耐高温隔热保温涂料的研制

维普资讯 http://www.cqvip.com ８　涂装与电镀　２００７第５期　耐高温隔热保温涂料的研制　洪晓　朱长林　（１　北京国邦技术发展中心，北京，１０００４４；　２辽宁省盘锦高新节能设备有限公司，辽宁盘锦，１２４０００）　摘要采用水性有机硅树脂和无机硅酸钠溶液共混改性后而制备的黏结剂为基料，以缩合磷酸铝为反应固化　剂，通过添加空心陶瓷微珠和金属铝粉等功能性填料，制得耐６００＇Ｅ高温、隔热保温效果显著的隔热涂料。　关键词　耐高温；隔热保温；隔热涂料　１前言　２实验部分　随着我国工业生产步伐的加快和城镇集中供热　２．１主要原料　工程的发展，特别是热电联供产业的迅速发展，高温　（１）硅酸钠：山东东岳化工有限公司；　管道工程的建设将进入了一个新的发展阶段。为实　（２）耐高温有机硅乳液：美国道康宁公司；　现节能减排目标，高温管道保温工程将朝着降低成　（３）环氧树脂乳液：无锡新材料发展有限公司；　本、延长寿命、提高节能效率等目标推进，具体保温　（４）乙醇胺：河北海森化工有限公司；　应用技术向高效、薄层、隔热防水外护一体化的方向　（５）浓硫酸：市售工业品；　发展。　（６）乳化剂ＯＰ一１０：市售工业品；　目前大量应用的１３０℃以下的热水及低压蒸汽　（７）空心陶瓷微珠：青岛大洋材料有限公司；　管道一般采用聚氨酯泡沫保温加高密度聚乙烯夹克　（８）缩合磷酸铝：湖北三特化工有限公司；　结构；而１３０２２以上的高温管道多数采用无机与有　（９）高岭土：山西琚丰高岭土有限公司；　机相结合或纯无机的复合保温结构，如微孔硅酸钙　（１（＝９云母粉：安徽省滁州格锐矿业有限公司；　与聚氨酯泡沫的复合；玻璃棉或岩棉与聚氨酯泡沫　㈣海泡石粉：河南方正粉体材料有限公司；　的复合；硬质硅酸盐复合绝热管壳与聚氨酯泡沫的　铝粉：山西晋中金属粉体材料有限公司。　复合；玻璃棉或岩棉与空气层结构的复合等。这些　２．２主要仪器设备　传统的高温管道隔热保温措施存在着保温层厚、接　三口烧瓶（１０００ｍＬ）、调温电热套（１０００ｍＬ）、ＪＪ一　缝过多、附着力差防水性不好等缺点。　１型定时电动搅拌器、ＥＦＪ一４ＯＯ砂磨搅拌分散机、　以改性无机黏结剂为基料，采用抗热性强的空　１０１ＦＡ一００型电热鼓风干燥箱、ＳＸ２．５—１０箱式电阻　心陶瓷微珠和金属铝粉作主导填料，利用缩合磷酸　炉、ＡＰ一８００激光测温仪、２”（５１ｍｍ）￣１］子等。　铝为反应固化促进剂，研制而成的耐高温隔热保温　２．３耐高温隔热保温涂料的制备　涂料，应用于各种工业高温管道表面，在高温热环境　２．３．１无机改性黏结剂的配制　中，由轻质、中空、疏松的陶瓷微珠多级组合和金属　硅酸钠：水：有机硅乳液：环氧树脂乳液：乳化剂　铝粉形成的无机涂膜，利用其热导率极低的空气微　０Ｐ一１０：硫酸稀释液（１０％）：乙醇胺：１００：３０：１０：３：　孔层和反射层来阻隔热能传递，有效抑制辐射传热　２：３：１（质量）。　和对流传热，从而达到降低涂覆表面的热平衡温度，　按配方秤取硅酸钠和水放人三口烧瓶内，开动　隔热保温效果显著。　电动搅拌器，使其转速为３０００转／分，然后通电加　收稿日期：２００ｒ７—（ｙ７—２５　作者简介：洪晓（１９６４一　），男，高级工程师，北京国邦技术发展中心总工程师，主要从事特种功能性涂料的研究开发工作。　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年１０月　洪晓：耐高温隔热保温涂料的研制　９　温，当三口烧瓶内的料温达到９０℃时，依次慢慢加　人其余物料。