JP2021006609A - Coating composition, heat-resistant coating, and method of forming the same - Google Patents

Coating composition, heat-resistant coating, and method of forming the same Download PDF

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Abstract

To provide: a storage-stable coating composition capable of forming a heat-resistant coating which exhibits excellent non-wettability even for simulated ash, such as molten phosphate glass, and has high strength and adhesion to a substrate; a heat-resistant coating that can be formed using such a coating composition; and a method of forming the same.SOLUTION: A coating composition comprises (a) an alkali metal silicate, (b) an activator reactive to the alkali metal silicate, which comprises a layered silicate and at least one selected from the group consisting of hydroxides, oxides and silicates of alkaline earth metal or group 13 elements, and (c) boron nitride.SELECTED DRAWING: None

Description

本開示はコーティング組成物、耐熱性コーティング及びその形成方法に関する。 The present disclosure relates to coating compositions, heat resistant coatings and methods thereof.

窒化ホウ素は、化学的に不活性であり、多くの金属及びガラス溶融物に対する低濡れ性を示す。最大約900℃という高温環境中で窒化ホウ素は安定であり、900℃を越えると酸化して酸化ホウ素(B)を形成する。このように、窒化ホウ素は900℃以下では優れた付着防止剤であり、窒化ホウ素粒子が無機バインダーと混合されたセラミックコーティングは、耐熱性又は耐久性が要求される用途、例えば石炭発電所のボイラーの内壁、蒸気管などの構造物の表面に、石炭の燃焼により生成したスラグなどの溶融灰が付着することを防止する目的で使用されている。 Boron nitride is chemically inert and exhibits low wettability to many metal and glass melts. Boron nitride is stable in a high temperature environment of up to about 900 ° C., and when it exceeds 900 ° C., it oxidizes to form boron oxide (B 2 O 3 ). As described above, boron nitride is an excellent anti-adhesion agent at 900 ° C. or lower, and a ceramic coating in which boron nitride particles are mixed with an inorganic binder is used in applications where heat resistance or durability is required, for example, a boiler of a coal power plant. It is used for the purpose of preventing molten ash such as slag generated by combustion of coal from adhering to the surface of structures such as the inner wall and steam pipe of the coal.

特許文献1(特開2012−251228号公報)は、「基材表面に形成される皮膜であって、六方晶窒化ホウ素粒子とシリカ粒子とを含んで形成される多孔質皮膜の気孔を六方晶窒化ホウ素粒子が混合された浸透性と硬化性を有する樹脂材料で封孔してなる皮膜」を記載している。 Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-251228) states that "a film formed on the surface of a base material, in which pores of a porous film formed containing hexagonal boron nitride particles and silica particles are hexagonal. A film formed by sealing with a resin material having permeability and curability mixed with boron nitride particles ”is described.

特許文献2(特表2005−534478号公報)は、「反応器、プロセスプラント、及び燃焼プラント内で金属及び/又はセラミック表面のセラミックコーティング及び生成物のセラミックコーティングを生成する方法において、微粒子窒化ホウ素、少なくとも1種のナノメートル範囲内の中粒子サイズの無機結合剤、及び少なくとも1種の溶媒及び/又は水の混合物を、前記金属及び/又はセラミック表面又は前記生成物上に塗布し、該塗布した混合物を加熱によって焼成してコーティングすることを特徴とする方法」を記載している。 Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-534478) describes "fine boron nitride in a method for producing a ceramic coating on a metal and / or ceramic surface and a ceramic coating on a product in a reactor, a process plant, and a combustion plant. A mixture of at least one medium particle size inorganic binder in the nanometer range and at least one solvent and / or water is applied onto the metal and / or ceramic surface or product and the coating is applied. A method characterized by firing and coating the mixture by heating "is described.

特許文献3(特表2006−527090号公報)は、長期の安定性を有する離型層を製造するためのサイズ剤であって、A)酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、ベーマイトまたはこれらの混合物を基にしたコロイド状の無機粒子を含む無機成形剤と、SiO、TiO、ZrO、Al、AlOOH、Y、CeO、SnO、酸化鉄、炭素を含む基から選択される無機充填剤と、さらに添加剤と、B)酸化ケイ素を含む前記成形剤(i)を使用する場合は、有機溶媒における窒化ホウ素粒子の懸濁液、酸化ケイ素を含まない前記成形剤(ii)を使用する場合は、水における窒化ホウ素粒子の懸濁液と、C)前記成形剤(i)を使用する場合は有機溶媒、前記成形剤(ii)を使用する場合には水と、を含み、前記成形剤(i)は、前記成形剤は特定の1または複数のシランと、シラン成分の加水分解基を基にした半化学量論的な量の水と、任意の有機溶媒と、を含み、前記成形剤(ii)は、溶媒として水をさらに任意的に含み、ゾルゲル法の条件下で、加水分解および凝縮を必要とする場合は、ナノコンポジットのゾルを形成することを含む、長期の安定性を有する、離型層を製造するためのサイズ剤を記載している。 Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-527090) is a sizing agent for producing a release layer having long-term stability, and A) silicon oxide, zirconium oxide, aluminum oxide, boehmite or a mixture thereof. A group containing an inorganic molding agent containing colloidal inorganic particles based on the above, and a group containing SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , AlOOH, Y 2 O 3 , CeO 2 , SnO 2 , iron oxide, and carbon. When the inorganic filler selected from the above, the additive, and B) the molding agent (i) containing silicon oxide are used, a suspension of boron nitride particles in an organic solvent, the molding containing no silicon oxide. When the agent (ii) is used, a suspension of boron nitride particles in water, C) an organic solvent when the molding agent (i) is used, and water when the molding agent (ii) is used. In the molding agent (i), the molding agent contains a specific one or more silanes, a semi-chemical amount of water based on the hydrolyzing group of the silane component, and any organic. The molding agent (ii) further optionally contains water as a solvent, comprising a solvent, to form a nanocomposite sol under the conditions of the sol-gel process, if hydrolysis and condensation are required. Describes a sizing agent for producing a release layer having long-term stability, including.

特開2012−251228号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-251228 特表2005−534478号公報Special Table 2005-534478 特表2006−527090号公報Special Table 2006-527090

セラミックコーティングの灰付着防止特性は、ソーダガラス又はリン酸ガラスを模擬灰として使用して、コーティング表面の溶融模擬灰の接触角を測定することにより評価することができる。リン酸ガラスはソーダガラスと比較して濡れ性が高いため、より多量の窒化ホウ素を必要とする。コーティング中の窒化ホウ素の含有量を増加すると、コーティングの非濡れ性を高めることができる一方で、コーティングの強度又は基材に対する密着性は低下する。すなわち、コーティングが損傷又は滅失しやすくなる、あるいは基材表面からコーティングが剥離しやすくなる。また、セラミックコーティングと基材との熱膨張係数が異なると、基材に対する密着性はさらに低下する傾向がある。石炭発電所のボイラーの内壁、蒸気管などの構造物の表面にはスラグが衝突するため、コーティングの強度及び基材に対する密着性を高めることが望まれている。 The ash adhesion prevention property of the ceramic coating can be evaluated by measuring the contact angle of the molten simulated ash on the coating surface using soda glass or phosphoric acid glass as the simulated ash. Phosphate glass has higher wettability than soda glass and therefore requires a larger amount of boron nitride. Increasing the content of boron nitride in the coating can increase the non-wetting property of the coating, while reducing the strength of the coating or its adhesion to the substrate. That is, the coating is likely to be damaged or lost, or the coating is likely to peel off from the surface of the substrate. Further, if the coefficient of thermal expansion between the ceramic coating and the base material is different, the adhesion to the base material tends to be further lowered. Since slag collides with the inner wall of a boiler of a coal power plant and the surface of a structure such as a steam pipe, it is desired to improve the strength of the coating and the adhesion to the base material.

