一种薄层绝热防腐陶瓷涂料及其制备方法

专利名称：：一种薄层绝热防腐陶瓷涂料及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种薄层绝热防腐陶瓷涂料及其制备方法，属于化工领域。技术背景传统的保温材料以提高孔隙率、提高热阻、降低传导热为主。纤维类保温材料在使用温度下对流传热及辐射传热急剧上升高，保温层较厚；硬质无机类保温材料一般导热系数较高，保温效果较差，在高温下的保温层非常厚；而以发泡聚胺酯为代表的有机保温材料，其保温性能及施工均较好，但保温的适应温度较低，最高保温上限为180°C;发泡聚乙烯、聚丙烯、聚丙苯板材的保温材料只可用于8(TC以下的环境保温。而硅酸铝棉可作用高温下的薄层保温，但由于矿棉、岩棉等成分的存在限制了硅酸铝棉保温材料的应用，即有些领域(大城市的热力管道)保温禁止使用。鉴于上述保温材料保温性能及使用范围的局限性，充分利用传热机理研制新型保温节能材料，具有重要的意义。早在二十世纪70年代，美国太空总署提出以陶瓷隔热砖提供太空船的绝热保护，认定涂料绝热是可能的。美国太空总署数据表明，厚9.5-31.8mm的陶瓷隔热砖中，真正发挥绝热作用的是陶瓷隔热砖上的0.25mm厚的陶瓷涂料外层，占绝热效果的95%，而陶瓷隔热砖的基层(泡沫体)只提供5%的绝热保护。为此80年代，美国就已开始成致力于绝热陶瓷涂料研究与开发工作。热的传递分为三个部分，即对流、辐射、传导。热传导(固体热)主要由同热源接触的固体物质部分来完成；热对流则主要由空气的流动来完成；热辐射的传递则不需要任何介质。而现阶段国家标准的检测通常以导热系数衡量保温材料的性能，在导热系数的测试过程中，主要以测定固体传导热为主，而未考虑对流热、辐射热，这就造成了一些材料虽然有较低的导热系数但其隔热效果并不好，如岩棉、矿棉或其它纤维状保温材料(导热系数约为0.00270.035W/m°C)，对于由300°C降至50°C以下的温度梯度，则需要20cm的保温层。依据热的传递机理，可以设想利于一种高反射率(玻璃陶瓷质)材料，形成一种高致密性的反射层，对辐射热进行有效反射的同时又阻断了对流传热；而在固体隔热层中又能形成具有真空状的玻璃球体(也可以预先填加)，来降低固体传导热，其导热系数将低于"无对流空气"导热系数，此时的材料为绝热材料。基于以上的分析，研制一种对阻隔三种热的传递方式均有效的绝热材料非常重要，如果能实现阻隔对流、辐射、传导热，在达到同样隔热效果的同时，相对于传统保温材料其隔热层将相当薄。
发明内容本发明的目的在于针对现有保温材料所存在的不足，提供一种可在高温环境下(60(TC以下)实现高效保温的薄层绝热防腐陶瓷涂料及其制备方法。本发明所提供的一种薄层绝热防腐陶瓷涂料由A和B两种组分按重量比1丄11丄8混合而成，其中A组分由硅灰石粉、滑石粉、水镁石粉、玻璃纤维、海泡石、硅藻土、玻璃微球、珍珠岩、纳米三氧化二铝、纳米氧化锆、六偏磷酸钠和甲基硅醇钠组成，B组分由羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、偏硅酸钠、聚乙烯醇、聚苯烯酰胺和水组成。上述A组分中各物质的重量百分配比为硅灰石粉7~12%、滑石粉4~7%、水镁石粉610%、玻璃纤维2~4%、海泡石7~12%、硅藻土24%、玻璃微球3~5%、珍珠岩44~58%、纳米三氧化二铝12%、纳米氧化锆12%、六偏磷酸钠1~3%和甲基硅醇钠1~3%。上述B组分中各物质的重量百分配比为羧甲基纤维素0.5~2%、羟乙基纤维素13%、偏硅酸钠5~7%、聚乙烯醇1~4%、聚苯烯酰胺0.51%和水8590%。本发明涂料优选A和B两种组分按重量比1:1.1-1:1.6混合而成。