CN117887323B - 一种热反射涂料组合物、涂料和保温毡及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及隔热涂料领域，具体是一种热反射涂料组合物、热反射涂料和表面具有热反射涂层的保温毡及其制备方法。本发明提供的热反射涂料组合物，以重量份计，包括：10~35份的粘结剂，所述粘结剂包括10~20份的酚醛树脂和0.5~10份的丙烯酸酯；10~35份的粉体材料，所述粉体材料选自氧化铝颗粒、二氧化钛颗粒或硅酸盐粉末中的至少一种；1~2份的稳定剂；和1~2份的表面活性剂。本发明提供的组合物，通过以丙烯酸酯与酚醛树脂混合溶液作为粘结剂与特定的粉体颗粒材料实现了所形成的涂层在高温环境下的稳定性与热反射的效果，并通过粉体材料粒径的调控使效果进一步提高，在1900℃真空高温炉使用104小时无异常。
Description
技术领域
本发明涉及隔热涂料领域，具体是一种热反射涂料组合物、热反射涂料和表面具有热反射涂层的保温毡及其制备方法。
背景技术
加热器为了保持稳定的高温工作和减少热量损耗，一般会在表面包覆保温毡。加热器产生的热量主要是热对流和热辐射，其中热辐射是指加热器表面向外辐射的热能，主要是红外线辐射。现有技术中，干法的碳纤维制造出来的保温毡导热系数都是大于0.18 W/(m•K)，对于保温效果要求更高的场景无法满足。
碳纤维硬毡是常用的保温毡，针对砧宽高温炉等对保温要求高的加热器，通过在硬毡表面涂敷一种增强热反射涂层，使保温毡应用于加热器中的保温效果更好。增强热反射涂层的性能不仅体现在其保温效果，还体现在其高温下的耐久性，在高温耐久性差的情况下将会影响涂层使用时长，严重的甚至会发生涂层脱落。常用加热器如真空高温炉等的超高温应用场景对应用于保温毡表面的涂层提出了挑战，目前现有技术中没有能够满足在高温环境下应用的增强热反射涂层。
中国专利CN106082809B公开了一种热反射隔热涂料及其制备方法，其提供的热反射隔热涂料能够形成反射率高的涂层，但其不是用于碳纤维行业的隔热涂料，不适用于高温环境下的隔热。通常的热反射涂层在大于500℃时就会有不同程度的脱落。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种热反射涂料组合物、热反射涂料和表面具有热反射涂层的保温毡及其制备方法，本发明提供的热反射涂料所形成的涂层具有高的保温性能，同时在高温应用环境下具有好的稳定性。
本发明提供了一种热反射涂料组合物，以重量份计，包括：
10~35份的粘结剂，所述粘结剂包括10~20份的酚醛树脂和0.5~10份的丙烯酸酯；
10~35份的粉体材料，所述粉体材料选自氧化铝颗粒、二氧化钛颗粒或硅酸盐粉末中的至少一种；
1~2份的稳定剂；
和1~2份的表面活性剂。
本发明所述热反射涂料组合物包括10~35份的粘结剂，所述粘结剂包括10~20份的酚醛树脂和0.5~10份的丙烯酸酯。本发明所述酚醛树脂的残碳含量为30~35 wt%。为了解决热反射涂层在高温后会产生的脱落情况，本发明使用酚醛树脂与丙烯酸酯进行配比混合作为粘结剂，增强了所述组合物形成涂层后在高温时的粘结性能。
本发明所述热反射涂料组合物包括10~35份的粉体材料，所述粉体材料选自氧化铝颗粒、二氧化钛颗粒或硅酸盐粉末中的至少一种。在本发明的一些技术方案中，所述热反射涂料组合物包括10~30份的粉体材料、15~30份的粉体材料或者20~35份的粉体材料。
本发明所述粉体材料的粒径为1~100 nm。较小的粒径通常具有更好的热稳定性，这是因为较小的颗粒具有更大的比表面积，可以更有效地扩散和释放热量，减少热应力和热膨胀的影响。此外，较小的颗粒也更容易形成均匀的结构，并且在高温下更不容易发生热破裂。本发明所述组合物使用了粒径为1~100 nm的所述粉体材料与粘结剂混合涂敷，在硬毡表面形成涂层后，不仅能够提供更高的保温性能，还具有优异的粘结性能，同时在高温应用环境下具有好的稳定性，也即本发明所述粉体材料的粒径的选择结合了粘结剂的选择，可以使热反射性能与高温稳定性达到均衡最优状态。
本发明所述热反射涂料组合物还包括1~2份的稳定剂和1~2份的表面活性剂。本发明所述稳定剂选自聚乙烯醇、聚乙烯酸或聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。本发明所述表面活性剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或辛基苯磺酸钠中的至少一种。