セラミックコーティングは、加熱により窒化ホウ素粒子を保持する被膜又はマトリクスを形成する反応性バインダー成分を含むコーティング組成物を用いて形成することができる。反応性バインダー成分の反応がコーティング組成物の保管中に経時で進行すると、コーティング組成物がゲル化又は増粘して、コーティングの施工時に作業が不可能となるか困難となる場合がある。 The ceramic coating can be formed using a coating composition containing a reactive binder component that forms a coating or matrix that retains the boron nitride particles by heating. If the reaction of the reactive binder component proceeds over time during storage of the coating composition, the coating composition may gel or thicken, making work impossible or difficult during coating.

本開示は、溶融リン酸ガラスのような模擬灰に対しても優れた非濡れ性を示し、かつ高い強度及び基材に対する密着性を有する耐熱性コーティングを形成することが可能な、保存安定性に優れたコーティング組成物、並びにそのようなコーティング組成物を用いて形成可能な耐熱性コーティング及びその形成方法を提供する。 The present disclosure is storage stability capable of forming a heat resistant coating that exhibits excellent non-wetting properties even with simulated ash such as molten phosphoric acid glass and has high strength and adhesion to a substrate. Provided are an excellent coating composition, and a heat-resistant coating and a method for forming the same, which can be formed by using such a coating composition.

本開示の一実施態様によれば、(a)アルカリ金属ケイ酸塩と、(b)層状ケイ酸塩、並びにアルカリ土類金属又は第13族元素の水酸化物、酸化物及びケイ酸塩からなる群より選択される少なくとも1種を含む前記アルカリ金属ケイ酸塩に対して反応性を有する活性剤と、(c)窒化ホウ素とを含む、コーティング組成物が提供される。 According to one embodiment of the present disclosure, from (a) alkali metal silicates, (b) layered silicates, and hydroxides, oxides and silicates of alkaline earth metals or Group 13 elements. Provided is a coating composition comprising (c) boron nitride and an activator that is reactive with the alkali metal silicate, including at least one selected from the group.

本開示の別の実施態様によれば、上記コーティング組成物を金属又はセラミックスの表面に噴霧することを含む、耐熱性コーティングの形成方法が提供される。 According to another embodiment of the present disclosure, there is provided a method of forming a heat resistant coating, which comprises spraying the coating composition onto the surface of a metal or ceramic.

本開示のさらに別の実施態様によれば、アルカリ金属ケイ酸塩のマトリクスと、層状ケイ酸塩、並びにアルカリ土類金属又は第13族元素の水酸化物、酸化物及びケイ酸塩からなる群より選択される少なくとも1種を含む前記アルカリ金属ケイ酸塩に対して反応性を有する活性剤と、窒化ホウ素とを含む、耐熱性コーティングが提供される。 According to yet another embodiment of the present disclosure, a group consisting of a matrix of alkali metal silicates, layered silicates, and hydroxides, oxides and silicates of alkaline earth metals or Group 13 elements. Provided is a heat resistant coating comprising boron nitride and an activator that is reactive with the alkali metal silicate, including at least one selected from the above.

本開示のコーティング組成物は、保存安定性に優れており、溶融リン酸ガラスのような模擬灰に対しても優れた非濡れ性を示し、かつ高い強度及び基材に対する密着性を有する耐熱性コーティングを形成することができる。 The coating composition of the present disclosure is excellent in storage stability, exhibits excellent non-wetting property against simulated ash such as molten phosphate glass, and has high strength and heat resistance having adhesion to a substrate. A coating can be formed.

なお、上述の記載は、本発明の全ての実施態様及び本発明に関する全ての利点を開示したものとみなしてはならない。 It should be noted that the above description shall not be deemed to disclose all embodiments of the present invention and all advantages relating to the present invention.

以下、本発明の代表的な実施態様を例示する目的でより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施態様に限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail for the purpose of exemplifying typical embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to these embodiments.

一実施態様のコーティング組成物は、(a)アルカリ金属ケイ酸塩と、(b)層状ケイ酸塩、並びにアルカリ土類金属又は第13族元素の水酸化物、酸化物及びケイ酸塩からなる群より選択される少なくとも1種を含むアルカリ金属ケイ酸塩に対して反応性を有する活性剤と、(c)窒化ホウ素とを含む。 The coating composition of one embodiment comprises (a) an alkali metal silicate, (b) a layered silicate, and an alkali earth metal or Group 13 element hydroxide, oxide and silicate. It contains (c) boron nitride and an activator that is reactive with alkali metal silicates, including at least one selected from the group.

アルカリ金属ケイ酸塩は、窒化ホウ素を基材表面に密着させるバインダーとして機能する。アルカリ金属ケイ酸塩は、コーティングを形成する際にシロキサン結合(Si−O−Si)、系中に存在する金属イオンを介した結合(Si−O−M−O−Si、Mは金属)などを含むマトリクスを形成する。マトリクスは、窒化ホウ素を耐熱性コーティングに保持するバインダーとして機能することができる。マトリクスは一般に不定形である。 The alkali metal silicate functions as a binder that adheres boron nitride to the surface of the substrate. The alkali metal silicate has a siloxane bond (Si—O—Si) when forming a coating, a bond via a metal ion existing in the system (Si—O—MO—Si, M is a metal), etc. Form a matrix containing. The matrix can function as a binder that retains boron nitride in the heat resistant coating. The matrix is generally amorphous.

アルカリ金属ケイ酸塩として、ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウムなどが挙げられる。コーティング組成物の調製時及び保管時にコーティング組成物中で安定であり、適度な強度と凝集力を有して基材との密着性の高いコーティングが得られることから、アルカリ金属ケイ酸塩としてケイ酸カリウムを用いることが有利である。 Examples of the alkali metal silicate include lithium silicate, sodium silicate, potassium silicate and the like. Since a coating that is stable in the coating composition during preparation and storage of the coating composition, has appropriate strength and cohesive force, and has high adhesion to the substrate can be obtained, it can be used as an alkali metal silicate. It is advantageous to use potassium silicate.

アルカリ金属ケイ酸塩は、ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム、及びケイ酸カリウムからなる群より選択される少なくとも2種を含む混合物であってもよい。これらの中でも、ケイ酸ナトリウム及びケイ酸カリウムの混合物が有利に使用される。ケイ酸ナトリウムとケイ酸カリウムの質量比は、約50:50〜約0:100である。ケイ酸カリウムをアルカリ金属ケイ酸塩の主成分として使用することにより、コーティング組成物の保存安定性を高めることができる。 The alkali metal silicate may be a mixture containing at least two selected from the group consisting of lithium silicate, sodium silicate, and potassium silicate. Among these, a mixture of sodium silicate and potassium silicate is advantageously used. The mass ratio of sodium silicate to potassium silicate is from about 50:50 to about 0: 100. By using potassium silicate as the main component of the alkali metal silicate, the storage stability of the coating composition can be enhanced.

