CN115160840A - 一种无机涂料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无机涂料及其制备方法与应用。本发明中的无机涂料可常温固化，节省能源，减少排放，耐温幅度在‑80℃～1000℃，25℃固化好的涂层导热系数只有0.05W/m·K。本发明的无机涂料形成的涂层的防腐耐酸碱性能强，疏水效果好，疏水角度最高可达120°，进而防止水汽进入基材底部，从而可增长其使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于涂料技术领域，尤其涉及一种无机涂料及其制备方法与应用。
背景技术
由于环境温度持续上升及能源损耗问题，所以对于各种高温运输热管道、烟囱、阀门等高温设备表面必须采取有效的隔热保温措施，以减少热量丢失与能源的损耗，还减少了工作环境中由于操作失误引起的高温对人体的伤害。但是传统的耐高温隔热保温涂料固化时间长，涂层真空致密结构差，防水防腐功能差，施工麻烦，并且需要在配方中添加有机树脂，对环境不友好，所以为了改善这些缺陷，最大限度的实现节能减排，保护环境，减少国民经济损失，亟待开发一种解决上述问题的涂料。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明第一个方面提出一种无机涂料，能够克服传统隔热保温涂料的真空致密结构差，疏水性差，水汽容易进入到基材导致涂料脱落，以及需要添加有机树脂等不足之处。
本发明的第二个方面提出了一种无机涂料的制备方法。
本发明的第三个方面提出了一种疏水隔热保温涂层。
根据本发明的第一个方面，提出了一种无机涂料，按重量份计，包括如下原料：无机成膜物15～25份，分散剂0.1～2.0份，增稠剂0.1～1.0份，气凝胶粉1～8份，颜填料15～40份，消泡剂0.1～2.0份，疏水助剂1～8份，偶联剂0.1～1.0份，矿物纤维10～15份，水25～50份。
在本发明的一些优选的实施方式中，重量份计，包括如下原料：无机成膜物15～20份，分散剂0.8～1.5份，增稠剂0.3～0.5份，气凝胶粉4～6份，颜填料20～30份，消泡剂0.8～1.5份，疏水助剂3～5份，偶联剂0.4～0.6份，矿物纤维10～15份，水35～45份。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述无机成膜物为硅酸钾、硅酸锂中的一种或两种组合。
在本发明中，所述涂料选用硅酸钾和/或硅酸锂无机成膜物，可常温固化，节省能源，减少排放，固化的无机硅酸盐涂层可与基材间产生非常牢固的化学键合作用,并融为一体,以致于通常不把它们看作成膜型涂料,而是在本质上已成为了基材的涂层，从而提高涂膜真空结构致密性，使涂层的防腐耐酸碱性能更强。添加的疏水助剂与气凝胶粉产生了协同作用，可使涂层表面形成疏水层，其疏水角度最高可达120°，进而防止水汽进入基材底部，从而增长了使用寿命。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述气凝胶粉为SiO2气凝胶、Al2O3气凝胶、TiO2气凝胶、炭气凝胶、SiO2/Al2O3气凝胶、SiO2/TiO2气凝胶中的一种或几种组合。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述疏水助剂为烷基硅醇盐类疏水剂、聚硅氧烷类疏水剂中的至少一种。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述烷基硅醇盐类疏水剂包括但不限于烷基硅醇钾、烷基硅醇钠。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述聚硅氧烷类疏水剂包括但不限于含氨基的聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、甲基三甲氧基硅烷。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷偶联剂中的至少一种。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述颜填料包括钛白粉、漂珠、闭孔珍珠岩玻化微珠。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述钛白粉、漂珠、闭孔珍珠岩玻化微珠的质量比为(1～5):(5～20):(5～15)，优选为(1～5):(8～16):(5～15)。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述钛白粉的粒径为10μm～100μm。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述漂珠的粒径为50μm～200μm。
