CN112048205A - 一种黑体辐射节能涂料及其制备方法 - Google Patents

一种黑体辐射节能涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种黑体辐射节能涂料及其制备方法，该涂料由以下重量份的原料制成：硅酸钠30‑50份、水5‑15份、氧化铁5‑10份、氧化铜10‑20份、氧化铬3‑10份、氧化铝5‑10份、氧化铈1‑5份、氧化钴1‑10份、氧化镧1‑5份、分散剂0.5‑1.5份、氢氧化铝0.1‑1份、镁铝水滑石1‑5份和二氧化硅溶胶1‑5份。本发明的黑体辐射节能涂料，具有较好的辐射性能，同时具有良好的耐水洗性能，方便在使用过程中对涂覆有该涂料的物理或设备的内壁进行使用水或水基溶剂的清洗。

Description

一种黑体辐射节能涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于节能材料技术领域，涉及一种黑体辐射节能涂料及其制备方法。
背景技术
黑体是人们抽象出来的一种理想化的物理模型，在热能投放到物体表面时，投射过来的所有热辐射线都被物体所吸收，在任何对一切波长的入射辐射吸收率都等于1的物体，能全部吸收入射能量。
黑体强化热辐射传热节能技术广泛应用于机械、冶金、玻璃、陶瓷、石油、化工、锅炉等行业。黑体辐射节能涂料涂覆在物体的表面使之获得黑体材料的高法向辐射率。比如，在传统的工业窑炉中，高温条件下，炉内以传导、辐射为主传热，通过使用黑体辐射节能涂料来强化内辐射传热，可以提高加热速度和改善炉温均匀性，获得良好的节能效果。
CN109181375A公开了一种黑体辐射节能涂料，按重量份包括硅酸钠30-50份、水5-15份、氧化铁5-10份、氧化铜10-20份、氧化铬3-10份、氧化铝5-10份、氧化铈0-5份、氧化钴1-10份、氧化镧0-5份、分散剂0.5-1.5份。此发明针对乙烯裂解炉的节能改造方案中，通过喷涂或刷涂本发明涂层，不仅达到节能效果，相应的减少裂解原料消耗，在降低生产成本发明起到十分明显的作用。喷涂或刷涂过的乙烯裂解炉，可以有效地降低乙烯装置的能耗，有效的强化炉内传热过程，改善乙烯裂解炉炉内辐射传热、调整表面辐射性能，达到节能、增产、提高产品质量的目的。在后续的研究中发现，在对涂覆此黑体辐射节能涂料的设备的清洁过程中，特别是用水洗时，防水性能差，水洗后涂层结构受到破坏，显著影响辐射性能。
发明内容
针对上述问题，进行了进一步的研究，发现通过对分散剂的选择和加入一些助剂，可以大大提高改黑体辐射节能涂料的防水性能。本发明即是基于此发现。
本发明的第一方面在于公开一种黑体辐射节能涂料，由以下重量份的原料制成：
硅酸钠30-50份、水5-15份、氧化铁5-10份、氧化铜10-20份、氧化铬3-10份、氧化铝5-10份、氧化铈1-5份、氧化钴1-10份、氧化镧1-5份、分散剂0.5-1.5份、氢氧化铝0.1-1份、镁铝水滑石1-5份和二氧化硅溶胶1-5份。
在本发明的一些实施方式中，所述二氧化硅溶胶由正硅酸乙酯中与甲基三乙氧基硅烷和二苯基二甲氧基硅烷制备而成。
在本发明的一些实施方式中，所述二氧化硅溶胶的制备方法为正硅酸乙酯与乙醇、盐酸混合，与甲基三乙氧基硅烷和二苯基二甲氧基硅烷混合，加热回流，得到所述溶胶。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述氢氧化铝、镁铝水滑石和二氧化硅溶胶的重量比为0.5：(1-3)：(0.5-1.5)。
在本发明的一些优选的实施方式中，由以下重量份的原料制成：硅酸钠40份、水10份、氧化铁8份、氧化铜15份、氧化铬5份、氧化铝10份、氧化铈3份、氧化钴5份、氧化镧3份、分散剂1份、氢氧化铝0.5份、镁铝水滑石2份和二氧化硅溶胶1份。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述分散剂为六偏磷酸钠。
