CN114011682B - 一种缓释型火焰添色涂层的制备方法 - Google Patents

一种缓释型火焰添色涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请提出一种缓释型火焰添色涂层的制备方法，具体包括如下步骤：以正硅酸乙酯、盐酸、硅烷偶联剂、氧化硅粉末和水为原料混合配置成氧化硅溶胶；将氧化硅溶胶涂布在金属材料基底上；然后进行干燥和烧结，得到多孔氧化硅涂层；将多孔氧化硅涂层在焰色剂离子溶液中浸泡后取出干燥，然后再进行烧结，得到缓释型火焰添色涂层。该方法所用原料廉价易得，制备方法工艺简单，对焰色装置要求低，可涂覆于火焰出口部件表面或独立焰色涂层支撑结构之上；所得涂层与金属基底结合强度高、耐烧蚀、抗热震性能好，在燃烧过程中不易脱落；所得涂层为多孔结构，在燃烧过程中，多孔结构可有效减少焰色剂消耗，可有效提升焰色剂使用寿命。

Description

一种缓释型火焰添色涂层的制备方法
技术领域
本申请涉及火焰焰色技术领域，尤其涉及一种缓释型火焰添色涂层的制备方法。
背景技术
气体或液体燃料燃烧产生火焰，火焰颜色与燃料种类和杂质原子密切相关。一般火焰颜色由焰色反应引起，物质内部原子在外部能量(燃烧火焰)激发下吸收能量，电子较低能量的轨道跃迁到较高能量轨道，处于能量较高轨道上的电子是不稳定的，将很快跃迁回能量较低的轨道，这时就将多余的能量以光的形式放出。如果放出的光的波长在可见光范围内(波长为400nm～760nm)，火焰便呈现可见颜色。目前，丙烷和丁烷是气体打火机和火炬的最常用燃料，其焰色为黄色，但焰色较浅，特别是在强日光条件下焰色不明显，导致火焰显示度不足，如若通气量设置有误或通气装置失效，还易导致烧伤事故发生。新型清洁燃料的使用越来越广泛，氢气作为一种典型无污染绿色清洁能源，在已知燃料中具有最高的热效率，在其用过程中，氢气燃烧火焰温度高且无颜色，无法提前预知火焰高度，极易发生烧伤事故。另外，以氢气作为火炬燃料时，由于无焰色，使火炬火焰无显示度，严重影响观看体验。因此，有必要对火焰进行添色处理，以提升安全性和观赏性，在打火机、火炬等燃具上具有广阔的应用前景。
现有火焰焰色添色方法主要有分为以下几类：
方法(1)：液体燃料内添加焰色剂，如在乙醇、甲醇内加入含有易溶焰色反应物质。
方法(2)：将焰色剂通过压力成型使其附着于支撑体之上，在燃烧器火焰位置增设焰色反应物质及其支撑体结构。
方法(3)：增设焰色剂罐体，将焰色剂罐装于独立罐体内，燃烧时单独通入焰色剂。但以上方法仍存在以下问题。
其中方法(1)只适用于液体染料；方法(2)在使用过程中，焰色剂的不断消耗，导致焰色剂使用寿命较短，且存在燃烧过程中焰色剂脱落等问题；方法(2)和方法(3)都需要增设额外部件，结构复杂，增大燃烧器体积和质量，并大幅增加制造难度和成本。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请的目的在于提出一种缓释型火焰添色涂层的制备方法，该方法所用原料廉价易得，制备方法工艺简单，对焰色装置要求低，可涂覆于火焰出口部件表面或独立焰色涂层支撑结构之上；所得涂层与金属基底结合强度高、耐烧蚀、抗热震性能好，在燃烧过程中不易脱落；所得涂层为多孔结构，浸涂焰色添色剂可存储于空隙内部，在燃烧过程中，多孔结构可有效减少焰色剂消耗，起到焰色剂缓释作用，可有效提升焰色剂使用寿命。
