CN115678331A

CN115678331A - 一种耐温防火涂料

Info

Publication number: CN115678331A
Application number: CN202211188046.1A
Authority: CN
Inventors: 陈建明; 陈云
Original assignee: Huizhou Yike Coating Co ltd
Current assignee: Huizhou Yike Coating Co ltd
Priority date: 2022-09-28
Filing date: 2022-09-28
Publication date: 2023-02-03
Anticipated expiration: 2042-09-28
Also published as: CN115678331B

Abstract

本发明提供了一种耐温防火涂料及其制备方法，涉及特种涂料技术领域。该耐温防火涂料包括水玻璃，聚合磷酸铝，氧化镁晶须，耐温颜填料，纳米级无机气凝胶，超细高岭土和改性拟薄水铝石溶液，以及水；所述涂料中固含量为45％～60％；所述改性拟薄水铝石溶液通过以下方法制得：取拟薄水铝石，加入水中，后加入无机强酸搅拌均匀，并在40～50℃条件下保温至少30min即得；所述拟薄水铝石和所述无机强酸的质量比为1:0.05～0.2。该涂料具有较强的附着力，较高的硬度，较好的耐磨性，较低的导热系数以及较好的耐温性能。

Description

一种耐温防火涂料

技术领域

本发明涉及特种涂料技术领域，具体为一种耐温防火涂料。

背景技术

对于高温设备，比如工业窑炉、锅炉、高温冶炼、烧结炉、石油裂解设备、高温蒸气管道等，其工作温度较高，通常超过350℃，有的甚至能够达到2000℃。而对于这些高温设备而言，其热效率通常较低，比如国际上工业炉的平均热效率不超过50％，而对于高温设备来讲，热量散失是其热效率降低的主要影响因素之一。而目前降低热量散失的主要方法之一是喷涂耐高温涂层。

而对于其余的设备，比如发动机等，其工作温度较高，因此，需要设置特定的耐温材料以满足其实际工作需求，但由于工作环境的问题，不可能采用常规耐温材料比如耐温陶瓷、耐火水泥、镁砖等等，因此通常在其工作环境上喷涂一层耐高温涂层。

现有的耐高温涂料较多，比如耐高温磷酸盐涂料、有机硅耐高温涂料。但是，对于耐高温磷酸盐涂料来讲，其内聚强度较低、脆性大，同时固化温度较高；对于有机硅耐高温涂料，其在高温条件下碳碳键会断裂，导致涂料整体会收缩，从而导致涂料性能下降甚至涂层开裂等现象。

发明内容

为解决上述至少一种问题，本发明提出了一种耐温防火涂料，具有较强的附着力，较高的硬度，较好的耐磨性，较低的导热系数以及较好的耐温性能。

为实现上述目标，本发明的技术方案如下：一种耐温防火涂料，以质量份计，包括：10～20份水玻璃，0.5～2份聚合磷酸铝，7～15份氧化镁晶须，10～15份耐温颜填料，1～3份纳米级无机气凝胶，3～5份超细高岭土和30～45份改性拟薄水铝石溶液，以及水；所述涂料中固含量为45％～60％；

所述改性拟薄水铝石溶液通过以下方法制得：取拟薄水铝石，加入所述拟薄水铝石质量8～15倍的水中，后加入无机强酸搅拌均匀，并在40～50℃条件下保温至少30min即得；所述拟薄水铝石和所述无机强酸的质量比为1:0.05～0.2。

本发明的一种实施方式在于，所述聚合磷酸铝的聚合度为3。

本发明的一种实施方式在于，所述氧化镁晶须在使用前经以下处理：取氧化镁晶须，置于600～800℃的条件下并保温200～300s，后使其冷却至常温。

本发明的一种实施方式在于，所述耐温颜填料为纳米碳化硅、纳米氧化铝、纳米二氧化钛中的一种或多种。

本发明的一种实施方式在于，所述无机气凝胶采用以下方法制备：取水玻璃并采用水将其溶解形容溶液一，取可溶性锆盐并采用水使其溶解形成溶液二，取疏水单体并采用水其溶解形成溶液三，其中，水玻璃、可溶性锆盐和疏水单体的质量比为5～10:3～15：10～20；随后将溶液一和溶液二混合，在持续搅拌的条件下，滴加氢氟酸调节其pH至4～6，在30～50℃条件下保温5～15min后，加入溶液三，继续保温20～40min，后在60～90℃条件下成胶8～20h；成胶后，将其置于低分子醇中置换数次，每次1～3h；置换后，将其在150～300℃条件下干燥1～5h即得。

