CN116574396B - 一种以铝灰为原料的绝热涂料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以铝灰为原料的绝热涂料及其制备方法与应用，属于涂料技术领域。所述绝热涂料按质量百分比计，原料包括以下组分：铝灰30～60％、明矾5～20％、粘土10～50％、低熔点玻璃粉1～5％、胶粘剂2～10％、粘结助剂5～10％。本发明的绝热涂料使用方便，直接涂刷于金属表面，干燥，之后预处理，再后处理即可；本发明的绝热涂料硬度高、隔热温差大，适用于500～1000℃温度条件下的金属零件、管道等的绝热防护；本发明的绝热涂料在较低的温度下即能实现烧结固化；本发明以铝灰为主要原料制备绝热涂料，不仅实现了对铝灰的高效回收利用，且降低了制备绝热涂料的成本。

Description

一种以铝灰为原料的绝热涂料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，特别是涉及一种以铝灰为原料的绝热涂料及其制备方法与应用。

背景技术

铝灰主要来源于铝生产、消费、废铝再生等环节。铝灰中除了含有氧化铝外，还包括有一些对环境有危害的氟化物、氮化铝等，这些物质对环境会产生极大的危害，在2008年，铝灰就被列入《国家危险废物名录》当中，禁止在户外堆积破坏环境。因此对铝灰综合利用，变废为宝，刻不容缓。目前，二次铝灰的综合利用主要集中在对其中的铝、可溶性盐(如氟化盐、NaCl及KCl等)及氧化铝进行回收，以铝灰为原料合成净水剂，将铝灰用于路用及建筑材料等。

比如：中国发明专利(CN202110761666.9)将铝灰先进行湿法脱氮制备高铝料，再和赤泥、电石渣、烧碱混料配制成生料后进行烧结得到熟料，最后进行熟料溶出得到铝酸钠和固体渣。该发明将湿法脱氮、钙化固氟、熟料烧结工序进行结合，调节生料中的铝硅比配料，可实现铝灰、赤泥、电石渣这些固废的资源化、协同利用，也可以实现固废的减量化，节能减排效果好。

中国发明专利(CN202211366947.5)公开了一种利用铝灰重组制备冰晶石的工艺方法，该发明将铝灰中的氟化物有效转变，将其集中转化成高价值产品，实现了危险废物的高值化利用，有效解决了铝行业危险废物无法高效回收利用的难题。该工艺流程全程无污染物排放，对环境友好，积极响应资源节约型和环境友好型社会的发展。

中国发明专利(CN202210123227.X)公开了一种铝灰砖块及其制备工艺，其中，首先将生活污泥、二次铝灰、压榨泥混合搅拌，以抑制二次铝灰中的氧化铝水解反应产生氨气，然后加入锤碎后的页岩，利用页岩的吸附能力，可防止二次铝灰产生的氨气挥发，有效保护环境，再将陈化时间缩短为12h内，可防止原料在焙烧前发生反应，以确保制得的砖块环保无害，且质量高，符合砖块质量标准，且上述工艺加工过程中，产生的废气符合大气污染物排放标准。

中国发明专利(CN202010897939.8)公开了一种基于铝灰制备氧化铝陶瓷过滤板的方法，该方法以铝灰40-90％、氧化铝粉10-60％为主料，以粘结剂(为主料重量的1-5％)和除杂剂(为铝灰重量的0.5-5％)为辅料，并将所述粉料和水按照重量比1～5:1湿磨制浆；再用聚氨酯泡沫板浸入上述料浆制坯；晾晒、烘干后、富氧烧结；所得氧化铝陶瓷过滤板孔隙率≥85％，α氧化铝相含量≥85％，抗热振性≥5次；该方法充分利用铝灰中的铝质成分、实现铝灰的无害化和资源化利用，节约了自然资源、降低了生产成本(金属铝燃烧、释放大量的热量，制备过程中燃料消耗少；铝灰原料价格远低于矾土或氧化铝的价格)。

中国发明专利(CN201710973552.4)公开了一种铝灰渣基地聚物胶凝材料，包括复配硅铝质粉料100份、水玻璃80-150份、氢氧化钠10-30份、水10-50份，复配硅铝质粉料由活化铝灰渣原料100份、磷石膏1-5份、稻壳灰1-5份、硅灰5-10份、偏高岭土10-20份及矿渣10-20份混合、研磨并过筛得到；活化铝灰渣原料由破碎、研磨、筛分和水洗后的铝灰渣100份加入氢氧化钠10-50份和碳酸钠5-20份后进行微波干燥并熔炼1-2小时得到。该方法通过铝灰渣原材料的活化，提高了原材料中铝组分的可溶出性；配合材料的校正，使废弃原料在合适的碱性环境中激发生成配比适当的复合凝胶，最终材料具有较高的宏观强度。

