CN111978764A - 一种用于q235b钢材表面的隔热保温耐高温涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于Q235B钢材表面的隔热保温耐高温涂料及其制备方法，本发明涉及涂料及其制备方法领域。本发明要解决现有隔热保温冷喷耐高温涂料形成的涂层厚度大，导热系数高的技术问题。该涂料按质量份数由硅酸钠、引气剂、增稠剂、腐蚀抑制剂、氧化铝、粉煤灰、氧化镁、碳化硅、铝粉和去离子水制备。方法：称取原料；制备乳液；球磨制备粉体；混合搅拌。本发明通过控制各组分的加入顺序，可使保温耐高温涂料中各组分可形成逐层包裹的空间结构，有效阻断热量的传递，使得制得的耐高温涂料具有较好的隔热耐高温性能。本发明制备隔热保温耐高温涂料用于涂覆Q235B钢材。
Description
技术领域
本发明涉及涂料及其制备方法领域。
背景技术
隔热保温冷喷耐高温涂料，不仅能使钢的涂层装饰更美观，还能与钢板表面发生永久化学结合，这种涂料在常温冷喷条件下喷涂能够达到保温隔热的效果。其使用寿命是一般有机涂层的一倍，甚至更长。并使钢板涂层获得良好的保温及隔热功能，减少能量损失。
现有的钢板隔热保温冷喷耐高温涂料，多采用常规的保温材料制备，如海泡石、膨胀珍珠岩、膨月蛭石等。采用这种耐高温涂料涂刮形成的涂层较厚，仅适用于管道、釜体或建筑物等进行隔热保温，不适宜用作钢板内部。因而，如何研发一种导热系数极低、且适于用作Q235B钢板的隔热保温耐高温涂料是业内有待解决的问题。
发明内容
本发明要解决现有隔热保温冷喷耐高温涂料形成的涂层厚度大，导热系数高的技术问题，而提供一种用于Q235B钢材表面的隔热保温耐高温涂料及其制备方法。
一种用于Q235B钢材表面的隔热保温耐高温涂料，按质量份数由11～22份硅酸钠、0.4～0.8份引气剂、0.8～4份增稠剂、0.4～1.6份腐蚀抑制剂、30～38份氧化铝、4～8份粉煤灰、1.6～3.2份氧化镁、0.8～4份碳化硅、5～10份铝粉和15～20份去离子水制备。
其中腐蚀抑制剂按质量份数由3～5份有机磷酸、3～5份聚羧酸、1～1.5份碳钢缓蚀剂和0.5～1份铜缓蚀剂复配而成。碳钢缓蚀剂和铜缓蚀剂商购获得。
所述硅酸钠为三模硅酸钠，热膨胀系数为0.52×10-6/K。
所述引气剂为石油磺酸钠。引气剂是用于引入空气产生的气泡，增加涂料吸附力、增加涂料的抗拉强度。同时进入的空气可以增大热膨胀系数，从而使涂料与钢材的热膨胀系数更为接近。
所述氧化铝为颗粒状氧化铝，粒径为5μm～20μm，热膨胀系数为7.9×10-6/K
所述粉煤灰为中空状粉煤灰，其粒径为40μm～70μm，热膨胀系数为8.8×10-6/K。
所述铝粉为特细铝粉，其粒径为16～30μm，热膨胀系数为18.8×10-6/K。
所述氧化镁为颗粒状氧化镁，其粒径为40～70μm，热膨胀系数为1.38×10-6/K。
所述碳化硅为粉状碳化硅，其粒径为7～10μm，热膨胀系数为6.58×10-6/K。
所述的一种用于Q235B钢材表面的隔热保温耐高温涂料的制备方法，该方法具体按以下步骤进行：
一、按质量份数称取11～22份硅酸钠、0.4～0.8份引气剂、0.8～4份增稠剂、0.4～1.6份腐蚀抑制剂、30～38份氧化铝、4～8份粉煤灰、1.6～3.2份氧化镁、0.8～4份碳化硅、5～10份铝粉和15～20份去离子水；
二、将步骤一称取的硅酸钠和去离子水混合获得硅酸钠水溶液，然后加入引气剂，控制转速为400～500r/min搅拌分散20～25min，加入腐蚀抑制剂，搅拌均匀，获得混合液；
三、将增稠剂加入到步骤二获得的混合液中，控制转速为700～800r/min搅拌分散15～20min，得到乳液；
四、将步骤一称取的氧化铝、粉煤灰、氧化镁、碳化硅和铝粉混合，放入球磨机中搅拌均匀，得到粉体；
五、将步骤四获得的粉体加入到步骤三获得的乳液中，搅拌获得预制液，控制预制液的细度为20-30μm，然后控制转速为600～620r/min搅拌7～9min，即所述一种用于Q235B钢材表面的隔热保温耐高温涂料。
步骤四中球磨时，磨球由大球和小球组成，大球粒径为10mm、小球粒径为5mm，大球和小球数量比为1:2，磨球总质量与物料的质量比为3:1，球磨机转速为300r/min，球磨时间为30min。
