CN117585992B - 一种耐火材料组合物、耐火涂料及其制备方法和表面具有耐火涂层的基板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及耐火隔热材料领域，具体是一种耐火材料组合物、耐火涂料及其制备方法和表面具有耐火涂层的基板。本发明提供的组合物将特定长径比范围的莫来石纤维和高α氧化铝含量的氧化铝材料组合起来，结合其它原料能够制成一种耐1700℃~1800℃的高温的耐火涂料，用于耐火隔热材料技术领域可应用到1700℃及以上的高温场景，并具有高强度和高温抗蠕变的优异性能，在高温下具有极低的膨胀和收缩。其能和水通过机械物理搅拌制得耐火涂料，配方工艺简单，耐压抗折强度较高，生产成本低，使用性能优异，导热系数低，保温性能好，高温1700℃×24 h长宽纵方向加热线变化区间0~0.4%，可在1700~1800℃高温下长期使用。
Description
技术领域
本发明涉及耐火隔热材料领域，具体是一种耐火材料组合物、耐火涂料及其制备方法和表面具有耐火涂层的基板。
背景技术
陶瓷纤维板在高温使用环境下随着服役寿命的延长，表面析晶并粉化，甚至会出现一定程度的收缩，保温效果降低。特别是超高温环境下，板的寿命较低，价格较贵。可以通过表面喷涂耐超高温耐火涂料抵抗热风蚀，降低板的粉化速率，并填补裂缝，提高整个炉衬的整体性，延长炉衬寿命，降低成本。现有耐高温涂料的耐温度一般低于1600℃，不能满足1700℃~1800℃的耐温要求。
公开号为CN104910802A的中国专利涉及一种耐高温涂料，该涂料包括如下重量份的物质：丙烯酸锌树脂5~9份、聚丙烯10~15份、白乳胶5~10份、氧化钙3~12份、石棉粉10~18份、二甲基硅油15~25份、tween-80 10~16份、Tris-HCl 5~10份、K2HPO32~5份、KH2PO3 1~4份，水15~20份。该专利还公开了一种耐高温涂料的制备方法，将各组分按比例混合，在30~50℃条件下加热，用盐酸调节pH为6.5~7.2，混合均匀，得到耐高温涂料。
公开号为CN104231763A的中国专利公开了一种适用于纤维板的防火涂料，该涂料以质量份计含有以下成分：聚氯乙烯树脂5~15份，聚异丁烯15~30份，氯化橡胶10~20份，磷酸三-(2,3-二溴丙基)酯10~20份，三聚氰胺焦磷酸盐1~5份，玻璃粉3~5份，十溴代联苯醚2~6份，六偏磷酸钠0.3~1.2份，环氧氯丙烷0.5~1份，氯化铜1~4份。该专利还公开了一种纤维板用防火涂料的制备方法，首先将聚氯乙烯树脂、聚异丁烯和氯化橡胶投入陶瓷釜中，搅拌混合均匀，得到树脂溶液；另将磷酸三-(2,3-二溴丙基)酯、三聚氰胺焦磷酸盐、玻璃粉、十溴代联苯醚、六偏磷酸钠、环氧氯丙烷和氯化铜混合均匀后进行研磨，研磨至细度≤50 μm，接着与树脂溶液混合均匀，即得成品。
公开号为CN109054467A的中国专利公开了一种高温炉衬系统用耐高温涂料，其提供的涂料由水和包括以下重量份组分的原料混合制成：无机长纤维10~50份；黏土熟料1~8份；氧化铝粉2~15份；粗颗粒耐火粉料3~20份；无机结合剂8~30份；所述无机长纤维的纤维直径为1~10 μm，纤维长度为1~20 mm；所述粗颗粒耐火粉料的粒径为20~80目。其通过对热防护涂料的成分组成进行优化设计，显著提升了涂料的性能，具体表现为：强度高、高温收缩小、不裂纹、耐气流冲刷及环境的腐蚀。将其涂覆在纤维炉衬表面，可明显改善纤维炉衬在高温使用过程出现析晶、粉化、掉渣的情况，大大延长纤维炉衬的使用寿命。
但上述耐高温涂料耐温度均低于1600℃，不能满足1700℃~1800℃的耐温要求。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种耐火材料组合物、耐火涂料及其制备方法和表面具有耐火涂层的基板，本发明提供的耐火材料组合物制成的耐火涂料能够形成耐1700℃以上高温的耐火涂层，强度高，寿命长，且保温性能好。
本发明提供了一种耐火材料组合物，其包括：
莫来石纤维：20~60质量份；所述莫来石纤维的长径比为31~150；
