一种地聚合物涂料及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种地聚合物涂料及其制备方法和应用，属于耐高温涂料领域。该地聚合物涂料采用以下重量份的组分制备得到：铜铬黑100份，导热填料1‑200份，硅酸盐类粘结剂100‑500份，偏高岭土10‑150份，水100‑1000份。本发明实施例提供的地聚合物涂料，通过铜铬黑、偏高岭土与硅酸盐类粘结剂反应形成地聚合物，利用地聚合物强度高、耐化学腐蚀、耐高温、耐久性好的优点，使该涂料能够牢固地附着在金属材质的表面，不会因金属的膨胀而出现开裂、脱落等现象，从而延长了该涂料的使用寿命，使炉窑的热效率得到长期的提升。

权利要求

1.一种地聚合物涂料，其特征在于，所述涂料采用以下重量份的组分制备得到：铜铬黑100份，导热填料1‑200份，硅酸盐类粘结剂100‑500份，偏高岭土10‑150份，水

100‑1000份；

所述铜铬黑的颗粒尺寸为1000‑10000目；

所述硅酸盐类粘结剂为硅酸钾、硅酸铝、硅酸钠、硅酸锂中的至少一种，所述硅酸盐类粘结剂的模数为2.5‑4；

所述偏高岭土由超细高岭土经600‑1500℃煅烧1‑3h，再研磨至2000‑10000目制备得到；

所述导热填料为石墨粉和/或石墨烯粉末，所述石墨粉或所述石墨烯粉末的颗粒尺寸为600‑10000目。

2.权利要求1所述的涂料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将铜铬黑、导热填料、偏高岭土混合，研磨1‑3h，得到A组分；

将硅酸盐类粘结剂与水混合，形成粘结剂溶液，得到B组分；

将所述A组分与所述B组分混合均匀，得到所述涂料。

3.权利要求1所述的涂料在制备炉窑内壁涂层或加热管道涂层上的应用；

将加热管道的外壁打磨至Sa2.5级或St3级，将所述涂料涂覆在所述加热管道的外壁上，表干后4‑24h内对所述涂料进行升温处理，直至使所述涂料达到800℃，得到地聚合物涂层；

控制所述地聚合物涂层的厚度为60‑120mm；

所述升温处理包括：

将所述涂料由室温依次升温至100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃，每次升温的时间为5‑10min，每次升温后的保温时间为1‑4h。

说明书

一种地聚合物涂料及其制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明涉及耐高温涂料领域，特别涉及一种地聚合物涂料及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 工业用炉窑通常采用高铝砖、粘土砖、浇注料、陶瓷纤维等耐火材料制成壳体，壳体的侧壁上设置有加热管道，需要加热液体物质时，使液体进入加热管道，以被加热至预定
温度。炉窑工作过程中，其壳体和加热管道都会参与辐射热交换过程，直接影响炉窑的加热
效率。为了使待加热的液体尽快达到预定温度，可以在壳体的内壁或加热管道的外壁上涂
覆一层耐高温辐射涂料，以通过耐高温辐射涂层提高炉窑的热效率。

[0003] 现有技术提供了一种高温远红外涂料，包括以下重量份的组分：氧化锆1～200份，Cr2O3 10～150份，耐火粘土5～200份，膨润土1～50份，钛白粉0～20份，棕刚玉100～500份，
氧化铁0～20份，碳化硅50～500份，PA80胶或水玻璃150～500份，羧甲基纤维素0～50份。将
该高温远红外涂料涂覆在炉窑壳体的内壁或加热管道的外壁上，固化后形成高温远红外涂
层，其发射率可达0.93，使炉窑的热效率得到提升。

[0004] 发明人发现现有技术至少存在以下技术问题：

[0005] 现有技术提供的高温远红外涂料，与无机材料表面(例如炉窑壳体的内壁)结合良好，但在金属材质表面(例如加热管道的外壁)的附着力较差。由于该高温远红外涂料固化
后强度较低，而金属的膨胀系数较大，导致金属材质表面的高温远红外涂层容易出现开裂、
脱落等现象，影响炉窑热效率的提升。

