一種納米耐高溫隔熱保溫涂料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種納米耐高溫隔熱保溫涂料，隔熱填料選擇SiO2氣凝膠、改性六鈦酸鉀晶須、硅酸鋁纖維、超細空心微珠、納米TiO2、Al2O3作絕熱填料，利用SiO2氣凝膠、空心微珠的納米微孔結構構成真空絕熱層，利用硅酸鋁纖維做增強、增韌材料，利用六鈦酸鉀晶須、納米TiO2、Al2O3的紅外遮光性能做輻射熱的屏蔽層，以硅樹脂乳液和丙烯酸乳液復配為膠粘劑，在多種功能助劑的配合下制備成耐600℃納米隔熱保溫涂料，本發(fā)明具有薄涂、絕熱、防水、抗裂、防腐、耐高溫、耐候耐久等特性，適于在工業(yè)耐高溫隔熱節(jié)能領域推廣應用。
【專利說明】一種納米耐高溫隔熱保溫涂料
[0001] 所屬發(fā)明領域
[0002] 本發(fā)明涉及工業(yè)耐高溫隔熱節(jié)能防護涂料【技術領域】，具體說是涉及到一種納米耐 高溫隔熱保溫涂料。

【背景技術】
[0003] 眾所周知，為了實現(xiàn)生態(tài)環(huán)保、節(jié)能減排的目標，對工業(yè)輸熱管道、熱力設備等金 屬結構表面必須采取有效的隔熱保溫防腐措施。現(xiàn)有技術中，傳統(tǒng)的隔熱保溫材料如巖棉 氈、無機保溫砂漿、聚苯泡沫板、發(fā)泡聚氨酯等使用的較為廣泛，但是這些傳統(tǒng)的保溫材料 的使用必須要達到一定厚度才能有較好的保溫性能，在施工中比較費時費力，施工質量決 定著其防水性差，對于戶外還存在著陽光照射容易出現(xiàn)保溫層開裂、滲水，直接影響金屬表 面的防腐性能。而使用有機高分子發(fā)泡材料做保溫層，其耐燃性較差，存在一定的火災隱 患。所以近年來國內外都在研制新型保溫材料來替代傳統(tǒng)的保溫材料。其中，以空心微珠 為主要填料開發(fā)輕質、薄層、高溫隔熱的納米涂料成為該領域的研究熱點。雖然陸續(xù)推出了 一些這類保溫材料的制備方法，但是都不是很成熟，還處在研究階段，距離大規(guī)模推廣應用 還有一定的差距。盡快研制出一種涂層具有薄涂、絕熱、耐高溫、防水、抗裂、防腐、隔音、耐 候耐久等特性的成納米耐高溫隔熱保溫涂料是本【技術領域】當前的重要任務。


【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)保、薄層、耐高溫、絕熱、防水、防腐的水性納米耐高 溫隔熱保溫涂料，并提供其制備方法。
[0005] 為了達到上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案：一種納米耐高溫隔熱保溫涂料， 隔熱填料選擇二氧化硅氣凝膠、改性六鈦酸鉀晶須、硅酸鋁纖維、超細空心微珠，而納米二 氧化鈦、納米三氧化二鋁作為絕熱填料，利用二氧化硅氣凝膠、空心微珠的納米微孔結構構 成真空絕熱層，利用硅酸鋁纖維做增強和增韌材料，利用六鈦酸鉀晶須、納米二氧化鈦、納 米三氧化二鋁的紅外遮光性能做輻射熱的屏蔽層，以硅樹脂乳液和丙烯酸乳液復配為膠粘 齊U，在多種功能助劑的配合下制備成耐600°C溫度的納米隔熱保溫涂料；具體配方組成如 下：
[0006] 組分 質量分數/% 去離子水 5-15 15%二氧化硅氣凝膠漿 20-30 80%改性六鈦酸鉀晶須漿料 2-3 硅酸鋁纖維 4-6 超細空心微珠 10-15 20%納米二氧化鈦漿料 10-15 25%納米三氧化二鋁漿料 10-15 硅樹脂乳液 15-25 丙烯酸乳液 5-15 分散劑5040 0. 5-1.0 潤濕劑x-405 0. 1-0. 3 消泡劑NXZ 0. 2-0. 6 防閃銹劑 0. 3-0. 5 乙二醇 1-2 增稠劑 0. 5-1. 5 PH值調節(jié)劑AMP-95 0. 1-0. 5
[0007] 上述各組份成分含量單位按質量分數計。