いくつかの実施態様では、コーティング組成物中のアルカリ金属ケイ酸塩の含有量は、コーティング組成物の固形分を基準として、約20質量%以上、約25質量%以上、又は約30質量%以上、約55質量%以下、約50質量%以下、又は約45質量%以下である。アルカリ金属ケイ酸塩の含有量を、コーティング組成物の固形分を基準として約20質量%以上とすることにより、強度の高いコーティングを提供できる。アルカリ金属ケイ酸塩の含有量を、コーティング組成物の固形分を基準として約55質量%以下とすることにより、硬化による収縮を抑制することができ、密着性が高いコーティングを提供できる。 In some embodiments, the content of the alkali metal silicate in the coating composition is about 20% by weight or more, about 25% by weight or more, or about 30% by mass or more based on the solid content of the coating composition. , About 55% by mass or less, about 50% by mass or less, or about 45% by mass or less. By setting the content of the alkali metal silicate to about 20% by mass or more based on the solid content of the coating composition, a coating having high strength can be provided. By setting the content of the alkali metal silicate to about 55% by mass or less based on the solid content of the coating composition, shrinkage due to curing can be suppressed, and a coating having high adhesion can be provided.

アルカリ金属ケイ酸塩は、例えば水溶液(水ガラス)の状態で提供されてもよく、アルカリ金属ケイ酸塩の濃度は、約10質量%以上、約20質量%以上、又は約30質量%以上、約90質量%以下、約80質量%以下、又は約70質量%以下とすることができる。この実施態様では水溶液中の水がコーティング組成物の溶媒としても機能する。 The alkali metal silicate may be provided, for example, in the state of an aqueous solution (water glass), and the concentration of the alkali metal silicate is about 10% by mass or more, about 20% by mass or more, or about 30% by mass or more. It can be about 90% by mass or less, about 80% by mass or less, or about 70% by mass or less. In this embodiment, the water in the aqueous solution also functions as a solvent for the coating composition.

活性剤は、アルカリ金属ケイ酸塩と反応性を有する、層状ケイ酸塩、並びにアルカリ土類金属又は第13族元素の水酸化物、酸化物及びケイ酸塩からなる群より選択される少なくとも1種を含む。但し、活性剤はアルカリ金属ケイ酸塩と反応性の低い酸化アルミニウム(アルミナ)を有効成分として含まない。活性剤は、アルカリ金属ケイ酸塩のマトリクス形成に利用可能な金属イオンの供給源となる、あるいはアルカリ金属ケイ酸塩と反応してマトリクスの一部を構成することができる。 The activator is at least one selected from the group consisting of layered silicates that are reactive with alkali metal silicates and hydroxides, oxides and silicates of alkaline earth metals or Group 13 elements. Includes seeds. However, the activator does not contain aluminum oxide (alumina), which has low reactivity with alkali metal silicate, as an active ingredient. The activator can be a source of metal ions that can be used to form the alkali metal silicate matrix, or can react with the alkali metal silicate to form part of the matrix.

層状ケイ酸塩は、層間イオンを介して又は介さずに積層された複数の層状構造を有し、コーティング組成物中ではそれらの層状構造の一部乃至全てが分散している。このように分散した層状構造が、コーティングの形成時にアルカリ金属ケイ酸塩のマトリクスに取り込まれて、コーティングの強度又は基材に対する密着性を高めることができると考えられる。 The layered silicate has a plurality of layered structures laminated with or without interlayer ions, and some or all of the layered structures are dispersed in the coating composition. It is considered that the layered structure thus dispersed is incorporated into the matrix of alkali metal silicates at the time of forming the coating, and the strength of the coating or the adhesion to the substrate can be enhanced.

特に、層状ケイ酸塩に含まれるアルミノケイ酸塩は、アルカリ金属ケイ酸塩とのジオポリマー反応によりマトリクスの一部を構成することができる。具体的には、アルミノケイ酸塩とアルカリ金属ケイ酸塩とが反応すると、(−Si−O−Al−O−)(nは重合度)で表されるジオポリマー構造を有するアルミノケイ酸塩の三次元ネットワークが形成される。この反応は、(1)アルミノケイ酸塩のAl又はSiのカチオン種がヒドロキシ基により溶解する、(2)ケイ酸塩モノマーが、アルミノケイ酸塩から供給される金属カチオンにより縮合する、(3)ケイ酸塩の縮合により三次元ネットワークが形成されることを含む。この三次元ネットワークの形成により、窒化ケイ素の脱落を効果的に抑制し、コーティングの強度をより高め、基材に対する密着性を高めることができる。その結果、耐ブラスト性に特に優れたコーティングを形成することができる。 In particular, the aluminosilicate contained in the layered silicate can form part of the matrix by a geopolymer reaction with the alkali metal silicate. Specifically, when the aluminosilicate reacts with the alkali metal silicate, the aluminosilicate having a geopolymer structure represented by (-Si-O-Al-O-) n (n is the degree of polymerization) of the aluminosilicate. A three-dimensional network is formed. In this reaction, (1) the Al or Si cationic species of the aluminosilicate is dissolved by the hydroxy group, (2) the silicate monomer is condensed by the metal cation supplied from the aluminosilicate, and (3) silicon. It involves the formation of a three-dimensional network by condensation of silicates. By forming this three-dimensional network, it is possible to effectively suppress the shedding of silicon nitride, further increase the strength of the coating, and enhance the adhesion to the substrate. As a result, a coating having particularly excellent blast resistance can be formed.

層状ケイ酸塩として、例えば、ムスコバイト、フロゴパイトなどのマイカ、ヘクトライト、モンモリロナイト(ベントナイトの形態で提供されるものも含む)などのスメクタイト、タルク、パイロフィライト及びカオリンからなる群より選択される少なくとも1つが挙げられる。ムスコバイト、フロゴパイトなどのマイカは、層状構造が容易に分散するため高密度のコーティングを形成することができる。ヘクトライト、モンモリロナイトなどのスメクタイトは、層状構造の間にアルカリ金属イオン(層間イオン)を含み、多量の水を保持することができるため、ジオポリマー反応を促進して高密度のマトリクスを形成することができる。層状ケイ酸塩は、アルミノケイ酸塩を成分として多く含有することが有利であり、マイカ、又はスメクタイトであることが特に有利である。 The layered silicate is selected from the group consisting of, for example, mica such as muscobite, frogopite, smectite such as hectorite, montmorillonite (including those provided in the form of bentonite), talc, pyrophyllite and kaolin. At least one is mentioned. Mica such as phlogopite and phlogopite can form a high-density coating because the layered structure is easily dispersed. Smectites such as hectorite and montmorillonite contain alkali metal ions (interlayer ions) between the layered structures and can hold a large amount of water, so that they promote the geopolymer reaction and form a high-density matrix. Can be done. It is advantageous that the layered silicate contains a large amount of aluminosilicate as a component, and it is particularly advantageous that the layered silicate is mica or smectite.

層状ケイ酸塩の結晶構造は、Si−O四面体の二次元的に連続した網状のつながりをもった四面体シート、及びAl−O等の八面体シートの両シートが組み合った複合層が積層した三次元構造である。 The crystal structure of layered silicate is a laminated composite layer in which both sheets of a tetrahedral sheet having a two-dimensionally continuous net-like connection of Si—O tetrahedra and an octahedral sheet such as Al—O are combined. It is a three-dimensional structure.