以上发明专利虽然公开了铝灰的多种再利用方法，但是大多需要先将铝灰进行预处理进一步用于回收某些物质或者制备某些产品，尚未发现二次铝灰无需预处理直接作为原料制备绝热涂料的相关报道。现有的绝热涂料多以树脂为主要原料，同时加入三氧化二锑、硼酸锌等多种阻燃剂，不仅制备成本高，绝热效果也并不是很好，如果能将二次铝灰无需预处理直接作为原料制备高性能的绝热涂料，不仅能为二次铝灰的综合利用提供一条更加简单方面的新途径，还能为绝热涂料提供一种新的低成本的原料，将具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种以铝灰为原料的绝热涂料及其制备方法与应用，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明的技术方案之一：一种以铝灰为原料的绝热涂料，按质量百分比计，原料包括以下组分：铝灰30～60％、明矾5～20％、粘土10～50％、低熔点玻璃粉1～5％、胶粘剂2～10％、粘结助剂5～10％。

进一步地，上述各原料质量百分比之和为100％。

进一步地，所述铝灰为二次铝灰。

进一步地，所述胶粘剂为偏硅酸钠，所述粘结助剂为液体沥青。

进一步地，所述低熔点玻璃粉的始熔温度为330～650℃。

本发明的技术方案之二：上述绝热涂料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将铝灰、明矾、粘土、低熔点玻璃粉、胶粘剂(偏硅酸钠)分别球磨得到各原料细粉；

S2、将球磨后得到的铝灰细粉、明矾细粉、粘土细粉、低熔点玻璃细粉、胶粘剂(偏硅酸钠)细粉混合均匀得到混合料；

S3、将混合料与粘结助剂混合，搅拌均匀，得到所述绝热涂料。

进一步地，所述球磨后得到的各原料细粉的粒径为20～400μm。

本发明的技术方案之三：上述绝热涂料在隔热防护中的应用。

进一步地，所述应用包括以下步骤：将所述绝热涂料涂覆于工件表面，干燥，之后预处理，再后处理得到隔热防护涂层。

进一步地，所述工件为经过除锈除油打磨处理后的工件，所述绝热涂料涂覆的厚度为5～20mm。

进一步地，所述干燥在室温下进行，干燥的时间为2～24h；所述预处理的温度为50～150℃，预处理的时间为1～24h；所述后处理的温度为500～1000℃，后处理的时间为1～5h。

进一步地，所述干燥过程为涂料的常温预固化过程，所述预处理过程为涂料的预固化过程，所述后处理过程为涂料的烧结固化过程。

进一步地，所述工件为金属工件，具体为金属模具、金属零件或金属管道。

进一步地，所述工件的工作温度为500～1000℃(工件表面形成的隔热防护涂层在500～1000℃的温度条件下具有良好的隔热效果)。

本发明公开了以下技术效果：

(1)本发明提供的绝热涂料隔热温差大、硬度高，适用于500～1000℃温度条件下的金属模具、零件、管道等的隔热防护。

(2)本发明以二次铝灰为原料时，二次铝灰可以不预先除去氮化铝和氟化物直接使用，二次铝灰中的氮化铝与加热时明矾脱除的结晶水反应生成气体，达到发泡的作用；以二次铝灰中的氟化物降低体系烧结温度，使涂料在较低的温度下即能实现烧结固化；以二次铝灰中的铝、硅成分作为绝热涂料的增强骨架，使绝热涂料具有较好的抗压强度。

(3)本发明在以铝灰为原料制备绝热涂料时引入低熔点玻璃粉，该材料具有较低的熔化温度和封接温度，良好的耐热性和化学稳定性，较高的机械强度，将其引入绝热涂料体系，可以在高温条件下为涂料膨胀提供熔体，优化涂料的膨胀结构，改善绝热涂料的隔热性能。

(4)本发明在以铝灰为原料制备绝热涂料时采用液体沥青作为粘结助剂，因为以铝灰为主的混合料无液态水时粘性不好，常温下不能独自附着在金属构件表面，将混合料与液体沥青混合，借助液体沥青的粘性，达到绝热涂料初始成形及与金属构件初始表面附着的目的。