氧化铝材料：35~70质量份；所述氧化铝材料的α氧化铝含量为95 wt%以上；
无机胶黏剂：以固含量计7~12质量份
增黏剂：2~5质量份。
本申请发明人创造性地发现，特定长径比范围的莫来石纤维和高α氧化铝含量的氧化铝材料组合起来，结合无机胶黏剂、增黏剂和水等其它原料能够制成一种耐1700℃~1800℃的高温的耐火涂料，用于耐火隔热材料技术领域可应用到1700℃及以上的高温场景，并具有高强度和高温抗蠕变的优异性能，在高温下具有极低的膨胀和收缩。
本发明提供的耐火材料组合物包括20~60质量份的莫来石纤维，优选包括30~50质量份的莫来石纤维，更优选包括30~40质量份的莫来石纤维，所述莫来石纤维具体而言为莫来石短切纤维。本发明所述莫来石纤维的氧化铝质量含量≥72%，纤维的直径为2~7微米，纤维的长径比为31~150，纤维指数为60~70，莫来石晶相质量含量大于32%。本发明所述莫来石纤维的长径比是一个范围值，例如本发明所述莫来石纤维的长径比为31~150意思即本发明所用莫来石纤维的每一根纤维的长径比均在31~150的范围内，其它情况如此类推，不再赘述。
本发明提供的耐火材料组合物包括35~70质量份的氧化铝材料，优选包括50~70质量份的氧化铝材料，更优选包括60~70质量份的氧化铝材料；本发明所述氧化铝材料的α氧化铝含量为95 wt%以上，优选大于99.5 wt%。具体而言，本发明所述氧化铝材料为粉料，粒度为5~100微米，氧化钠质量含量小于0.2%，氧化铁质量含量小于0.05%。更具体而言，本发明所述氧化铝材料选自刚玉粉料或氧化铝微粉中的至少一种。
本发明提供的耐火材料组合物包括以固含量计7~12质量份的无机胶黏剂，优选包括7~9质量份，更优选包括8~9质量份。具体而言，本发明所述无机胶黏剂选自硅溶胶或者铝溶胶中的至少一种。本发明所述无机胶黏剂选自硅溶胶，所述硅溶胶的pH为8~9，粒度为10~15 nm，氧化钠质量含量≤0.1%，氧化硅质量含量（即硅溶胶固含量）为20%~30%。
本发明提供的耐火材料组合物包括2~5质量份的增黏剂；所述增黏剂的树脂含量大于98%。具体而言，本发明所述增黏剂选自聚氧化乙烯醚、甲基纤维素或聚丙烯酰胺中的至少一种，优选选自聚氧化乙烯醚。本发明所述聚氧化乙烯醚为白色颗粒粉末，中粘度，粘度为1000~1500 mPa·s（25℃/1%aq，即25℃下1 wt%聚氧化乙烯醚溶液的粘度），树脂含量大于98%。
本发明提供了一种耐火涂料，其由上述的耐火材料组合物制成。本发明提供的耐火涂料能够形成耐火涂层，所述耐火涂层的体积密度为600 kg/m3~800 kg/m3，长期使用温度为1700~1800℃，1700℃×24 h长宽纵方向加热线变化区间为0~0.4%，烧后耐压强度为1~1.2 MPa，常温抗折强度大于2 MPa，平均1400℃导热系数小于等于0.35 W/(m·K)，氧化铝和氧化硅的合计质量含量≥99.7%，耐气流冲刷性能≥80 m/s。
本发明还提供了一种耐火涂料的制备方法，包括：将上述的耐火材料组合物和水混合，得到耐火涂料。本发明所述耐火涂料的粘度为100000~120000 mPa·s。具体而言，本发明将莫来石纤维、氧化铝材料、无机胶黏剂和增黏剂混合，按照水：莫来石纤维和氧化铝材料之和的重量比为1：2进行调节粘稠度，700 r/min搅拌30 min，得到在25℃下粘度为100000 mPa·s的耐火涂料。
本发明还提供了一种表面具有耐火涂层的基板，其耐火涂层由上述的耐火涂料形成。本发明所述耐火涂层的性能和上述一样，不再赘述。具体而言，本发明所述基板为氧化铝纤维板。
本发明提供了一种耐火材料组合物、耐火涂料及其制备方法和表面具有耐火涂层的基板。本发明提供的耐火材料组合物包括：莫来石纤维：20~60质量份；所述莫来石纤维的长径比为31~150；氧化铝材料：35~70质量份；所述氧化铝材料的α氧化铝含量为95 wt%以上；无机胶黏剂：以固含量计7~12质量份；增黏剂：2~5质量份。本发明提供的耐火涂料以上述耐火材料组合物和纯水为原料，通过机械物理搅拌而成，配方工艺简单，环保减碳，耐压抗折强度较高，生产成本低，使用性能优异，由于材料中的纤维和所形成微孔的共同作用使其导热系数低，保温性能好，高温1700℃×24 h长宽纵方向加热线变化区间0~0.4%，可在1700~1800℃高温下长期使用。