本发明制备的用于Q235B钢材表面的隔热保温耐高温涂料形成涂层应用于Q235B钢材内表面隔热保温领域中。
本发明制备的涂料可以在常温冷喷条件下喷涂达成保温隔热的效果。其使用寿命是一般有机涂层的一倍,甚至更长。该制备方法通过控制各组分的加入顺序，可使保温耐高温涂料中各组分可形成逐层包裹的空间结构，有效阻断热量的传递，使得制得的耐高温涂料具有较好的隔热耐高温性能。
本发明的有益效果是：
1)本发明提供的隔热保温耐高温涂料用于输送和存储热介质的管道，容器和炉壁等的内表面防护，适用于防护的温度为25℃～800℃。本发明通过采用中空填料隔热和无机乳液的组合，得到有效的隔热保温效果，把所获涂层的热导率降到0.04w/m·k。
2)Q235B钢板热膨胀系数为12.2×10-6/K，通过调节本涂料中的氧化铝、粉煤灰、铝粉配比，同时在引气剂作用下，将热膨胀系数调整到与Q235B钢板接近。从而在高温情况下，涂料能做到不脱落。涂层中含有增稠剂和腐蚀抑制剂使得在停机或者设备的间歇性或温度循环操作保护钢基材不会被锈蚀；
3)氧化镁具有很强的耐火作用，氧化镁在受热附着于可燃物表面进一步阻止了燃烧的进行，活性氧化镁不断吸收未完全燃烧的熔化残留物，从使燃烧很快停止的同时消除烟雾、阻止熔滴，更好的起到隔热耐高温的作用，同时氧化镁可以增加涂料的抗拉强度，防止在高温受热的情况下开裂变形。
4)铝粉的熔点极高，用于本保温隔热耐高温涂料中，铝粉可以增加涂料的耐火度，同时增加材料的密度，而且铝粉在涂料的受热中能够排出材料中的气体，防止在涂料骤然升温过程中发生的爆裂。
5)碳化硅具有极低的热导率，拥有的纳米级孔隙能有效抑制气体分子对热量的传导，并通过将其填充于粉煤灰之间，从而可有效阻断保温耐高温涂料的热传递。
6)本发明提供的隔热保温耐高温涂料具有锈转化和锈蚀抑制的功能，在管道、储罐和容器设备进行翻新重涂的项目上，具有把表面的铁锈转化成铁化合物的钝化膜层的效果，膜层具有封闭性，密实和附着力牢固。维修保养项目的表面处理上工效高，施工成本低，对那些不易操作进行打磨的表面更具有独特的优点。
经测试，本发明制备的隔热保温耐高温涂料采用无气喷涂、刮涂或滚涂的方式，直接涂覆Q235B钢材内表面，形成涂层，涂层热导率小于0.045w/m·k。
本发明制备隔热保温耐高温涂料用于涂覆Q235B钢材。
附图说明
图1为实施例一步骤四获得粉体的扫描电镜照片；
图2为实施例一步骤四获得粉体的EDS谱图；
图3为实施例一步骤四获得粉体的EDS分层图像；
图4为实施例一步骤四获得粉体的EDS中Al元素分布图；
图5为实施例一步骤四获得粉体的EDS中O元素分布图；
图6为实施例一步骤四获得粉体的EDS中C元素分布图；
图7为实施例一步骤四获得粉体的EDS中Si元素分布图；
图8为实施例一步骤四获得粉体的EDS中Mg元素分布图；
图9为实施例一步骤三获得乳液的照片；
图10为实施例一制备涂料获得的涂层的扫描电镜照片。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种用于Q235B钢材表面的隔热保温耐高温涂料，按质量份数由11～22份硅酸钠、0.4～0.8份引气剂、0.8～4份增稠剂、0.4～1.6份腐蚀抑制剂、30～38份氧化铝、4～8份粉煤灰、1.6～3.2份氧化镁、0.8～4份碳化硅、5～10份铝粉和15～20份去离子水制备。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述硅酸钠为三模硅酸钠。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：引气剂为石油磺酸钠。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：增稠剂是氯化钠。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：腐蚀抑制剂由有机磷酸、聚羧酸、碳钢缓蚀剂和铜缓蚀剂复配而成。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：氧化铝为颗粒状氧化铝，粒径为5μm～20μm。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：粉煤灰为中空状粉煤灰，粒径为40μm～70μm。