CN109851335B - 一种炉内壁用抗高温高辐射涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种炉内壁用抗高温高辐射涂料及其制备方法，涉及涂料加工技术领域，该抗高温高辐射涂料包括混合基料和成膜基料；其中，所述混合基料包括石英粉、硅酸耐火材料、膨润土、辐射剂、绢云母、氧化镁、环己酮、四甲基胍、鳞片石墨粉、氧化锆、硅油；所述成膜基料为聚硼硅氮烷或聚硅氧氮烷本发明的抗高温高辐射涂料所制成的涂层能够在1900℃的条件下进行使用，具有优异的抗高温能力，并且在高温环境下其辐射率也较高，其法相辐射率能够在1900℃的环境下达到0.92‑0.96，从而实现利用热辐射提高热交换效率，达到提高热利用率以及节约能源的目的。
Description
技术领域
本发明涉及涂料加工技术领域，具体是一种炉内壁用抗高温高辐射涂料及其制备方法。
背景技术
红外辐射节能涂料是一种在红外波段具有高辐射率的无机涂料，广泛应用于军事、航天、冶金、有色和耐火材料制造等行业，主要用于吸收并辐射热能、阻隔热源透过机体散热，是一种新型的热辐射及节能材料。炉窑在应用红外辐射节能涂料后，可强化炉窑内部的辐射传热，有效提高炉窑的热利用效率和产品质量、产量，对炉窑基体的耐火材料起到一定的保护作用，延长炉窑窑体的使用寿命，而且还能减少二氧化碳的排放，产生环保效应。
现有的红外辐射节能涂料多以金属氧化物为主，主要应用于工作温度在1400℃以下的高温设备，且均取得了一定的节能效果；但同时，现有的红外辐射节能涂料在高温环境下工作时，会产生辐射率随工作温度的升高而下降、涂层剥落、涂料对产品具有一定的污染等影响，且其工作温度有待进一步的提高。
在授权公告号为CN105860612B的中国专利中公开了一种耐高温红外高辐射节能涂料，其它包括以下重量份数的原料，辐射剂40～100份，填料150～320份，粘结剂72～180份。该发明通过将辐射剂与填料称量配比后预混，再与粘结剂高剪切混料、分散，再进行微纳米化研磨、分散，得到耐高温红外高辐射节能涂料，该发明的涂料在高温下的红外辐射率保持在0.85～0.95，可广泛应用于各种炉窑，能有效提高炉窑的热效率。
但是上述技术方案中，上述涂料制成的涂层最高耐热温度只能达到1700℃，难以满足更高使用温度的环境条件，并且上述涂料在高温下的红外辐射率保持在0.85～0.95之间，红外辐射率差异较大、不稳定，影响了实际使用效果。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种炉内壁用抗高温高辐射涂料及其制备方法，解决了现有技术中的涂料制成的涂层最高耐热温度只能达到1700℃，难以满足更高使用温度的环境条件，并且上述涂料在高温下的红外辐射率保持在0.85～0.95之间，红外辐射率差异较大、不稳定，影响了实际使用效果的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种炉内壁用抗高温高辐射涂料，包括质量比为5～8：1的混合基料和成膜基料；其中，所述混合基料的组分包括以下按照重量份的原料：石英粉35～45份、硅酸耐火材料20～30份、膨润土2～5份、辐射剂10～18份、绢云母0.8～2.8份、氧化镁2.5～4.5份、环己酮0.6～1.6份、四甲基胍1.8～3.5份、鳞片石墨粉1.2～3.8份、氧化锆2.4～4.8份、硅油6～15份；所述成膜基料为聚硼硅氮烷或聚硅氧氮烷。
作为本发明再进一步的方案：该涂料包括质量比为6～7：1的混合基料和成膜基料；其中，所述混合基料的组分包括以下按照重量份的原料：石英粉38～42份、硅酸耐火材料23～27份、膨润土3～4份、辐射剂12～16份、绢云母1.2～2.2份、氧化镁3～4份、环己酮1～1.2份、四甲基胍1.8～3份、鳞片石墨粉2～3份、氧化锆3～4.5份、硅油8～12份；所述成膜基料为聚硼硅氮烷或聚硅氧氮烷。