加料完毕后恒温继续搅拌ｌ５分钟，然　后停止加热，冷却静置过滤，即得无机改性黏结剂。　２．３．２耐高温隔热保温涂料的配制　３．２涂膜隔热保温性能　将涂有ｌｍｍ厚涂膜的钢板样品，涂层朝外放置　于ＳＸ２—５—１０箱式电阻炉的炉膛口上，钢板正好封　闭电阻炉的整个炉膛口，电阻炉通电加温后，在加热　相同的时间内，记录电阻炉温度控制器显示的炉内　温度与ＡＰ一８００激光测温仪测得的涂层表面温度，　二者温度作比较显示温差数值见表２。　表２涂层表面与炉内在相同条件下测试的温度　改性无机黏结剂：水：高岭土：云母粉：海泡石　粉：空心陶瓷微珠：铝粉＝５００：５０：８０：６０：１００：１５０：　２０（质量）。　将原料按配比依次加人改性黏结剂、水、高岭　土、云母粉、海泡石粉、铝粉混合后，用ＥＦＪ一４００砂　磨搅拌分散机高速分散研磨２ｈ，最后加人空心陶瓷　微珠低速搅拌均匀，制得耐高温隔热保温涂料Ａ组　分。Ｂ组分为反应固化剂缩合磷酸铝。　２．４耐高温隔热保温涂膜的制备　取涂料Ａ组分９６克，Ｂ组分４克，混合搅拌均　匀，调节合适的施工黏度，用２”（５１ｒａｍ）刷子涂覆于　１３０ｒａｍ×８０ｒａｍ的冷轧钢板上（钢板厚度为３ｍｍ），　室温凉干固化２４ｈ后，测得涂膜厚度为ｌｍｍ。　２．５耐高温隔热保温涂膜的烧结固化　施工好的涂膜，在室温下放置２４ｈ进行预固化，　然后放人１０１ＡＦ一００型电热鼓风干燥箱内进行烧结　固化，烧结固化时升温要慢，加热要均匀。　固化条件为：６０℃，０．５ｈ；８０℃，１．５ｈ；１００ｏＣ，　０．５ｈ；１５０ｏＣ，２ｈ，最后自然冷却至室温。　３　性能测试　３．１涂膜基本性能　依据国家相关标准进行测试，结果见表１。　表１涂膜性能指标　项ｇｔ　检验结果　测试标准　外观　灰色粘稠体　目测　固体含量％　≥５０　ＧＢ１７２５—１９７９（８９）　干燥时间　表干１０ｍｉｎ实干４ｈ　ＧＢ／Ｔ１７２８—１９８９　附着力　２级　ＧＢ９２８６—１９８８　耐冲击　５０ｅｍ　ＧＢ／Ｔ１７３２—１９９３　硬度（邵氏Ｄ）　７０　ＧＢ／＇Ｉ２４１１—１９８０　耐热性　无脱落、无起皮、　ＧＢ／Ｔ１７３５一　（６００℃，１０　ｈ）　无开裂　１９７９（８９）　（４０℃性无脱　ＧＢ／Ｔ１７３３－（　９６ｈ　，　）　无开裂　～　１９９３　…　耐盐雾（５００ｈ）无脱　皮、Ｇ　７７ｌ－１９９１　外光４００ｈ）　无脱落、无开裂　ＳＹ／Ｔ０３２０　８Ｂ　注：测试时环境温度２６℃。　４无机黏结剂的综合改性原理　硅酸钠的成膜主体是胶体二氧化硅，在水溶液　中水解成硅酸或与空气中的二氧化碳发生作用，形　成硅酸并逐渐干燥而固化。其固化成膜机理如下：　Ｎａ２０‘ｎＳｉ０２＋（２ｎ＋１）Ｈ２０—２ＮａＯＨ＋ｎＳｉ（ＯＨ）４　Ｎａ２０。ｎＳｉ０２＋２ｎＨ２０＋Ｃ０２一ＮａｚＣ０３＋ｎＳｉ（ＯＨ）４　ｍＳｉ（０Ｈ）４塑［ｓｉ（ｏＨ）４］ｍ墼　ｉ０２　从上述的成膜机理可以看出：由于涂膜中存在　大量游离的钠离子和ＯＨ一离子可以进人水中，所以　钠水玻璃可以溶于水；形成的…Ｓｉ　Ｏ　Ｓｉ一无机涂　层当中，硅氧键的脆性大，因而涂膜易收缩干裂。为　克服这些缺陷，可以通过以下的改性措施来提高涂　膜的综合性能。　４．１硅酸钠的酸改性　由于硅酸钠溶液Ｎａ一０键与Ｓｉ一０键对氢离子　不稳定，引人无机酸可提高其模数，增大一Ｓｉ一０一Ｓｉ　一链的网状结构；同时加人有机助剂，用憎水基取代　一部分硅酸钠溶液两端的钠离子，可促进硅酸钠溶　液干燥成膜后耐水性的提高。