为达到上述目的，本申请提出的一种缓释型火焰添色涂层的制备方法，具体包括如下步骤：
以正硅酸乙酯、盐酸、硅烷偶联剂、氧化硅粉末和水为原料混合配置成氧化硅溶胶；
将所述氧化硅溶胶涂布在金属材料基底上；
涂布有所述氧化硅溶胶的所述金属材料基底进行干燥，然后再进行烧结，得到多孔氧化硅涂层；
将所述多孔氧化硅涂层在焰色剂离子溶液中浸泡后取出干燥，然后再进行烧结，得到缓释型火焰添色涂层。
在缓释型火焰添色涂层的制备过程中，所用原料廉价易得，制备方法工艺简单，对焰色装置要求低，可涂覆于火焰出口部件表面或独立焰色涂层支撑结构之上；所得涂层与金属基底结合强度高、耐烧蚀、抗热震性能好，在燃烧过程中不易脱落；所得涂层为多孔结构，浸涂焰色添色剂可存储于空隙内部，在燃烧过程中，多孔结构可有效减少焰色剂消耗，起到焰色剂缓释作用，可有效提升焰色剂使用寿命；同时本发明所提供的焰色添色涂层对焰色剂物质无选择性，适用于已知多种焰色剂。
进一步地，所述氧化硅溶胶中各原料组分及其含量如下：正硅酸乙酯100-300g/L、盐酸 1-5g/L、硅烷偶联剂5-10g/L、氧化硅粉50-100g/L、余量为水。
进一步地，所述氧化硅溶胶的具体制备过程如下：分别配置100-300g/L的正硅酸乙酯、 1-5g/L的盐酸、5-10g/L的硅烷偶联剂、50-100g/L的氧化硅粉溶液，将配置的溶液和水混合后进行分散20min，然后静置1-10h得到氧化硅溶胶。
进一步地，所述氧化硅粉的粒径为0.5-5μm。
进一步地，将所述氧化硅溶胶涂布在金属材料基底上的涂布方法为浸涂、刷涂或喷涂中一种。
进一步地，所述氧化硅溶胶涂布在所述金属材料基底上之前，所述金属材料基底经过喷砂处理。
进一步地，涂布有所述氧化硅溶胶的所述金属材料基底经过干燥后再进行烧结，其中所述干燥的过程为先室温干燥6-10h，然后在150-300℃下加热干燥2-5h；所述烧结温度为 800-1100℃，烧结时间为1-3h。
进一步地，所述金属基底材料为普通碳钢、不锈钢、钛合金、铁铬铝合金或高温合金中的一种。
进一步地，所述焰色剂离子溶液为过饱和焰色剂溶液，所述焰色剂为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸锂、氯化铟、硫酸铜、氯化钾中的一种。
根据火焰颜色要求，焰色剂可选择以下物质：
当火焰要求为黄色时，焰色剂选用碳酸钠和碳酸氢钠中的一种；当火焰要求为红色时，焰色剂选用碳酸锂；当火焰要求蓝色时，焰色剂选用氯化铟；当火焰要求绿色时，焰色剂选用硫酸铜；当火焰要求紫色时，焰色剂选用氯化钾。
进一步地，将所述多孔氧化硅涂层在焰色剂离子溶液中浸泡后取出干燥，然后再进行烧结，其中所述多孔氧化硅涂层在焰色剂离子溶液中浸泡时间为1-10h；浸泡后取出干燥的温度为150-300℃，干燥的时间为1-2h；所述烧结温度为500-800℃，烧结时间为1-3h。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请实施例1中的缓释型火焰添色涂层的制备过程示意图；
图2是本申请实施例1制备的多孔氧化硅溶胶涂层示意图；
图3是本申请实施例1制备的黄色焰色添色涂层表面状态示意图；
图4是本申请实施例1制备的黄色焰色添色涂层燃烧添色效果示意图；
图5是本申请实施例1制备的黄色焰色添色涂层持续燃烧10分钟后涂层状态示意图；