本发明的第二方面在于公开第一方面所述涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1，制备二氧化硅溶胶，备用；
S2，取水和分散剂混合；
S3，与硅酸钠混合，高速搅拌；
S4，与氧化铁、氧化铜、氧化铬、氧化铝、氧化铈、氧化钴、氧化镧、分散剂，氢氧化铝、镁铝水滑石和制备的所述二氧化硅溶胶混合，低速搅拌，得到所述涂料。
在本发明的一些实施方式中，所述二氧化硅溶胶的制备方法为正硅酸乙酯与乙醇、盐酸混合，与甲基三乙氧基硅烷和二苯基二甲氧基硅烷混合，加热回流，得到所述溶胶，其中正硅酸乙酯与乙醇、盐酸混合在40-60℃混合，反应5-10min，与甲基三乙氧基硅烷和二苯基二甲氧基硅烷混合反应0.5-1.5h，升温至80-85℃，冷凝回流1-2h。
在本发明的一些实施方式中，所述高速搅拌为1400-1600rpm，所述低速搅拌为500-600rpm。
在本发明的一些实施方式中，通过以下方法确定各组分适宜的含量：
S11，制备不同各组分的含量节能涂料的样本；
S12，通过以下公式对所述节能涂料的样本的红外辐射系数进行估算：
Figure BDA0002644292610000021
Figure BDA0002644292610000022
Figure BDA0002644292610000023
Figure BDA0002644292610000024
其中
Figure BDA0002644292610000025
为氧化铁、氧化铜、氧化铬、氧化铝和氧化钴的红外辐射系数，mi为氧化铁、氧化铜、氧化铬、氧化铝和氧化钴的质量分数；
Figure BDA0002644292610000026
为氧化铈、氧化镧的红外辐射系数，mj为氧化铈、氧化镧的质量分数；
Figure BDA0002644292610000027
为氢氧化铝、镁铝水滑石和二氧化硅溶胶的红外辐射系数，nc1、nc2、nc3为氢氧化铝、镁铝水滑石和二氧化硅溶胶的质量分数；n1、n2、n3为重量矫正系数，
a、b、c为加权系数，a为0.1-0.5，b为1-2，c为5-10；n1、n2、n3的比例为1：(2-6)：(1-3)；
S13，根据最佳的红外辐射系数确定不同各组分的含量。
本发明的有益技术效果：
本发明的黑体辐射节能涂料，具有较好的辐射性能，同时具有良好的耐水洗性能，方便在使用过程中对涂覆有该涂料的物理或设备的内壁进行使用水或水基溶剂的清洗。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
除非特别指出，以下实施例和对比例为平行试验，采用同样的处理步骤和参数。所述二氧化硅溶胶的制备方法为正硅酸乙酯与乙醇、盐酸混合，与甲基三乙氧基硅烷和二苯基二甲氧基硅烷混合，加热回流，得到所述溶胶，其中正硅酸乙酯与乙醇、盐酸混合在40-60℃混合，反应5-10min，与甲基三乙氧基硅烷和二苯基二甲氧基硅烷混合反应0.5-1.5h，升温至80-85℃，冷凝回流1-2h。
实施例1
一种黑体辐射节能涂料，由以下重量份的原料制成：
硅酸钠30份、水5份、氧化铁5份、氧化铜10份、氧化铬3份、氧化铝5份、氧化铈1份、氧化钴1、氧化镧1份、分散剂0.5份、氢氧化铝0.1份、镁铝水滑石1份和二氧化硅溶胶1份。所述分散剂为六偏磷酸钠。
制备方法：
S1，制备二氧化硅溶胶，备用；
S2，取水和分散剂混合；
S3，与硅酸钠混合，高速搅拌；
S4，与氧化铁、氧化铜、氧化铬、氧化铝、氧化铈、氧化钴、氧化镧、分散剂，氢氧化铝、镁铝水滑石和制备的所述二氧化硅溶胶混合，低速搅拌，得到所述涂料。
所述高速搅拌为1400-1600rpm，所述低速搅拌为500-600rpm。
实施例2
一种黑体辐射节能涂料，由以下重量份的原料制成：
