CN113993953B - 涂覆组合物及其施加方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涂覆组合物，特别是用于热金属的隔热的涂覆组合物，它含有硅酸盐水溶液并且由第一层和至少一个第二层组成，所述第一层含有35至71体积百分比的中空玻璃球、26至62体积百分比的硅酸钾水溶液、1至3体积百分比的粘合剂添加剂和0.1体积百分比的水玻璃稳定剂，所述第二层含有71至84.6体积百分比的中空玻璃球、9至22.6体积百分比的硅酸钾水溶液、02至0.3体积百分比的粘合剂添加剂、0.1体积百分比的水玻璃稳定剂、2至3体积百分比的切割玻璃纤维和1.7至3体积百分比的苯乙烯‑丙烯酸酯分散体。施加涂覆组合物的方法，尤其是施加由含有硅酸盐水溶液的至少一层组成的涂覆组合物的方法，根据该方法，作为第一步，施加含有35至71体积百分比的中空玻璃球、26至62体积百分比的硅酸钾水溶液、1至3体积百分比的粘合剂添加剂和0.1体积百分比的水玻璃稳定剂的第一层，然后将含有71至84.6体积百分比的中空玻璃球、9至22.6体积百分比的硅酸钾水溶液、0.2至0.3体积百分比的粘合剂添加剂、0.1体积百分比的水玻璃稳定剂、2至3体积百分比的切割玻璃纤维和1.7至3体积百分比的苯乙烯‑丙烯酸酯分散体的第二层施加到第一层上。

Description

涂覆组合物及其施加方法
技术领域
本发明涉及一种涂覆组合物(coating composition，涂料组合物，涂层组合物)，特别是涉及一种用于热金属的隔热(thermal insulation，绝热，热绝缘)的涂覆组合物，其含有硅酸盐的水溶液，并且涉及其施加方法。
背景技术
从现有技术已知有多种如何使用涂料来提高金属的耐热性的方法。
已知解决方案之一是使用发泡膨胀型涂料，其原理基于在超过150℃的温度下燃烧期间通过热作用来增加它们的体积，当涂料产生数厘米厚的不易燃隔离层时，其保护例如金属承重结构的表面。它们的缺点是价格高，使用寿命不确定，涂料的再生性复杂，因为需要通过研磨去除现有的旧涂料。然而，最大的缺点是发泡涂料不能被另一结构如内衬、隔墙或天花板覆盖。
还存在基于水玻璃的涂覆组合物，例如一种基于水玻璃的防火涂覆组合物。从专利文献CS175548获知的这种复合物含有：75至98重量百分比的苏打水玻璃或钾水玻璃，其SiO2与Na2O的摩尔比为1.8至3.5或SiO2与K2O的摩尔比为2.1至2.3，在15℃下的密度为1.3至1.7(使用苏打水玻璃)和在15℃下的密度为1.3至1.4(使用钾水玻璃)；和2至25重量百分比的丙烯酸或甲基丙烯酸聚甲基酯或聚丁酯的水分散体，其平均聚合度为2200至4000且聚合物与水之比等于1:1至1:2。这种涂覆组合物的缺点是其较低的隔热效果和较低的热稳定性。
在从专利文献CS PV1989-1840获知的用于创建保护层的复合物中也可以发现相同的缺点。该复合物包含25至75重量百分比的酸性偏硅酸镁和25至75重量百分比的水玻璃。其不仅适用于金属材料的保护，也适用于木材以及纸板的保护。这种混合物无法保护下面的材料免受大量热量的影响。
另一专利文献CZ PV2002-2407描述了一种硅酸盐涂覆组合物，其含有水玻璃或者水玻璃与二氧化硅盐的混合物，其中SiO2与碱金属氧化物摩尔比为5至30摩尔的SiO2每一摩尔碱金属氧化物，加上一种或多种有机氨化合物和一种或多种填料。
