一种保温涂料及其制备方法和保温涂层与流程

[0001]
本发明属于保温隔热材料领域，尤其涉及一种保温涂料及其制备方法和保温涂层。


背景技术：

[0002]
目前，在钢铁冶金炉、重有色金属冶金炉、化学工业用炉，以及工业煅烧窑炉等所有耐高温炉中，大都使用耐温度高、导热系数低的纤维炉衬。虽然这些炉衬的保温隔热效果比较好，但是在恶劣气氛、风速、渣蚀和热震的作用下，经过一定时间的使用后就会析晶、粉化、掉渣，从而破坏炉衬整体结构，导致耐高温炉使用寿命的降低。
[0003]
为解决上述问题，有技术人员提出可将高性能的热防护涂料涂覆在纤维炉衬表面，从而隔绝纤维炉衬直接与炉内的恶劣环境接触，进而延长炉衬的使用寿命。纤维炉衬用防护涂料的新品开发和性能优化，已成为本领域的研究热点。


技术实现要素：

[0004]
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种保温涂料及其制备方法和保温涂层，本发明提供的保温涂料涂覆后形成的涂层导热系数低、强度高、高温下不开裂，能有效地保护炉衬不受炉内恶劣环境的侵蚀，延长炉衬的使用寿命。
[0005]
本发明提供了一种保温涂料，以质量百分数计，其成分包括：
[0006][0007][0008]
所述无机纤维选择岩棉纤维、硅酸铝纤维和硅酸钙镁纤维中的一种或多种；
[0009]
所述有机纤维为纸浆纤维；
[0010]
所述低导热填料选择珍珠岩粉、膨胀蛭石粉、漂珠和空心玻璃微珠中的一种或多种；
[0011]
所述耐火性填料选择高岭土和/或漳州泥。
[0012]
优选的，所述硅酸铝纤维中al2o3和sio2的合计含量≥97wt％；
[0013]
所述硅酸钙镁纤维中的sio2含量为55～66wt％，cao含量为26～32wt％，mgo含量为4～7wt％。
[0014]
优选的，所述纸浆纤维的密度为1～1.5g/cm3；所述纸浆纤维的纤维长度为3～12mm，纤维直径为5～20μm。
[0015]
优选的，所述珍珠岩粉中的sio2含量≥68wt％；所述珍珠岩粉的真密度为2.2～2.4g/cm3；所述珍珠岩粉的导热系数为0.05～0.08w/m.k；
[0016]
所述漂珠中的sio2含量为50～65wt％；所述漂珠的真密度为0.35～0.45g/cm3；所述漂珠的导热系数为0.05～0.1w/m.k；
[0017]
所述空心玻璃微珠中的sio2含量≥80wt％；所述空心玻璃微珠的真密度为0.35～0.45g/cm3；所述空心玻璃微珠的导热系数为0.03～0.08w/m.k。
[0018]
优选的，所述高岭土中的al2o3含量≥44.5wt％，fe2o3含量≤0.85wt％，含水率≤1wt％；
[0019]
所述漳州泥中的al2o3含量≥35wt％，fe2o3含量≤1.2wt％，tio2含量≤0.4wt％，含水率≤10wt％。
[0020]
优选的，所述结合剂选择无机结合剂和/或有机结合剂。
[0021]
优选的，所述无机结合剂包括泡花碱和/或硅溶胶；
[0022]
所述有机结合剂包括淀粉和/或纤维素。
[0023]
优选的，以质量百分数计，所述保温涂料的成分包括：
[0024][0025][0026]
本发明提供了一种上述技术方案所述的保温涂料的制备方法，包括以下步骤：
[0027]
将无机纤维、有机纤维、低导热填料、耐火性填料、结合剂和水混合，得到保温涂料。
[0028]
本发明提供了一种保温涂层，由上述技术方案所述的保温涂料涂覆干燥后形成。
[0029]
与现有技术相比，本发明提供了一种保温涂料及其制备方法和保温涂层。本发明提供的保温涂料以质量百分数计，其成分包括：无机纤维5～30％；有机纤维0.5～5％；低导热填料10～30％；耐火性填料2～20％；结合剂15～35％；水20～40％；所述无机纤维选择岩棉纤维、硅酸铝纤维和硅酸钙镁纤维中的一种或多种；所述有机纤维为纸浆纤维；所述低导热填料选择珍珠岩粉、膨胀蛭石粉、漂珠和空心玻璃微珠中的一种或多种；所述耐火性填料选择高岭土和/或漳州泥。本发明通过对保温涂料的成分组成进行优化设计，特别是选择特定的无机纤维、有机纤维和填料，显著提升了涂料在高温环境下的使用性能；将该保温涂料涂覆于窑炉炉衬表面后，形成的涂层导热系数低、强度高、高温下不开裂，能有效地保护炉衬不受炉内恶劣环境的侵蚀，延长炉衬的使用寿命。实验结果表明，本发明提供的保温涂料的湿态容重为900～1500kg/m3，常温干燥后的容重为350～650kg/m3；该保温涂料涂覆干燥后形成的涂层的耐压强度≥1mpa，加热线收缩(1000℃
×
24h)≤3％，1000℃条件下的导热系数≤0.165w/m.k。
具体实施方式