硅酸钠50份、水15份、氧化铁10份、氧化铜20份、氧化铬10份、氧化铝10份、氧化铈5份、氧化钴10份、氧化镧5份、分散剂1.5份、氢氧化铝1份、镁铝水滑石5份和二氧化硅溶胶5份。所述分散剂为六偏磷酸钠。
制备方法：同实施例1。
实施例3
一种黑体辐射节能涂料，由以下重量份的原料制成：
硅酸钠40份、水10份、氧化铁8份、氧化铜15份、氧化铬5份、氧化铝10份、氧化铈3份、氧化钴5份、氧化镧3份、分散剂1份、氢氧化铝0.5份、镁铝水滑石2份和二氧化硅溶胶1份。所述分散剂为六偏磷酸钠。
制备方法：同实施例1。
实施例4
一种黑体辐射节能涂料，由以下重量份的原料制成：
硅酸钠30份、水5份、氧化铁5份、氧化铜10份、氧化铬3份、氧化铝5份、氧化铈1份、氧化钴1、氧化镧1份、分散剂0.5份、氢氧化铝0.1份、镁铝水滑石0.4份和二氧化硅溶胶0.2份。所述分散剂为六偏磷酸钠。
制备方法：同实施例1。
实施例5
一种黑体辐射节能涂料，由以下重量份的原料制成：
硅酸钠50份、水15份、氧化铁10份、氧化铜20份、氧化铬10份、氧化铝10份、氧化铈5份、氧化钴10份、氧化镧5份、分散剂1.5份、氢氧化铝1份、镁铝水滑石4份和二氧化硅溶胶2份。所述分散剂为六偏磷酸钠。
制备方法：同实施例1。
实施例6
通过以下方法确定各组分适宜的含量：
S11，制备不同各组分的含量节能涂料的样本；
S12，通过以下公式对所述节能涂料的样本的红外辐射系数进行估算：
Figure BDA0002644292610000051
Figure BDA0002644292610000052
Figure BDA0002644292610000053
Figure BDA0002644292610000054
其中
Figure BDA0002644292610000055
为氧化铁、氧化铜、氧化铬、氧化铝和氧化钴的红外辐射系数，mi为氧化铁、氧化铜、氧化铬、氧化铝和氧化钴的质量分数；
Figure BDA0002644292610000056
为氧化铈、氧化镧的红外辐射系数，mj为氧化铈、氧化镧的质量分数；
Figure BDA0002644292610000057
为氢氧化铝、镁铝水滑石和二氧化硅溶胶的红外辐射系数，nc1、nc2、nc3为氢氧化铝、镁铝水滑石和二氧化硅溶胶的质量分数；n1、n2、n3为重量矫正系数，
a、b、c为加权系数，a为0.1-0.5，b为1-2，c为5-10；n1、n2、n3的比例为1：(2-6)：(1-3)；
S13，根据最佳的红外辐射系数确定不同各组分的含量。
本方法的红外辐射系数进行的估算，考虑了氧化铁、氧化铜、氧化铬、氧化铝和氧化钴与氧化铈、氧化镧的累计及不同加权值，同时考虑氢氧化铝、镁铝水滑石和二氧化硅溶胶之间的协同作用。
本方法的使用过程中，在初期可以通过小批量的样本对各个系数进行优化。
通过本方法对不同各组分的含量节能涂料的样本的红外辐射系数进行的估算，趋势和规律符合对样本的实际测量值，可以用来指导实验设计，减少实验次数，快速获得较佳的各组分的含量。
对比例1
一种黑体辐射节能涂料，由以下重量份的原料制成：
硅酸钠30份、水5份、氧化铁5份、氧化铜10份、氧化铬3份、氧化铝5份、氧化铈1份、氧化钴1、氧化镧1份、分散剂0.5份、氢氧化铝1.1份和二氧化硅溶胶1份。所述分散剂为六偏磷酸钠。
制备方法：
S1，制备二氧化硅溶胶，备用；
S2，取水和分散剂混合；
S3，与硅酸钠混合，高速搅拌；
S4，与氧化铁、氧化铜、氧化铬、氧化铝、氧化铈、氧化钴、氧化镧、分散剂、氢氧化铝、镁铝水滑石和制备的所述二氧化硅溶胶混合，低速搅拌，得到所述涂料。
所述高速搅拌为1400-1600rpm，所述低速搅拌为500-600rpm。
对比例2
一种黑体辐射节能涂料，由以下重量份的原料制成：
硅酸钠30份、水5份、氧化铁5份、氧化铜10份、氧化铬3份、氧化铝5份、氧化铈1份、氧化钴1、氧化镧1份、分散剂0.5份、镁铝水滑石1.1份和二氧化硅溶胶1份。所述分散剂为六偏磷酸钠。