在本发明的一些优选的实施方式中，闭孔珍珠岩玻化微珠的粒径为50μm～500μm。
在本发明中，添加的颜填料中漂珠导热系数为0.058W/m·K，耐火度高达1600℃，容重为419kg/m3，并且吸水率低至5％；添加的闭孔珍珠岩玻化微珠导热系数0.025～0.048W/m·K，耐火度可达1250℃，容重为300kg/m3；添加的钛白粉能阻止紫外线或水分的穿透；三者的加入与其他组分协同，进一步增强了涂料的疏水效果和涂膜的导热系数，提高了涂膜的抗老化和耐久性能，延长涂膜和被保护物体的使用寿命。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述矿物纤维为硅酸铝纤维、海泡石纤维、玻璃纤维中的至少一种。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述矿物纤维的长度为1mm～16mm。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述分散剂为钠盐分散剂。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述钠盐分散剂为六偏磷酸钠和/或聚羧酸钠盐中的一种或者两种组合。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述增稠剂为羟乙基纤维素醚、阴离子型纤维素醚、黄原胶中的一种或几种组合。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述消泡剂为矿物油消泡剂、改性有机硅消泡剂中的至少一种。
根据本发明的第二个方面，提出了一种第一方面所述的无机涂料的制备方法，包括如下步骤：
按第一方面所述重量份加料，
S1：将所述无机成膜物、所述水、所述分散剂、所述增稠剂和所述气凝胶粉按比例混合，分散，得浆料；
S2：将所述颜填料加入到S1所述浆料中，分散；
S3：再加入所述水、所述消泡剂、所述疏水助剂、所述偶联剂和所述矿物纤维，混合，得所述无机涂料。
在本发明的一些实施方式中，所述无机涂料按重量份计，包括如下原料：无机成膜物15～25份，分散剂0.1～1.0份，增稠剂0.1～0.5份，气凝胶粉1～5份，颜填料10～20份，消泡剂0.1～1.0份，疏水助剂1～5份，偶联剂0.1～0.5份，矿物纤维10～15份，水25～50份。
在本发明的一些优选的实施方式中，重量份计，包括如下原料：无机成膜物20～25份，分散剂0.5～1.0份，增稠剂0.3～0.5份，气凝胶粉3～5份，颜填料15～20份，消泡剂0.5～1.0份，疏水助剂3～5份，偶联剂0.3～0.5份，矿物纤维10～15份，水35～50份。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述水为分两部分加入，第一部分在S1中加入，第二部分在S3中加入。
在本发明的一些优选的实施方式中，S1所述分散的转速为500r/min～1000r/min，分散的时间为20min～40min。
在本发明的一些优选的实施方式中，S2所述分散的转速为1000r/min～2000r/min，分散的时间为20min～40min。
根据本发明的第三个方面，提出了一种疏水隔热保温涂层。
在本发明的一些实施方式中，所述涂层由第一方面所述的无机涂料或由第二方面所述的制备方法制得的无机涂料涂覆在基材上或浇注于模具内，固化而成。
在本发明的一些实施方式中，所述固化为常温固化。
在本发明的一些实施方式中，所述固化的时间为12h～24h。
在本发明的一些实施方式中，所述基材包括但不限于热力管道、烟囱、阀门。
本发明的有益效果为：
1.本发明的涂料未添加有机树脂成分，为无机涂料，环境友好。
2.本发明涂料耐温幅度在-80℃～1000℃，25℃固化好的涂层导热系数低至0.05W/m·K，选用硅酸钾和/或硅酸锂无机成膜物，可常温固化，节省能源，减少排放，固化的无机硅酸盐涂层可与基材间产生非常牢固的化学键合作用，并融为一体，以致于通常不把它们看作成膜型涂料，而是在本质上已成为了基材的涂层，从而提高涂膜真空结构致密性使涂层的防腐耐酸碱性能更强；添加的疏水剂与气凝胶粉产生了协同作用，可使涂层表面形成疏水层，其疏水角度最高可达120°，进而防止水汽进入基材底部，从而增长了使用寿命，减少国民经济损失。