(5)本发明通过以铝灰为主要原料制备绝热涂料，不仅实现了对铝灰的高效回收利用，且铝灰作为一种常见的工业废物，其来源广、价格低，使得以铝灰为主要原料制备绝热涂料的成本较低。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

以下实施例和对比例中所用原料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；所述份数均为质量份；使用的低熔点玻璃粉为安米微纳材料(广州)有限公司生产的低熔点玻璃粉(始熔温度450℃)。

以下实施例和对比例使用的二次铝灰的半定量XRD表征物相分析检测结果如表1所示：

表1

本发明二次铝灰在进行实施例验证前，未进行任何预处理，直接作为原料使用。

实施例1

绝热涂料的制备：将二次铝灰、明矾、粘土、低熔点玻璃粉、偏硅酸钠分别球磨得到粒度为20μm的细粉，取30份二次铝灰细粉、20份明矾细粉、30份粘土细粉、5份低熔点玻璃细粉、5份偏硅酸钠细粉置于搅拌机中搅拌均匀，加入10份液体沥青，继续搅拌至均匀，得到绝热涂料。

绝热涂料的应用：对钢板进行除锈、除油并打磨粗糙，之后将制备得到的绝热涂料以喷涂的方式涂覆于钢板表面，涂覆厚度为5mm，室温放置2h自然干燥预固化，之后将钢板置于加热炉中，升温至50℃，保温1h，继续升温至500℃，保温1h。

实施例2

绝热涂料的制备：将二次铝灰、明矾、粘土、低熔点玻璃粉、偏硅酸钠分别球磨得到粒度为400μm的细粉，取55份二次铝灰细粉、10份明矾细粉、15份粘土细粉、5份低熔点玻璃细粉、5份偏硅酸钠细粉置于搅拌机中搅拌均匀，加入10份液体沥青，继续搅拌至均匀，得到绝热涂料。

绝热涂料的应用：对钢板进行除锈、除油并打磨粗糙，之后将制备得到的绝热涂料以喷涂的方式涂覆于钢板表面，涂覆厚度为10mm，室温放置10h自然干燥预固化，之后将钢板置于加热炉中，升温至100℃，保温10h，继续升温至1000℃，保温1h。

实施例3

绝热涂料的制备：将二次铝灰、明矾、粘土、低熔点玻璃粉、偏硅酸钠分别球磨得到粒度为250μm的细粉，取40份二次铝灰细粉、15份明矾细粉、25份粘土细粉、3份低熔点玻璃细粉、10份偏硅酸钠细粉置于搅拌机中搅拌均匀，加入7份液体沥青，继续搅拌至均匀，得到绝热涂料。

绝热涂料的应用：对钢板进行除锈、除油并打磨粗糙，之后将制备得到的绝热涂料以喷涂的方式涂覆于钢板表面，涂覆厚度为15mm，室温放置15h自然干燥预固化，之后将钢板置于加热炉中，升温至150℃，保温1h，继续升温至800℃，保温2h。

实施例4

绝热涂料的制备：将二次铝灰、明矾、粘土、低熔点玻璃粉分别球磨得到粒度为100μm的细粉，取30份二次铝灰细粉、20份明矾细粉、30份粘土细粉、4份低熔点玻璃细粉、8份偏硅酸钠细粉置于搅拌机中搅拌均匀，加入8份液体沥青，继续搅拌至均匀，得到绝热涂料。

绝热涂料的应用：对钢板进行除锈、除油并打磨粗糙，之后将制备得到的绝热涂料以喷涂的方式涂覆于钢板表面，涂覆厚度为20mm，室温放置10h自然干燥预固化，之后将钢板置于加热炉中，升温至120℃，保温5h，继续升温至900℃，保温5h。

对比例1

同实施例4，区别仅在于，以等质量份的α-氧化铝代替二次铝灰。

对比例2

同实施例4，区别仅在于，没有加入明矾。

对比例3

同实施例4，区别仅在于，没有加入低熔点玻璃粉。

对比例4

同实施例4，区别仅在于，以等质量份的水代替液体沥青。

效果验证

对实施例1-4及对比例1-4制备涂层过程中的常温预固化后(室温干燥后)外观，预固化后(50～150℃预处理后)外观，烧成后(500～1000℃后处理后)外观，以及最终得到的涂层的涂层硬度、隔热温差进行检测。其中涂层硬度检测方法参照GB/T 6739-2006，隔热温差检测方法为：将热电偶一端连接到试样钢板光面上，另一端连接到试样的涂层表面，热源面对钢板光面，取一试样，热源温度为500℃，持续时间为1小时，观察涂层内外温度变化，记录涂层表面温度，以500℃减去涂层表面温度，得到外界温度为500℃时的隔热温差；另取一试样，热源温度为1000℃，持续时间为1小时，再次观察涂层内外温度变化，记录涂层表面温度，以1000℃减去涂层表面温度，得到外界温度为1000℃时的隔热温差。所得结果如表2所示：