本发明所提供的一种薄层绝热防腐陶瓷涂料的制备方法，包括如下步骤(1)制备A组分①将甲基硅醇钠与水按重量比1:51:8制备成水溶液；②将甲基硅醇钠水溶液喷撒至珍珠岩表面，搅拌，加热使水分蒸发，使珍珠岩颗粒表面干燥；③将硅灰石粉、滑石粉、水镁石粉、玻璃纤维、海泡石、硅藻土、玻璃微球、纳米三氧化二铝、纳米氧化锆、六偏磷酸钠同已处理过的珍珠岩混合，高速均匀分散，得组分A，备用；(2)制备B组分①将偏硅酸钠溶于水中，均匀分散，得混合液l;②将羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚乙烯醇溶于水中，搅拌溶解，研磨均匀，得混合溶胶2;③将聚苯烯酰胺溶于水中，搅拌分散，得混合液3;④将混合液l、混合溶胶2、混合液3三者混合在一起，高速均匀分散，得B组分；将A和B两种组分按重量比1:1.11:1.8混合，得到本发明涂料。上述步骤(1)中的第②步搅拌时间为3060min，加热温度为50~80。C。本发明涂料选用高温熔融状态下可满足玻璃相组分要求的硅质、镁质材料(硅灰石粉、滑石粉、水镁石粉)；可提高型材制备具有抗抻、抗折强度的纤维增强材料(玻璃纤维、海泡石)；轻质增容材料(硅藻土、玻璃微球、珍珠岩)；纳米陶瓷材料(纳米三氧化二铝、纳米氧化锆)；水基分散助剂(六偏磷酸钠、甲基硅醇钠)组成组分A。选用耐高温无机粘结剂(偏硅酸钠)、可提高初期粘接强度的有机粘结剂(羟乙基纤维素、聚乙烯醇)、增稠剂(聚苯烯酰胺、羧甲基纤维素)和水组成组分B。在工程应用过程中，由于上述涂料存在现场涂抹施工时保温层干燥较慢，影响现场施工进度等问题，因此该涂料在现场施工中多制备成型材或异型材。组分A和组分B按重量比1:1.11:1.3调制成混合物料，进行型材或异型压制成型，组分A和组分B按重量比1:1.41:1.8调制成浆体物料，进行现场涂抹施工，其中预制型材的大小及厚度、现场涂抹厚度，均依据工程的实际情况中温度的高低及温度梯度降低量的要求而定。本发明涂料选用纳米级陶瓷材料及硅酸盐结构材料，可以显著提高保温层在高温环境下对红外线的抗辐射能力，从而可以将涂层表面的辐射转化为热反射电磁波辐射出去，因而达到显著的隔热效果。主要原因在于，该薄层绝热防腐陶瓷涂料可形成致密的绝热涂层，有效地阻断了辐射热的传导；而该致密的绝热涂层在温度大于45(TC后，可形成半球形的玻璃质空心气泡，即形成了热量的反射层，又非常有利于阻隔热量的气流流动，从而形成了类似于绝热效果的致密保温层。本发明涂料与传统涂料相比，具有以下有益效果(1)具有优异的隔热效果。本发明的高效保温薄层绝热防腐陶瓷涂料相对于岩棉保温材料，在达到相同保温效果时，其保温层厚只有岩棉保温层的三分之一，即从300。C降至5(TC，岩棉保温层需18cm，而本发明涂料则只需5cm。(2)高温环境下(200550°C)具有优异的保温性能，其最高温度梯度降可达88°C/cm。(3)具有抗腐蚀性能，可耐酸、碱、化学品腐蚀，适合于工业、民用供热设备，如电厂、热力锅炉及它们之间的热力管网；石油、化工、电力、冶金、制药等各行业设备的节能保温。具体实施例方式实施例l1.称取甲基硅醇钠10g、水50g(二者重量比l:5)制备成60g水溶液，备用；2.称取440g珍珠岩，将珍珠岩加入到高速分散机中进行搅拌，至分散均匀，要求搅拌过程中存在物料的上下翻动运动；3.将甲基硅醇钠水溶液装入喷雾器中，在珍珠岩的搅拌过程中，逐步喷撒到珍珠岩颗粒表面，待喷撒完毕后，再高速搅拌30min，加热6(TC使水分蒸发，使珍珠岩颗粒表面干燥；4.分别称取硅灰石粉120g、滑石粉70g、水镁石粉100g、玻璃纤维20g、海泡石120g、硅藻20g、玻璃微球50g、纳米三氧化二铝20g、纳米氧化锆10g、六偏磷酸钠20g，加入到装有已处理珍珠岩的高速分散机中进行均匀搅拌；5.将己均匀搅拌的上述物料取出备用，即得到1000g组分A;6.分别称取羧甲基纤维素5g、羟乙基纤维素10g、偏硅酸钠70、聚乙烯醇10g、聚苯烯酰胺5g，加入到高速分散机中；7.称取900g水倒入盛有上述物料的高速分散la中，均匀搅拌50min，使物料充分溶解；制备成均匀分散的胶体；8.将上述已充分溶解的物料经过三辊研磨机^f磨两次至三次，或采用胶体磨研磨二次，制备成均匀分散的胶体，即得到组分B。