加人硫酸，其固化反　应如下：　Ｎａ２０‘ｎＳｉ０２＋ｍＩ－Ｉ２０＋Ｈ２Ｓ０　ＮａｚＳ０４＋ｎＳｉ０２　（ｍ＋１）Ｈ２０　４．２与耐高温有机树脂的复合使用　将耐高温有机树脂与硅酸钠无机基料复合使　用，有机树脂可以填充在一Ｓｉ…０　Ｓｉ　网状结构的　间隙中，既可以屏蔽残存的羟基，减少涂膜对水的敏　感性；又可以有机物较好的弹性弥补硅氧键的韧性　维普资讯 http://www.cqvip.com

１Ｏ　涂装与电镀　２００７第５期　不足，提高涂膜抗干裂性能。而硅氧键在有机高分　子中形成了一个硬度较高的网状结构，这又增加了　有机膜的强度和耐温性，二者相辅相成，形成性能优　异的复合涂膜。　４．３反应固化剂的应用　反应固化剂缩合磷酸铝在涂料中缓慢水解，释　放出氢离子，氢离子与硅酸钠溶液反应，使其析出胶　体二氧化硅，胶体二氧化硅自行缩合形成以一Ｓｉ一０　一Ｓｉ一为主链的无机网状薄膜，磷酸根则与金属铝　离子、钠离子等反应形成不溶水的复盐。其固化反　应过程如下：　３Ｎａ２０・ｎＳｉＯ２＋Ａ１（ＰＯ３）３（ＯＨ）２＋（６ｎ＋３）Ｈ２　３ｎＳｉ（ＯＨ）４＋２Ｎａ３（ＰＯ３）３（ＯＨ）２＋２ＡＪ（ＯＨ）３一　Ａｌ（Ｐ０３）（ＯＨ）２‘Ｎａ３（Ｐ０３）３（ＯＨ）２　５分析讨论　５．１涂膜基本性能分析　由表１可知：采用了改性无机黏结剂，涂料的各　项性能指标均得到了很大提高。无机型涂料一般表　现出涂膜性脆易开裂、耐水性不好、柔韧性差等缺　点，通过对基料的综合改性和引入了耐高温有机树　脂的复合应用，无机有机优势互补，既保证了耐高温　性能优异的突出特点，又提高了涂料的附着力、耐水　性、柔韧性等综合性能。　５．２硅酸钠和有机树脂复配的稳定性　硅酸钠溶液和有机高分子树脂乳液均属胶体溶　液，选用复配混合时二者必须电性能一致方能保证　体系的稳定。如果乳液所带电荷与硅酸钠溶液不一　致，就会出现硅溶胶的凝胶化和破乳。　实验结果表明：耐高温有机硅树脂乳液和水性　环氧树脂乳液与硅酸钠溶液的电性能一致，混合体　系稳定性良好，制备的涂料样品在常温条件下贮存　了１８个月未见异常，涂料具有长期的贮存稳定性。　５．３涂料填料的选择性　耐高温隔热保温涂料在高温环境中保持优异的　耐温性，其骨架填料的作用功不可没。骨架填料对　无机基料的耐温性起着补强作用。因此，骨架填料　必须选择无机惰性、耐温性高的增强材料。以它们　的稳定性保持有效的骨架成分，而且长时间保持高　效的隔热性。同时，骨架填料还可降低黏结剂固化　时的收缩率，防止气泡及裂纹产生，使涂层强度提　高。另一方面，填料选择不当会造成涂料体系的不　稳定。属于这类填料的有氧化锌、轻质碳酸钙等。　这是因为这些活性填料中的游离金属离子具有导致　某些阴离子乳化剂的乳液破乳胶凝的可能性，所以　应对填料精心试验，选择使用。　５．４涂料隔热保温性能分析　众所周知，热传递主要有三种形式：传导传热，　对流传热及辐射传热。特别是在较高温度下，随着　受热分子动能的增大，以电磁波的形式向四周辐射　能量的能力增强，温度越高，辐射能力越强。辐射出　来的能量与绝对温度的四次方成正比，所以在高温　环境中热辐射成为传热的重要形式。　由于在耐高温隔热保温涂料中选用了空心陶瓷　微珠和金属铝粉配套应用，细微的铝粉在涂层中形　成金属反射层，提高了涂层的热反射率；空心陶瓷微　珠多级组合形成的低导热率的静止空气层。