表2

由表2可以看出，本发明通过以二次铝灰为主要原料，以明矾中的结晶水与二次铝灰中的氮化铝反应生成气体达到起泡作用，以偏硅酸钠为胶粘剂、以液体沥青为粘结助剂，以粘土为填料，混料前二次铝灰可以不预先除去氮化铝和氟化物，制备得到的绝热涂料在涂覆烧结时产生大量孔隙，从而使其隔热性能增强，在较低温度下烧结便能得到硬度好、隔热温差大的涂层，实现了在大比例添加二次铝灰的基础上制备得到性能优异的绝热涂料的目的。

由实施例1的数据可以看出，预固化温度为50℃时，不足以让明矾中的结晶水析出，没有游离水，就不能与二次铝灰中的氮化铝反应产生气体，带来的外观变化就是涂层平整光滑，烧成时虽然明矾中的结晶水析出了，水蒸气快速蒸发使涂料产生气孔，但此时游离水来不及跟氮化铝发生反应，所以产生的气孔较少，影响了涂料的隔热性能。

由实施例4与对比例1的数据对比可以看出，以α-氧化铝代替二次铝灰制成的绝热涂料，烧成后的涂层外观不佳，涂层硬度不高，基本不具备隔热功能，很可能是因为少了二次铝灰中的氮化铝，体系只能靠沥青烧蚀产生少量气体，无法在涂层中产出大量空隙，而且由于没有二次铝灰中的氟化物，低温烧结不完全导致结构不致密。

由实施例4与对比例2的数据对比可以看出，明矾提供了体系中的水分，没有水分，不会与二次铝灰中的氮化铝反应产生大量气体，而且没有水分，也影响了偏硅酸钠的粘结作用，所以烧结后的涂层较松散，几乎没有隔热作用。

由实施例4与对比例3的数据对比可以看出，低熔点玻璃粉的添加可以在高温条件下为涂料膨胀提供熔体，优化涂料的膨胀结构，改善绝热涂料的隔热性能。

由实施例4与对比例4的数据对比可以看出，如果以水代替液体沥青，在混料阶段，水就会跟二次铝灰中的氮化铝反应生成大量气体，带来的结果就是一边施工一边起泡，等到施工结束，气体也跑得差不多了，带来的外观影响是常温预固化时平滑有气孔，预固化时反而没气孔了，涂料在这种情况下烧成，硬度很高，表面光滑，但基本不具备隔热性能。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种绝热涂料在隔热防护中的应用，其特征在于，将所述绝热涂料涂覆于工件表面，干燥，之后预处理，再后处理得到隔热防护涂层；

所述干燥在室温下进行，干燥的时间为2～24h；所述预处理的温度为50～150℃，预处理的时间为1～24h；所述后处理的温度为500～1000℃，后处理的时间为1～5h；

按质量百分比计，所述绝热涂料由以下原料组成：铝灰30～60％、明矾5～20％、粘土10～50％、低熔点玻璃粉1～5％、胶粘剂2～10％、粘结助剂5～10％；

所述铝灰为二次铝灰；

所述胶粘剂为偏硅酸钠，所述粘结助剂为液体沥青。

2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述低熔点玻璃粉的始熔温度为330～650℃。

3.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述绝热涂料的制备方法包括以下步骤：

S1、将铝灰、明矾、粘土、低熔点玻璃粉、胶粘剂分别球磨得到各原料细粉；

S2、将球磨后得到的铝灰细粉、明矾细粉、粘土细粉、低熔点玻璃细粉、胶粘剂细粉混合均匀得到混合料；

S3、将混合料与粘结助剂混合，搅拌均匀，得到所述绝热涂料。

4.如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述球磨后得到的各原料细粉的粒径为20～400μm。

5.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述工件为经过除锈除油打磨处理后的工件，所述绝热涂料涂覆的厚度为5～20mm。