[0008] 納米耐高溫隔熱保溫涂料制備工藝步驟如下：
[0009] a.改性六鈦酸鉀晶須漿料的制備
[0010] 將2-4份硅烷偶聯(lián)劑KH-570、2-3份分散劑5040、0. 3-0. 5份潤濕劑X-405、 0. 3-0. 5份消泡劑NXZ、1-2份PH值調節(jié)劑AMP-95加入13-16份去離子水中，攪拌均勻后加 入六鈦酸鉀晶須80份，高速分散lh，制成80%的六鈦酸鉀晶須漿料；
[0011] b.二氧化硅氣凝膠漿料的制備
[0012] 將2-3份分散劑5040、0. 3-0. 5份潤濕劑x-405、0. 3-0. 5份消泡劑NXZ，1-2份穩(wěn) 定劑、1-2份PH值調節(jié)劑AMP-95加入去離子水中，攪拌分散均勻，緩慢加入15份二氧化硅 氣凝膠，分散均勻后超聲波振蕩0. 5h，再經藍式研磨機研磨制備成15 %的氣凝膠漿料；
[0013] c.納米三氧化二鋁漿料的制備
[0014] 將67份去離子水加入分散罐中，中速攪拌下加入0. 5-1份硅烷偶聯(lián)劑KH-570、 0. 5-1份分散劑BYK-190、0. 5份潤濕劑PE-100、0. 3-0. 5份消泡劑BYK-26、0. 2份PH值調節(jié) 劑AMP-95、0. 5份防沉劑納米FC-818、25份納米三氧化二鋁，高速分散1小時，再經精細研 磨成水性漿料，制備成25%的納米三氧化二鋁漿料。
[0015] d.納米二氧化鈦漿料的制備（以下均為質量分數）
[0016] 將78份去離子水加入分散罐中，中速攪拌下加入0. 8-1. 2份硅烷偶聯(lián)劑KH-570、 0. 5-1份分散劑BYK-190、0. 5份潤濕劑PE-100、0. 3份消泡劑BYK-26、0. 2份PH值調節(jié)劑 AMP-95、20份納米金紅石型二氧化鈦，高速分散1小時，再經精細研磨成水性漿料。
[0017] e.納米耐高溫隔熱保溫涂料的制備
[0018] 將去離子水、乙二醇、分散劑5040、潤濕劑X-405、消泡劑NXZ、防閃銹劑、醇酯-12、 增稠劑、PH值調節(jié)劑AMP-95、硅樹脂乳液、丙烯酸乳液加入分散釜中，攪拌勻后加入二氧化 硅氣凝膠漿、改性六鈦酸鉀晶須漿、納米三氧化二鋁漿料、納米二氧化鈦漿料、硅酸鋁纖維、 超細空心微珠，中速分散均勻成稠漿狀涂料，構成納米耐高溫隔熱保溫涂料。
[0019] 上述制備工藝中所述各組份成分含量單位均按質量分數計。
[0020] 本發(fā)明各組分選擇機理是：
[0021] 1.所述膠粘劑，膠粘劑是以硅樹脂乳液和丙烯酸乳液復配而成，有機硅樹脂是制 備耐高溫涂料的常用成膜物。在有機硅高聚物中，Si-Ο鍵的共價鍵能（451kJ/mol)比普通 有機高聚物中的C-C鍵的鍵能（346kJ/mol)大，而且Si-Ο原子形成d-ρπ鍵，增加了高聚 物的穩(wěn)定性。有機硅高聚物中Si原子上連接羥基受熱氧化后，生成的是高溫交聯(lián)的更加穩(wěn) 定Si-0-Si鍵，能防止其主鍵的斷裂降解。也就是說，在受熱氧化時，形成Si-0-Si鍵保護 層，減輕了對高聚物的內部影響。有機硅樹脂乳液是一種高分子三維交聯(lián)化合物，涂膜呈剛 性，導熱系數較小[0. 19wAm. k)]，耐高溫性好，防水抗?jié)B性優(yōu)異，附著力強，但耐低溫柔性 差。自交聯(lián)彈性丙烯酸乳液，玻璃化溫度低，導熱系數低、彈縮性好、耐低溫性優(yōu)異、防水抗 滲性佳、附著力好等優(yōu)點，但是耐高溫性差。將兩種乳液以一定比例混配復合作粘結劑，制 備的隔熱涂料既保持了硅樹脂的突出優(yōu)點，也保持了丙烯酸樹脂的長處，可獲得取長補短、 優(yōu)勢互補之效果。
