

该水性涂料用耐高温无机粘结剂固含量为48wt%，经性能测试，耐火度为1810℃；应用该无机粘结剂制备的水性涂层经1260℃耐冷热交变实验后，涂层无粉化、无鼓泡、无裂纹、无剥落现象，且承受2000g·cm的冲击试验后，涂层无裂纹、无剥落。

实施例4

1.将40wt%固体磷酸二氢铝（平均粒径10μm，P₂O₅含量为66wt%、Al₂O₃含量17wt%、Fe₂O₃含量0.01wt%）、40wt%石英粉（平均粒径1.5μm，SiO₂含量98.5 wt%）和20wt%硼玻璃粉（平均粒径7μm，硼含量31wt%）混合后经耗气量3m³/min气流磨进行粉碎得到粒度为350nm的混合粉料，气流磨工作时分级轮转速为2500r/min；

2.将15wt%金红石型纳米二氧化钛分散液（平均粒径70nm，固含量20wt%）、50wt%纳米级锆溶胶（平均粒径70nm，固含量25wt%）和35wt%铝溶胶（平均粒径70nm，固含量40wt%）混合，搅拌均匀得到混合液料；

3. 按质量比1：3将步骤1得到的混合粉料和步骤2得到的混合液料进行称量，将混合粉料加入混合液料中，控制温度在80℃，边加料边搅拌，搅拌速度为500r/min得到混合均匀的水性涂料用耐高温无机粘结剂。

该水性涂料用耐高温无机粘结剂固含量为47.13wt%，经性能测试，耐火度为1890℃；应用该无机粘结剂制备的水性涂层经1260℃耐冷热交变实验后，涂层无粉化、无鼓泡、无裂纹、无剥落现象，且承受2000g·cm的冲击试验后，涂层无裂纹、无剥落。

实施例5

1.将50wt%固体磷酸二氢铝（平均粒径10μm，P₂O₅含量为67wt%、Al₂O₃含量17wt%、Fe₂O₃含量0.02wt%）、35wt%石英粉（平均粒径2μm，SiO₂含量98wt%）和15wt%硼玻璃粉（平均粒径7μm，硼含量31wt%）混合后经耗气量1m³/min气流磨进行粉碎得到粒度为450nm的混合粉料，气流磨工作时分级轮转速为2000r/min；

2.将20wt%金红石型纳米二氧化钛分散液（平均粒径100nm，固含量20wt%）、40wt%纳米级锆溶胶（平均粒径100nm，固含量30wt%）和40wt%铝溶胶（平均粒径100nm，固含量40wt%）混合，搅拌均匀得到混合液料；

3. 按质量比1：4将步骤1得到的混合粉料和步骤2得到的混合液料进行称量，将混合粉料加入混合液料中，控制温度在75℃，边加料边搅拌，搅拌速度为600r/min，得到混合均匀的水性涂料用耐高温无机粘结剂。

该水性涂料用耐高温无机粘结剂固含量为45.6wt%，经性能测试，耐火度为1960℃；应用该无机粘结剂制备的水性涂层经1260℃耐冷热交变实验后，涂层无粉化、无鼓泡、无裂纹、无剥落现象，且承受2000g·cm的冲击试验后，涂层无裂纹、无剥落。

实施例6

1.将60wt%固体磷酸二氢铝（平均粒径15μm，P₂O₅含量为65wt%、Al₂O₃含量18wt%、Fe₂O₃含量0.01wt%）、30wt%石英粉（平均粒径1.5μm，SiO₂含量98.5 wt%）和10wt%硼玻璃粉（平均粒径8μm，硼含量30wt%）混合后经耗气量3m³/min气流磨进行粉碎得到粒度为550nm的混合粉料，气流磨工作时分级轮转速为1700r/min；

2.将25wt%金红石型纳米二氧化钛分散液（平均粒径90nm，固含量30wt%）、30wt%纳米级锆溶胶（平均粒径90nm，固含量35wt%）和45wt%铝溶胶（平均粒径90nm，固含量30wt%）混合，搅拌均匀得到混合液料；

3. 按质量比1：5将步骤1得到的混合粉料和步骤2得到的混合液料进行称量，将混合粉料加入混合液料中，控制温度在65℃，边加料边搅拌，搅拌速度为700r/min，得到混合均匀的水性涂料用耐高温无机粘结剂。

该水性涂料用耐高温无机粘结剂固含量为42.92wt%，经性能测试，耐火度为2000℃；应用该无机粘结剂制备的水性涂层经1260℃耐冷热交变实验后，涂层无粉化、无鼓泡、无裂纹、无剥落现象，且承受2000g·cm的冲击试验后，涂层无裂纹、无剥落。

实施例7

1.将70wt%固体磷酸二氢铝（平均粒径20μm，P₂O₅含量为64wt%、Al₂O₃含量18wt%、Fe₂O₃含量0.02wt%）、25wt%石英粉（平均粒径2μm，SiO₂含量98wt%）和5wt%硼玻璃粉（平均粒径9μm，硼含量29wt%）混合后经耗气量1m³/min气流磨进行粉碎得到粒度为600nm的混合粉料，气流磨工作时分级轮转速为1500r/min；