アルカリ土類金属又は第13族元素の水酸化物として、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、ホウ酸、及び水酸化アルミニウムが挙げられる。アルカリ土類金属又は第13族元素の酸化物として、例えば、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、及び酸化ホウ素が挙げられる。アルカリ土類金属又は第13族元素のケイ酸塩として、例えば、ケイ酸カルシウム、及びケイ酸アルミニウムが挙げられる。これらの中でも、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム及び酸化マグネシウムからなる群より選択される少なくとも1種を有利に使用することができる。 Hydroxides of alkaline earth metals or Group 13 elements include magnesium hydroxide, calcium hydroxide, boric acid, and aluminum hydroxide. Examples of oxides of alkaline earth metals or Group 13 elements include magnesium oxide, calcium oxide, and boron oxide. Examples of silicates of alkaline earth metals or Group 13 elements include calcium silicate and aluminum silicate. Among these, at least one selected from the group consisting of aluminum hydroxide, magnesium hydroxide and magnesium oxide can be advantageously used.

いくつかの実施態様では、活性剤の平均粒径は、約0.1μm以上、約0.2μm以上、又は約0.5μm以上、約10μm以下、約5μm以下、又は約3μm以下である。平均粒径が上記範囲であることにより、コーティング組成物の流動性を高めて、例えば噴霧組成物としたときに優れた噴霧特性を得ることができる。噴霧特性の要素として表面張力及びチキソトロピーが挙げられる。活性剤の平均粒径は、レーザー回折・散乱法によって測定される、粒子を球形と仮定した有効径として定義される。 In some embodiments, the average particle size of the activator is about 0.1 μm or greater, about 0.2 μm or greater, or about 0.5 μm or greater, about 10 μm or less, about 5 μm or less, or about 3 μm or less. When the average particle size is in the above range, the fluidity of the coating composition can be increased, and excellent spraying characteristics can be obtained, for example, when a spraying composition is obtained. Factors of spray properties include surface tension and thixotropy. The average particle size of the activator is defined as the effective diameter, which is measured by the laser diffraction / scattering method and assumes that the particles are spherical.

いくつかの実施態様では、コーティング組成物中の活性剤の含有量は、コーティング組成物の固形分を基準として、約3質量%以上、約10質量%以上、又は約15質量%以上、約50質量%以下、約45質量%以下、又は約40質量%以下である。活性剤の含有量を、コーティング組成物の固形分を基準として約3質量%以上とすることにより、3次元ネットワークの形成を充分に促進できる。活性剤の含有量を、コーティング組成物の固形分を基準として約50質量%以下とすることにより、硬化による収縮を抑制することができ、密着性が高いコーティングを提供できる。 In some embodiments, the content of the activator in the coating composition is about 3% by weight or more, about 10% by weight or more, or about 15% by weight or more, about 50, based on the solid content of the coating composition. It is mass% or less, about 45 mass% or less, or about 40 mass% or less. By setting the content of the activator to about 3% by mass or more based on the solid content of the coating composition, the formation of a three-dimensional network can be sufficiently promoted. By setting the content of the activator to about 50% by mass or less based on the solid content of the coating composition, shrinkage due to curing can be suppressed, and a coating having high adhesion can be provided.

窒化ホウ素は離型性を有しており、耐熱性コーティングに灰の付着防止性能を付与する。灰の付着防止性能は、溶融した灰と耐熱性コーティング表面との間の接触角で評価することができる。耐熱性コーティングの灰の付着防止性能は、例えば500℃〜900℃の高温下でも発揮される。六方晶系(hcp)窒化ホウ素は、グラファイトと同様の層状構造を有しており、その層状構造及び化学的に不活性な特性に起因して高い離型性を示すことから、有利に使用することができる。また、窒化ホウ素は熱伝導率が高いため、例えば石炭発電所ボイラーの内壁又は蒸気管の表面に適用した場合、熱交換効率への影響を抑えたコーティングを提供できる。 Boron nitride has releasability and imparts ash adhesion prevention performance to the heat resistant coating. The ash adhesion prevention performance can be evaluated by the contact angle between the molten ash and the heat-resistant coating surface. The ash adhesion prevention performance of the heat-resistant coating is exhibited even at a high temperature of, for example, 500 ° C to 900 ° C. Hexagonal (hcp) boron nitride has a layered structure similar to graphite, and exhibits high releasability due to its layered structure and chemically inert properties, and is therefore preferably used. be able to. Further, since boron nitride has high thermal conductivity, it is possible to provide a coating that suppresses the influence on heat exchange efficiency when applied to the inner wall of a coal power plant boiler or the surface of a steam pipe, for example.

窒化ホウ素の粒子形状は、平板状、鱗片状、凝集状などであってよい。 The particle shape of boron nitride may be flat, scaly, agglutinating, or the like.

いくつかの実施態様では、窒化ホウ素の粒径は、約1μm以上、約2μm以上、又は約3μm以上、約300μm以下、約290μm以下、又は約280μm以下である。窒化ホウ素の粒径を上記範囲とすることで、噴霧塗布時のコーティング組成物の流動性を高めてより均一な膜を形成することができる。窒化ホウ素の粒径は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定により決定されるメジアン径として定義される。 In some embodiments, the particle size of boron nitride is about 1 μm or more, about 2 μm or more, or about 3 μm or more, about 300 μm or less, about 290 μm or less, or about 280 μm or less. By setting the particle size of boron nitride within the above range, the fluidity of the coating composition at the time of spray coating can be increased and a more uniform film can be formed. The particle size of boron nitride is defined as the median diameter determined by laser diffraction / scattering particle size distribution measurement.

いくつかの実施態様では、窒化ホウ素の比表面積は、比表面積測定であるBET法により測定したときに、約3m/g以上、約3.2m/g以上、又は約3.5m/g以上、約25m/g以下、約23m/g以下、又は約20m/g以下である。窒化ホウ素の比表面積を上記範囲とすることで、窒化ホウ素が緻密に分散したコーティング組成物及びコーティングを提供できる。 In some embodiments, the specific surface area of the boron nitride, as measured by the BET method is specific surface area measured about 3m 2 / g or more, about 3.2 m 2 / g or more, or about 3.5 m 2 / G or more, about 25 m 2 / g or less, about 23 m 2 / g or less, or about 20 m 2 / g or less. By setting the specific surface area of boron nitride within the above range, it is possible to provide a coating composition and coating in which boron nitride is densely dispersed.

コーティング組成物の調製に用いる窒化ホウ素は、例えば約10質量%以下の量で、不純物又は添加物を含むものであってもよい。不純物又は添加物として、ホウ酸、酸化ホウ素、炭素、アルカリ金属及びアルカリ土類金属のホウ酸塩などが挙げられる。これらの不純物又は添加物は、活性剤として作用してもよく、活性剤の一部を構成してもよい。コーティング組成物の調製に用いる窒化ホウ素の純度は、約90質量%以上、又は約95質量%以上であることが望ましい。 The boron nitride used in the preparation of the coating composition may contain impurities or additives in an amount of, for example, about 10% by mass or less. Impurities or additives include borate, boron oxide, carbon, alkali metals and alkaline earth metal borates. These impurities or additives may act as activators or form part of the activators. The purity of boron nitride used in the preparation of the coating composition is preferably about 90% by mass or more, or about 95% by mass or more.