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：氧化镁为颗粒状氧化镁，粒径为40～70μm，碳化硅为粉状碳化硅，其粒径为7～10μm。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：铝粉为特细铝粉，其粒径为16～30μm。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式一种用于Q235B钢材表面的隔热保温耐高温涂料的制备方法，具体按以下步骤进行：
一、按质量份数称取11～22份硅酸钠、0.4～0.8份引气剂、0.8～4份增稠剂、0.4～1.6份腐蚀抑制剂、30～38份氧化铝、4～8份粉煤灰、1.6～3.2份氧化镁、0.8～4份碳化硅、5～10份铝粉和15～20份去离子水；
二、将步骤一称取的硅酸钠和去离子水混合获得硅酸钠水溶液，然后加入引气剂，控制转速为400～500r/min搅拌分散20～25min，加入腐蚀抑制剂，搅拌均匀，获得混合液；
三、将增稠剂加入到步骤二获得的混合液中，控制转速为700～800r/min搅拌分散15～20min，得到乳液；
四、将步骤一称取的氧化铝、粉煤灰、氧化镁、碳化硅和铝粉混合，放入球磨机中搅拌均匀，得到粉体；
五、将步骤四获得的粉体加入到步骤三获得的乳液中，搅拌获得预制液，控制预制液的细度为20-30μm，然后控制转速为600～620r/min搅拌7～9min，即所述一种用于Q235B钢材表面的隔热保温耐高温涂料。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例一种用于Q235B钢材表面的隔热保温耐高温涂料，按质量份数由15份硅酸钠、0.6份引气剂、2.4份增稠剂、1.0份腐蚀抑制剂、34份氧化铝、6份粉煤灰、2.4份氧化镁、2.4份碳化硅、7份铝粉和17份去离子水制备。
其中腐蚀抑制剂按质量份数由4份有机磷酸、4份聚羧酸、1份碳钢缓蚀剂和0.7份铜缓蚀剂复配而成。碳钢缓蚀剂和铜缓蚀剂商购获得。
所述的一种用于Q235B钢材表面的隔热保温耐高温涂料的制备方法，该方法具体按以下步骤进行：
一、按质量份数称取15份硅酸钠、0.6份引气剂、2.4份增稠剂、1.0份腐蚀抑制剂、34份氧化铝、6份粉煤灰、2.4份氧化镁、2.4份碳化硅、7份铝粉和17份去离子水；
二、将步骤一称取的硅酸钠和去离子水混合获得硅酸钠水溶液，然后加入引气剂，控制转速为450r/min搅拌分散20min，加入腐蚀抑制剂，搅拌均匀，获得混合液；
三、将增稠剂加入到步骤二获得的混合液中，控制转速为750r/min搅拌分散15min，得到乳液；
四、将步骤一称取的氧化铝、粉煤灰、氧化镁、碳化硅和铝粉混合，放入球磨机中搅拌均匀，得到粉体；
五、将步骤四获得的粉体加入到步骤三获得的乳液中，搅拌获得预制液，控制预制液的细度为20～30μm，然后控制转速为600r/min搅拌7min，即所述一种用于Q235B钢材表面的隔热保温耐高温涂料。
步骤四中球磨时，磨球由大球和小球组成，大球粒径为10mm、小球粒径为5mm，大球和小球数量比为1:2，磨球总质量与物料的质量比为3:1，球磨机转速为300r/min，球磨时间为30min。
图1为实施例一步骤四获得粉体的扫描电镜照片；从图中可以清楚明显的看到存在不同粒径的材料颗粒，证实粉体中存在不同粒径的材料。
图2为实施例一步骤四获得粉体的EDS谱图，
由图可以看到不同元素的谱峰，可知该粉体存在C、O、Mg、Al、Si多种元素，检测结果与配比材料的元素组成相同。
图3为实施例一步骤四获得粉体的EDS分层图像；图4为实施例一步骤四获得粉体的EDS中Al元素分布图；图5为实施例一步骤四获得粉体的EDS中O元素分布图；图6为实施例一步骤四获得粉体的EDS中C元素分布图；图7为实施例一步骤四获得粉体的EDS中Si元素分布图；图8为实施例一步骤四获得粉体的EDS中Mg元素分布图；从图可以看到不同元素在粉体中的分布，得知氧化铝、粉煤灰、铝粉分布于大部分区域，碳化硅则点缀其中，氧化镁则分布较少，与制备配比相符。
图9为实施例一步骤三获得乳液的照片；获得的乳液是一种澄清的三模硅酸钠溶液加入腐蚀抑制剂与增稠剂、引气剂搅拌而成的混合液。