通过涂　层的反射层对热能辐射的反射作用和静止空气层对　辐射和对流传热的有效抑制，使绝大部分的辐射热　能被反射阻隔，等于有效地提高了高温条件下涂层　的总热阻。由表２可知，随着电阻炉温度的升高，炉　内温度与钢板涂层表面温度之间始终保持一定的温　度差，说明涂层的隔热保温效果显著。　６结语　采用水性有机硅树脂和无机硅酸钠溶液共混改　性后而制备的黏结剂为基料，以缩合磷酸铝为反应　固化剂，通过添加空心陶瓷微珠和金属铝粉等功能　填料而制得的耐高温隔热保温涂料，涂覆于３ｍｍ厚　的冷轧钢板上形成ｌｍｍ厚的涂层，在６００￣Ｃ温度下　工作１０ｈ，涂膜不鼓泡、不开裂、附着力强、硬度高、　耐水性好，隔热保温效果显著。可广泛应用于石油、　化工、冶金、电力、矿山、船舶、食品加工、军事等行业　的高温场所，如烟囱、管道、炉窑、石油裂解装置、武　器装备等，极具市场开发潜力。　参考文献　［１］贺孝先等．无机胶粘剂［Ｍ］．北京：化学工业出版社，　２００３：１４—１７　［２］徐峰．无机涂料与涂装技术．北京：化学工业出版社，　２０ｏ２：９—１３　（下转７页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

２ＯＯ７年１０月　涂料生产防火防爆导则　７　进入仓库和堆场的机动车辆必须安装防火罩，　业。　严禁拖拉机进入。　十四、安全规章制度　各种机动车辆在装卸物品后，不得在仓库和堆　建立健全涂料安全生产规章制度，应包括安全　场停放和修理。　生产责任制、安全操作规程、基本的安全管理制度。　不准设置移动式照明灯具。　十五、安全培训　保持通风良好，并对库房温度、相对湿度进行监　主管负责人、专业管理人员和生产人员必须按　控，做到人离电关。　安全管理部门规定，经过安全培训并取得上岗资格　禁止使用家用电器和使用液化气取暖、加热装　证。　置。　十六、应急预案　禁止吸烟、带火种和明火作业。除非经批准并　必须建立应急预案，并进行定期、分级的演练。　按作业许可证制度办理了相关手续方可进行明火作　（上接】Ｏ页）　Ｔｈｅ　Ｄｅｖｅｌｏｐ　ｏｆ　Ｄｏｐｅ　Ｗ１ｌｉｃｈ　Ｔａｋｅ　ｏｎ　Ｈｉｇｈ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ—Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　ａｎｄ　Ｈｅａｔ　Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ　Ｘ／ａｏ　Ｚｈｕ　Ｃｈａｎｇｌｉｎｇ　（１　Ｂｅｉｊｉｎｇ　ｇｕｏｂａｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｃｅｎｔｅｒ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１０００４４；　２　Ｐａｎｊｉｎ　ｈｉｇｈ＆ｎｅｗ　ｓａｖｅ　ｅｎｅｒｙｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｐａｎｊｉｎ，１２４０００）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｕｓｉｎｇ　ｃｏｈｅｓｉｖｅ　ｍａｄｅ　ｂｙ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｍｉｘｔｕｒｅ　ｏｆ　