いくつかの実施態様では、コーティング組成物中の窒化ホウ素の含有量は、コーティング組成物の固形分を基準として、約15質量%以上、約20質量%以上、又は約25質量%以上、約80質量%以下、約75質量%以下、又は約70質量%以下である。窒化ホウ素の含有量を上記範囲とすることで、灰の付着防止性能に優れた耐熱性コーティングを形成することができる。 In some embodiments, the content of boron nitride in the coating composition is about 15% by weight or more, about 20% by weight or more, or about 25% by weight or more, about 80, based on the solid content of the coating composition. It is mass% or less, about 75 mass% or less, or about 70 mass% or less. By setting the content of boron nitride within the above range, a heat-resistant coating having excellent ash adhesion prevention performance can be formed.

いくつかの実施態様では、活性剤とアルカリ金属ケイ酸塩の質量比(活性剤の質量/アルカリ金属ケイ酸塩の質量)は、約5:95以上、約10:90以上、又は約15:85以上、約50:50以下、約45:55以下、又は約40:60以下である。活性剤とアルカリ金属ケイ酸塩の質量比を約50:50以下とすることで、コーティング組成物の粘性の過度な上昇を効果的に抑制して所望の流動性を確保することができる。活性剤とアルカリ金属ケイ酸塩の質量比を約5:95以上とすることで、耐熱性コーティングの熱安定性を高めることができる。 In some embodiments, the mass ratio of activator to alkali metal silicate (mass of activator / mass of alkali metal silicate) is about 5:95 or greater, about 10:90 or greater, or about 15 :. 85 or more, about 50:50 or less, about 45:55 or less, or about 40:60 or less. By setting the mass ratio of the activator to the alkali metal silicate to about 50:50 or less, it is possible to effectively suppress an excessive increase in the viscosity of the coating composition and secure a desired fluidity. By setting the mass ratio of the activator to the alkali metal silicate to about 5:95 or more, the thermal stability of the heat-resistant coating can be improved.

コーティング組成物は任意成分として界面活性剤を含んでもよい。界面活性剤を用いることで、多量の窒化ホウ素を混合した場合でも、コーティングの形成中の窒化ホウ素粒子の分離(例えば沈降)を抑制して、より均一なコーティングを形成することができる。界面活性剤として、例えば、陰イオン界面活性剤であるラウリル硫酸アンモニウムなどの長鎖アルキル硫酸塩、及び非イオン界面活性剤であるポリオキシエチレンアルキルエーテルなどを使用することができる。 The coating composition may contain a surfactant as an optional component. By using a surfactant, even when a large amount of boron nitride is mixed, separation (for example, precipitation) of boron nitride particles during the formation of the coating can be suppressed, and a more uniform coating can be formed. As the surfactant, for example, a long-chain alkyl sulfate such as ammonium lauryl sulfate which is an anionic surfactant, a polyoxyethylene alkyl ether which is a nonionic surfactant, and the like can be used.

いくつかの実施態様では、コーティング組成物中の界面活性剤の含有量は、コーティング組成物の固形分を基準として、約0.01質量%以上、約0.02質量%以上、又は約0.05質量%以上、約2質量%以下、約1.5質量%以下、又は約1質量%以下である。 In some embodiments, the content of the surfactant in the coating composition is about 0.01% by weight or more, about 0.02% by weight or more, or about 0.%, based on the solid content of the coating composition. It is 05% by mass or more, about 2% by mass or less, about 1.5% by mass or less, or about 1% by mass or less.

コーティング組成物は任意成分として骨材を含んでもよい。骨材を用いることで、耐摩耗性の高いコーティングを提供できる。骨材として、例えば、アルミナ、シリカ、及びジルコニアからなる群より選択される少なくとも1種を使用することができる。 The coating composition may include aggregate as an optional component. By using an aggregate, a coating having high wear resistance can be provided. As the aggregate, for example, at least one selected from the group consisting of alumina, silica, and zirconia can be used.

いくつかの実施態様では、骨材の平均粒径は、約10nm以上、約20nm以上、又は約50nm以上、約10μm以下、約5μm以下、又は約3μm以下である。骨材の平均粒径は、レーザー回折・散乱法によって測定される、粒子を球形と仮定した有効径として定義される。 In some embodiments, the average particle size of the aggregate is about 10 nm or more, about 20 nm or more, or about 50 nm or more, about 10 μm or less, about 5 μm or less, or about 3 μm or less. The average particle size of the aggregate is defined as the effective diameter measured by the laser diffraction / scattering method, assuming that the particles are spherical.

いくつかの実施態様では、コーティング組成物中の骨材の含有量は、コーティング組成物の固形分を基準として、約3質量%以上、約5質量%以上、又は約10質量%以上、約20質量%以下、約18質量%以下、又は約15質量%以下である。 In some embodiments, the content of aggregate in the coating composition is about 3% by weight or more, about 5% by weight or more, or about 10% by weight or more, about 20 based on the solid content of the coating composition. It is mass% or less, about 18 mass% or less, or about 15 mass% or less.

コーティング組成物は任意成分として無機又は有機の粘度調整剤を含んでもよい。粘度調整剤を用いることで、コーティング組成物の表面張力を低下させ、目的とする用途に適した流動性、例えば噴霧特性をコーティング組成物に付与することができる。粘度調整剤は塗布方法に応じて適したチキソトロピーをコーティング組成物に付与することもできる。粘度調整剤として、ポリウレタン及びその変性体(例えば尿素変性ポリウレタン)、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、アクリル変性シリコーン樹脂、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリマー系粘度調整剤などを使用することができる。粘度調整剤として、無機のチキソトロピー剤を使用することが高温下での炭化を生じないため好ましい。例えば、無機のチキソトロピー剤として微粉シリカ、炭酸カルシウムなどを使用することができる。 The coating composition may contain an inorganic or organic viscosity modifier as an optional component. By using the viscosity modifier, the surface tension of the coating composition can be reduced, and fluidity suitable for the intended use, for example, spraying properties can be imparted to the coating composition. The viscosity modifier can also impart thixotropy suitable for the coating method to the coating composition. As the viscosity modifier, a polymer-based viscosity modifier such as polyurethane and its modified product (for example, urea-modified polyurethane), acrylic resin, silicone resin, acrylic-modified silicone resin, polyethylene glycol, polypropylene glycol and the like can be used. It is preferable to use an inorganic thixotropy agent as the viscosity modifier because it does not cause carbonization at high temperatures. For example, fine silica powder, calcium carbonate and the like can be used as the inorganic thixotropy agent.

いくつかの実施態様では、コーティング組成物中の粘度調整剤の含有量は、コーティング組成物の固形分を基準として、約0.1質量%以上、約5質量%以下である。 In some embodiments, the content of the viscosity modifier in the coating composition is about 0.1% by mass or more and about 5% by mass or less based on the solid content of the coating composition.

コーティング組成物は一般に溶媒を含む。溶媒として、水、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール(2−プロパノール)、ブタノール、エチレングリコールなどのアルコール、ジエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルなどのエーテル、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル、これらの混合溶媒などを使用することができる。コーティング組成物の調製に使用される水は脱イオン水であることが望ましい。 The coating composition generally contains a solvent. As a solvent, water, methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol (2-propanol), butanol, alcohol such as ethylene glycol, diethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, ether such as diethylene glycol monobutyl ether, ketone such as acetone and methyl ethyl ketone, acetic acid. Ethers such as ethyl and butyl acetate, mixed solvents thereof and the like can be used. The water used to prepare the coating composition is preferably deionized water.

