高红外辐射率节能涂料的制备方法.pdf

本发明涉及一种低成本高红外辐射率节能涂料的制备方法，属无机金属氧化物涂料制造工艺技术领域。本发明方法的制备过程和步骤如下：首次利用硅铁合金产生的副产品SiO2超细微粉以及工业纯Fe2O3、Cr2O3、MnO2为原料，其配方为：SiO2超细微粉40～60wt％，Fe2O3 20～40wt％，Cr2O3 5～15wt％，MnO2 5～15％；将此配合料放于球磨机内混合、研磨后，送入烧结炉中于1100～1200℃下烧结，再经球磨，制得基体粉料；在上述基体粉料中加入事先配制好的涂料粘结剂，粘结剂是由Mg(OH) 2、H3PO4、NaOH及水配制成，经水溶加热反应而得；基体粉料与粘结剂的重量配比为1∶1，经搅拌均匀后，最终制得具有高红外辐射率的节能涂料。本发明方法制得的高红外辐射率节能涂料其室温全波长积分发射率为0.90，各个波长范围法向比辐射率均大于等于0.90。

权利要求书

高红外辐射率节能涂料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高红外辐射节能涂料的制备方法，属无机金属氧化物涂料制造工艺技术领域。
背景技术
红外辐射节能涂料作为工业炉等热加工设备上的一种节能新材料，不仅可以获得节能降低燃料成本的效果，而且能对炉衬材料起到良好的保护作用，延长工业炉使用寿命，减轻窑炉维护工作量。此外，强化炉内辐射传热，改善加热均匀性，提高炉子热效率及产品加热质量。
国际上，发达国家对红外辐射节能涂料及其在工业炉上的应用进行了大量的研究。例如，在日本的石油加工行业中，已有许多企业在石油加热炉上使用了红外辐射节能涂料，使加热炉热效率提高了2～4％；美国某公司生产的红外辐射节能涂料在工业炉上使用，可节能10～30％，同时红外辐射节能涂料对炉衬材料还有保护作用，可延长耐火材料使用寿命1～4倍。对于红外辐射节能涂料的研究，目前国外性能较好地红外辐射节能涂料的原材料采用辐射率较高的含氧化合物、氮化物、碳化物或硼化物的多元体系。相比之下，由于氧化物价格相对较低，在氧化性气氛中稳定性好而倍受青睐。例如，英国某公司生产的ET-4系列红外辐射节能涂料采用SiO₂、ZrO₂、Al₂O₃，日本某公司采用了CoO、Cr₂O₃、Fe₂O₃、Mo₂O₃、SiO₂作为主要原料。
在我国也有文献报道在工业炉窑上应用红外辐射节能涂料的实际节能效果。红外辐射节能涂料在工业炉上应用时，开始仅限于小于600℃的电阻炉，后来发展至应用于高温工业加热炉上。在20世纪80年代末，红外辐射节能涂料已在我国一些石油化工行业和钢铁行业中应用，并取得一定效果。
在大量的研究中发现，在研制红外辐射节能涂料时，提高其各波长范围的红外辐射率是研制的关键。首先可采用吸收指数和折射系数小的物质进行复合，这些物质本身具有较大的红外辐射率；其次是红外辐射涂料粒度超细化，超细化可进一步减小物质的吸收指数和折射系数。同时，要求有合理的成分配比，使红外辐射节能涂料在整个红外热辐射波长区域内均有很高的辐射性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种低成本高红外辐射率节能涂料的制备方法。
本发明的一种高红外辐射率节能涂料的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：
a.设定涂料的氧化物原料的组成及其重量百分配比，其配方如下：
SiO₂超细微粉                40～60％，
工业纯Fe₂O₃               20～40％，
工业纯Cr₂O₃               5～15％，
工业纯MnO₂                 5～15％；
其中SiO₂超细微粉来自硅铁合金厂生产过程中产生的副产品，SiO₂超细微粉的化学成分及其量百分含量如下：
SiO₂＞85％；
Fe₂O₃＜3％；
MgO＜3％；
其他氧化物及杂质余量，＜9％；
微粉粒度范围为100～450um；
b.配制涂料粘结剂：涂料粘结剂的化学成分及其重量百分配比如下：
Mg(OH)₂                    3～7％，