实用新型CZ 31096 U描述了一种玻璃基渗透性防火膨胀隔离材料的混合物，它含有35重量百分比的1至4mm的多孔玻璃球、63重量百分比的苏打水玻璃、1重量百分比的炭黑和1重量百分比的亲水性烷氧基烷基铵盐作为水玻璃稳定剂。这种混合物的缺点在于它不能直接应用于金属，因为如果温度超过100℃，它就会脱落。
实用新型CZ 30925 U展示了一种用于热表面的薄层隔热和热反射面漆的混合物。该混合物含有10至13重量百分比的平均尺寸为0.089mm的中空玻璃球、66至68重量百分比的钾水玻璃、2至3重量百分比的锂水玻璃、7至12重量百分比的水、1重量百分比的亲水性烷氧基烷基氨盐(hydrophilic alkoxyle alkyl ammonia salt)作为粘合剂稳定剂、3至5重量百分比的三乙醇胺作为粘合剂添加剂、1重量百分比的氧化锆作为热可膨胀填料、1重量百分比的炭黑作为热可膨胀填料、1重量百分比的6mm长度的切割玻璃纤维、1重量百分比的二氧化硅纳米纤维和1重量百分比的硅酮消泡剂。这种混合物的稠度类似于非常稠的搅打过的悬浮液，并且它对金属表面的附着力不是很好。这种混合物对加热到超过100℃的金属的粘合性不足。一般来说，这种材料在非常高的温度下具有较差的粘合性、弹性和热膨胀性。
从上述现有技术(本发明的背景)可以明显看出，迄今为止已知的混合物的主要缺点是它们对高温和热的较低耐受性以及它们对金属表面的粘附性较低。
本发明的目的是配制一种材料以保护各种结构的金属部件免受高温的影响，该材料能长时间耐受大量热量，其热膨胀性和对下面材料(underlying material)的粘附性即使在高温下也很好，并且具有优异的隔离能力。
发明内容
通过一种涂覆组合物，尤其是一种用于热金属的隔热的涂覆组合物，在很大程度上消除了上述缺点并且完成了本发明的目标，其含有根据本发明的硅酸盐水溶液，其性质在于它由第一层和至少一个第二层组成，该第一层含有35至71体积百分比的中空玻璃球、26至62体积百分比的硅酸钾水溶液、1至3体积百分比的粘合剂添加剂(adhesiveadditive，粘合添加剂)、0.1体积百分比的水玻璃稳定剂，所述第二层含有71至84.6体积百分比的中空玻璃球、9至22.6体积百分比的硅酸钾水溶液、0.2至0.3体积百分比的粘合剂添加剂、0.1体积百分比的水玻璃稳定剂、2至3体积百分比的切割玻璃纤维(cut glassfibre)和1.7至3体积百分比的苯乙烯-丙烯酸酯分散体。一个优点是这种涂覆组合物具有低导热性和热渗透性，除此之外，从热表面的散热最小。第一层在被施加时具有精确的粘度，使其自身充分连接到金属表面并且即使在加热到高温后仍能保持其粘附性和热膨胀性。该涂覆组合物的一个优点是，该组合物中使用的填料由硅酸钾(纯无机来源)的水溶液形成，具有优异的隔热能力，杀真菌，高度耐火和耐热，对各种表面具有优异的附着力，易于施加到下面的表面(underlying surface，下方表面)上，并保证足够的硬度和耐磨性以及蒸汽渗透性。硬化后，所述材料实际上变成了钾水玻璃(potash water glass)，其既能防海水又防淡水、防酸性溶液和防碱溶液，并保护金属表面免受腐蚀。为了增加具有较高玻璃球含量的部件的弹性、内聚性和热膨胀，有利地使用苯乙烯-丙烯酸酯分散体。这种分散体还防止硅酸盐填料被水稀释，但它保持了组合物的优异粘合力，并通过与硅酸盐的聚合物链产生弱相互作用，从而促进交联过程，提高其质量。
如果两种层都进一步包含1.8至7.5体积百分比的水，则是有利的。存在于所述层中的水的优点在于它有利于组合物的施加并增加其隔热能力。