一実施態様では、コーティング組成物は溶媒として水、アルコール、又は水とアルコールとの混合溶媒を含む水系組成物である。水系コーティング組成物は、取り扱いが容易であり、噴霧特性に優れており、基材表面への密着性に優れた耐熱性コーティングを形成することができる。 In one embodiment, the coating composition is an aqueous composition containing water, alcohol, or a mixed solvent of water and alcohol as a solvent. The water-based coating composition is easy to handle, has excellent spraying characteristics, and can form a heat-resistant coating having excellent adhesion to the surface of the base material.

コーティング組成物は、その他の任意成分として、金属アルコキシドなどの硬化促進剤、ポリビニルブチラール、ポリエチレングリコール、ポリエチレンイミン、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンなどの成形剤、顔料、pH調整剤、分散剤などを含んでもよい。 The coating composition may also contain, as other optional components, a curing accelerator such as metal alkoxide, a molding agent such as polyvinyl butyral, polyethylene glycol, polyethyleneimine, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, a pigment, a pH adjuster, a dispersant and the like. Good.

コーティング組成物は、アルカリ金属ケイ酸塩、活性剤、窒化ホウ素、及びその他の任意成分、例えば界面活性剤、骨材等を混合することによって調製することができる。例えば、コーティング組成物を以下の手順で調製することができる。活性剤及び窒化ホウ素を混合する。得られた混合物に、アルカリ金属ケイ酸塩を添加する。アルカリ金属ケイ酸塩は例えば50質量%水溶液の形態で添加される。混合物に、必要に応じて界面活性剤、骨材等を添加し、所望の固形分となるように溶媒を必要に応じて添加して、約30分〜約10時間混合する。不要な反応が混合中に生じることを避けるため、アルカリ金属ケイ酸塩以外の成分を混合し、最後にアルカリ金属ケイ酸塩を添加して混合してもよい。骨材は、コーティング組成物の使用直前に混合してもよい。混合には、ペイントシェーカー及びビーズ、例えばジルコニアビーズ、アルミナビーズ、シリカビーズ、又はホモミキサーなどの混合装置を用いることができる。 The coating composition can be prepared by mixing alkali metal silicates, activators, boron nitride, and other optional components such as surfactants, aggregates and the like. For example, the coating composition can be prepared by the following procedure. The activator and boron nitride are mixed. Alkali metal silicate is added to the resulting mixture. The alkali metal silicate is added, for example, in the form of a 50% by weight aqueous solution. Surfactants, aggregates and the like are added to the mixture as needed, and a solvent is added as needed to obtain a desired solid content, and the mixture is mixed for about 30 minutes to about 10 hours. In order to prevent an unnecessary reaction from occurring during mixing, components other than the alkali metal silicate may be mixed, and finally the alkali metal silicate may be added and mixed. Aggregates may be mixed immediately prior to use of the coating composition. For mixing, a paint shaker and a mixing device such as beads such as zirconia beads, alumina beads, silica beads, or a homomixer can be used.

いくつかの実施態様では、コーティング組成物の固形分は、約10質量%以上、約20質量%以上、又は約25質量%以上、約70質量%以下、約65質量%以下、又は約60質量%以下とすることができる。コーティング組成物の固形分を上記範囲とすることで、成分が均質に分散した組成物とすることができ、コーティング組成物の噴霧特性を高めることができる。 In some embodiments, the solid content of the coating composition is about 10% by weight or more, about 20% by weight or more, or about 25% by weight or more, about 70% by weight or less, about 65% by weight or less, or about 60% by mass. It can be less than or equal to%. By setting the solid content of the coating composition in the above range, the composition can be obtained in which the components are uniformly dispersed, and the spraying characteristics of the coating composition can be enhanced.

いくつかの実施態様では、コーティング組成物の粘度は、せん断速度により最適化される。すなわち、低せん断速度では粘度が高いことで垂直に設けられた塗布面に対しても液垂れを起こさず、高せん断速度においては粘度が低いことで噴霧性が良好となる。具体的には、低せん断速度領域として、せん断速度が5sec−1での粘度は、約500mPa・s以上、約700mPa・s以上、又は約1000mPa・s以上である。高せん断速度領域として、せん断速度が200sec−1での粘度は、約100mPa・s以下、約80mPa・s以下、又は約50mPa・s以下である。コーティング組成の粘度は、レオメーター(Thermo ScientificTM HAAKE RheoStress 1:サーモフィッシャー社製造、アメリカ合衆国マサチューセッツ州)によって測定される。 In some embodiments, the viscosity of the coating composition is optimized by shear rate. That is, at a low shear rate, the high viscosity does not cause liquid dripping even on the vertically provided coated surface, and at a high shear rate, the low viscosity results in good sprayability. Specifically, as a low shear rate region, the viscosity at a shear rate of 5 sec -1 is about 500 mPa · s or more, about 700 mPa · s or more, or about 1000 mPa · s or more. As a high shear rate region, the viscosity at a shear rate of 200 sec -1 is about 100 mPa · s or less, about 80 mPa · s or less, or about 50 mPa · s or less. The viscosity of the coating composition is measured by a rheometer (Thermo Scientific TM HAAKE RheoStress 1: manufactured by Thermo Fisher, Mass., USA).

いくつかの実施態様では、コーティング組成物の表面張力は、約10mN/m以上、約12mN/m以上、又は約15mN/m以上、約40mN/m以下、約36mN/m以下、又は約34mN/m以下である。上記範囲の表面張力を有するコーティング組成物は、特に金属又はセラミックスの表面への噴霧塗布に適している。 In some embodiments, the surface tension of the coating composition is about 10 mN / m or more, about 12 mN / m or more, or about 15 mN / m or more, about 40 mN / m or less, about 36 mN / m or less, or about 34 mN /. It is less than m. A coating composition having a surface tension in the above range is particularly suitable for spray coating on the surface of a metal or ceramic.

コーティング組成物が水系組成物である場合、コーティング組成物のpHは例えば約7以上、約14以下とすることができる。水系コーティング組成物のpHを上記範囲とすることで、組成物中での成分の安定性を高めてコーティング組成物の貯蔵安定性を高めることができる。 When the coating composition is an aqueous composition, the pH of the coating composition can be, for example, about 7 or more and about 14 or less. By setting the pH of the aqueous coating composition in the above range, the stability of the components in the composition can be enhanced and the storage stability of the coating composition can be enhanced.

いくつかの実施態様では、コーティング組成物中のアルカリ土類金属の含有量は、コーティング組成物の固形分を基準として約30質量%以下、約25質量%以下、又は約20質量%以下である。アルカリ土類金属の含有量を約30質量%以下とすることにより、コーティング組成物の経時でのゲル化又は増粘を防止又は抑制して、保存安定性を高めることができる。 In some embodiments, the content of the alkaline earth metal in the coating composition is about 30% by weight or less, about 25% by weight or less, or about 20% by weight or less based on the solid content of the coating composition. .. By setting the content of the alkaline earth metal to about 30% by mass or less, gelation or thickening of the coating composition over time can be prevented or suppressed, and storage stability can be enhanced.

いくつかの実施態様では、コーティング組成物のケイ素/アルカリ金属のモル比は約2.0以上である。コーティング組成物のケイ素/アルカリ金属のモル比を2.0以上とすることにより、アルカリ金属ケイ酸塩のマトリクスの重合度又は架橋密度を高めて、強度の高いコーティングを得ることができる。 In some embodiments, the silicon / alkali metal molar ratio of the coating composition is about 2.0 or greater. By setting the silicon / alkali metal molar ratio of the coating composition to 2.0 or more, the degree of polymerization or the crosslink density of the alkali metal silicate matrix can be increased, and a high-strength coating can be obtained.