发明内容

[0006] 本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种经过加热处理后能够在金属表面形成附着力强、使用寿命长、耐高温辐射的地聚合物涂料及其制备方法和应用，具体技
术方案如下：

[0007] 第一方面，本发明实施例提供了一种地聚合物涂料，所述涂料采用以下重量份的组分制备得到：铜铬黑100份，导热填料1‑200份，硅酸盐类粘结剂100‑500份，偏高岭土10‑
150份，水100‑1000份。

[0008] 具体地，作为优选，所述铜铬黑的颗粒尺寸为1000‑10000目。

[0009] 具体地，作为优选，所述导热填料为石墨粉和/或石墨烯粉末，所述石墨粉或所述石墨烯粉末的颗粒尺寸为600‑10000目。

[0010] 具体地，作为优选，所述硅酸盐类粘结剂为硅酸钾、硅酸铝、硅酸钠、硅酸锂中的至少一种，所述硅酸盐类粘结剂的模数为2.5‑4。

[0011] 具体地，作为优选，所述偏高岭土由超细高岭土经600‑1500℃煅烧1‑3h，再研磨至2000‑10000目制备得到。

[0012] 第二方面，本发明实施例提供了一种上述地聚合物涂料的制备方法，所述方法包括：

[0013] 将铜铬黑、导热填料、偏高岭土混合，研磨1‑3h，得到A组分；

[0014] 将硅酸盐类粘结剂与水混合，形成粘结剂溶液，得到B组分；

[0015] 将所述A组分与所述B组分混合均匀，得到所述涂料。

[0016] 第三方面，本发明实施例提供了上述地聚合物涂料在制备炉窑内壁涂层或加热管道涂层上的应用。

[0017] 具体地，作为优选，将加热管道的外壁打磨至Sa2.5级或St3级，将所述涂料涂覆在所述加热管道的外壁上，表干后4‑24h内对所述涂料进行升温处理，直至使所述涂料达到
800℃，得到地聚合物涂层，控制所述地聚合物涂层的厚度为60‑120mm。

[0018] 具体地，作为优选，所述升温处理包括：

[0019] 将所述涂料由室温依次升温至100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃，每次升温的时间为5‑10min，每次升温后的保温时间为1‑4h。

[0020] 具体地，作为优选，当所述涂料达到800℃时，铜铬黑、硅酸盐类粘结剂、偏高岭土反应生成地聚合物，地聚合物的化学结构式为：

[0021]

[0022] 其中，R为Si4+、Al3+、Cu2+或Cr3+，n值大于2。

[0023] 本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

[0024] 本发明实施例提供的地聚合物涂料，通过铜铬黑、偏高岭土与硅酸盐类粘结剂反应形成地聚合物，利用地聚合物强度高、耐化学腐蚀、耐高温、耐久性好的优点，使该涂料能
够牢固地附着在金属材质的表面，不会因金属的膨胀而出现开裂、脱落等现象，从而延长了
该涂料的使用寿命，使炉窑的热效率得到长期的提升。通过无毒的铜铬黑使涂料具有良好
热辐射性能的同时，符合绿色环保的要求。通过导热填料提升涂料的导热系数，从而提高涂
料的传热效率，进而提高炉窑的热效率。可见，本发明实施例提供的地聚合物涂料，在金属
表面附着力强、使用寿命长、耐高温辐射、环保无毒、有助于炉窑热效率的提升，且使用方
便，适于规模化推广应用。

具体实施方式

[0025] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。

[0026] 第一方面，本发明实施例提供了一种地聚合物涂料，涂料采用以下重量份的组分制备得到：铜铬黑100份，导热填料1‑200份，硅酸盐类粘结剂100‑500份，偏高岭土10‑150
份，水100‑1000份。