[0030]
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031]
本发明提供了一种保温涂料，以质量百分数计，其成分包括：
[0032][0033]
本发明提供的保温涂料的成分包括无机纤维、有机纤维、低导热填料、耐火性填料、结合剂和水。其中，所述无机纤维选择岩棉纤维、硅酸铝纤维和硅酸钙镁纤维中的一种或多种；所述岩棉纤维优选满足国标gbt11835-2016的相关要求；所述硅酸铝纤维中al2o3和sio2的合计含量优选≥97wt％，渣球(粒径大于0.212mm)含量优选≤20wt％；所述硅酸钙镁纤维中的sio2含量优选为55～66wt％，cao含量优选为26～32wt％，mgo含量优选为4～7wt％，渣球(粒径大于0.212mm)含量优选≤16wt％。在本发明中，所述无机纤维在保温涂料中的含量为5～30wt％，具体可为5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％、15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％、20wt％、21wt％、22wt％、23wt％、24wt％、25wt％、26wt％、27wt％、28wt％、29wt％或30wt％。
[0034]
在本发明提供的保温涂料中，所述有机纤维为纸浆纤维；所述纸浆纤维的密度优选为1～1.5g/cm3，具体可为1g/cm3、1.05g/cm3、1.1g/cm3、1.15g/cm3、1.2g/cm3、1.25g/cm3、1.3g/cm3、1.35g/cm3、1.36g/cm3、1.4g/cm3、1.45g/cm3或1.5g/cm3；所述纸浆纤维的纤维长度优选为3～12mm，具体可为3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm或12mm；所述纸浆纤维的纤维直径优选为5～20μm，具体可为5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm或20μm；所述纸浆纤维的抗拉强度优选≥550mpa。在本发明中，所述有机纤维在保温涂料中的含量为0.5～5wt％，具体可为0.5wt％、0.7wt％、1wt％、1.2wt％、1.5wt％、1.7wt％、2wt％、2.3wt％、2.5wt％、2.7wt％、3wt％、3.2wt％、3.5wt％、3.7wt％、4wt％、4.2wt％、4.5wt％、4.7wt％或5wt％。
[0035]
在本发明提供的保温涂料中，所述低导热填料选择珍珠岩粉、膨胀蛭石粉、漂珠和空心玻璃微珠中的一种或多种；所述珍珠岩粉中的sio2含量优选≥68wt％，所述珍珠岩粉的真密度优选为2.2～2.4g/cm3，所述珍珠岩粉的导热系数优选为0.05～0.08w/m.k，所述珍珠岩粉的20～60目上限筛优选不超过2wt％，所述珍珠岩粉的60～80目下限筛优选不超过2wt％；所述漂珠中的sio2含量优选为50～65wt％，所述漂珠的真密度优选为0.35～0.45g/cm3，具体可为0.418g/cm3，所述漂珠的导热系数优选为0.05～0.1w/m.k，具体可为0.08w/m.k；所述空心玻璃微珠中的sio2含量优选≥80wt％，所述空心玻璃微珠的真密度优
选为0.35～0.45g/cm3，具体可为0.4g/cm3，所述空心玻璃微珠的导热系数优选为0.03～0.08w/m.k，具体可为0.056w/m.k，所述空心玻璃微珠的粒径优选为2～100μm。在本发明中，所述低导热填料在保温涂料中的含量为10～30wt％，具体可为10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％、15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％、20wt％、21wt％、22wt％、23wt％、24wt％、25wt％、26wt％、27wt％、28wt％、29wt％或30wt％。
[0036]
在本发明提供的保温涂料中，所述耐火性填料选择高岭土和/或漳州泥；所述高岭土中的al2o3含量优选≥44.5wt％，fe2o3含量优选≤0.85wt％，含水率优选≤1wt％；所述漳州泥中的al2o3含量优选≥35wt％，fe2o3含量优选≤1.2wt％，tio2含量优选≤0.4wt％，含水率优选≤10wt％，灼减优选≤15wt％。在本发明中，所述耐火性填料在保温涂料中的含量为2～20wt％，具体可为2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％、15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％或20wt％。