コーティング組成物は、噴霧、浸漬、キャスト、スピンコート、ナイフコート、ブラシコートなどにより基材表面に適用することができる。一実施態様では、コーティング組成物は基材表面に噴霧される。 The coating composition can be applied to the substrate surface by spraying, dipping, casting, spin coating, knife coating, brush coating and the like. In one embodiment, the coating composition is sprayed onto the surface of the substrate.

一実施態様では、基材は、鉄、クロム、銅、ニッケル、アルミニウム、チタン、スズ、亜鉛、及びこれらの合金などの金属、又はアルミナ、シリカなどのセラミックスである。基材表面はプライマー処理を有してもよい。 In one embodiment, the substrate is a metal such as iron, chromium, copper, nickel, aluminum, titanium, tin, zinc, and alloys thereof, or ceramics such as alumina, silica. The surface of the base material may have a primer treatment.

コーティング組成物の適用時の厚み(湿潤厚み)は、約30μm以上、約50μm以上、又は約80μm以上、約1000μm以下、約900μm以下、又は約800μm以下とすることができる。コーティング組成物の適用時の厚みを上記範囲とすることで、基材表面からの剥落をより効果的に防止又は抑制することができる。 The thickness (wet thickness) at the time of application of the coating composition can be about 30 μm or more, about 50 μm or more, or about 80 μm or more, about 1000 μm or less, about 900 μm or less, or about 800 μm or less. By setting the thickness of the coating composition at the time of application within the above range, peeling from the surface of the base material can be more effectively prevented or suppressed.

適用したコーティング組成物を、室温下で又は加熱して硬化することで耐熱性コーティングが形成される。硬化温度は約50℃以上、約100℃以上、又は約200℃以上とすることができる。コーティング組成物の硬化は、基材が実際に使用される環境中で行ってもよい。例えば、コーティング組成物を石炭発電所ボイラーの内壁又は蒸気管の表面に適用し、ボイラーを運転することにより、その場でコーティング組成物の硬化を行ってもよい。 A heat resistant coating is formed by curing the applied coating composition at room temperature or by heating. The curing temperature can be about 50 ° C. or higher, about 100 ° C. or higher, or about 200 ° C. or higher. Curing of the coating composition may be carried out in the environment in which the substrate is actually used. For example, the coating composition may be applied to the inner wall of a coal power plant boiler or the surface of a steam pipe, and the coating composition may be cured on the spot by operating the boiler.

一実施態様では、耐熱性コーティングは、アルカリ金属ケイ酸塩のマトリクスと、層状ケイ酸塩、並びにアルカリ土類金属又は第13族元素の水酸化物、酸化物及びケイ酸塩からなる群より選択される少なくとも1種を含むアルカリ金属ケイ酸塩に対して反応性を有する活性剤と、窒化ホウ素とを含む。 In one embodiment, the heat resistant coating is selected from the group consisting of a matrix of alkali metal silicates, layered silicates, and hydroxides, oxides and silicates of alkaline earth metals or Group 13 elements. It contains an activator having a reactivity with an alkali metal silicate containing at least one of the above, and boron nitride.

いくつかの実施態様では、耐熱性コーティングの厚み(乾燥厚み)は、約25μm以上、約35μm以上、又は約50μm以上、約300μm以下、約280μm以下、又は約250μm以下である。耐熱性コーティングの厚みを上記範囲とすることで、強度及び基材への密着性を確保することができる。 In some embodiments, the thickness of the heat resistant coating (dry thickness) is about 25 μm or more, about 35 μm or more, or about 50 μm or more, about 300 μm or less, about 280 μm or less, or about 250 μm or less. By setting the thickness of the heat-resistant coating within the above range, strength and adhesion to the base material can be ensured.

本開示のコーティング組成物は、耐熱性及び灰の付着防止性能が要求される様々な用途に使用することができる。例えば、コーティング組成物を用いて、石炭発電所ボイラー内部で500〜600℃の温度になる、セラミック内壁又は鉄鋼製蒸気管の表面に耐熱性コーティングを形成することができる。 The coating composition of the present disclosure can be used in various applications in which heat resistance and ash adhesion prevention performance are required. For example, the coating composition can be used to form a heat resistant coating on a ceramic inner wall or the surface of a steel steam pipe that reaches a temperature of 500-600 ° C. inside a coal power plant boiler.

以下の実施例において、本開示の具体的な実施態様を例示するが、本発明はこれに限定されるものではない。部及びパーセントは全て、特に明記しない限り質量による。 The following examples exemplify specific embodiments of the present disclosure, but the present invention is not limited thereto. All parts and percentages are by mass unless otherwise stated.

本実施例のコーティング組成物の調製に使用した原料を表1に示す。 Table 1 shows the raw materials used for preparing the coating composition of this example.

Figure 2021006609
Figure 2021006609

例1〜例16
コーティング組成物の調製
活性剤及び窒化ホウ素を混合し、得られた混合物にアルカリ金属ケイ酸塩の水溶液及び溶媒その他の成分を添加した。その後、混合物をホモミキサーでよく撹拌してコーティング組成物を得た。表2にコーティング組成物の組成を示す。
Example 1 to Example 16
Preparation of coating composition The activator and boron nitride were mixed, and an aqueous solution of alkali metal silicate, a solvent and other components were added to the obtained mixture. Then, the mixture was well stirred with a homomixer to obtain a coating composition. Table 2 shows the composition of the coating composition.

コーティング組成物を以下の項目について評価した。 The coating composition was evaluated for the following items.

保存安定性
コーティング組成物の調製直後の粘度(mPa・s)と、室温で1月保存後の粘度(mPa・s)のそれぞれをレオメーター(Thermo ScientificTM HAAKE RheoStress 1:サーモフィッシャー社製造、アメリカ合衆国マサチューセッツ州)を用いて測定した。初期粘度に対する1月保存後の粘度の増加率(=(1月保存後の粘度−初期粘度)/初期粘度×100)が、20%以下の場合、以下の表2で「良好」と表記した。
Storage stability Rheometer (Thermo Scientific TM HAAKE RheoStress 1: Thermo Fisher, USA, USA) measures the viscosity (mPa · s) immediately after preparation of the coating composition and the viscosity (mPa · s) after storage at room temperature for January. Measured using (Massachusetts). When the rate of increase in viscosity after storage in January (= (viscosity after storage in January-initial viscosity) / initial viscosity x 100) with respect to the initial viscosity is 20% or less, it is described as "good" in Table 2 below. ..