[0027] 本发明实施例提供的地聚合物涂料，通过铜铬黑、偏高岭土与硅酸盐类粘结剂反应形成地聚合物，利用地聚合物强度高、耐化学腐蚀、耐高温、耐久性好的优点，使该涂料能
够牢固地附着在金属材质的表面，不会因金属的膨胀而出现开裂、脱落等现象，从而延长了
该涂料的使用寿命，使炉窑的热效率得到长期的提升。通过无毒的铜铬黑使涂料具有良好
热辐射性能的同时，符合绿色环保的要求。通过导热填料提升涂料的导热系数，从而提高涂
料的传热效率，进而提高炉窑的热效率。可见，本发明实施例提供的地聚合物涂料，在金属
表面附着力强、使用寿命长、耐高温辐射、环保无毒、有助于炉窑热效率的提升，且使用方
便，适于规模化推广应用。

[0028] 铜铬黑是一种黑色金属氧化物混相无机颜料，属于铜和铬的混相氧化物。铜铬黑具有环保无毒、耐高温、耐酸碱、耐候、耐晒等优点。现有技术中的耐高温辐射涂料一般含有
氧化铬，而氧化铬具有一定的毒性，不符合绿色环保的要求，用铜铬黑代替氧化铬后，在保
证涂料具有良好热辐射性能的前提下，提高了涂料的环保性能。将含有铜铬黑的涂料涂在
金属材料表面，可以提高金属表面的黑度，增加金属材料与周围环境的热量交换，将加热管
道中的液体尽快加热到预定温度，提高炉窑的热效率。铜铬黑的颗粒尺寸为1000‑10000目，
通过使用较小粒径的铜铬黑提高地聚合物涂料的分散性，利于地聚合物涂料的均匀涂覆。

[0029] 该地聚合物涂料组分中的导热填料并不参与地聚合物生成的化学反应，而仅用于提升地聚合物涂料的导热系数，以提高涂料的传热效率，进而提高炉窑的热效率。导热填料
为石墨粉和/或石墨烯粉末，石墨粉和石墨烯粉末的导热性能优异，能够增加涂层与周围环
境的热量交换，以提高加热管道的加热效率。石墨粉或石墨烯粉末的颗粒尺寸为600‑10000
目，通过使用较小粒径的石墨粉和/或石墨烯粉末，进一步提高地聚合物涂料的分散性。

[0030] 硅酸盐类粘结剂为硅酸钾、硅酸铝、硅酸钠、硅酸锂中的至少一种，是反应生成地聚合物的组分之一。硅酸盐类粘结剂的模数为2.5‑4，模数即硅酸盐类粘结剂中SiO2与金属
氧化物(例如氧化钠、氧化铝等)的摩尔比。通过选用较高模数的硅酸盐作为粘结剂，降低了
常温状态下地聚合物的反应速度，极大的简化了制备和应用工艺。硅溶胶与铜铬黑、偏高岭
土混合，也能够反应形成地聚合物，因此，也可以用硅溶胶代替硅酸盐类粘结剂来制备得到
地聚合物涂料。

[0031] 偏高岭土在地聚合物涂料中作为活性掺和剂，以促进地聚合物的合成。偏高岭土也是制备地聚合物的原料之一，它由超细高岭土(粒度为500～8000目)经600‑1500℃煅烧
1‑3h，例如，煅烧温度为600℃、800℃、1000℃、1200℃、1500℃等，煅烧时间为1h、2h、3h等。
将煅烧后的超细高岭土研磨至600‑10000目，制备得到偏高岭土。

[0032] 第二方面，本发明实施例提供了一种上述地聚合物涂料的制备方法，该方法包括：将铜铬黑、导热填料、偏高岭土混合，研磨1‑3h，得到A组分；将硅酸盐类粘结剂与水混合，形
成粘结剂溶液，得到B组分；将A组分与B组分混合均匀，得到涂料。

[0033] 为了延长地聚合物涂料的存放时间，操作人员通常向耐高温辐射涂料中加入增稠剂、分散剂等，以避免涂料长时间存放而产生的沉降问题。而本发明实施例提供的地聚合物
涂料，则将组分中的物质分别制成A组分和B组分，并分开放置。使用时，再将A组分和B组分
混合，搅拌均匀后，即可进行涂料的涂覆，无需额外添加增稠剂、分散剂等，使用过程十分方
便。