[0037]
在本发明提供的保温涂料中，所述结合剂优选为无机结合剂和/或有机结合剂；所述无机结合剂优选包括泡花碱和/或硅溶胶；所述泡花碱的波美度(20℃)be优选为45～55，更优选为49～52；所述泡花碱的na2o含量优选≥12wt％；所述泡花碱的sio2含量优选≥28.5wt％；所述泡花碱的模数优选为2～3m，更优选为2.2～2.5m；所述硅溶胶的sio2含量优选为25～35wt％，更优选为29～31wt％；所述硅溶胶的na2o含量优选≤0.4wt％；所述硅溶胶的ph值优选为8.5～10；所述硅溶胶在25℃下的粘度优选≤7mpa.s；所述硅溶胶的胶体直径优选为10～20μm；所述硅溶胶的密度优选为1～1.3g/cm3，更优选为1.19～1.21g/cm3；所述有机结合剂优选包括淀粉和/或纤维素；所述淀粉优选为目数淀粉；所述淀粉的5wt％浓度溶液在25℃下的粘度优选≥2000mpa.s；所述淀粉的5wt％浓度溶液的ph值优选为6～8；所述淀粉的取代度优选为≥0.033；所述淀粉的100目过筛量优选≥90wt％；所述纤维素的2wt％浓度溶液在25℃下的粘度优选5000～15000mpa.s，更优选为8000～10000mpa.s；所述纤维素的ph值优选为6.5～8；所述纤维素的水分含量优选≤10wt％；所述纤维素的含钠量优选为6～10wt％，更优选为6.5～8.5wt％。在本发明中，所述结合剂在保温涂料中的含量为15～35wt％，具体可为15wt％、15.5wt％、16wt％、16.5wt％、17wt％、17.5wt％、18wt％、18.5wt％、19wt％、19.5wt％、20wt％、20.5wt％、21wt％、21.5wt％、22wt％、22.5wt％、23wt％、23.5wt％、24wt％、24.5wt％、25wt％、25.5wt％、26wt％、26.5wt％、27wt％、27.5wt％、28wt％、28.5wt％、29wt％、29.5wt％、30wt％、30.5wt％、31wt％、31.5wt％、32wt％、32.5wt％、33wt％、33.5wt％、34wt％、34.5wt％或35wt％。在本发明中，所述无机结合剂在保温涂料中的含量优选为15～30wt％，具体可为15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％、20wt％、21wt％、22wt％、23wt％、24wt％、25wt％、26wt％、27wt％、28wt％、29wt％或30wt％；所述有机结合剂在保温涂料中的含量优选为0.5～5wt％，具体可为0.5wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％、3.5wt％、4wt％、4.5wt％或5wt％。
[0038]
在本发明提供的保温涂料中，所述水在保温涂料中的含量优选为20～40wt％，具体可为20wt％、20.5wt％、21wt％、21.5wt％、22wt％、22.5wt％、23wt％、23.5wt％、24wt％、24.5wt％、25wt％、25.5wt％、26wt％、26.5wt％、27wt％、27.5wt％、28wt％、28.5wt％、29wt％、29.5wt％、30wt％、30.5wt％、31wt％、31.5wt％、32wt％、32.5wt％、33wt％、33.5wt％、34wt％、34.5wt％、35wt％、35.5wt％、36wt％、36.5wt％、37wt％、37.5wt％、38wt％、38.5wt％、39wt％、39.5wt％或40wt％。
[0039]
本发明还提供了一种上述技术方案所述的保温涂料的制备方法，包括以下步骤：
[0040]
将无机纤维、有机纤维、低导热填料、耐火性填料、结合剂和水混合，得到保温涂料。
[0041]
在本发明提供的制备方法中，直接将无机纤维、有机纤维、低导热填料、耐火性填料、结合剂和水按比例混合均匀，即可得到本发明提供的保温涂料。
[0042]
本发明提供的保温涂料及其制备方法通过对保温涂料的成分组成进行优化设计，特别是选择特定的无机纤维、有机纤维和填料，显著提升了涂料在高温环境下的使用性能；将该保温涂料涂覆于窑炉炉衬表面后，形成的涂层导热系数低、强度高、高温下不开裂，能有效地保护炉衬不受炉内恶劣环境的侵蚀，延长炉衬的使用寿命。
[0043]