在本发明的一个技术方案中，本发明所述热反射涂料组合物包括：10~25份的上述粘结剂；10~30份的氧化铝颗粒；1~2份的上述稳定剂；和1~2份的上述表面活性剂。优选地，本发明所述热反射涂料组合物包括：10~25份的上述粘结剂；10~30份的氧化铝颗粒；1~2份的聚乙烯醇；和1~2份的十二烷基硫酸钠。在本发明的另一个技术方案中，本发明所述热反射涂料组合物包括：25份的粘结剂，所述粘结剂包括15份的酚醛树脂和10份的丙烯酸酯；30份的氧化铝颗粒；2份的聚乙烯醇；和2份的十二烷基硫酸钠。在本发明的另一个技术方案中，本发明所述热反射涂料组合物包括：10份的粘结剂，所述粘结剂中包括9 份的酚醛树脂和1 份的丙烯酸酯；10份的氧化铝颗粒；1份的聚乙烯醇；和1份的十二烷基硫酸钠。
在本发明的另一个技术方案中，本发明所述热反射涂料组合物包括： 10~30份的上述粘结剂；15~30份的二氧化钛颗粒；1~2份的上述稳定剂；和1~2份的上述表面活性剂。优选地，本发明所述热反射涂料组合物包括： 10~30份的上述粘结剂；15~30份的二氧化钛颗粒；1~2份的聚乙烯酸；和1~2份的十二烷基苯磺酸钠。在本发明的另一个技术方案中，本发明所述热反射涂料组合物包括：25份的粘结剂，所述粘结剂中包括20份的酚醛树脂和5份的丙烯酸酯；30份的二氧化钛颗粒；2份的成分为聚乙烯醇；2份的十二烷基硫酸钠。
在本发明的另一个技术方案中，本发明所述热反射涂料组合物包括：15~35份的上述粘结剂；20~35份的硅酸盐粉末；1~2份的上述稳定剂；和1~2份的上述表面活性剂。优选地，本发明所述热反射涂料组合物包括：15~35份的上述粘结剂；20~35份的硅酸盐粉末；1~2份的聚乙烯吡咯烷酮；和1~2份的辛基苯磺酸钠。
本发明还提供了一种热反射涂料，其由上述任一技术方案的热反射涂料组合物和溶剂混合得到。具体而言，其由50~75重量份的上述热反射涂料组合物和25~50重量份的水混合得到；所述混合为以3000~5000 rpm的转速搅拌10~30 min。在本发明的一个技术方案中，所述热反射涂料由10~25份的上述粘结剂；10~30份的氧化铝颗粒；1~2份的上述稳定剂；1~2份的上述表面活性剂和30~50重量份的水混合得到。在本发明的另一个技术方案中，所述热反射涂料由10~30份的上述粘结剂；15~30份的氧化铝颗粒；1~2份的上述稳定剂；1~2份的上述表面活性剂和20~40重量份的水混合得到。在本发明的另一个技术方案中，所述热反射涂料由15~35份的上述粘结剂；20~35份的氧化铝颗粒；1~2份的上述稳定剂；1~2份的上述表面活性剂和25~45重量份的水混合得到。
本发明还提供了一种表面具有热反射涂层的保温毡，所述热反射涂层由上述的热反射涂料固化形成。本发明所述表面具有热反射涂层的保温毡的制备方法，包括：将上述的热反射涂料在保温毡表面固化成型后，进行高温处理，得到表面具有热反射涂层的保温毡。具体而言，将上述的热反射涂料涂覆在保温毡表面后以140~160℃的温度进行烘烤1~2 h使其固化成型，然后使用1000~2000目砂纸打磨光滑后进行高温处理，得到表面具有热反射涂层的保温毡。本发明所述高温处理的温度为1700~1900℃，所述高温处理的时间为6~8 h。本发明所述保温毡为碳纤维硬毡，在将上述的热反射涂料涂覆在保温毡表面之前先对所述保温毡采用200~500目砂纸进行打磨。
本发明提供了一种热反射涂料组合物、热反射涂料和表面具有热反射涂层的保温毡及其制备方法。本发明提供的热反射涂料组合物，以重量份计，包括：10~35份的粘结剂，所述粘结剂包括10~20份的酚醛树脂和0.5~10份的丙烯酸酯；10~35份的粉体材料，所述粉体材料选自氧化铝颗粒、二氧化钛颗粒或硅酸盐粉末中的至少一种；1~2份的稳定剂；和1~2份的表面活性剂。本发明提供的热反射涂料组合物，通过以丙烯酸酯与酚醛树脂混合溶液作为粘结剂与特定的粉体材料实现了所形成的涂层在高温环境下的稳定性与热反射的效果，并通过粉体材料粒径的调控使效果进一步提高。试验表明，以本发明所述的热反射涂料组合物制备的热反射涂料，最佳实施例中采用了粒径为1~100 nm的纳米氧化铝颗粒，在1900℃真空高温炉使用104小时无异常，优于组合物中粘结剂未加入丙烯酸酯所制得的涂料，也优于组合物中粉体材料使用粒径为200 nm或500 nm的纳米氧化铝颗粒所制得的涂料。