[0022] 2.所述納米二氧化硅氣凝膠（Si02氣凝膠）、硅酸鋁纖維和超細空心微珠等 隔熱填料：二氧化硅氣凝膠是一種保溫隔熱性能優(yōu)秀的輕質納米多孔非晶固體材料，其 孔隙率高達80-99%，孔洞的平均孔徑為20nm，比表面積為600-1000m 2/g，表觀密度為 0. 003-0. 35cm3/g，室溫導熱系數可低達0. 013-0. 043WAm. k)，且高溫下不分解，無有害氣 體放出，其保溫隔熱原理有三，（1)固體熱傳導：二氧化硅氣凝膠是由若干Si-0-Si基團相 互連接聚集形成的納米三維網絡骨架結構，由于近無窮多納米孔的存在，固體熱傳遞只能 沿著孔壁傳遞，近無窮多氣孔壁構成了近于"無窮長路徑"效應，使得固體熱導率降到幾乎 最低極限。（2)對流熱傳導：二氧化硅氣凝膠的介孔尺寸為2-50nm，當材料中的氣孔直徑小 于70nm時，孔內的空氣分子就失去了自由流動的能力，相對地附著在氣孔壁上，此時，納米 孔處于近似真空狀態(tài)，材料中的空氣對流減弱到最小極限。（3)輻射熱傳導：輻射傳導熱是 一種非接觸式的熱量傳遞。由于氣凝膠為均勻的納米氣孔，且具有極低的體積密度，使材料 內部氣孔壁數目趨于"無窮多"，而每個氣孔壁都有遮陽板的作用，從而產生近于"無窮多遮 陽板"效應，使輻射傳熱下降到最低極限。但是高溫條件下產生的輻射熱卻能幾乎全部透過 氣凝膠材料，失去"遮陽板"效應，并隨溫度升高輻射熱的傳導率會急劇上升，因此需要添加 紅外遮光劑以降低其輻射傳導熱導率。另外單純二氧化硅氣凝膠涂膜機械強度低、韌性差， 所以要與機械強度較高的多孔絕熱材料和韌性纖維復合。本發(fā)明選擇硅酸鋁短切纖維作 為韌性纖維，硅酸鋁短切纖維，纖維長度〇· 15-2. 5um，纖維直徑2-4um，壓縮狀態(tài)下密度為 0. 13-0. 20g/cm3,導熱系數為0. 036-0. 060WAm. k);具有優(yōu)良的柔韌性、化學穩(wěn)定性、抗腐 蝕性、耐高溫性、吸音性，具有抗拉強度大、低導熱率、低熱容量、低密度等特點。保溫涂料中 加入適量的硅酸鋁纖維，利用其在涂層中的亂向分布，構立體網絡結構，不但提高了涂層的 孔隙率，同時也增強了涂層的粘結強度、抗拉強度和柔韌抗裂性。本發(fā)明選擇超細空心微珠 為多孔絕熱材料，超細空心微珠內部呈微小的多孔性空心結構，表面由纖維空心網狀結構 構成堅硬的外殼，外殼里存在著一定的靜態(tài)空氣層?？箟簭姸葹?000-7000kg/cm 2,導熱系 數為0. 07-0. 12WAm ·!〇，耐熱度達到1500°C。其典型特征和物理特性為：球型、超細、流動 好沖空、超輕、密度低；多孔、潤滑易填充；抗壓、增韌、硬度高；阻燃、隔熱、耐高溫；隔音、 絕緣、防靜電；防水、防腐、低收縮；無毒、防菌、耐酸堿，與硅酸鋁短切纖維和二氧化硅氣凝 膠復合后構成隔熱填料。
[0023] 3.所述由六鈦酸鉀晶須、納米二氧化鈦（納米Ti02)、納米三氧化二鋁（納米 A1203)構成的防輻射熱屏蔽層，六鈦酸鉀晶須的組成為K2Ti 6013，結構為連鎖隧道式結構， K+離子居隧道中間，具有較高的穩(wěn)定性，從而使六鈦酸鉀晶須具有高溫吸音、化學穩(wěn)定性、 絕緣性、反射紅外線、優(yōu)良的防腐性能等。六鈦酸鉀晶須作為隔熱材料主要基于結構隔熱、 物理隔熱、紅外線反射三點。其松散密度為0. l-o. 3g/cm3,比表面積為本llm2/g，介孔尺寸 為：直徑〇· 8-1. 2um、長度30-50um，導熱系數低（常溫下0· 0534WAm. k)，且具有負溫度系 數（溫度越高導熱系越低，），紅外線透過率?。涸诓ㄩL〇. 9-2. 4um范圍，厚0. 25umPTW透過 率僅為8. 4%。且無毒無害，使用壽命長，可以耐1200°C的高溫，耐酸耐堿，耐磨絕緣，力學 和物理性能好，廣泛應用于隔熱材料、摩擦材料、絕緣材料、耐火材料等領域。是一種優(yōu)良 的開發(fā)紅外線反射涂料和耐熱隔熱涂料的功能填料。當六鈦酸鉀晶須：二氧化硅氣凝膠= 3 : 7(質量比）時，制備的隔熱涂料其涂層的導熱系數為0.027WAm.k)，且常規(guī)物化性能 也較好。納米二氧化鈦、納米三氧化二鋁，表面活性強、折光指數高、高溫穩(wěn)定性好，納米金 屬鋁粉和二氧化鈦具有優(yōu)異的遠紅外發(fā)射性，且能提高涂層的致密性、韌性和熱輻射率。 [0024] 所述助劑均為常規(guī)水性涂料用助劑，獲取容易。