制备方法：
S1，制备二氧化硅溶胶，备用；
S2，取水和分散剂混合；
S3，与硅酸钠混合，高速搅拌；
S4，与氧化铁、氧化铜、氧化铬、氧化铝、氧化铈、氧化钴、氧化镧、分散剂、氢氧化铝和制备的所述二氧化硅溶胶混合，低速搅拌，得到所述涂料。
所述高速搅拌为1400-1600rpm，所述低速搅拌为500-600rpm。
对比例3
一种黑体辐射节能涂料，由以下重量份的原料制成：
硅酸钠30份、水5份、氧化铁5份、氧化铜10份、氧化铬3份、氧化铝5份、氧化铈1份、氧化钴1、氧化镧1份、分散剂0.5份、氢氧化铝0.1、镁铝水滑石1份和二氧化硅溶胶1份。所述分散剂为硬脂酸单甘油酯。
制备方法：
S1，制备二氧化硅溶胶，备用；
S2，取水和分散剂混合；
S3，与硅酸钠混合，高速搅拌；
S4，与氧化铁、氧化铜、氧化铬、氧化铝、氧化铈、氧化钴、氧化镧、分散剂、镁铝水滑石和制备的所述二氧化硅溶胶混合，低速搅拌，得到所述涂料。
所述高速搅拌为1400-1600rpm，所述低速搅拌为500-600rpm。
对比例4
一种黑体辐射节能涂料，由以下重量份的原料制成：
硅酸钠30份、水5份、氧化铁5份、氧化铜10份、氧化铬3份、氧化铝5份、氧化铈1份、氧化钴1、氧化镧1份、分散剂0.5份、氢氧化铝0.1份、镁铝水滑石1份和与1份二氧化硅溶胶等重量的二氧化硅粉末及补充的1份二氧化硅溶胶等重量的水。
所述分散剂为六偏磷酸钠。
制备方法：
S1，制备二氧化硅溶胶，干燥，粉碎，得到二氧化硅粉末；
S2，取水和分散剂混合；
S3，与硅酸钠混合，高速搅拌；
S4，与氧化铁、氧化铜、氧化铬、氧化铝、氧化铈、氧化钴、氧化镧、分散剂，氢氧化铝、镁铝水滑石和二氧化硅粉末和补充的水混合，低速搅拌，得到所述涂料。
其中的1份二氧化硅溶粉末为1份等重量的
所述高速搅拌为1400-1600rpm，所述低速搅拌为500-600rpm。
实验例
1红外波段平均辐射率
将实施例和对比例制得的涂料，以2cm的厚度，涂覆在10×10cm不锈钢表面，常温干燥12小时。测定红外波段平均辐射率，结果见表1。
表1辐射性能
红外波段平均辐射率
实施例1 0.80
实施例2 0.81
实施例3 0.85
实施例4 0.86
实施例5 0.85
表中，相同的小写字母表示没有显著差异(P小于0.05)
从表1可以看出，实施例1-5的涂料，红外波段平均辐射率均达到了0.80以上，具有良好的辐射性能。其中，实施例3-5显著优于实施例1-2，表明了氢氧化铝、镁铝水滑石和二氧化硅溶胶的重量比的影响。
2耐水洗性能
将实施例和对比例制得的涂料，以2cm的厚度，涂覆在10×10cm不锈钢表面，常温干燥12小时。测定红外波段平均辐射率，分别浸泡在去离子水中10min和120min后，取出后常温干燥12小时，再次测定红外波段平均辐射率，耐水洗性系数为两次的比值：
耐水洗系数
Figure BDA0002644292610000081
结果见表2。
表2耐水洗性能
Figure BDA0002644292610000082
表中，相同的小写字母表示没有显著差异(P小于0.05)
从表2可以看出，实施例1涂料耐水性显著优于对比例1、2、4，表明了氢氧化铝、镁铝水滑石和二氧化硅溶胶三种对耐水性能的协同作用，实施例1涂料耐水性显著优于对比例3，表明了分散剂对耐水性能也有影响。实施例1-5中，实施例3-5涂料耐水性显著高于实施例1-2，表明了氢氧化铝、镁铝水滑石和二氧化硅溶胶的重量比的对耐水性能也有影响。
以上对本发明优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种黑体辐射节能涂料，由以下重量份的原料制成：
硅酸钠30-50份、水5-15份、氧化铁5-10份、氧化铜10-20份、氧化铬3-10份、氧化铝5-10份、氧化铈1-5份、氧化钴1-10份、氧化镧1-5份、分散剂0.5-1.5份、氢氧化铝0.1-1份、镁铝水滑石1-5份和二氧化硅溶胶1-5份。