如果两种层都还包含0.1至0.4体积百分比的炭黑，则也是非常有利的。炭黑用作热可膨胀填料，同时它阻挡热金属表面发出的UV、IR和可见光辐射，从而防止金属损失能量。炭黑以浓度为25重量百分比的水溶液形式加入所述混合物中。
如果中空球的尺寸在0.05至0.08mm的范围内，则也是有利的。一个优点是创建具有最佳隔离能力的层。
如果使用三乙醇胺作为粘合剂添加剂，则更有利，因为该添加剂根据金属表面的热膨胀而增加混合物的热膨胀和弹性。
如果使用亲水性烷氧基烷基氨盐作为水玻璃稳定剂，则也是有利的。
如果硅酸钾水溶液的密度在1230至1250kg/m3的范围内并且硅酸钾水溶液中二氧化硅与氧化钾的摩尔重量比在3.8至4.1的范围内，则更有利。二氧化硅与氧化钾的摩尔重量比以及所述溶液的相关密度和浓度对作为聚合物混合物的水玻璃的流变特性、对电特性、对压缩性和粘合力(如使用电解质)以及对硬度和强度具有相当大的影响。
如果中空玻璃球由含有70至80重量百分比的二氧化硅、3至8重量百分比的氧化钠、8至16重量百分比的氧化钙和2至6重量百分比的氧化硼的材料制成，并且如果中空玻璃球的比重在0.18至0.22g/cm3范围内，也是有利的。这些球的壁很薄。它们在各个点上相互接触，大量尖锐的材料界面(边界)代表了热量通过的阻力。这种多孔系统因传热系数低而与众不同，并且其充当了一种极好的隔热材料。
如果切割纤维由碱性硅酸锆(alkaline zirconium silicate)制成并且它们的长度在4至10mm的范围内并且直径在0.01至0.02mm的范围内，则也是有利的。即使在非常高的温度下，这些纤维也为涂覆组合物提供了足够的热膨胀以及它的弹性和对下面金属表面的适应性。
通过一种施加涂覆组合物的方法，尤其是通过一种施加根据本发明由含有硅酸盐水溶液的至少一层组成的涂覆组合物的方法，在很大程度上消除了上述缺点并且实现了本发明的目标，其性质在于，作为第一步，在干净的表面上施加一层(第一层)，该层含有35至71体积百分比的中空玻璃球、26至62体积百分比的硅酸钾水溶液、1至3体积百分比的粘合剂添加剂和0.1体积百分比的水玻璃稳定剂，然后将第二层施加到第一层上，该第二层含有71至84.6体积百分比的中空玻璃球、9至22.6体积百分比的硅酸钾水溶液、0.2至0.3体积百分比的粘合剂添加剂、0.1体积百分比的水玻璃稳定剂、2至3体积百分比的切割玻璃纤维和1.7至3体积百分比的苯乙烯-丙烯酸酯分散体。
尽管第一层本身可以充当独立的隔离层，但它基本上(并且有利地)是准备被另一层覆盖的层。一个优点是第二层(主要是隔离层)由于第一层而在其粘附性和抗热降解性方面具有最佳条件。
如果在不早于24小时之后，将第二层施加到第一层上，也是非常有利的。
如果然后将两种层加热至100℃至200℃的温度，最有利的是在施加后24小时，则进一步有利。
然而，最有利的施加方法如下：施加第一层并在24小时后将其加热至100℃至200℃的温度持续5分钟的时间段。第一层冷却后，施加第二层，并且24小时后，再次将所有材料加热至相同温度持续5分钟的时间段。在这两种情况下，最有利的温度升高是每10分钟升高100℃。
这种涂覆组合物及其施加方法的主要优点在于它具有比现有技术已知的那些涂覆组合物明显更好的隔离能力，并且同时它还具有更好的粘合性、弹性、热膨胀性和致密性，即使在加热后也如此。另一个优点是根据本发明的涂覆组合物可以很容易地施加在范围广泛的材料上，不仅在金属上，而且在例如墙体材料上。由于玻璃微球的精确分布曲线消除了热通道并机械地保护表面免受外部影响和腐蚀，因此该涂覆组合物具有优异的隔热能力。该涂覆组合物不易燃、可渗透蒸汽、耐湿、足够坚硬且耐磨。此外，它也是环保的且不会危害健康。涂覆组合物的表面很容易研磨并用灰泥或涂料覆盖或提供任何种类的衬里，因为它不会以任何显著方式改变其体积。涂覆组合物的耐久性好。该涂覆组合物经测试并施加到600℃的表面上，并且触摸时的温度仅为50℃。