2.将30wt%金红石型纳米二氧化钛分散液（平均粒径80nm，固含量30wt%）、20wt%纳米级锆溶胶（平均粒径80nm，固含量40wt%）和50wt%铝溶胶（平均粒径80nm，固含量20wt%）混合，搅拌均匀得到混合液料；

3. 按质量比1：6将步骤1得到的混合粉料和步骤2得到的混合液料进行称量，将混合粉料加入混合液料中，控制温度在55℃，边加料边搅拌，搅拌速度为750r/min，得到混合均匀的水性涂料用耐高温无机粘结剂。

该水性涂料用耐高温无机粘结剂固含量为37.43wt%，经性能测试，耐火度为1830℃；应用该无机粘结剂制备的水性涂层经1260℃耐冷热交变实验后，涂层无粉化、无鼓泡、无裂纹、无剥落现象，且承受2000g·cm的冲击试验后，涂层无裂纹、无剥落。

实施例8

1.将80wt%固体磷酸二氢铝（平均粒径25μm，P₂O₅含量为63wt%、Al₂O₃含量18wt%、Fe₂O₃含量0.01wt%）、10wt%石英粉（平均粒径1.5μm，SiO₂含量98.5 wt%）和10wt%硼玻璃粉（平均粒径10μm，硼含量28wt%）混合后经耗气量3m³/min气流磨进行粉碎得到粒度为650nm的混合粉料，气流磨工作时分级轮转速为1000r/min；

2.将10wt%金红石型纳米二氧化钛分散液（平均粒径70nm，固含量30wt%）、10wt%纳米级锆溶胶（平均粒径70nm，固含量45wt%）和80wt%铝溶胶（平均粒径70nm，固含量10wt%）混合，搅拌均匀得到混合液料；

3. 按质量比1：6将步骤1得到的混合粉料和步骤2得到的混合液料进行称量，将混合粉料加入混合液料中，控制温度在40℃，边加料边搅拌，搅拌速度为800r/min，得到混合均匀的水性涂料用耐高温无机粘结剂。

该水性涂料用耐高温无机粘结剂固含量为27.57wt%，经性能测试，耐火度为1700℃；应用该无机粘结剂制备的水性涂层经1260℃耐冷热交变实验后，涂层无粉化、无鼓泡、无裂纹、无剥落现象，且承受2000g·cm的冲击试验后，涂层无裂纹、无剥落。

Claims (6)

1.一种水性涂料用耐高温无机粘结剂，其特征在于由以下重量配比的原料制成：10～80wt%固体磷酸二氢铝、10～80wt%石英粉、5～30wt%硼玻璃粉、5～30wt%钛溶胶、10～80wt%纳米级锆溶胶和10～80wt%铝溶胶。

2.根据权利要求1所述一种水性涂料用耐高温无机粘结剂，其特征在于：优选地由以下重量配比的原料制成：20～35wt%固体磷酸二氢铝、20～35wt%石英粉、10～15wt%硼玻璃粉、10～15wt%钛溶胶、20～35wt%纳米级锆溶胶和20～35wt%铝溶胶。

3.根据权利要求1所述一种水性涂料用耐高温无机粘结剂，其特征在于：优选地由以下重量配比的原料制成：40～55wt%固体磷酸二氢铝、40～55wt%石英粉、18～23wt%硼玻璃粉、18～23wt%钛溶胶、40～55wt%纳米级锆溶胶和40～55wt%铝溶胶。

4.根据权利要求1所述一种水性涂料用耐高温无机粘结剂，其特征在于：优选地由以下重量配比的原料制成：60～70wt%固体磷酸二氢铝、60～70wt%石英粉、25～28wt%硼玻璃粉、25～28wt%钛溶胶、60～70wt%纳米级锆溶胶和60～70wt%铝溶胶。

5.根据权利要求1、2、3或4所述一种水性涂料用耐高温无机粘结剂，其特征在于：所述固体磷酸二氢铝的平均粒径≤25μm，其化学成分为：P₂O₅含量63～67 wt%，Al₂O₃含量16～18wt%,Fe₂O₃含量≤0.02 wt%；所述石英粉的平均粒径≤2μm，SiO₂含量≥98 wt%；所述硼玻璃粉的平均粒径≤10μm，硼含量28～31 wt%；所述钛溶胶为金红石型纳米二氧化钛分散液，平均粒径≤100nm，固含量为10～30 wt%；所述纳米级锆溶胶的平均粒径≤100nm，固含量为5～45 wt%；所述铝溶胶的平均粒径≤100nm，固含量为10～40 wt%。

6.一种水性涂料用耐高温无机粘结剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）.将10～80wt%固体磷酸二氢铝、10～80wt%石英粉和5～30wt%硼玻璃粉混合后经耗气量1或3m³/min气流磨进行粉碎得到粒度为150～650nm的混合粉料，气流磨工作时分级轮转速为1000～3500r/min；

2）.将5～30wt%钛溶胶、10～80wt%纳米级锆溶胶和10～80wt%铝溶胶混合，搅拌均匀得到混合液料；

3）. 按质量比1：1～6将步骤1得到的混合粉料和步骤2得到的混合液料进行称量，将混合粉料加入混合液料中，控制温度在40～110℃，边加料边搅拌，搅拌速度为300～800r/min，得到混合均匀的水性涂料用耐高温无机粘结剂。