2.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述二氧化硅溶胶由正硅酸乙酯中与甲基三乙氧基硅烷和二苯基二甲氧基硅烷制备而成。
3.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述二氧化硅溶胶的制备方法为正硅酸乙酯与乙醇、盐酸混合，与甲基三乙氧基硅烷和二苯基二甲氧基硅烷混合，加热回流，得到所述溶胶。
4.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述氢氧化铝、镁铝水滑石和二氧化硅溶胶的重量比为0.5：(1-3)：(0.5-1.5)。
5.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：硅酸钠40份、水10份、氧化铁8份、氧化铜15份、氧化铬5份、氧化铝10份、氧化铈3份、氧化钴5份、氧化镧3份、分散剂1份、氢氧化铝0.5份、镁铝水滑石2份和二氧化硅溶胶1份。
6.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述分散剂为六偏磷酸钠。
7.一种根据权利要求1-6任一所述的涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，制备二氧化硅溶胶，备用；
S2，取水和分散剂混合；
S3，与硅酸钠混合，高速搅拌；
S4，与氧化铁、氧化铜、氧化铬、氧化铝、氧化铈、氧化钴、氧化镧、分散剂，氢氧化铝、镁铝水滑石和制备的所述二氧化硅溶胶混合，低速搅拌，得到所述涂料。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述二氧化硅溶胶的制备方法为正硅酸乙酯与乙醇、盐酸混合，与甲基三乙氧基硅烷和二苯基二甲氧基硅烷混合，加热回流，得到所述溶胶，其中正硅酸乙酯与乙醇、盐酸混合在40-60℃混合，反应5-10min，与甲基三乙氧基硅烷和二苯基二甲氧基硅烷混合反应0.5-1.5h，升温至80-85℃，冷凝回流1-2h。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述高速搅拌为1400-1600rpm，所述低速搅拌为500-600rpm。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过以下方法确定各组分适宜的含量：
S11，制备不同各组分的含量节能涂料的样本；
S12，通过以下公式对所述节能涂料的样本的红外辐射系数进行估算：
Figure FDA0002644292600000021
Figure FDA0002644292600000022
Figure FDA0002644292600000023
Figure FDA0002644292600000024
其中
Figure FDA0002644292600000025
为氧化铁、氧化铜、氧化铬、氧化铝和氧化钴的红外辐射系数，mi为氧化铁、氧化铜、氧化铬、氧化铝和氧化钴的质量分数；
Figure FDA0002644292600000026
为氧化铈、氧化镧的红外辐射系数，mj为氧化铈、氧化镧的质量分数；
Figure FDA0002644292600000027
为氢氧化铝、镁铝水滑石和二氧化硅溶胶的红外辐射系数，nc1、nc2、nc3为氢氧化铝、镁铝水滑石和二氧化硅溶胶的质量分数；n1、n2、n3为重量矫正系数，
a、b、c为加权系数，a为0.1-0.5，b为1-2，c为5-10；n1、n2、n3的比例为1：(2-6)：(1-3)；
S13，根据最佳的红外辐射系数确定不同各组分的含量。
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