[0034] 具体地，将铜铬黑、导热填料、偏高岭土按预定比例进行混合，研磨1‑3h，例如研磨1h、2h、3h等，得到颗粒尺寸为2000～10000目的粉末状的A组分，备用。将硅酸盐类粘结剂与
水按预定比例进行混合，形成粘结剂溶液，得到溶液状的B组分。使用时，再将A组分和B组分
混合，搅拌均匀，通过喷涂或刷涂的方式将地聚合物涂料涂覆在加热管道的外表面上，固化
后形成地聚合物涂层，以提高炉窑的热效率。

[0035] 第三方面，本发明实施例提供了一种上述地聚合物涂料在制备炉窑内壁涂层或加热管道涂层上的应用。

[0036] 在应用时，首先对加热管道的外壁进行预处理，将加热管道的外壁打磨至Sa2.5级或St3级，Sa2.5级为通过喷砂处理应达到的标准，St3级为手工打磨应达到的标准。通过对
加热管道外壁的预处理，使加热管道的外壁光滑，便于地聚合物涂料的涂覆，进一步保证地
聚合物涂料在金属材料表面的牢固附着。

[0037] 预处理后，将地聚合物涂料涂覆在加热管道的外壁上，经过2小时后，地聚合物涂层表面基本达到干燥状态，表干后4‑24h内对所述涂料进行升温处理，直至使涂料达到800
℃，得到地聚合物涂层。48小时后，地聚合物涂层完全固化，并牢固地附着在加热管道的外
表面上，使炉窑的热效率得到长期提升。

[0038] 具体地，升温处理包括：将涂料由室温依次升温至100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃，每次升温的时间为5‑10min，每次升温后的保温时间为1‑4h。其中，
室温为18‑23℃。

[0039] 当地聚合物涂料达到800℃时，其中的铜铬黑、硅酸盐类粘结剂、偏高岭土反应生成地聚合物。该地聚合物的化学结构式为：

[0040]

[0041] 其中，R为Si4+、Al3+、Cu2+或Cr3+，n值大于2，n值优选为5‑200，例如n值为5、10、50、100、150、200等。

[0042] 该地聚合物的强度较高，固化后能够牢固地附着在金属材质的表面，不会因金属的膨胀而出现开裂、脱落等现象，从而延长了地聚合物涂料的使用寿命，使炉窑的热效率得
到长期的提升。

[0043] 升温处理过程即为地聚合物的形成及固化过程，通过分阶段的升温，使地聚合物的温度逐渐升高，最终形成结构稳定的地聚合物涂层。每次升温处理的时间以5‑10min为
宜，然后进行1‑4h的保温处理，以对硅酸盐、偏高岭土与铜铬黑进行充分烧结，得到在金属
表面附着力强、使用寿命长、耐高温辐射的地聚合物涂层。

[0044] 控制地聚合物涂层的厚度为60‑120mm，以保证地聚合物涂层的换热效果，有效提高炉窑的热效率。

[0045] 本发明实施例提供的地聚合物涂料，还可以用于管道修补，以提高管道的强度，保证管道的长期安全运行。

[0046] 以下将通过具体实施例进行详细阐述，在以下具体实施例中，所涉及的操作未注明条件者，均按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用原料未注明生产厂商及规格
者均为可以通过市购获得的常规产品：

[0047] 实施例1

[0048] 本实施例提供了一种地聚合物涂料，该涂料采用以下重量份的组分制备得到：

[0049] 铜铬黑100份，石墨粉200份，硅酸钾100份，偏高岭土50份，水500份。

[0050] 其中，铜铬黑的颗粒尺寸为10000目，石墨粉的颗粒尺寸为2000目，硅酸钾的模数为3.0，偏高岭土由超细高岭土经600℃煅烧3h，研磨至4000目制备得到。

