一种耐高温保温涂层的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种耐高温保温涂层的制备方法，具体涉及一种液态酚醛树脂与气凝 胶等固化、碳化的耐高温保温涂层的制备方法。
【背景技术】
[0002] 在能源紧缺的情况下，节能成为现代工业所要达到的关键目标。我国"十二五规 划"中也明确要求各地区各部门把节能减排作为调整经济结构、转变经济发展方式、推动科 学发展的重要抓手和突破口。在石油化工领域，有很多高温设备如石油炼制过程中的常减 压过程、催化裂化、连续重整、中压加氢、焦化过程等工艺的设备温度在500°C左右甚至更 高，这些高温反应器在持续地往外散发并损失热量，因此对这些高温设备的保温是节能的 一个重要途径。
[0003] 目前，专利CN1621380公开了一种高温隔热保温涂料，由铝酸盐水泥、海泡石和 适量的水调配而成；专利CN201599533U公开了高温保温隔热复合材料，从下至上由具有 保护与防潮作用的有机硅橡胶层、起隔热作用的铝箔层和气凝胶陶瓷纤维毡层组成；专利 CN201158723公开了一种高温炉耐火材料，其特征是保温罩由炭/炭复合材料加工制成，包 括高密度的炭/炭复合材料里层和低密度的炭/炭复合材料外层；专利CN102701751A公开 了一种保温砖，由石英粉、氧化铝粉、锯末和粘合剂等经混合、模具成型以及在1550-1650°C 高温下烧结得到。可见，目前主要的高温保温材料包括无机涂料、保温棉毡和保温砖等。但 仍存在一些问题，如保温棉毡的固定比较麻烦且不牢固，保温砖需要高温烧结且需要额外 的堆砌过程，无机水泥密度大、普通保温填料保温效果有限往往使需要的保温水泥层比较 厚因此容易开裂。
[0004] 近年来开发的二氧化硅气凝胶保温填料及其相应的涂料混合物在低温(低于 200°C)涂层应用领域发挥了很好的作用。CN1878667公开了用于绝缘层的可固化涂料组合 物，包括气凝胶和成膜树脂体系；CN102382554A公开了一种具有低导热系数的保温隔热重 防腐涂料及其制备方法，涂料包含气凝胶、酚醛环氧树脂溶液、助剂等。二氧化硅气凝胶的 孔隙率在90%以上，孔径大小为20-40nm，其导热系数可达0. 012W/mK，而普通保温填料的 导热系数高很多，如空心玻璃微球的导热系数为〇. 〇55W/mK，珍珠岩的导热系数为0. 042W/ mK，石棉的导热系数为0. 038W/mK。因此，相比之下，含有气凝胶的涂层的保温效果会好很 多，达到所需保温要求的最低涂层厚度也要低很多。但目前已有的气凝胶保温涂料还仅限 于丙烯酸酯类、环氧树脂等高分子基体，由于一般高分子基体耐热性不好，涂层都无法直接 用在高温设备上。
[0005] 因此，目前仍有待于研究制备出具有耐高温、保温效果好、结合牢固、轻便且制备 工艺简单的耐高温保温涂层。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术中耐高温保温材料的保温效果有限、结合不牢 固，以及制备工艺复杂等缺点，提供一种耐高温保温涂层的制备方法。
[0007] 本发明提供了一种耐高温保温涂层的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0008] ( 1)将液态酚醛树脂与气凝胶混合，形成涂料混合物；（2)将金属表面处理使其粗 糙化；（3)将步骤（1)形成的涂料混合物涂覆在经步骤（2)后的金属表面上；（4)将经步骤 (3)后涂覆有涂层的金属表面固化；（5)将经步骤（4)固化后的金属表面在惰性气氛中碳 化。
[0009] 本发明中，通过将液态酚醛树脂和气凝胶混合形成的涂料混合物涂覆在表面粗化 的金属表面上，经过涂层的固化及惰性气氛下的高温碳化，从而在金属表面上形成牢固粘 接的耐高温保温涂层，制备过程简单且涂层耐高温保温效果好。
[0010] 本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【具体实施方式】
[0011] 以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体 实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0012] 本发明提供了一种耐高温保温涂层的制备方法，该方法可以包括以下步骤：（1) 将液态酚醛树脂与气凝胶混合，形成涂料混合物；（2)将金属表面处理使其粗糙化；（3)将 步骤（1)形成的涂料混合物涂覆在经步骤（2)后的金属表面上；（4)将经步骤（3)后涂覆有 涂层的金属表面固化；（5)将经步骤（4)固化后的金属表面在惰性气氛中碳化。
[0013] 根据本发明，其中，所述液态酚醛树脂可以为热固性酚醛树脂的溶液或者乳液，或 者可以为添加了固化剂的热塑性酚醛树脂的溶液。