[0025] 對本發(fā)明進行檢測，其主要性能如下：
[0026]

【權利要求】
1. 一種納米耐高溫隔熱保溫涂料，隔熱填料選擇二氧化硅氣凝膠、改性六鈦酸鉀晶須、 硅酸鋁纖維、超細空心微珠，而納米二氧化鈦、納米三氧化二鋁作為絕熱填料，利用二氧化 硅氣凝膠、空心微珠的納米微孔結構構成真空絕熱層，利用硅酸鋁纖維做增強和增韌材料， 利用六鈦酸鉀晶須、納米二氧化鈦、納米三氧化二鋁的紅外遮光性能做輻射熱的屏蔽層，以 硅樹脂乳液和丙烯酸乳液復配為膠粘劑，在多種功能助劑的配合下制備成耐600°c溫度的 納米隔熱保溫涂料；具體配方組成如下：
上述各組份成分含量單位按質量分數計。
2. 如權利要求1所述納米耐高溫隔熱保溫涂料的制備方法：其制備工藝步驟為： a. 改性六鈦酸鉀晶須漿料的制備 將2-4份硅烷偶聯(lián)劑KH-570、2-3份分散劑5040、0. 3-0. 5份潤濕劑x-405、0. 3-0. 5份 消泡劑NXZ、1-2份PH值調節(jié)劑AMP-95加入13-16份去離子水中，攪拌均勻后加入六鈦酸 鉀晶須80份，高速分散lh，制成80%的六鈦酸鉀晶須漿料； b. 二氧化硅氣凝膠漿料的制備 將2-3份分散劑5040、0. 3-0. 5份潤濕劑x-405、0. 3-0. 5份消泡劑NXZ，1-2份穩(wěn)定劑、 1-2份PH值調節(jié)劑AMP-95加入去離子水中，攪拌分散均勻，緩慢加入15份二氧化硅氣凝 膠，分散均勻后超聲波振蕩0. 5h，再經藍式研磨機研磨制備成15 %的氣凝膠漿料； c. 納米三氧化二鋁漿料的制備 將67份去離子水加入分散罐中，中速攪拌下加入0. 5-1份硅烷偶聯(lián)劑KH-570、0. 5-1 份分散劑BYK-190、0. 5份潤濕劑PE-100、0. 3-0. 5份消泡劑BYK-26、0. 2份PH值調節(jié)劑 AMP-95、0. 5份防沉劑納米FC-818、25份納米三氧化二錯，高速分散1小時，再經精細研磨成 水性漿料，制備成25%的納米三氧化二鋁漿料。 d. 納米二氧化鈦漿料的制備（以下均為質量分數） 將78份去離子水加入分散罐中，中速攪拌下加入0. 8-1. 2份硅烷偶聯(lián)劑KH-570、0. 5-1 份分散劑BYK-190、0. 5份潤濕劑PE-100、0. 3份消泡劑BYK-26、0. 2份PH值調節(jié)劑AMP-95、 20份納米金紅石型二氧化鈦，高速分散1小時，再經精細研磨成水性漿料。 e. 納米耐高溫隔熱保溫涂料的制備 將去離子水、乙二醇、分散劑5040、潤濕劑x-405、消泡劑NXZ、防閃銹劑、醇酯-12、增稠 齊[J、PH值調節(jié)劑AMP-95、硅樹脂乳液、丙烯酸乳液加入分散釜中，攪拌勻后加入二氧化硅氣 凝膠漿、改性六鈦酸鉀晶須漿、納米三氧化二鋁漿料、納米二氧化鈦漿料、硅酸鋁纖維、超細 空心微珠，中速分散均勻成稠漿狀涂料，構成納米耐高溫隔熱保溫涂料。 上述制備工藝中所述各組份成分含量單位均按質量分數計。
【文檔編號】C09D183/04GK104231917SQ201410536151
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月13日 優(yōu)先權日:2014年10月13日
【發(fā)明者】劉成樓, 唐國軍 申請人:北京國泰瑞華精藻硅特種材料有限公司