3.本发明的涂料的制备方法简单，所需原料廉价易得，易于大规模生产实施。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例制备了一种无机疏水耐高温隔热保温涂料，其组成组分及其重量份数为：
硅酸锂20份；六偏磷酸钠分散剂1份；羟乙基纤维素醚0.4份；SiO2气凝胶粉5份；漂珠15份；闭孔珍珠岩玻化微珠10份；钛白粉5份；矿物油消泡剂0.8份；烷基硅醇钾疏水剂5份；γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷偶联剂0.4份；硅酸铝纤维10份；水27.2份。
具体过程为：
将硅酸锂20份、水13.6份、六偏磷酸钠分散剂1份、羟乙基纤维素醚0.4份和SiO2气凝胶粉5份依次加入到分散设备中，以1000r/min转速搅拌30min；而后依次加入漂珠15份、闭孔珍珠岩玻化微珠10份、钛白粉5份，以1800r/min转速搅拌30min；最后依次加入水13.6份、矿物油消泡剂0.8份、烷基硅醇钾疏水剂5份、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷偶联剂0.4份和硅酸铝纤维10份，以1000r/min转速搅拌20min，即得无机疏水耐高温隔热保温涂料。
实施例2
本实施例制备了一种无机疏水耐高温隔热保温涂料，其组成组分及其重量份数为：
硅酸钾18份；聚羧酸钠盐分散剂1份；阴离子型纤维素醚0.5份；Al2O3气凝胶粉4份；漂珠10份；闭孔珍珠岩玻化微珠8份；钛白粉4份；改性有机硅消泡剂1.2份；烷基硅醇钠疏水剂5份；γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷偶联剂0.6份；海泡石纤维13份；水35.2份。
其制备过程与实施例1相同。
实施例3
本实施例制备了一种无机疏水耐高温隔热保温涂料，其组成组分及其重量份数为：
硅酸锂16份；六偏磷酸钠分散剂1份；黄原胶0.5份；TiO2气凝胶粉6份；漂珠12份；闭孔珍珠岩玻化微珠12份；钛白粉5份；矿物油消泡剂1份；聚二甲基硅氧烷疏水剂3份；γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂0.5份；玻璃纤维15份；水28份。
其制备过程与实施例1相同。
实施例4
本实施例制备了一种无机疏水耐高温隔热保温涂料，其组成组分及其重量份数为：
硅酸钾10份；硅酸锂6份；六偏磷酸钠分散剂0.8份；羟乙基纤维素醚0.3份；炭气凝胶5份；漂珠16份；闭孔珍珠岩玻化微珠10份；钛白粉3份；改性有机硅消泡剂0.9份；甲基三甲氧基硅烷疏水剂5份；γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂0.5份；硅酸铝纤维12份；水30.5份。
其制备过程与实施例1相同。
实施例5
本实施例制备了一种无机疏水耐高温隔热保温涂料，其组成组分及其重量份数为：
硅酸钾10份；硅酸锂10份；聚羧酸钠盐分散剂1份；羟乙基纤维素醚0.2份；阴离子型纤维素醚0.2份；SiO2气凝胶粉3份；Al2O3气凝胶粉3份；漂珠8份；闭孔珍珠岩玻化微珠15份；钛白粉6份；矿物油消泡剂1.5份；烷基硅醇钾疏水剂3份；聚二甲基硅氧烷2份；γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷偶联剂0.4份；硅酸铝纤维6份；玻璃纤维6份；水24.7份。
其制备过程与实施例1相同。
对比例1
本对比例制备了一种有机疏水耐高温隔热保温涂料，与实施例1的区别在于将无机成膜物更换为有机黏结剂丙烯酸树脂乳液，其组成组分及其重量份数为：
丙烯酸树脂乳液20份；六偏磷酸钠分散剂1份；羟乙基纤维素醚0.4份；SiO2气凝胶粉5份；漂珠15份；闭孔珍珠岩玻化微珠10份；钛白粉5份；矿物油消泡剂0.8份；烷基硅醇钾疏水剂5份；γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷偶联剂0.4份；硅酸铝纤维10份；水27.2份。
其制备过程与实施例1相同。
对比例2
本对比例制备了一种无机疏水耐高温隔热保温涂料，与实施例1的区别在于添加高份数的颜填料，其组成组分及其重量份数为：