作为本发明再进一步的方案：该涂料包括质量比为6.5：1的混合基料和成膜基料；其中，所述混合基料的组分包括以下按照重量份的原料：石英粉40份、硅酸耐火材料25份、膨润土3.5份、辐射剂14份、绢云母1.8份、氧化镁3.5份、环己酮1.1份、四甲基胍2份、鳞片石墨粉2.5份、氧化锆4份、硅油10份；所述成膜基料为聚硼硅氮烷或聚硅氧氮烷。
作为本发明再进一步的方案：所述辐射剂为碳化硼、碳化硅、碳化钨、硼化硅、硼化钡的一种或者混合几种。
作为本发明再进一步的方案：所述硅酸耐火材料为硅酸铝、硅酸钾或硅酸钠的一种或者混合几种。
作为本发明再进一步的方案：所述硅油为二甲基硅油、氨基硅油或羧基硅油的一种。
一种上述的炉内壁用抗高温高辐射涂料的制备方法，包括以下具体步骤：
步骤一，预混合：按重量份称取混合基料和成膜基料，50-80℃条件下搅拌混合6-9min，制得混合料；
步骤二，超细化加工：将步骤一中的混合料进行超细化处理，制得细化混合粉体；
步骤三，研磨处理：将步骤二中的细化混合粉体与占细化混合粉体质量10％-30％的粘结剂同时进行搅拌，70-150℃条件下搅拌混合15-30min，将浆料输送至砂磨机中进行研磨1-2次，制得粘稠状悬浮流体的抗高温高辐射涂料。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤二中的超细化处理采用形变热处理与急冷急热结合的工艺。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤三中的粘结剂为硅溶胶。
作为本发明再进一步的方案：所述粘结剂还包括磷酸二氢铝、聚乙烯醇溶液、羧甲基纤维素或锆溶胶的一种或者混合几种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的抗高温高辐射涂料所制成的涂层能够在1900℃的条件下进行使用，具有优异的抗高温能力，并且在高温环境下其辐射率也较高，其法相辐射率能够在1900℃的环境下达到0.92-0.96，辐射率波动范围小，从而实现利用热辐射提高热交换效率，达到提高热利用率以及节约能源的目的。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种炉内壁用抗高温高辐射涂料，包括质量比为5：1的混合基料和成膜基料；其中，所述混合基料的组分包括以下按照重量份的原料：石英粉35～份、硅酸耐火材料20份、膨润土2份、辐射剂10份、绢云母0.8份、氧化镁2.5份、环己酮0.6份、四甲基胍1.8份、鳞片石墨粉1.2份、氧化锆2.4份、硅油6份；所述成膜基料为聚硼硅氮烷。
制备方法如下：
步骤一，预混合：按重量份称取混合基料和成膜基料，50℃条件下搅拌混合6min，制得混合料；
步骤二，超细化加工：将步骤一中的混合料进行超细化处理，超细化处理采用形变热处理与急冷急热结合的工艺，制得细化混合粉体；
步骤三，研磨处理：将步骤二中的细化混合粉体与占细化混合粉体质量10％-30％的粘结剂同时进行搅拌，粘结剂为硅溶胶，还可以包括磷酸二氢铝、聚乙烯醇溶液、羧甲基纤维素或锆溶胶的一种或者混合几种，70℃条件下搅拌混合15min，将浆料输送至砂磨机中进行研磨1次，制得粘稠状悬浮流体的抗高温高辐射涂料。
实施例2：
一种炉内壁用抗高温高辐射涂料，包括质量比为6～7：1的混合基料和成膜基料；其中，所述混合基料的组分包括以下按照重量份的原料：石英粉38～42份、硅酸耐火材料23～27份、膨润土3～4份、辐射剂12～16份、绢云母1.2～2.2份、氧化镁3～4份、环己酮1～1.2份、四甲基胍1.8～3份、鳞片石墨粉2～3份、氧化锆3～4.5份、硅油8～12份；所述成膜基料为聚硼硅氮烷或聚硅氧氮烷。
制备方法如下：
步骤一，预混合：按重量份称取混合基料和成膜基料，50℃条件下搅拌混合6min，制得混合料；
步骤二，超细化加工：将步骤一中的混合料进行超细化处理，超细化处理采用形变热处理与急冷急热结合的工艺，制得细化混合粉体；