实验结果表明，本发明提供和制备的保温涂料的湿态容重为900～1500kg/m3，常温干燥后的容重为350～650kg/m3；该保温涂料涂覆干燥后形成的涂层的耐压强度≥1mpa，加热线收缩(1000℃
×
24h)≤3％，1000℃条件下的导热系数≤0.165w/m.k。
[0044]
本发明还提供了一种保温涂层，所述保温涂层由上述技术方案所述的保温涂料涂覆干燥后形成。本发明提供的保温涂层由本发明提供的保温涂料制成，因此该涂层在高温环境下具有十分优异的性能(导热系数低、强度高、高温下不开裂)，可以有效地保护炉衬不受炉内恶劣环境的侵蚀，延长炉衬的使用寿命。
[0045]
实验结果表明，本发明提供的保温涂层的耐压强度≥1mpa，加热线收缩(1000℃
×
24h)≤3％，1000℃条件下的导热系数≤0.165w/m.k。
[0046]
为更清楚起见，下面通过以下实施例进行详细说明。
[0047]
在本发明提供的以下实施例中，所使用的无机纤维的产品信息如表1所示：
[0048]
表1无机纤维信息表
[0049][0050]
在本发明提供的以下实施例中，所使用的纸浆纤维的产品信息如表2所示：
[0051]
表2纸浆纤维信息表
[0052][0053][0054]
在本发明提供的以下实施例中，所使用的低导热填料的产品信息如表3所示：
[0055]
表3低导热填料信息表
[0056][0057]
在本发明提供的以下实施例中，所使用的耐火性填料的产品信息如表4所示：
[0058]
表4耐火性填料信息表
[0059]
原料名称成分(wt％)含水率(wt％)灼减(wt％)山西高岭土al2o3≥44.5；fe2o3≤0.85≤1.0/漳州泥al2o3≥35；fe2o3≤1.2；tio2≤0.4≤10≤15
[0060]
在本发明提供的以下实施例中，所使用的泡花碱(水玻璃)的产品信息如表5所示：
[0061]
表5泡花碱信息表
[0062]
类别五类波美度(20℃)be49～52氧化钠(wt％)≥12.0二氧化硅(wt％)≥28.5模数(m)2.2～2.5
[0063]
在本发明提供的以下实施例中，所使用的硅溶胶的产品信息如表6所示：
[0064]
表6硅溶胶信息表
[0065][0066]
在本发明提供的以下实施例中，所使用的淀粉的产品信息如表7所示：
[0067]
表7淀粉信息表
[0068][0069]
在本发明提供的以下实施例中，所使用的纤维素的产品信息如表8所示：
[0070]
表8纤维素信息表
[0071]
2wt％水溶液粘度(mpa.s，25℃)ph值水分(wt％)含钠量(wt％)8000～100006.5～8.0≤106.5～8.5
[0072]
实施例1
[0073]
保温涂料的质量组成：硅酸铝纤维15％，纸浆纤维1％，空心玻璃微珠20％，高岭土7％，硅溶胶20％，纤维素2％，自来水35％；将上述原料物按比例混合均匀，即得到保温涂料。
[0074]
对本实施例制备的保温涂料进行检测，结果如下：湿态容重1100kg/m3；常温干燥后的容重500kg/m3；耐压强度1.25mpa；加热线收缩(1000℃
×
24h)1.83％；导热系数，热面200℃为0.79w/m.k，热面600℃为0.114w/m.k，热面800℃为0.132w/m.k，热面1000℃为0.152w/m.k。
[0075]
实施例2
[0076]
保温涂料的质量组成：硅酸钙镁纤维10％，纸浆纤维1.5％，漂珠15％，漳州泥15％，硅溶胶25％，纤维素1.5％，自来水32％；将上述原料物按比例混合均匀，即得到保温涂料。
[0077]
对本实施例制备的保温涂料进行检测，结果如下：湿态容重1150kg/m3；常温干燥后的容重550kg/m3；耐压强度1.6mpa；加热线收缩(1000℃
×
24h)1.7％；导热系数，热面200℃为0.76w/m.k，热面600℃为0.115w/m.k，热面800℃为0.135w/m.k，热面1000℃为0.151w/m.k。
[0078]
实施例3
[0079]
保温涂料的质量组成：岩棉纤维20％，纸浆纤维2％，珍珠岩20％，高岭土5％，水玻璃25％，淀粉1.5％，自来水26.5％；将上述原料物按比例混合均匀，即得到保温涂料。
[0080]
对本实施例制备的保温涂料进行检测，结果如下：湿态容重1170kg/m3；常温干燥后的容重570kg/m3；耐压强度1.4mpa；加热线收缩(1000℃
×
24h)1.7％；导热系数，热面200℃为0.74w/m.k，热面600℃为0.118w/m.k，热面800℃为0.137w/m.k，热面1000℃为0.150w/m.k。
[0081]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。