优选的，所述水玻璃的模数为2.5～3.5。

优选的，所述可溶性锆盐为氯化锆、硝酸锆中的一种。

本发明的一种实施方式在于，所述无机强酸为盐酸、硫酸或硝酸中的一种。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的效果：

本发明的耐温防火涂料，其为常温固化涂料，因此便于施工同时，其具有较强的附着力，较高的硬度，较好的耐磨性，较低的导热系数以及较好的耐温性能，能够长时间应用于1200℃的条件下；具有良好的普适性，能够满足目前较多的、需要应用耐高温涂层的场景。

具体实施方式

下面将结合实例对本发明的具体实施方式进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

一种耐温防火涂料，以质量份计，包括：10～20份水玻璃，0.5～2份聚合磷酸铝，7～15份氧化镁晶须，10～15份耐温颜填料，1～3份纳米级无机气凝胶，3～5份超细高岭土和30～45份改性拟薄水铝石溶液，以及水；所述涂料中固含量为45％～60％；

所述改性拟薄水铝石溶液通过以下方法制得：取2～5份拟薄水铝石，加入所述拟薄水铝石质量8～15倍的水中，后加入无机强酸，搅拌均匀并在40～50℃条件下保温至少30min即得；所述拟薄水铝石和所述无机强酸的质量比为1:0.05～0.2。

本发明中，水玻璃作为涂料的粘结剂，而聚合磷酸铝作为固化剂；在该情况下，本发明的耐温防火涂料，其仅需要常温固化即可，因此其使用十分方便，相对高温固化的涂料，其应用范围更广。特别的，当水玻璃的模数为2.5～3.5、聚合磷酸铝的聚合度为3时，其具有较好的效果。

氧化镁晶须、耐温颜填料、纳米耐温气凝胶、超细高岭土和改性拟薄水铝石均作为涂料的增强改性剂。

对于氧化镁晶须而言，其能够起到补强增韧作用，同时，其还具有较好的耐热性、绝缘性和稳定性，同时还具有一定的膨胀性能，而水玻璃在高温条件下会收缩，使得涂层紧绷甚至开裂，在加入氧化镁晶须后，能够有效改善该问题。特别的，对于氧化镁晶须来讲，通常要求其直径为纳米级，长径比为10～30。同时，发明人发现，在一些情况下，将氧化镁晶须在600～800℃条件下保温200～300s，后使其在空气中冷却至常温后，会带来更佳的效果，保温时，温度越高，则保温时间越短。

耐温颜填料的功能和常规涂料中的功能相似，用于增强涂料的耐久性、耐温性以及补强等作用，本发明中，对耐温颜填料并无要求，和常规耐温涂料中的颜填料相似即可，比如可采用纳米碳化硅、纳米氧化铝、纳米二氧化钛中的一种或多种。不过从实际使用过程中来看，选取纳米级的颜填料相对于微米级的颜填料，其效果更加，因此，颜填料通常选用纳米级。

对于纳米耐温气凝胶，是指纳米级别的、具有一定耐温性能的气凝胶，通常选用无机气凝胶，比如较为常见的氧化硅气凝胶等，但是在使用前需要将其粉碎至纳米级别，比如采用砂磨机将其粉碎一段时间，通常来说，根据功率大小和磨砂的尺寸，物料可被研磨至纳米级别。

在发明中，发明人还发现了一种相对于常规氧化硅气凝胶效果更好的耐温气凝胶，该气凝胶可采用以下方法制备：取水玻璃并采用水将其溶解形容溶液一，取可溶性锆盐并采用水使其溶解形成溶液二，取疏水单体并采用水其溶解形成溶液三，其中，水玻璃、可溶性锆盐和疏水单体的质量比为5～10:3～15：10～20；随后将溶液一和溶液二混合，在持续搅拌的条件下，滴加氢氟酸调节其pH至4～6，在30～50℃条件下保温5～15min后，加入溶液三，继续保温20～40min，后在60～90℃条件下成胶8～20h；成胶后，将其置于低分子醇中置换数次，每次1～3h，为了充分置换，置换时乙醇需要没过复合凝胶，置换次数不小于4次，但从成本上考虑，置换次数不大于7次，通常以5次为宜；置换后，将其在150～300℃条件下干燥1～5h即得。在干燥后，采用砂磨机将其粉碎即可。同时，在上述过程中，水玻璃的模数优选为2.5～3.5。