步骤三，研磨处理：将步骤二中的细化混合粉体与占细化混合粉体质量10％-30％的粘结剂同时进行搅拌，粘结剂为硅溶胶，还可以包括磷酸二氢铝、聚乙烯醇溶液、羧甲基纤维素或锆溶胶的一种或者混合几种，70℃条件下搅拌混合15min，将浆料输送至砂磨机中进行研磨1次，制得粘稠状悬浮流体的抗高温高辐射涂料。
实施例3：
一种炉内壁用抗高温高辐射涂料，包括质量比为6.5：1的混合基料和成膜基料；其中，所述混合基料的组分包括以下按照重量份的原料：石英粉40份、硅酸耐火材料25份、膨润土3.5份、辐射剂14份、绢云母1.8份、氧化镁3.5份、环己酮1.1份、四甲基胍2份、鳞片石墨粉2.5份、氧化锆4份、硅油10份；所述成膜基料为聚硼硅氮烷或聚硅氧氮烷。
制备方法如下：
步骤一，预混合：按重量份称取混合基料和成膜基料，70℃条件下搅拌混合7min，制得混合料；
步骤二，超细化加工：将步骤一中的混合料进行超细化处理，制得细化混合粉体；
步骤三，研磨处理：将步骤二中的细化混合粉体与占细化混合粉体质量20％的粘结剂同时进行搅拌，100℃条件下搅拌混合20min，将浆料输送至砂磨机中进行研磨2次，制得粘稠状悬浮流体的抗高温高辐射涂料。
实施例4：
一种炉内壁用抗高温高辐射涂料，包括质量比为7：1的混合基料和成膜基料；其中，所述混合基料的组分包括以下按照重量份的原料：石英粉42份、硅酸耐火材料27份、膨润土4份、辐射剂16份、绢云母2.2份、氧化镁4份、环己酮1.2份、四甲基胍3份、鳞片石墨粉3份、氧化锆4.5份、硅油12份；所述成膜基料为聚硼硅氮烷或聚硅氧氮烷。
制备方法如下：
步骤一，预混合：按重量份称取混合基料和成膜基料，80℃条件下搅拌混合9min，制得混合料；
步骤二，超细化加工：将步骤一中的混合料进行超细化处理，超细化处理采用形变热处理与急冷急热结合的工艺，制得细化混合粉体；
步骤三，研磨处理：将步骤二中的细化混合粉体与占细化混合粉体质量10％-30％的粘结剂同时进行搅拌，粘结剂为硅溶胶，还可以包括磷酸二氢铝、聚乙烯醇溶液、羧甲基纤维素或锆溶胶的一种或者混合几种，150℃条件下搅拌混合30min，将浆料输送至砂磨机中进行研磨2次，制得粘稠状悬浮流体的抗高温高辐射涂料。
实施例5：
一种炉内壁用抗高温高辐射涂料，包括质量比为8：1的混合基料和成膜基料；其中，所述混合基料的组分包括以下按照重量份的原料：石英粉45份、硅酸耐火材料30份、膨润土5份、辐射剂18份、绢云母2.8份、氧化镁4.5份、环己酮1.6份、四甲基胍3.5份、鳞片石墨粉3.8份、氧化锆4.8份、硅油15份；所述成膜基料为聚硅氧氮烷。
制备方法如下：
步骤一，预混合：按重量份称取混合基料和成膜基料，80℃条件下搅拌混合9min，制得混合料；
步骤二，超细化加工：将步骤一中的混合料进行超细化处理，超细化处理采用形变热处理与急冷急热结合的工艺，制得细化混合粉体；
步骤三，研磨处理：将步骤二中的细化混合粉体与占细化混合粉体质量10％-30％的粘结剂同时进行搅拌，粘结剂为硅溶胶，还可以包括磷酸二氢铝、聚乙烯醇溶液、羧甲基纤维素或锆溶胶的一种或者混合几种，150℃条件下搅拌混合30min，将浆料输送至砂磨机中进行研磨2次，制得粘稠状悬浮流体的抗高温高辐射涂料。
对比例1：
此对比例中其原料不包含鳞片石墨粉，其它同实施例3。
对比例2：
此对比例中其原料不包含绢云母和环己酮，其它同实施例3。
将实施例1-5和对比例1-2制备好的涂料采用喷涂方式制备涂层，使制得的涂层厚度为15-35um，喷涂基材为钢基材试片。
将上述喷涂处理的试片进行如下测试：
(1)测试试片在1700℃条件下的辐射率；
(2)测试试片在1900℃条件下的辐射率；
(3)8次温度从室温到1800℃的抗热震测试。
其性能测试结果如下表所示：