[0051] 该地聚合物涂料通过如下方法制备得到：

[0052] 将铜铬黑、石墨粉、偏高岭土混合，研磨1h，得到颗粒尺寸为2000目的粉末状的A组分。

[0053] 将硅酸钾与水混合，形成粘结剂溶液，得到B组分。

[0054] 将A组分与B组分混合均匀，得到地聚合物涂料。

[0055] 实施例2

[0056] 本实施例提供了一种地聚合物涂料，该涂料采用以下重量份的组分制备得到：

[0057] 铜铬黑100份，石墨烯粉末100份，硅酸铝100份，硅酸钠200份，偏高岭土150份，水1000份。

[0058] 其中，铜铬黑的颗粒尺寸为5000目，石墨烯粉末的颗粒尺寸为10000目，硅酸铝和硅酸钠的模数为3.5，偏高岭土由超细高岭土经1500℃煅烧1h，研磨至1500目制备得到。

[0059] 该地聚合物涂料通过如下方法制备得到：

[0060] 将铜铬黑、石墨烯粉末、偏高岭土混合，研磨2h，得到颗粒尺寸为10000目的粉末状的A组分。

[0061] 将硅酸铝、硅酸钠与水混合，形成粘结剂溶液，得到B组分。

[0062] 将A组分与B组分混合均匀，得到地聚合物涂料。

[0063] 实施例3

[0064] 本实施例提供了一种地聚合物涂料，该涂料采用以下重量份的组分制备得到：

[0065] 铜铬黑100份，石墨烯粉末100份，石墨粉100份，硅酸锂200份，硅溶胶300份，偏高岭土100份，水800份。

[0066] 其中，铜铬黑的颗粒尺寸为1000目，石墨烯粉末和石墨粉的颗粒尺寸为800目，硅酸锂和硅溶胶的模数为2.5，偏高岭土由超细高岭土经1200℃煅烧2h，研磨至10000目制备
得到。

[0067] 该地聚合物涂料通过如下方法制备得到：

[0068] 将铜铬黑、石墨烯粉末、石墨粉、偏高岭土混合，研磨3h，得到颗粒尺寸为5000的粉末状的A组分。

[0069] 将硅酸锂、硅溶胶与水混合，形成粘结剂溶液，得到B组分。

[0070] 将A组分与B组分混合均匀，得到地聚合物涂料。

[0071] 应用实施例

[0072] 将炉窑中加热管道的外壁打磨至Sa2.5级，将实施例1‑实施例3提供的地聚合物涂料分别涂覆在试验用加热管道的外壁上，表干后4‑24h内对涂料进行升温处理，使涂料由23
℃依次升温至100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃，每次升温的时间为
5min，每次升温后的保温时间为3h，得到地聚合物涂层。地聚合物涂层的厚度为80mm。

[0073] 当地聚合物涂料达到800℃时，该地聚合物涂料中的铜铬黑、硅酸盐类粘结剂、偏高岭土反应生成耐高温辐射的地聚合物。

[0074] 该地聚合物的强度较高，固化后能够牢固地附着在金属材质的表面，不会因金属的膨胀而出现开裂、脱落等现象，从而延长了地聚合物涂料的使用寿命，使炉窑的热效率得
到长期的提升。

[0075] 将实施例1‑实施例3提供的地聚合物涂料形成的涂层升温至800℃后，迅速将试样放置于室温，涂层未见爆裂问题。反复30次无异常，可见，本发明实施例1‑实施例3提供的地
聚合物涂层的质量显著优于硅溶胶类成膜物质。

[0076] 然后，对形成的地聚合物涂层的发射率和耐久性进行测定，以对实施例1‑实施例3提供的地聚合物涂料的性能进行进一步评价。

[0077] 通过发射率测试可知，实施例1‑实施例3提供的地聚合物涂料形成的涂层的发射率分别为0.92、0.93、0.94。涂覆地聚合物涂料后，炉窑的加热率提高了4％，说明地聚合物
涂料在提升炉窑加热率方面效果良好。

[0078] 将实施例1‑实施例3提供的地聚合物涂料涂覆在加热管道的外表面，30天后，地聚合物涂层没有出现明显的开裂和脱落，说明地聚合物涂料能够牢固地附着在金属材料表
面，且寿命较长，耐久性良好，预计使用寿命超过7年。

[0079] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围
之内。