硅酸锂20份；六偏磷酸钠分散剂1份；羟乙基纤维素醚0.4份；SiO2气凝胶粉5份；漂珠24份；闭孔珍珠岩玻化微珠18份；钛白粉8份；矿物油消泡剂0.8份；烷基硅醇钾疏水剂5份；γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷偶联剂0.4份；硅酸铝纤维10份；水7.2份。
其制备过程与实施例1相同。
对比例3
本对比例制备了一种无机疏水耐高温隔热保温涂料，与实施例1的区别在于未添加气凝胶粉，其组成组分及其重量份数为：
硅酸锂20份；六偏磷酸钠分散剂1份；羟乙基纤维素醚0.4份；漂珠15份；闭孔珍珠岩玻化微珠10份；钛白粉5份；矿物油消泡剂0.8份；烷基硅醇钾疏水剂5份；γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷偶联剂0.4份；硅酸铝纤维10份；水32.2份。
其制备过程与实施例1相同。
对比例4
本对比例制备了一种无机疏水耐高温隔热保温涂料，与实施例1的区别在于把颜填料中的漂珠换成玻璃粉，其组成组分及其重量份数为：
硅酸锂20份；六偏磷酸钠分散剂1份；羟乙基纤维素醚0.4份；SiO2气凝胶粉5份；玻璃粉15份；闭孔珍珠岩玻化微珠10份；钛白粉5份；矿物油消泡剂0.8份；烷基硅醇钾疏水剂5份；γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷偶联剂0.4份；硅酸铝纤维10份；水27.2份。
其制备过程与实施例1相同。
试验例
为检验本发明的实际应用效果，具体操作如下：首先将被喷涂物表面喷砂，预处理，然后按照规格涂刷本发明涂料。参考GB/T 17371-2008标准测试粘结强度、抗压强度、导热系数，参考GB/T 30693-2014标准测试疏水接触角。得到的涂层结果如表1所示：
表1：
从表1中的测试结果可知，本发明的无机疏水耐高温隔热保温涂料，在无机成膜物、颜填料及各组分的协同作用下，涂层不但具有良好的附着力、耐高温性能及较低的导热系数，并且疏水效果好。
上面对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
Claims (10)
1.一种无机涂料，其特征在于，按重量份计，包括如下原料：无机成膜物15～25份，分散剂0.1～2.0份，增稠剂0.1～1.0份，气凝胶粉1～8份，颜填料15～40份，消泡剂0.1～2.0份，疏水助剂1～8份，偶联剂0.1～1.0份，矿物纤维10～15份，水25～50份。
2.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述无机成膜物为硅酸钾、硅酸锂中的一种或两种组合。
3.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述气凝胶粉为SiO2气凝胶、Al2O3气凝胶、TiO2气凝胶、炭气凝胶、SiO2/Al2O3气凝胶、SiO2/TiO2气凝胶中的一种或几种组合。
4.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述疏水助剂为烷基硅醇盐类疏水剂、聚硅氧烷类疏水剂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷偶联剂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述颜填料包括钛白粉、漂珠、闭孔珍珠岩玻化微珠。
7.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述矿物纤维为硅酸铝纤维、海泡石纤维、玻璃纤维中的至少一种。
8.一种无机涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按权利要求1～7任一项所述重量份加料，
S1：将所述无机成膜物、所述水、所述分散剂、所述增稠剂和所述气凝胶粉混合，分散，得浆料；
S2：将所述颜填料加入到S1所述浆料中，分散；
S3：再加入所述水、所述消泡剂、所述疏水助剂、所述偶联剂和所述矿物纤维，混合，得所述无机涂料。
9.一种疏水隔热保温涂层，其特征在于，所述涂层由权利要求1～7任一项所述的无机涂料或由权利要求8所述的制备方法制得的无机涂料涂覆在基材上或浇注于模具内，固化而成。
10.根据权利要求9所述的疏水隔热保温涂层，其特征在于，所述基材包括但不限于热力管道、烟囱、阀门。
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