上述测试结果表明，对比例中所制备得到的涂料采用喷涂方式制备的涂层，其在高温环境下辐射率较差，经过抗热震测试后也会发生涂层脱落、剥离的问题，在1200℃环境下1000小时后其抗张持久强度也不理想；本发明的抗高温高辐射涂料所制成的涂层能够在1900℃的条件下进行使用，具有优异的抗高温能力，并且在高温环境下其辐射率也较高，其法相辐射率能够在1700℃的环境下达到0.90-0.95，在1900℃的环境下达到0.92-0.96，从而实现利用热辐射提高热交换效率，达到提高热利用率以及节约能源的目的。
以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。
若未特别说明，实施例中所采用的技术手段为本领域人员所熟知的常规手段，所采用的试剂和产品也均为可商业获得的。所用试剂的来源、商品名以及必要时列出其组成成分者，均在首次出现时标明。
Claims (10)
1.一种炉内壁用抗高温高辐射涂料，其特征在于，包括质量比为5～8：1的混合基料和成膜基料；其中，
所述混合基料的组分包括以下按照重量份的原料：石英粉35～45份、硅酸耐火材料20～30份、膨润土2～5份、辐射剂10～18份、绢云母0.8～2.8份、氧化镁2.5～4.5份、环己酮0.6～1.6份、四甲基胍1.8～3.5份、鳞片石墨粉1.2～3.8份、氧化锆2.4～4.8份、硅油6～15份；
所述成膜基料为聚硼硅氮烷或聚硅氧氮烷。
2.根据权利要求1所述的炉内壁用抗高温高辐射涂料，其特征在于，包括质量比为6～7：1的混合基料和成膜基料；其中，所述混合基料的组分包括以下按照重量份的原料：石英粉38～42份、硅酸耐火材料23～27份、膨润土3～4份、辐射剂12～16份、绢云母1.2～2.2份、氧化镁3～4份、环己酮1～1.2份、四甲基胍1.8～3份、鳞片石墨粉2～3份、氧化锆3～4.5份、硅油8～12份；所述成膜基料为聚硼硅氮烷或聚硅氧氮烷。
3.根据权利要求1所述的炉内壁用抗高温高辐射涂料，其特征在于，包括质量比为6.5：1的混合基料和成膜基料；其中，所述混合基料的组分包括以下按照重量份的原料：石英粉40份、硅酸耐火材料25份、膨润土3.5份、辐射剂14份、绢云母1.8份、氧化镁3.5份、环己酮1.1份、四甲基胍2份、鳞片石墨粉2.5份、氧化锆4份、硅油10份；所述成膜基料为聚硼硅氮烷或聚硅氧氮烷。
4.根据权利要求1-3任一所述的炉内壁用抗高温高辐射涂料，其特征在于，所述辐射剂为碳化硼、碳化硅、碳化钨、硼化硅、硼化钡的一种或者混合几种。
5.根据权利要求1-3任一所述的炉内壁用抗高温高辐射涂料，其特征在于，所述硅酸耐火材料为硅酸铝、硅酸钾或硅酸钠的一种或者混合几种。
6.根据权利要求1-3任一所述的炉内壁用抗高温高辐射涂料，其特征在于，所述硅油为二甲基硅油、氨基硅油或羧基硅油的一种。
7.一种如权利要求1-6任一所述的炉内壁用抗高温高辐射涂料的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
步骤一，预混合：按重量份称取混合基料和成膜基料，50-80℃条件下搅拌混合6-9min，制得混合料；
步骤二，超细化加工：将步骤一中的混合料进行超细化处理，制得细化混合粉体；
步骤三，研磨处理：将步骤二中的细化混合粉体与占细化混合粉体质量10％-30％的粘结剂同时进行搅拌，70-150℃条件下搅拌混合15-30min，将浆料输送至砂磨机中进行研磨1-2次，制得粘稠状悬浮流体的抗高温高辐射涂料。
8.根据权利要求7所述的炉内壁用抗高温高辐射涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中的超细化处理采用形变热处理与急冷急热结合的工艺。
9.根据权利要求7所述的炉内壁用抗高温高辐射涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤三中的粘结剂为硅溶胶。
10.根据权利要求9所述的炉内壁用抗高温高辐射涂料的制备方法，其特征在于，所述粘结剂还包括磷酸二氢铝、聚乙烯醇溶液、羧甲基纤维素或锆溶胶的一种或者混合几种。
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