具体实施方式
本发明的性能实施例
实施例1
用于热金属的隔热的涂覆组合物由以2毫米厚施加的第一层和布置(施加)在该第一层的顶部上的第二10毫米厚层组成，该第一层含有48体积百分比的中空玻璃球、46.3体积百分比的硅酸钾水溶液、1.6体积百分比的粘合剂添加剂(三乙醇胺)、0.1体积百分比的水玻璃稳定剂(亲水性烷氧基烷基氨盐)、3.8体积百分比的水和0.2体积百分比的炭黑。第二层含有74体积百分比的中空玻璃球、15体积百分比的硅酸钾水溶液、0.2体积百分比的粘合剂添加剂(三乙醇胺)、0.1体积百分比的水玻璃稳定剂(亲水性烷氧基烷基氨盐)、2体积百分比的切割玻璃纤维、2体积百分比的苯乙烯-丙烯酸酯分散体、6.5体积百分比的水和0.2体积百分比的炭黑。
将98％的N,N,N',N'-四(2-羟丙基)乙二胺水溶液形式的亲水性烷氧基烷基氨盐用作水玻璃稳定剂。
中空玻璃球的尺寸为0.065mm。
硅酸钾水溶液的密度为1240kg/m3，并且二氧化硅与氧化钾的摩尔重量比为3.9。
中空玻璃球的比重为0.2g/cm3，并且所述球由含有75重量百分比的二氧化硅、6重量百分比的氧化钠、15重量百分比的氧化钙和4重量百分比的氧化硼的材料制成。
切割玻璃纤维的长度为6mm，直径为0.015mm并且它们由碱性硅酸锆制成。
前述涂覆组合物的施加如下：作为第一步，将第一层施加到干净的表面上。该第一层含有48体积百分比的中空玻璃球、46.3体积百分比的硅酸钾水溶液、1.6体积百分比的粘合剂添加剂(三乙醇胺)、0.1体积百分比的水玻璃稳定剂(亲水性烷氧基烷基氨盐)、3.8体积百分比的水和0.2体积百分比的炭黑。然后，24小时后，将第一层加热至100℃至200℃的温度持续5分钟并冷却，将第二层施加到第一层上。该第二层含有74体积百分比的中空玻璃球、15体积百分比的硅酸钾水溶液、0.2体积百分比的粘合剂添加剂(三乙醇胺)、0.1体积百分比的水玻璃稳定剂(亲水性烷氧基烷基铵盐)、2体积百分比的切割玻璃纤维、2体积百分比的苯乙烯-丙烯酸酯分散体、6.5体积百分比的水和0.2体积百分比的炭黑。
然后，24小时后，将两种层加热至100℃至200℃的温度，持续5分钟的时间段。
将两种层冷却后，将表面进行打磨并覆盖上涂料层。
实施例2
用于热金属的隔热的涂覆组合物由以1毫米厚度施加的第一层和布置(施加)在第一层顶部上的第二5毫米厚层组成，所述第一层含有65体积百分比的中空玻璃球、26.5体积百分比的硅酸钾水溶液、2.2体积百分比的粘合剂添加剂(三乙醇胺)、0.1体积百分比的水玻璃稳定剂(亲水性烷氧基烷基氨盐)、5.8体积百分比的水和0.4体积百分比的炭黑。第二层含有78体积百分比的中空玻璃球、9体积百分比的硅酸钾水溶液、0.2体积百分比的粘合剂添加剂(三乙醇胺)、0.1体积百分比的水玻璃稳定剂(亲水性烷氧基烷基氨盐)、2体积百分比的切割玻璃纤维、3体积百分比的苯乙烯-丙烯酸酯分散体、7.5体积百分比的水和0.2体积百分比的炭黑。
将98％的N,N,N',N'-四(2-羟丙基)乙二胺水溶液形式的亲水性烷氧基烷基氨盐用作水玻璃稳定剂。
中空玻璃球的尺寸为0.065mm。