图6是本申请实施例2制备的绿色焰色添色涂层示意图；
图7是本申请实施例3制备的红色焰色添色涂层燃烧添色效果示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1：
参照图1，一种缓释型火焰添色涂层的制备方法，具体包括如下步骤：
S1：配制150g/L的正硅酸乙酯、2g/L的盐酸(分析纯)、6g/L的硅烷偶联剂、80g/L的氧化硅粉(粒径0.5-5μm)、余量为水，溶液配制完成后，磁力搅拌20分钟使其分散均匀，静置4小时形成含有氧化硅颗粒的氧化硅溶胶备用；
S2：将S1中制备的含氧化硅颗粒氧化硅溶胶浸涂于经喷砂处理的不锈钢基底上，得到涂覆于金属基底的氧化硅溶胶涂层；
S3：将涂覆于金属基底的氧化硅溶胶涂层室温干燥6小时，然后置于恒温烘箱中，在 200℃下干燥3小时，之后在箱式电阻炉中加热至900℃烧结1小时，得到多孔氧化硅涂层；
S4：将S3中所得多孔氧化硅涂层置于含碳酸氢钠黄色焰色剂离子溶液中浸泡3分钟，取出后置于恒温烘箱中在200℃下干燥1小时，之后在箱式电阻炉中加热至600℃烧结1小时，得到黄色焰色添色涂层。
参照图2，如2为该实施例制备得到的溶胶涂层具有多孔结构。
参照图3和图4，图3和图4分别是本实施例制备的多孔氧化硅涂层经浸涂黄色添色剂后表面状态和燃烧添色效果图，由图3和图4可知，经浸涂添色剂后，表面仍较为光洁平整，燃烧添色效果明显，为明亮黄色焰色，添色火焰长度较长。
参照图5，图5为持续燃烧10分钟后焰色添色涂层表面状态，可见涂层与不锈钢基体结合牢固，无脱落现象发生。
实施例2：
一种缓释型火焰添色涂层的制备方法，具体包括如下步骤：
S1：配制180g/L的正硅酸乙酯、3g/L的盐酸(分析纯)、5g/L的硅烷偶联剂、100g/L的氧化硅粉(粒径0.5-5μm)、余量为水，溶液配制完成后，磁力搅拌20分钟使其分散均匀，静置3小时形成含有氧化硅颗粒的氧化硅溶胶备用。
S2：将S1中制备的含氧化硅颗粒氧化硅溶胶浸涂于经喷砂处理的不锈钢基底上，得到涂覆于金属基底的氧化硅溶胶涂层。
S3：将涂覆于金属基底的氧化硅溶胶涂层室温干燥6小时，然后置于恒温烘箱中，在 200℃下干燥3小时，之后在箱式电阻炉中加热至1000℃烧结2小时，得到多孔氧化硅涂层。
S4：将S3中所得多孔氧化硅涂层置于含硫酸铜绿色焰色剂离子溶液中浸泡3分钟，取出后置于恒温烘箱中在220℃下干燥1小时，之后在箱式电阻炉中加热至600℃烧结1小时，得到绿色焰色添色涂层。
参照图6，图6是本实施例制备的多孔氧化硅涂层经浸涂绿色添色剂后表面状态，由经浸涂添色剂后，表面光洁平整，经燃烧测试可见明亮绿色焰色，持续燃烧10分钟后焰色添色涂层与不锈钢基体结合牢固，无脱落现象发生。
实施例3：
S1：配制180g/L的正硅酸乙酯、3g/L的盐酸(分析纯)、5g/L的硅烷偶联剂、100g/L的氧化硅粉(粒径0.5-5μm)、余量为水，溶液配制完成后，磁力搅拌20分钟使其分散均匀，静置3小时形成含有氧化硅颗粒的氧化硅溶胶备用。
S2：将S1中制备的含氧化硅颗粒氧化硅溶胶浸涂于经喷砂处理的不锈钢基底上，得到涂覆于金属基底的氧化硅溶胶涂层。
S3：将涂覆于金属基底的氧化硅溶胶涂层室温干燥6小时，然后置于恒温烘箱中，在200℃下干燥3小时，之后在箱式电阻炉中加热至1000℃烧结2小时，得到多孔氧化硅涂层。