具体实施方式
本发明公开了一种耐火材料组合物、耐火涂料及其制备方法和表面具有耐火涂层的基板。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
本发明具体实施方式中所用原料参数，如无特别标注，均如下：
1、刚玉粉料：粒度为5~100微米，α氧化铝质量含量为99.55%，氧化钠质量含量为0.18%，氧化铁质量含量为0.03%。
氧化铝微粉：粒度为5~100微米，α氧化铝质量含量为99.58%，氧化钠质量含量为0.21%，氧化铁质量含量为0.028%。
2、莫来石短切纤维：氧化铝质量含量为72%，纤维的直径为2~7微米，纤维的长径比为31~150，纤维指数为60~70，莫来石晶相质量含量为32%。
3、硅溶胶：pH为8.6，粒度为10~15 nm，氧化钠质量含量为0.04%，氧化硅质量含量（即硅溶胶固含量）为30%。
4、聚氧化乙烯醚颗粒：白色颗粒，中粘度，粘度为1000~1500（mpa.s-25℃/1%aq，即25℃下1 wt%聚氧化乙烯醚溶液的粘度），树脂质量含量大于98%。
以下结合实施例对本发明进行进一步阐述：
实施例1
称取180 g莫来石短切纤维，然后加入刚玉粉料490 g，再加入210 g硅溶胶和聚氧化乙烯醚23 g，加入335 g纯水调节粘稠度，700 r/min搅拌30 min，均匀后，测试涂料粘度为120000 mPa·s (25℃)。
将涂料涂抹在1800氧化铝纤维板基板上，常温干燥，得到涂层测试件。对所述涂层测试件的性能进行测试。
测试结果为：常温干燥后的体积密度(GB/T 17911-2006)为650 kg/m3；耐压强度(GB/T 5072-2006)为1.1 MPa；抗折强度(GB/T 3001-2006)为2.8 MPa；1700℃×24 h加热线变化GB/T 17911-2006)为0.28%；耐气流冲刷性能(EN-993-20)为83 m/s；平均1400℃导热系数(ASTM C201)0.33 W/(m·K)。
实施例2
称取180 g莫来石短切纤维，然后加入氧化铝粉料490 g，再加入250 g硅溶胶和聚氧化乙烯醚23 g，加入335 g纯水调节粘稠度，700 r/min搅拌30 min，均匀后，测试涂料粘度为100000 mPa·s (25℃)。
将涂料涂抹在1800氧化铝纤维板基板上，常温干燥，得到涂层测试件。对所述涂层测试件的性能进行测试。
测试结果为：常温干燥后的体积密度(GB/T 17911-2006)为610 kg/m3；耐压强度(GB/T 5072-2006)为1.2 MPa；抗折强度(GB/T 3001-2006)为2.5 MPa；1700℃×24 h加热线变化GB/T 17911-2006)为0.39%；耐气流冲刷性能(EN-993-20)为85 m/s；平均1400℃导热系数(ASTM C201)0.32 W/(m·K)。
实施例3
称取180 g莫来石短切纤维，然后加入氧化铝粉料490 g，再加入210 g硅溶胶和聚氧化乙烯醚23 g，加入335 g纯水调节粘稠度，700 r/min搅拌30 min，均匀后，测试涂料粘度为120000 mPa·s (25℃)。
将涂料涂抹在1800氧化铝纤维基板上，常温干燥，得到涂层测试件。对所述涂层测试件的性能进行测试。
测试结果为：常温干燥后的体积密度(GB/T 17911-2006)为650 kg/m3；耐压强度(GB/T 5072-2006)为1.2 MPa；抗折强度(GB/T 3001-2006)为2.7 MPa；1700℃×24 h加热线变化GB/T 17911-2006)为0.27%；耐气流冲刷性能(EN-993-20)为80 m/s；平均1400℃导热系数(ASTM C201)0.34 W/(m·K)。
对比例1
称取180 g莫来石短切纤维，然后加入氧化铝粉料490 g(α氧化铝含量为94%)，再加入210 g硅溶胶和聚氧化乙烯醚23 g，加入335 g纯水调节粘稠度，700 r/min搅拌30min，均匀后，测试涂料粘度为120000 mPa·s (25℃)。