上述耐温气凝胶的制备过程中，所采用的水玻璃可为钠水玻璃、钾水玻璃或锂水玻璃或三者的混合物；可溶性锆盐通常采用无机盐，比如氯化锆、硝酸锆等，也可采用有机锆，比如醋酸锆等，但效果稍差。疏水单体可采用氧化硅气凝胶制备过程中常见的疏水单体，比如甲基硅酸钠、乙基硅酸钠等。低分子醇包括甲醇、乙醇等，其主要用于置换水凝胶中的水，便于后续的干燥。

上述耐温气凝胶的制备过程中，主要原理如下：在水玻璃中添加可溶性锆盐，当水玻璃在氢氟酸作用下成胶时，锆盐本身也会产生溶胶，进而一起成胶，因此形成二氧化硅-氧化锆复合水凝胶，而在疏水单体的作用下，将凝胶表面的羟基改性成疏水基团，从而使得凝胶产生疏水性，由于凝胶表面的疏水性，后采用低分子醇以便于将二氧化硅-氧化锆复合水凝胶中的水进行置换，将水置换完毕后，仅需采用常压干燥即可得到二氧化硅-氧化锆复合气凝胶。在该过程中，氢氟酸为水玻璃凝胶化的催化剂，由于水玻璃的化学式可写为A₂O·nSiO₂，式中，A为Na、K、Li中的一种，n为水玻璃模数，其主要反应如下所示：A₂O+2HF→2AF+H₂O；SiO₂+6HF→H₂[SiF₆]+2H₂O；H₂[SiF₆]+4H₂O→H₂SiO₄+6H⁺；而H₂SiO₄即为硅溶胶，当其聚合后，即形成二氧化硅凝胶；而在此过程中，氧化锆溶胶也会同时参与反应以形成凝胶，最终形成复合凝胶。

对于超细高岭土，是指粒径小于2μm的高岭土，其可采用煅烧高岭土、水洗高岭土等，发明人发现，将其添加至涂料中，能够有效改善涂料的抗磨蚀性能，同时能够增强涂料的稳定性。

对于改性拟薄水铝石溶液，其能够有效增强涂料的整体性能，特别是和氧化镁晶须、超细高岭土匹配后，能够增强涂料的抗裂性能、附着性能以及耐候性能。该改性拟薄水铝石溶液采用以下方法制得：取2～5份拟薄水铝石，加入所述拟薄水铝石质量8～15倍的水中后加入无机强酸搅拌均匀并在40～50℃条件下保温至少30min即得；所述拟薄水铝石和所述无机强酸的质量比为1:0.05～0.2，该比例是以拟薄水铝石干基以及无机强酸除去水后的质量计，比如对于20％的盐酸，在计算时需要除去其水分，对于某市售拟薄水铝石，其“三水”(吸附水、层间水和结晶水)含量为20％，计算式需要扣除该部分水。所用的无机强酸可以为盐酸、硫酸中的一种，但优选为盐酸，事实上对于无机强酸来讲，任何浓度的酸都可应用于本发明，但是从实际角度来看，当酸的浓度小于5％时，其加量较大，当酸为浓酸时，酸会挥发出大量酸雾，影响使用，因此，在实际使用过程中，优选质量浓度为5～20％的盐酸、10～70％的硫酸。

涂料的固含量是指，除去水之外的组分的总质量占涂料总质量的百分比。

为了进一步说明本发明的效果，下面采用具体的实施例进行说明。

下述实施例中，除了特殊规定，所采用的操作方法均为本领域常规方法；

下述实施例中，除了特殊规定，所采用的试剂均能通过常规商业途径得到；

下述实施例中，所述改性拟薄水铝石溶液采用以下方法制得：以质量份计，取400g拟薄水铝石(三水含量为20％)，加入4000g水中后，加入160g质量浓度为20％的盐酸，搅拌均匀并在50℃条件下保温至少30min即得。