图10为实施例一制备涂料获得的涂层的扫描电镜照片；可见在材料表面形成了一层致密坚固的涂层，缝隙小，裂痕少，具有优良的抗拉强度。
将本实施例的隔热保温耐高温涂料涂刷在Q235B钢的表面，涂覆厚度为1.0毫米，喷涂过程在10～30分钟内于常温下完成。干燥后，形成保温涂层，采用EN1266测定法测试本实施例涂层的热导率为0.04w/m·k，热导率直接反应了保温涂层的隔热保温效果，该涂层的导热率极低，证实其具有良好的保温效果。
综上所述，本发明的隔热保温耐高温涂料的主要创新点如下：
本发明解决了现有技术中保温耐高温涂料保温效果不足的问题，通过采用无机材料，通过增加空隙率，阻止热传导，使得耐高温涂料的低导热系数大幅降低，且采用无机材料，环保性较好，并且该保温耐高温涂料的制备工艺简单，并通过控制各组分的加入顺序，可使保温耐高温涂料中各组分可形成逐层包裹的空间结构，有效阻断热量的传递，使得制得的耐高温涂料具有较好的保温隔热性能；
另外，本发明选用氧化铝作为载体材料，并形成粉煤灰、氧化铝及碳化硅径逐次减小顺序，使得碳化硅可以填充于载体粉煤灰内，以及氧化铝填充于粉煤灰之间的间隙内，从而实现最大的堆积密度，层层包裹、规则、整齐到的空间结构可进一步了增加了耐高温涂料空隙率，阻止热传导，降低耐高温涂料导热系数；
并且碳化硅具有极低的热导率，拥有的纳米级孔隙能有效抑制气体分子对热量的传导，并通过将其填充于粉煤灰之间，从而可有效阻断保温耐高温涂料的热传递，使得保温耐高温涂料的低导热系数大幅降低。
Claims (10)
1.一种用于Q235B钢材表面的隔热保温耐高温涂料，其特征在于该涂料按质量份数由11～22份硅酸钠、0.4～0.8份引气剂、0.8～4份增稠剂、0.4～1.6份腐蚀抑制剂、30～38份氧化铝、4～8份粉煤灰、1.6～3.2份氧化镁、0.8～4份碳化硅、5～10份铝粉和15～20份去离子水制备。
2.根据权利要求1所述的一种用于Q235B钢材表面的隔热保温耐高温涂料，其特征在于所述硅酸钠为三模硅酸钠。
3.根据权利要求1所述的一种用于Q235B钢材表面的隔热保温耐高温涂料，其特征在于引气剂为石油磺酸钠。
4.根据权利要求1所述的一种用于Q235B钢材表面的隔热保温耐高温涂料，其特征在于增稠剂是氯化钠。
5.根据权利要求1所述的一种用于Q235B钢材表面的隔热保温耐高温涂料，其特征在于腐蚀抑制剂由有机磷酸、聚羧酸、碳钢缓蚀剂和铜缓蚀剂复配而成。
6.根据权利要求1所述的一种用于Q235B钢材表面的隔热保温耐高温涂料，其特征在于氧化铝为颗粒状氧化铝，粒径为5μm～20μm。
7.根据权利要求1所述的一种用于Q235B钢材表面的隔热保温耐高温涂料，其特征在于粉煤灰为中空状粉煤灰，粒径为40μm～70μm。
8.根据权利要求1所述的一种用于Q235B钢材表面的隔热保温耐高温涂料，其特征在于氧化镁为颗粒状氧化镁，粒径为40～70μm，碳化硅为粉状碳化硅，其粒径为7～10μm。
9.根据权利要求1所述的一种用于Q235B钢材表面的隔热保温耐高温涂料，其特征在于铝粉为特细铝粉，其粒径为16～30μm。
10.如权利要求1所述的一种用于Q235B钢材表面的隔热保温耐高温涂料的制备方法，其特征在于该方法具体按以下步骤进行：
一、按质量份数称取11～22份硅酸钠、0.4～0.8份引气剂、0.8～4份增稠剂、0.4～1.6份腐蚀抑制剂、30～38份氧化铝、4～8份粉煤灰、1.6～3.2份氧化镁、0.8～4份碳化硅、5～10份铝粉和15～20份去离子水；
二、将步骤一称取的硅酸钠和去离子水混合获得硅酸钠水溶液，然后加入引气剂，控制转速为400～500r/min搅拌分散20～25min，加入腐蚀抑制剂，搅拌均匀，获得混合液；
三、将增稠剂加入到步骤二获得的混合液中，控制转速为700～800r/min搅拌分散15～20min，得到乳液；
四、将步骤一称取的氧化铝、粉煤灰、氧化镁、碳化硅和铝粉混合，放入球磨机中搅拌均匀，得到粉体；
五、将步骤四获得的粉体加入到步骤三获得的乳液中，搅拌获得预制液，控制预制液的细度为20-30μm，然后控制转速为600～620r/min搅拌7～9min，即所述一种用于Q235B钢材表面的隔热保温耐高温涂料。
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