9.将A和B两种组分按重量比1:1.1调制成混合物料。将上述混合物料压成6cm的板材进行以下测试保温层完全固化成型后耐酸、碱性分别为5%H2S04、3%HC1、5%NaOH点蚀方法(按GB/T1763-1989方法)进行测试，500h保温层表面无变化；导热系数为0.019W/m*k(30(TC时按GB/T10294-1988方法进行测定)；其薄层绝热性能详见表1。实施例21.称取甲基硅醇钠20g、水120g(二者重量比1:6)制备成140g水溶液，备用；2.称取500g珍珠岩，将珍珠岩加入到高速分散机中进行搅拌，至分散均匀，要求搅拌过程中存在物料的上下翻动运动；3.将甲基硅醇钠水溶液装入喷雾器中，在珍珠岩的搅拌过程中，逐步喷撒到珍珠岩颗粒表面，待喷撒完毕后，再高速搅拌40min，加热5(TC使水分蒸发，使珍珠岩颗粒表面干燥；4.分别称取硅灰石粉90g、滑石粉50g、水镁石粉80g、玻璃纤维30g、海泡石100g、硅藻土30g、玻璃微球40g、纳米三氧化二铝15g、纳米氧化锆15g、六偏磷酸钠30g，加入到装有已处理珍珠岩的高速分散机中进行均匀搅拌；5.将己均匀搅拌的上述物料取出备用，即得到1000g组分A;6.分别称取羧甲基纤维素10g、羟乙基纤维素20g、偏硅酸钠60、聚乙烯醇27g、聚苯烯酰胺8g，加入到高速分散机中；7.称取875g水倒入盛有上述物料的高速分散机中，均匀搅拌50min，使物料充分溶解；制备成均匀分散的胶体；8.将上述已充分溶解的物料经过三辊研磨机^f磨两次至三次，或采用胶体磨研磨二次，制备成均匀分散的胶体；即得到组分B;9.将A和B两种组分按重量比1:1.6调制成浆体物料。将上述浆体物料涂抹成厚度为6cm的板材进行以下测试保温层完全固化成型后耐酸、碱性分别为5%H2S04、3%HC1、5%NaOH，点蚀方法(按GB/T1763-1989方法)进行测试500h保温层表面无变化；导热系数为0.017W/m*kGOO。C时按GB/Tl0294-1988方法进行测定)；其薄层绝热性能详见表l。实施例31.称取甲基硅醇钠30g、水240g(二者重量比1:8)制备成270g水溶液，备用；2.称量580g珍珠岩，将珍珠岩加入到高速分散机中进行搅拌，至分散均匀，要求搅拌过程中存在物料的上下翻动运动；3.将甲基硅醇钠水溶液装入喷雾器中，在珍珠岩的搅拌过程中，逐步喷撒到珍珠岩颗粒表面，待喷撒完毕后，再高速搅拌60min，加热80。C使水分蒸发，使珍珠岩颗粒表面干燥；4.分别称取硅灰石粉70g、滑石粉40g、水镁石粉60g、玻璃纤维40g、海泡石70g、硅藻土40g、玻璃微球30g、纳米三氧化二铝10g、纳米氧化锆20g、六偏磷酸钠10g，加入到装有已处理珍珠岩的高速分散机中进行均匀搅拌；5.将已均匀搅拌的上述物料取出备用，即得到1000g组分A;6.分别称取羧甲基纤维素20g、羟乙基纤维素30g、偏硅酸钠50、聚乙烯醇40g、聚苯烯酰胺10g，加入到高速分散机中；7.称取850g水倒入盛有上述物料的高速分散机中，均匀搅拌50min，使物料充分溶解，制备成均匀分散的胶体；8.将上述己充分溶解的物料经过三辊研磨机研磨两次至三次，或采用胶体磨研磨二次，制备成均匀分散的胶体；即得到组分B;9.将A和B两种组分按重量比l丄8调制成浆体物料。将上述浆体物料涂抹成厚度为6cm的板材进行以下测试保温层完全固化成型后耐酸、碱性分别为5%H2S04、3%HC1、5MNaOH点蚀方法(按GB/T1763-1989方法)进行测试500h保温层表面无变化；导热系数为0.018W/m，k(30(TC时按GB/T10294-1988方法进行测定)；其薄层绝热性能详见表1。以O600mm(型材内径为$630mm)的管道为例进行成型制品的保温性能测试，其结果见表l。由表1中的数据可知，本发明涂料的单位保温层厚度最高降低温度(温度梯度降)为88°C/cm。