S4：将S3中所得多孔氧化硅涂层置于含碳酸锂红色焰色剂离子溶液中浸泡3分钟，取出后置于恒温烘箱中在220℃下干燥1小时，之后在箱式电阻炉中加热至600℃烧结1小时，得到红色焰色添色涂层。
参照图7，本实施例制备的多孔氧化硅涂层经浸涂绿色添色剂后表面光洁平整，经燃烧测试可见明亮红色火焰，持续燃烧10分钟后焰色添色涂层与不锈钢基体结合牢固，无脱落现象发生。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种缓释型火焰添色涂层的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
以正硅酸乙酯100-300g/L、盐酸1-5g/L、硅烷偶联剂5-10g/L、氧化硅粉50-100g/L、余量水为原料混合配置成氧化硅溶胶；
将所述氧化硅溶胶涂布在金属材料基底上；
涂布有所述氧化硅溶胶的所述金属材料基底进行干燥，然后再进行烧结，得到多孔氧化硅涂层；
将所述多孔氧化硅涂层在焰色剂离子溶液中浸泡后取出干燥，然后再进行烧结，所述多孔氧化硅涂层在焰色剂离子溶液中浸泡时间为1-10h，浸泡后取出干燥的温度为150-300℃，干燥的时间为1-2h，所述烧结温度为500-800℃，烧结时间为1-3h，得到缓释型火焰添色涂层。
2.如权利要求1所述的一种缓释型火焰添色涂层的制备方法，其特征在于，所述氧化硅溶胶的具体制备过程如下：分别配置100-300g/L的正硅酸乙酯、1-5g/L的盐酸、5-10g/L的硅烷偶联剂、50-100g/L的氧化硅粉溶液，将配置的溶液和水混合后分散20min，然后静置1-10h，得到氧化硅溶胶。
3.如权利要求2所述的一种缓释型火焰添色涂层的制备方法，其特征在于，所述氧化硅粉的粒径为0.5-5μm。
4.如权利要求1所述的一种缓释型火焰添色涂层的制备方法，其特征在于，将所述氧化硅溶胶涂布在金属材料基底上的涂布方法为浸涂、刷涂或喷涂中一种。
5.如权利要求4所述的一种缓释型火焰添色涂层的制备方法，其特征在于，所述氧化硅溶胶涂布在所述金属材料基底上之前，所述金属材料基底经过喷砂处理。
6.权利要求1所述的一种缓释型火焰添色涂层的制备方法，其特征在于，涂布有所述氧化硅溶胶的所述金属材料基底经过干燥后再进行烧结，其中所述干燥的过程为先室温干燥6-10h，然后在150-300℃下加热干燥2-5h；
所述烧结温度为800-1100℃，烧结时间为1-3h。
7.如权利要求1所述的一种缓释型火焰添色涂层的制备方法，其特征在于，所述金属材料基底为普通碳钢或不锈钢。
8.如权利要求1所述的一种缓释型火焰添色涂层的制备方法，其特征在于，所述金属材料基底为钛合金。
9.如权利要求1所述的一种缓释型火焰添色涂层的制备方法，其特征在于，所述金属材料基底为铁铬铝合金。
10.如权利要求1所述的一种缓释型火焰添色涂层的制备方法，其特征在于，所述金属材料基底为高温合金。
11.如权利要求1所述的一种缓释型火焰添色涂层的制备方法，其特征在于，所述焰色剂离子溶液为过饱和焰色剂溶液，所述焰色剂为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸锂、氯化铟、硫酸铜、氯化钾中的一种。
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