ｈｙｄｒａｔｅｄ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｓｉｌｉｃｏｎｅ　ａｎｄ　ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　ｓｏｄｉｕｍ　ｓｉｌｉｃａｔｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ａｓ　ｂａｓｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌ，ｕｓｉｎｇ　ｃｏｎｔｒａｃｔ　ｌａｕｍｉｎｕｍ　ｐｈｏｓｐｈａｔｅ　ａｓ　ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ，ｖｉａ　ａｄｄｉｎｇ　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｓｐａｃｋｌｅ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｈｏｌｌｏｗ　ｐｏｔｔｅｒｙ－　ｍｉｃｒｏ—ｂｅａｄ　ａｎｄ　ｍｅｔａｌ　ａｌｕｍｉｎｉｍｕ　ｐｏｗｄｅｒ，ｈｅａｔ　ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｐｒｅｓｅｒｖｉｎｇ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｃａｎ　ｂｅ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｐｒｏｍｉｎｅｎｔ　ａｔ　ｔｏｌｅｒａｔｉｎｇ　ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｅ　ｕｐ　ｔｏ　６００￣Ｃ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ—ｒｅｓｉｓｔａｎｔ；ｈｅａｔ　ｉｓｎｕｌａｔｉｏｎ；ｄｏｐｅ　ｏｆ　ｈｅａｔ　ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ　２００７成都地区表面工程行业年会隆重召开　２００７成都表面工程行业年会于９月１２日一１４　工有限公司总经理彭明代表参展商讲话。　日在成都市都江堰灵岩山庄召开。会议由成都表面　会议就电镀废水零排放与生态循环、化学镀镍　工程行业协会主办，北京电镀协会、上海市电镀协　磷合金、镁合金表面陶瓷化、碱性无氰镀铜、除油溶　会、重庆市涂料涂装行业协会及电镀行业协会、《电　液分离过滤设备、电泳涂装等技术问题进行了认真　镀与精饰》编辑部、杭州三达过滤设备有限公司等　的交流。　３Ｏ个单位协办，中国表面工程协会及其电镀分会、　会议代表与参会的２０多家设备及材料生产厂　涂装分会等２９个全国及地方协会来电祝贺。来自　商进行了充分的洽谈商讨。　各省市及川内的代表２００余人参加会议。　都江古堰迎佳宾，金秋送爽更喜人，会议在热　会议由成都表面工程行业协会理事长费竹龄主　烈、和谐的气氛中进行，代表们共祝表面工程行业兴　持。成都市经委领导周德贵到会作了指示，沈阳表　旺发达，相约来年再相聚。　面工程协会会长刘宝玺代表参会的重庆、沈阳、大　本刊代表出席了会议，并与会议代表进行了广　连、太原、芜湖、江苏等兄弟协会致词。开封安迪化　泛的交流。　（林工）