表1本发明实施例所制备的保温层不同温度条件下的保温性能测试结果<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>注炉体内部温度采用热电偶方法进行测试；保^^层外部温度采用点温仪进行温度测试。权利要求1.一种薄层绝热防腐陶瓷涂料，其特征在于该涂料由A和B两种组分按重量比1∶1.1～1∶1.8混合而成，其中A组分由硅灰石粉、滑石粉、水镁石粉、玻璃纤维、海泡石、硅藻土、玻璃微球、珍珠岩、纳米三氧化二铝、纳米氧化锆、六偏磷酸钠和甲基硅醇钠组成，B组分由羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、偏硅酸钠、聚乙烯醇、聚苯烯酰胺和水组成。2.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于所述A组分中各物质的重量百分配比为硅灰石粉712%、滑石粉47%、水镁石粉610%、玻璃纤维2~4%、海泡石7~12%、硅藻土2~4%、玻璃微球3~5%、珍珠岩44~58%、纳米三氧化二铝卜2%、纳米氧化锆1~2%、六偏磷酸钠1~3%和甲基硅醇钠1~3%。3.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于所述B组分中各物质的重量百分配比为羧甲基纤维素0.5~2%、羟乙基纤维素1~3%、偏硅酸钠5~7%、聚乙烯醇1~4%、聚苯烯酰胺0.51%和水85~90%。4.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于该涂料由A和B两种组分按重量比1:1.11:1.6混合而成。5.—种制备权利要求1所述涂料的方法，其特征在于包括以下步骤(1)制备A组分①将甲基硅醇钠与水按重量比1:51:8制备成水溶液；②将甲基硅醇钠水溶液喷撒至珍珠岩表面，搅拌，加热使水分蒸发，使珍珠岩颗粒表面干燥；③将硅灰石粉、滑石粉、水镁石粉、玻璃纤维、海泡石、硅藻土、玻璃微球、纳米三氧化二铝、纳米氧化锆、六偏磷酸钠同已处理过的珍珠岩混合，高速均匀分散，得组分A，备用；(2)制备B组分①将偏硅酸钠溶于水中，均匀分散，得混合液h②将羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚乙烯醇溶于水中，搅拌溶解，研磨均匀，得混合溶胶2;◎将聚苯烯酰胺溶于水中，搅拌分散，得混合液3;将混合液l、混合溶胶2、混合液3三者混合在一起，高速均匀分散，得B组分；将A和B两种组分按重量比1:1.11:1.8混合，得到所述涂料。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于步骤(1)中的第②步搅拌时间为3060min，加热温度为50~80°C。全文摘要本发明涉及一种薄层绝热防腐陶瓷涂料及其制备方法。该涂料中的A组分有硅灰石粉、滑石粉、水镁石粉、玻璃纤维、海泡石、硅藻土、玻璃微球、珍珠岩、纳米三氧化二铝、纳米氧化锆、六偏磷酸钠和甲基硅醇钠，B组分有羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、偏硅酸钠、聚乙烯醇、聚苯烯酰胺和水。其制备方法是将甲基硅醇钠水溶液喷撒至珍珠岩表面，将硅灰石粉、滑石粉、水镁石粉、玻璃纤维、海泡石、硅藻土、玻璃微球、纳米三氧化二铝、纳米氧化锆、六偏磷酸钠同珍珠岩混合，得组分A；将偏硅酸钠、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚乙烯醇、聚苯烯酰胺溶于水中，得组分B；将A和B按重量比1∶1.1～1∶1.8混合而成。该涂料具有优异的隔热效果、保温性能、抗腐蚀性能。文档编号C04B35/632GK101125752SQ200710143579公开日2008年2月20日申请日期2007年8月10日优先权日2007年8月10日发明者刘京明,刘时军,雷封,杜玉成,谢爱清申请人:北京国科京彪新材料科技有限公司