H₃PO₄                     7～12％，
NaOH                       1～5％，
水                          70～90％；
先将原料Mg(OH)₂加入适量水，使其分散，随后加入H₃PO₄，水浴加热至85～95℃，使其反应，再加入NaOH分散，然后冷却至室温，备用；
c.制备涂料的基体粉料：按上述涂料的配方进行配料；配合料放置于球磨机内进行混合、研磨，粉料磨至300目筛余0.5wt％以下，送入烧结炉进行烧结，烧结温度为1100～1200℃，烧结时间1～2小时，然后在空气中冷却至室温，再放置于球磨机内进行球磨，粉料研磨至300目筛余0.5wt％以下，制成备用的基体粉料；
d.制备节能涂料：在上述的基体粉料中加入事先制备好的涂料粘结剂，基体粉料与粘结剂的重量配比为1∶1，随后放入机械搅拌机中进行搅拌，搅拌时间为20～30分钟，最终制成具有高红外辐射率的节能涂料。
本发明方法是采用了硅铁合金生产过程中的副产品——SiO₂超细微粉作为主要成分，这是对SiO₂超细微粉的回收利用，而且对环境保护也起到一定作用。本发明方法中采用工业纯的Fe₂O₃、Cr₂O₃、MnO₂为原料，经高温烧结处理后，涂料中形成了Si⁴⁺、Fe³⁺、Cr⁴⁺的互相搀杂，增加了杂质能级，故可提高红外辐射率。
本发明方法制得的红外辐射节能涂料，其室温全波长积分发射率为0.90，各个波长范围法向比辐射率均大于等于0.90。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例1
本实施例的制备过程和步骤如下：
(1)设定涂料氧化物原料的组成及其重量百分配比，其配方如下：
SiO₂超细微粉              50％，
工业纯Fe₂O₃             30％，
工业纯Cr₂O₃             10％，
工业纯MnO₂               10％；
其中SiO₂超细微粉的化学成分及重量百分含量为：
SiO₂                      87.6％，
Fe₂O₃                    1.32％，
MgO                        2.11％，
其他氧化物及杂质余量，＜9％；
微粉的平均粒径为233nm，微粉粒度的分布范围为130～415nm。
(2)配制涂料粘结剂：涂料粘结剂的化学成分及其重量百分配比如下：
Mg(OH)₂                   5.8％，
H₃PO₄                    9.7％，
NaOH                      3％，
水                         81.5％；
先将原料Mg(OH)₂加入定量的水，使其分散，随后加入H₃PO₄，水浴加热至90℃，使其反应，再加入NaOH分散，然后冷却至室温，备用。
(3)制备涂料的基体粉料：按上述涂料的配方进行配料；配合料放置于球磨机内进行混合、研磨，粉料磨至300目筛余0.5wt％以下，送入烧结炉进行烧结，烧结温度为1150℃，烧结时间1.5小时，然后在空气中冷却至室温，再放置于球磨机内进行球磨，粉料研磨至300目筛余0.5wt％以下，制成备用的基体粉料。
(4)制备节能涂料：在上述的基体粉料中加入前述的涂料粘结剂，基体粉料与粘结剂的重量配比为1∶1，随后放入机械搅拌机中进行搅拌，搅拌时间为25分钟，最终制成具有高红外辐射率的节能涂料。
本实施例制备的样品经性能测试分析，其室温全波长积分发射率为0.90，各个波长范围法向比辐射率均大于等于0.90。
各其各波长范围测得的数据如下：
F1——全长波积分发射率，0.90
F2——(8～25)μm积分发射率，0.90
F3——8.45μm法向比辐射率，0.90
F4——9.50μm法向比辐射率，0.90
F5——10.60μm法向比辐射率，0.90
F6——12.00μm法向比辐射率，0.91
F7——13.50μm法向比辐射率，0.91
F8——(14～25)μm积分发射率，0.91