硅酸钾水溶液的密度为1230kg/m3，并且二氧化硅与氧化钾的摩尔重量比为3.8。
中空玻璃球的比重为0.18g/cm3，并且所述球由含有75重量百分比的二氧化硅、6重量百分比的氧化钠、15重量百分比的氧化钙和4重量百分比的氧化硼的材料制成。
切割玻璃纤维的长度为4mm，直径为0.01mm，并且它们由碱性硅酸锆制成。
前述涂覆组合物的施加如下：作为第一步，将第一层施加至干净的表面上。第一层含有65体积百分比的中空玻璃球、26.5体积百分比的硅酸钾水溶液、2.2体积百分比的粘合剂添加剂(三乙醇胺)、0.1体积百分比的水玻璃稳定剂(亲水性烷氧基烷基氨盐)、5.8体积百分比的水和0.4体积百分比的炭黑。然后，24小时后，将第一层加热至100℃至200℃的温度持续5分钟并冷却，将第二层施加到第一层上。第二层含有78体积百分比的中空玻璃球、9体积百分比的硅酸钾水溶液、0.2体积百分比的粘合剂添加剂(三乙醇胺)、0.1体积百分比的水玻璃稳定剂(亲水性烷氧基烷基氨盐)、2体积百分比的切割玻璃纤维、3体积百分比的苯乙烯-丙烯酸酯分散体、7.5体积百分比的水和0.2体积百分比的炭黑。
然后，24小时后，将两种层加热至100℃至200℃的温度，持续5分钟的时间段。
两种层冷却后，将表面进行打磨并覆盖上涂料层。
实施例3
用于热金属的隔热的涂覆组合物由以3毫米厚度施加的第一层和设置(施加)在第一层顶部上的第二10毫米厚层组成，所述第一层含有35体积百分比的中空玻璃球、62体积百分比的硅酸钾水溶液、1体积百分比的粘合剂添加剂(三乙醇胺)、0.1体积百分比的水玻璃稳定剂(亲水性烷氧基烷基氨盐)、1.8体积百分比的水和0.1体积百分比的炭黑。第二层含有71体积百分比的中空玻璃球、18体积百分比的硅酸钾水溶液，0.3体积百分比的粘合剂添加剂(三乙醇胺)、0.1体积百分比的水玻璃稳定剂(亲水性烷氧基烷基氨盐)、3体积百分比的切割玻璃纤维、1.7体积百分比的苯乙烯-丙烯酸酯分散体、5.5体积百分比的水和0.4体积百分比的炭黑。
将98％的N,N,N',N'-四(2-羟丙基)乙二胺水溶液形式的亲水性烷氧基烷基氨盐用作水玻璃稳定剂。
中空玻璃球的尺寸为0.065mm。
硅酸钾水溶液的密度为1250kg/m3，并且二氧化硅与氧化钾的摩尔重量比为4.1。
中空玻璃球的比重为0.18g/cm3，并且所述球由含有75重量百分比的二氧化硅、6重量百分比的氧化钠、15重量百分比的氧化钙和4重量百分比的氧化硼的材料制成。
切割玻璃纤维的长度为10mm，直径为0.02mm，并且它们由碱性硅酸锆制成。
前述涂覆组合物的施加如下：作为第一步，将第一层施加到干净的表面上。第一层含有35体积百分比的中空玻璃球、62体积百分比的硅酸钾水溶液、1体积百分比的粘合剂添加剂(三乙醇胺)、0.1体积百分比的水玻璃稳定剂(亲水性烷氧基烷基氨盐)、1.8体积百分比的水和0.1体积百分比的炭黑。然后，24小时后，将第一层加热至100℃至200℃的温度持续5分钟并冷却，将第二层施加到第一层上。第二层含有71体积百分比的中空玻璃球、18体积百分比的硅酸钾水溶液、0.3体积百分比的粘合剂添加剂(三乙醇胺)、0.1体积百分比的水玻璃稳定剂(亲水性烷氧基烷基氨盐)、3体积百分比的切割玻璃纤维、1.7体积百分比的苯乙烯-丙烯酸酯分散体、5.5体积百分比的水和0.4体积百分比的炭黑。
然后，24小时后，将两种层加热至100℃至200℃的温度，持续5分钟的时间段。
在两种层冷却后，将表面进行打磨并覆盖上涂料层。
工业应用