[0014] 根据本发明，所述液态酚醛树脂中的酚醛树脂含量可以为1-99%，优选为30-90%。
[0015] 根据本发明，其中，所述气凝胶可以为二氧化硅气凝胶，孔隙率可以为90%以上， 孔径大小可以为20-40nm，导热系数可以低于0. 04W/mK，粒径大小可以为2nm-4mm，优选为 40nm-1mm,更优选为 0?l-0. 7mm。
[0016] 根据本发明，其中，以所述液态酚醛树脂中的酚醛树脂的重量为基准，所述气凝胶 的用量可以为1-50重量％，优选为10-50重量％。
[0017] 根据本发明，在步骤（1)中，该耐高温保温涂层的制备方法中还可以添加保温填 料，即所述涂料混合物中还可以含有保温填料，其中，所述保温填料可以为多孔材料或中空 纤维材料，所述保温填料的导热系数低于100mW/mK，优选低于60mW/mK。在本发明中，采用 低导热系数的保温填料可以使获得的耐高温保温涂层具有很好的保温效果，且这些保温填 料和气凝胶结合使用，可以适当降低涂层的成本。
[0018] 根据本发明，所述多孔材料可以选自海泡石、蛭石、珍珠岩、粉煤灰、硅藻土和硅酸 钙中的一种或多种。所述多孔材料的孔隙率可以为50-99%，优选为80-99%。所述多孔材料 的粒径为2nm-4mm,优选为40nm-lmm。
[0019] 根据本发明，所述中空纤维材料可以选自中空陶瓷纤维、中空玻璃纤维、中空硅酸 铝纤维、中空聚酯纤维和中空聚丙烯纤维中的一种或多种。所述中空纤维材料的中空度可 以为30-99%，优选为40-99%，中空纤维的长度可以小于20mm，优选小于5mm。
[0020] 根据本发明，在步骤（1)中，该耐高温保温涂层的制备方法中还可以添加助剂，即 所述涂料混合物中还可以含有助剂，所述助剂可以根据填料的不同、使用环境的不同以及 所需要的性能的不同添加助剂，所述助剂可以选自润湿分散剂、固化促进剂、成膜助剂、增 粘剂、消泡剂、着色剂和抗静电剂中的一种或多种。
[0021] 根据本发明，其中，在步骤（2 )中，经过金属表面粗糙化的表面粗糙度Ra值可以为 0. 4-100ym，优选为10-100ym。使金属表面具有一定粗糙度可以使按照本发明的制备方法 制备的耐高温保温涂层和金属的粘接更牢固。但当金属表面过于粗糙时，在金属和涂料粘 接的表面容易产生缺陷，容易产生应力集中使涂层破坏。
[0022] 在本发明中，在步骤（2)中，将金属表面处理的方法可以包括但不限于打磨、喷砂、 酸洗和磷化中的一种或多种。且在本发明中，该金属没有具体限定，可以包括但不限于铁、 铜、铝和不锈钢中的一种或多种。
[0023] 根据本发明，在步骤（4)中，所述固化过程可以包括以下步骤：（i)在90°C下固化 4-8小时；（ii)在温度为110°C下固化4-8小时；（iii)在温度为130°C下固化2-4小时； (iv)在温度为150°C下固化2-4小时；（v)在温度为200°C下固化4-8小时。本发明所述的 固化过程可以在普通干燥箱或真空干燥器中进行；在固化的升温过程中，升温速率没有具 体限定，优选情况下，升温速率可以为5°C/分钟。
[0024] 根据本发明，在步骤（5 )中，经过碳化后的所述涂层的厚度可以为0. 05_5mm，优选 为 0?l_2mm。
[0025] 根据本发明，在步骤（5)中，所说碳化条件可以为在惰性气体保护下于 700-1000°C碳化3-10小时。且在本发明中，所说的碳化是在惰性气体的保护下在本领域技 术人员所熟知的碳化炉中进行。
[0026] 以下将通过实施例对本发明进行详述。
[0027] 在以下实施例和对比例中，用表面粗糙度测试仪测出经不同表面处理后金属板的 表面粗糙度；用干膜测厚仪表征本发明制备的耐高温保温涂层的厚度；用激光导热仪测试 涂层的导热系数，参照标准GB/T22588-2008《闪光法测量热扩散系数或导热系数》；用划格 法表征本发明制备的耐高温保温涂层与金属的粘接力，参照国家标准GB/T9286《色漆和清 漆漆膜的划格试验》。
[0028] 在以下实施例和对比例中，所述酚醛树脂为热固性酚醛树脂水溶液，购自南通住 友电木有限公司，固含量(即其中含有的酚醛树脂的量)为63% ;所述气凝胶为二氧化硅气凝 胶，购自Cabot公司，粒径为0? 1-0. 7mm，孔隙率大于90%，孔径为20nm，导热系数为0? 012W/ m?K;所述碳化炉购自天津市中环实验电炉有限公司。
[0029] 实施例1
[0030] 用固含量(含有的酚醛树脂的量)为63%的酚醛树脂水溶液和二氧化硅气凝胶配置 涂料混合物，使混合物中二氧化硅气凝胶占酚醛树脂的重量比例为10% ;
[0031] 将304不锈钢的表面用120#干磨砂纸打磨，其表面粗糙度Ra为50i!m;
[0032] 然后，再将涂料混合物通过刷涂的方式均匀地涂覆在该钝化的不锈钢表面上；
[0033] 再将涂覆有该涂层的不锈钢片材放在通风橱中干燥一段时间后，移到干燥箱中在