下述实施例中，所述无机气凝胶一采用以下方法制备：取7g模数为3的钠水玻璃并用水将其溶解形容溶液一，取8g氯化锆并采用水使其溶解形成溶液二，取15g甲基硅酸钠并采用水其溶解形成溶液三；随后将溶液一和溶液二混合，在持续搅拌的条件下，滴加氢氟酸调节其pH至5，在45℃条件下保温10min后，加入溶液三，继续保温30min，后在90℃条件下成胶10h；成胶后，将其置于乙醇中置换5次，每次2h；置换后，将其在200℃条件下干燥4h即得。在干燥后，采用砂磨机将其研磨30min即可，测得其D90为855nm。

下述实施例中，所述无机气凝胶二采用以下方法制备：取9g模数为3的钠水玻璃并用水将其溶解形容溶液一，取13g氯化锆并采用水使其溶解形成溶液二，取5g甲基硅酸钠并采用水其溶解形成溶液三；随后将溶液一和溶液二混合，在持续搅拌的条件下，滴加氢氟酸调节其pH至5，在45℃条件下保温10min后，加入溶液三，继续保温30min，后在90℃条件下成胶10h；成胶后，将其置于乙醇中置换5，每次2h；置换后，将其在200℃条件下干燥4h即得。在干燥后，采用砂磨机将其研磨30min即可，测得其D90为948nm。

实施例1

取12g水玻璃，加入35g改性拟薄水铝石溶液中，搅拌使其溶解，随后加入8g氧化镁晶须、6g纳米碳化硅、6g纳米铝粉、2g无机气凝胶一、4g超细高岭土，快速搅拌使其充分分散后，加入2g聚合磷酸铝(聚合度为3)，继续搅拌3min，后加水使得整个涂料的固含量为45％，即得耐温防火涂料T-1；所述氧化镁晶须在使用前，置于800℃条件下保温200s，后取出置于空气中冷却至室温。

实施例2

取18g水玻璃，加入45g改性拟薄水铝石溶液中，搅拌使其溶解，随后加入13g氧化镁晶须、6g纳米碳化硅、6g纳米氧化钛、2g无机气凝胶一、4g超细高岭土，快速搅拌使其充分分散后，加入2g聚合磷酸铝(聚合度为3)，继续搅拌3min，后加水使得整个涂料的固含量为55％，即得耐温防火涂料T-2；所述氧化镁晶须在使用前，置于650℃条件下保温300s，后取出置于空气中冷却至室温。

实施例3

取12g水玻璃，加入35g改性拟薄水铝石溶液中，搅拌使其溶解，随后加入8g氧化镁晶须、6g纳米碳化硅、6g纳米铝粉、2g无机气凝胶二、4g超细高岭土，快速搅拌使其充分分散后，加入2g聚合磷酸铝(聚合度为3)，继续搅拌3min，后加水使得整个涂料的固含量为45％，即得耐温防火涂料T-3；所述氧化镁晶须在使用前，置于800℃条件下保温200s，后取出置于空气中冷却至室温。

实施例4

取12g水玻璃，加入35g改性拟薄水铝石溶液中，搅拌使其溶解，随后加入8g氧化镁晶须、15g纳米氧化铝、2g无机气凝胶一、4g超细高岭土，快速搅拌使其充分分散后，加入2g聚合磷酸铝(聚合度为3)，继续搅拌3min，后加水使得整个涂料的固含量为45％，即得耐温防火涂料T-4。

实施例5

取12g水玻璃，加入35g改性拟薄水铝石溶液中，搅拌使其溶解，随后加入8g氧化镁晶须、6g纳米碳化硅、6g纳米铝粉、2g氧化硅气凝胶(制备方法和无机气凝胶一相同，但不含有氯化锆)、4g超细高岭土，快速搅拌使其充分分散后，加入2g聚合磷酸铝(聚合度为3)，继续搅拌3min，后加水使得整个涂料的固含量为45％，即得耐温防火涂料T-5；所述氧化镁晶须在使用前，置于800℃条件下保温200s，后取出置于空气中冷却至室温。