将涂料涂抹在1800氧化铝纤维基板上，常温干燥，得到涂层测试件。对所述涂层测试件的性能进行测试。
测试结果为：常温干燥后的体积密度(GB/T 17911-2006)为650 kg/m3；耐压强度(GB/T 5072-2006)为1.1 MPa；抗折强度(GB/T 3001-2006)为2.8 MPa；1700℃×24 h加热线变化GB/T17911-2006)为-1.04%；耐气流冲刷性能(EN-993-20)为83 m/s；平均1400℃导热系数(ASTM C201)0.33 W/(m·K)。
由此可见，对比例1的耐火涂料配方中的氧化铝和阿尔法氧化硅的含量达不到造成耐温性差，线变化达不到本发明耐火涂料的效果。
对比例2
称取180 g莫来石短切纤维（长径比为15~30），然后加入刚玉粉料490 g，再加入210 g硅溶胶和聚氧化乙烯醚23 g，加入335 g纯水调节粘稠度，700 r/min搅拌30 min，均匀后，测试涂料粘度为120000 mPa·s (25℃)。
将涂料涂抹在1800氧化铝纤维基板上，常温干燥，得到涂层测试件。对所述涂层测试件的性能进行测试。
测试结果为：常温干燥后的体积密度(GB/T 17911-2006)为470 kg/m3；耐压强度(GB/T 5072-2006)为0.7 MPa；抗折强度(GB/T 3001-2006)为2.1 MPa；1700℃×24 h加热线变化GB/T 17911-2006)为0.09%；耐气流冲刷性能(EN-993-20)为76 m/s；平均1400℃导热系数(ASTM C201)0.30 W/(m·K)。
由此可见，莫来石短切纤维的纤维长度达不到造成体积密度以及耐压抗折指标达不到本发明耐火涂料的效果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种耐1700℃以上的耐火材料组合物，其特征在于，其包括：
莫来石纤维：20~60 质量份；所述莫来石纤维的长径比为31~150；所述莫来石纤维的纤维直径为2~7 μm，纤维指数为60~70，莫来石晶相质量含量大于32%；
氧化铝材料：35~70质量份；所述氧化铝材料的α氧化铝含量为95 wt%以上；所述氧化铝材料选自刚玉粉料或氧化铝微粉中的至少一种；
无机胶黏剂：以固含量计7~12质量份；所述无机胶黏剂选自硅溶胶或者铝溶胶中的至少一种；
增黏剂：2~5质量份；所述增黏剂选自聚氧化乙烯醚、甲基纤维素或聚丙烯酰胺中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述氧化铝材料的α氧化铝含量为99.5wt%以上。
3.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述无机胶黏剂为硅溶胶，所述硅溶胶的pH为8~9，粒度为10~15 nm，氧化钠质量含量≤0.1%，氧化硅质量含量为20%~30%；
所述增黏剂为聚氧化乙烯醚，所述聚氧化乙烯醚的树脂质量含量大于98%。
4.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，其包括：
莫来石纤维：30~40质量份；所述莫来石纤维的长径比为31~100；
氧化铝材料：60~70质量份；所述氧化铝材料选自刚玉粉料或氧化铝微粉；所述氧化铝材料的α氧化铝含量为99.5 wt%以上；
硅溶胶：以固含量计7~9质量份；
聚氧化乙烯醚：2~5质量份。
5.一种耐火涂料，其特征在于，其由权利要求1~4中任一所述的耐火材料组合物制成。
6.一种耐火涂料的制备方法，其特征在于，包括：
将权利要求1~4中任一所述的耐火材料组合物和水混合，得到耐火涂料；
所述耐火涂料的粘度为100000~120000 mPa·s。
7.一种表面具有耐火涂层的基板，其特征在于，其耐火涂层由权利要求5所述的耐火涂料形成。
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