灰付着防止性(接触角)
コーティング組成物をアルミナ板に塗布し、90℃で30分間乾燥し、その後600℃で5時間焼成した。不規則形状のリン酸ガラスフリット(VY0144、変形点357℃、P含量35〜40質量%、日本フリット株式会社(日本国愛知県半田市))を模擬灰として、焼成したコーティングの上に置いた。試料を600℃で1時間加熱し、自然冷却した後、コーティング上で一旦溶融し凝固したリン酸ガラスの外観を観察してリン酸ガラスとコーティング面がなす接触角を写真画像から決定した。ガラスフリットは、高温で溶融したときに窒化ホウ素を含むコーティングによりはじかれて、その表面張力により球状に変形し、自然冷却されてその形状が球状に保持される。接触角が100度以上であるものは灰付着防止性に特に優れている。
Ash adhesion prevention (contact angle)
The coating composition was applied to an alumina plate, dried at 90 ° C. for 30 minutes, and then calcined at 600 ° C. for 5 hours. Phosphate glass frit irregularly shaped (VY0144, deformation point 357 ℃, P 2 O 5 content of 35 to 40 wt%, Nippon frit Ltd. (Aichi Handa, Japan)) as the simulated ash, on the baked coating I put it in. The sample was heated at 600 ° C. for 1 hour, naturally cooled, and then the appearance of the phosphoric acid glass once melted and solidified on the coating was observed to determine the contact angle between the phosphoric acid glass and the coated surface from the photographic image. When the glass frit is melted at a high temperature, it is repelled by a coating containing boron nitride, deformed into a spherical shape by its surface tension, and naturally cooled to maintain its shape in a spherical shape. Those having a contact angle of 100 degrees or more are particularly excellent in ash adhesion prevention property.

耐ブラスト性
コーティング組成物をSUS304板に塗布し、90℃で30分間乾燥し、その後600℃で5時間焼成した。以下のブラスト条件でコーティングにブラスト処理を行った。耐ブラスト性を、初期コーティングの質量を100%としたときに、残存コーティング量を百分率で評価した。
・ブラスト媒体:ガラスビーズ(FGB−100、ソーダライムガラスビーズ、平均粒径150〜180μm、株式会社不二製作所(日本国東京都江戸川区)
・空気圧:0.2MPa
・ブラストガンのノズル径:2.7mm
・ノズルと試料の距離:200mm
・ブラスト時間:1分
・試料のコーティング面積:20mm×20mm
The blast-resistant coating composition was applied to a SUS304 plate, dried at 90 ° C. for 30 minutes, and then fired at 600 ° C. for 5 hours. The coating was blasted under the following blasting conditions. The blast resistance was evaluated as a percentage of the residual coating amount when the mass of the initial coating was 100%.
-Blast medium: glass beads (FGB-100, soda lime glass beads, average particle size 150-180 μm, Fuji Seisakusho Co., Ltd. (Edogawa-ku, Tokyo, Japan))
・ Air pressure: 0.2MPa
・ Blast gun nozzle diameter: 2.7 mm
・ Distance between nozzle and sample: 200 mm
・ Blasting time: 1 minute ・ Sample coating area: 20 mm x 20 mm

表2にコーティング組成物の評価結果を示す。 Table 2 shows the evaluation results of the coating composition.

Figure 2021006609
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本発明の基本的な原理から逸脱することなく、上記の実施態様及び実施例が様々に変更可能であることは当業者に明らかである。また、本発明の様々な改良及び変更が本発明の趣旨及び範囲から逸脱せずに実施できることも当業者には明らかである。 It will be apparent to those skilled in the art that the above embodiments and examples can be modified in various ways without departing from the basic principles of the present invention. It is also clear to those skilled in the art that various improvements and modifications of the present invention can be carried out without departing from the gist and scope of the present invention.

Claims (15)

(a)アルカリ金属ケイ酸塩と、
(b)層状ケイ酸塩、並びにアルカリ土類金属又は第13族元素の水酸化物、酸化物及びケイ酸塩からなる群より選択される少なくとも1種を含む前記アルカリ金属ケイ酸塩に対して反応性を有する活性剤と、
(c)窒化ホウ素と
を含む、コーティング組成物。
(A) Alkali metal silicate and
(B) For the alkali metal silicate containing at least one selected from the group consisting of layered silicates and hydroxides, oxides and silicates of alkaline earth metals or Group 13 elements. Reactive activator and
(C) A coating composition containing boron nitride.
水系組成物である請求項1に記載のコーティング組成物。 The coating composition according to claim 1, which is an aqueous composition. アルミナ、シリカ、及びジルコニアからなる群より選択される骨材をさらに含む、請求項1又は2のいずれかに記載のコーティング組成物。 The coating composition according to claim 1 or 2, further comprising an aggregate selected from the group consisting of alumina, silica, and zirconia. アルカリ土類金属の含有量が、前記コーティング組成物の固形分を基準として30質量%以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のコーティング組成物。 The coating composition according to any one of claims 1 to 3, wherein the content of the alkaline earth metal is 30% by mass or less based on the solid content of the coating composition. 前記活性剤の平均粒径が、0.1μm〜10μmである、請求項1〜4のいずれか一項に記載のコーティング組成物。 The coating composition according to any one of claims 1 to 4, wherein the average particle size of the activator is 0.1 μm to 10 μm. 前記層状ケイ酸塩が、マイカ、スメクタイト、タルク、パイロフィライト及びカオリンからなる群より選択される少なくとも1つを含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載のコーティング組成物。 The coating composition according to any one of claims 1 to 5, wherein the layered silicate comprises at least one selected from the group consisting of mica, smectite, talc, pyrophyllite and kaolin. ケイ素/アルカリ金属のモル比が2.0以上である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のコーティング組成物。 The coating composition according to any one of claims 1 to 6, wherein the molar ratio of silicon / alkali metal is 2.0 or more. 界面活性剤をさらに含む請求項1〜7のいずれか一項に記載のコーティング組成物。 The coating composition according to any one of claims 1 to 7, further comprising a surfactant. せん断速度5sec−1での粘度が500mPa・s以上であり、せん断速度200sec−1での粘度が100mPa・s以下である請求項1〜8のいずれか一項に記載のコーティング組成物。 The coating composition according to any one of claims 1 to 8, wherein the viscosity at a shear rate of 5 sec -1 is 500 mPa · s or more, and the viscosity at a shear rate of 200 sec -1 is 100 mPa · s or less. 前記コーティング組成物の固形分を基準として、前記窒化ホウ素を15質量%〜80質量%含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載のコーティング組成物。 The coating composition according to any one of claims 1 to 9, which contains 15% by mass to 80% by mass of the boron nitride based on the solid content of the coating composition. 前記アルカリ金属ケイ酸塩がケイ酸カリウムである請求項1〜10のいずれか一項に記載のコーティング組成物。 The coating composition according to any one of claims 1 to 10, wherein the alkali metal silicate is potassium silicate. 金属又はセラミックスの表面に適用される請求項1〜11のいずれか一項に記載のコーティング組成物。 The coating composition according to any one of claims 1 to 11, which is applied to the surface of metal or ceramics. 請求項1〜12のいずれか一項に記載のコーティング組成物を金属又はセラミックスの表面に噴霧することを含む、耐熱性コーティングの形成方法。 A method for forming a heat-resistant coating, which comprises spraying the coating composition according to any one of claims 1 to 12 onto the surface of a metal or ceramic. アルカリ金属ケイ酸塩のマトリクスと、層状ケイ酸塩、並びにアルカリ土類金属又は第13族元素の水酸化物、酸化物及びケイ酸塩からなる群より選択される少なくとも1種を含む前記アルカリ金属ケイ酸塩に対して反応性を有する活性剤と、窒化ホウ素とを含む、耐熱性コーティング。 The alkali metal comprising a matrix of alkali metal silicates and at least one selected from the group consisting of layered silicates and hydroxides, oxides and silicates of alkaline earth metals or Group 13 elements. A heat resistant coating containing an activator reactive with silicates and boron nitride. 厚みが25〜300μmである請求項14に記載の耐熱性コーティング。 The heat resistant coating according to claim 14, which has a thickness of 25 to 300 μm.
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