根据本发明的涂覆组合物尤其可用于热金属表面的热保护，例如用于蒸汽管道、烟道管道、熔炉、制冷设备和采暖、通风和空调装置表面的热保护。

Claims (16)

1.一种涂覆组合物，所述组合物含有硅酸盐水溶液，其特征在于所述组合物由第一层和至少一个第二层组成，所述第一层中含有35至71体积百分比的中空玻璃球、26至62体积百分比的硅酸钾水溶液、1至3体积百分比的粘合剂添加剂和0.1体积百分比的水玻璃稳定剂，所述第二层中含有71至84.6体积百分比的中空玻璃球、9至22.6体积百分比的硅酸钾水溶液、0.2至0.3体积百分比的粘合剂添加剂、0.1体积百分比的水玻璃稳定剂、2至3体积百分比的切割玻璃纤维和1.7至3体积百分比的苯乙烯-丙烯酸酯分散体，所述粘合剂添加剂是三乙醇胺。
2.根据权利要求1所述的涂覆组合物，其特征在于各层还含有1.8至7.5体积百分比的水。
3.根据权利要求1或2所述的涂覆组合物，其特征在于各层还含有0.1至0.4体积百分比的炭黑。
4.根据权利要求1或2所述的涂覆组合物，其特征在于所述中空玻璃球的尺寸在0.05至0.08mm的范围内。
5.根据权利要求1所述的涂覆组合物，其特征在于所述涂覆组合物是用于热金属的隔热的涂覆组合物。
6.根据权利要求1或2所述的涂覆组合物，其特征在于所述水玻璃稳定剂是亲水性烷氧基烷基氨盐。
7.根据权利要求1或2所述的涂覆组合物，其特征在于所述硅酸钾水溶液的密度在1230至1250kg/m3的范围内。
8.根据权利要求1或2所述的涂覆组合物，其特征在于所述硅酸钾水溶液中二氧化硅与氧化钾的摩尔重量比在3.8至4.1的范围内。
9.根据权利要求1或2所述的涂覆组合物，其特征在于所述中空玻璃球由含有70至80重量百分比的二氧化硅、3至8重量百分比的氧化钠、8至16重量百分比的氧化钙和2至6重量百分比的氧化硼的材料制成。
10.根据权利要求1或2所述的涂覆组合物，其特征在于所述中空玻璃球的比重在0.18至0.22g/cm3的范围内。
11.根据权利要求1或2所述的涂覆组合物，其特征在于所述切割玻璃纤维由碱性硅酸锆制成。
12.根据权利要求1或2所述的涂覆组合物，其特征在于所述切割玻璃纤维的长度在4至10mm的范围内并且它们的直径在0.01至0.02mm的范围内。
13.一种施加根据权利要求1至12中任一项所述的涂覆组合物的方法，所述组合物由含有硅酸盐水溶液的至少一层组成，其特征在于，作为第一步，将第一层施加到下面的表面上，所述第一层中含有35至71体积百分比的中空玻璃球、26至62体积百分比的硅酸钾水溶液、1至3体积百分比的粘合剂添加剂和0.1体积百分比的水玻璃稳定剂；然后，将第二层施加到所述第一层上，所述第二层中含有71至84.6体积百分比的所述中空玻璃球、9至22.6体积百分比的所述硅酸钾水溶液、0.2至0.3体积百分比的所述粘合剂添加剂、0.1体积百分比的所述水玻璃稳定剂、2至3体积百分比的切割玻璃纤维和1.7至3体积百分比的苯乙烯-丙烯酸酯分散体。
14.根据权利要求13所述的施加涂覆组合物的方法，其特征在于在不早于24小时之后，将所述第二层施加到所述第一层上。
15.根据权利要求13或权利要求14所述的施加涂覆组合物的方法，其特征在于然后将两种层加热至100℃至200℃的温度。
16.根据权利要求15所述的施加涂覆组合物的方法，其特征在于在不早于24小时之后，将两种层加热至100℃至200℃的温度。
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