对比例1

取12g水玻璃加入水中，后加入3g拟薄水铝石、8g氧化镁晶须、6g纳米碳化硅、6g纳米铝粉、2g无机气凝胶一、4g超细高岭土，快速搅拌使其充分分散后，加入2g聚合磷酸铝(聚合度为3)，继续搅拌3min，后加水使得整个涂料的固含量为45％，即得耐温防火涂料D-1；所述氧化镁晶须在使用前，置于600℃条件下保温300s，后取出置于空气中冷却至室温。

对比例2

取12g水玻璃，加入35g改性拟薄水铝石溶液中，搅拌使其溶解，随后加入8g硫酸钙晶须、6g纳米碳化硅、6g纳米铝粉、2g无机气凝胶一、4g超细高岭土，快速搅拌使其充分分散后，加入2g聚合磷酸铝(聚合度为3)，继续搅拌3min，后加水使得整个涂料的固含量为45％，即得耐温防火涂料D-2。

对比例3

取12g水玻璃，加入35g改性拟薄水铝石溶液中，搅拌使其溶解，随后加入8g纳米氧化镁、6g纳米碳化硅、6g纳米铝粉、2g无机气凝胶一、4g超细高岭土，快速搅拌使其充分分散后，加入2g聚合磷酸铝(聚合度为3)，继续搅拌3min，后加水使得整个涂料的固含量为45％，即得耐温防火涂料D-3；所述纳米氧化镁在使用前，置于800℃条件下保温200s，后取出置于空气中冷却至室温。

为了进一步说明以上实施例值得的耐温防火涂料的效果，将涂料喷涂到钢板上，喷涂厚度为100微米，使其在50℃条件下固化10h成膜，随后对其进行效果测试，且测试方法均为相应的行业或国家标准，最终测试结果如表1所示。

表1测试结果

注：高温后性能，实质在1200℃条件下保持10h后的性能。

耐急冷性，是指将涂层加热至500℃后保温1h，后置于水中1h，此为一个循环。

“——”表示涂层被磨穿。

从上可知，上述实施例的涂料，其具有较强的附着力，较高的硬度，较好的耐磨性，交底的导热系数以及较好的耐温性能。事实上，表1虽然给出了相应的测试结果，但是仍然不足以全面看出本发明涂料的效果，本发明的涂料，能够长期应用于1200℃的条件下，且在连续工作12个月时，其相应的性能下降不超过15％，具有良好的稳定性。

本发明在上文已优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描述本发明，而不应理解为限制本发明的范围。在不脱离本发明原理的前提下，还能进一步改进，这些改进也应视为本发明的保护。

Claims

1.一种耐温防火涂料，其特征在于，以质量份计，包括：10～20份水玻璃，0.5～2份聚合磷酸铝，7～15份氧化镁晶须，10～15份耐温颜填料，1～3份纳米级无机气凝胶，3～5份超细高岭土和30～45份改性拟薄水铝石溶液，以及水；所述涂料中固含量为45％～60％；

2.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述聚合磷酸铝的聚合度为3。

3.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述氧化镁晶须在使用前经以下处理：取氧化镁晶须，置于600～800℃的条件下并保温200～300s，后使其冷却至常温。

4.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述耐温颜填料为纳米碳化硅、纳米氧化铝、纳米二氧化钛中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述无机气凝胶采用以下方法制备：取水玻璃并采用水将其溶解形容溶液一，取可溶性锆盐并采用水使其溶解形成溶液二，取疏水单体并采用水其溶解形成溶液三，其中，水玻璃、可溶性锆盐和疏水单体的质量比为5～10:3～15：10～20；随后将溶液一和溶液二混合，在持续搅拌的条件下，滴加氢氟酸调节其pH至4～6，在30～50℃条件下保温5～15min后，加入溶液三，继续保温20～40min，后在60～90℃条件下成胶8～20h；成胶后，将其置于低分子醇中置换数次，每次1～3h；置换后，将其在150～300℃条件下干燥1～5h即得。

6.根据权利要求1或5所述的涂料，其特征在于，所述水玻璃的模数为2.5～3.5。

7.根据权利要求5所述的涂料，其特征在于，所述可溶性锆盐为氯化锆、硝酸锆中的一种。

8.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述无机强酸为盐酸、硫酸或硝酸中的一种。