具体实施方式
本发明公开了一种热反射涂料组合物、热反射涂料和表面具有热反射涂层的保温毡及其制备方法。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
以下结合实施例对本发明进行进一步阐述：
实施例1
步骤1：参考中国专利CN114645376A中的实施例10的碳纤维硬毡制作方法进行碳纤维硬毡的制作和加工，加工完成的碳纤维硬毡使用500目砂纸进行初步打磨，将表面多余的浮毛打磨掉。
步骤2：涂料配置，涂料成分为：30 wt%的粒径为20纳米的氧化铝颗粒；2 wt%的成分为聚乙烯醇的稳定剂；2 wt%的十二烷基硫酸钠表面活性剂；25 wt%的特制酚醛树脂粘结剂，所述25 wt%的特制酚醛树脂粘结剂中包括15 wt%的残碳含量为31 wt%的酚醛树脂和10wt%丙烯酸酯；和41 wt%的纯水。将配制好的涂料经过4000 rpm搅拌10分钟，制得涂料。
步骤3：将步骤2制备好的涂料使用水性羊毛刷，均匀地涂覆于步骤1制得的碳纤维硬毡表面，然后将其放入140℃烘箱烘烤1小时使涂层固化。
步骤4：将步骤3烘烤完成的硬毡使用2000目砂纸打磨光滑后进入高温炉，进行高温处理，高温工艺为1900℃，6小时。
实施例2
步骤1：参考中国专利CN114645376A中的实施例10的碳纤维硬毡制作方法进行碳纤维硬毡的制作和加工，加工完成的碳纤维硬毡使用500目砂纸进行初步打磨，将表面多余的浮毛打磨掉。
步骤2：涂料配置，涂料成分为：10 wt%的粒径为1纳米的氧化铝颗粒；1 wt%的成分为聚乙烯醇的稳定剂；1 wt%的十二烷基硫酸钠表面活性剂；10 wt%的特制酚醛树脂粘结剂，所述10 wt%的特制酚醛树脂粘结剂中包括9 wt%的残碳含量为30 wt%的酚醛树脂和1wt%的丙烯酸酯；和78%的纯水。将配制好的涂料经过4000 rpm搅拌10分钟，制得涂料。
步骤3：将步骤2制备好的涂料使用水性羊毛刷，均匀地涂覆于碳纤维硬毡表面后放入140℃烘箱烘烤1小时使涂层固化。
步骤4：将步骤3烘烤完成的硬毡使用2000目砂纸打磨光滑后进入高温炉，进行高温处理，高温工艺为1900℃，6小时。
实施例3
步骤1：参考中国专利CN114645376A中的实施例10的碳纤维硬毡制作方法进行碳纤维硬毡的制作和加工，加工完成的碳纤维硬毡使用500目砂纸进行初步打磨，将表面多余的浮毛打磨掉。
步骤2：涂料配置，涂料成分为：30%的粒径为50纳米的二氧化钛颗粒；2%的成分为聚乙烯醇的稳定剂；2 wt%的十二烷基硫酸钠表面活性剂；25 wt%的特制酚醛树脂粘结剂，所述25 wt%的特制酚醛树脂粘结剂中包括20 wt%的残碳含量为35 wt%的酚醛树脂和5 wt%的丙烯酸酯；和41%纯水。将配制好的涂料经过4000 rpm搅拌10分钟，制得涂料。
步骤3：将步骤2制备好的涂料使用水性羊毛刷，均匀地涂覆于碳纤维硬毡表面后放入140℃烘箱烘烤1小时使涂层固化。
步骤4：将步骤3烘烤完成的硬毡使用2000目砂纸打磨光滑后进入高温炉，进行高温处理，高温工艺为1900℃，6小时。
实施例4
和实施例1相比，区别仅在于，步骤2中所述氧化铝颗粒改为使用粒径为200纳米的氧化铝颗粒。
实施例5
和实施例1相比，区别仅在于，步骤2中所述氧化铝颗粒改为使用粒径为500纳米的氧化铝颗粒。
对比例1
和实施例1相比，区别仅在于，步骤2中所述25 wt%的特制酚醛树脂中未加入丙烯酸酯，仅包括25 wt%的残碳在33 wt%的酚醛树脂。
对实施例1~5和对比例1制得的硬毡进行1900℃真空高温炉使用情况测试和1000℃导热系数测试，其中导热系数的检测方法为热流计法；结果如表1所示：
表1
由表1可以看出，实施例1的硬毡涂层不仅导热系数低，而且能在1900℃的高温应用场景下稳定使用，实施例2~5的导热系数和稳定性稍差，但仍然能够在1900℃下使用一定的时间，实施例1~3均比起对比例1具有更优异的高温隔热性能和稳定性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种表面具有热反射涂层的保温毡，其特征在于，所述热反射涂层由碳纤维硬毡用热反射涂料固化形成；
所述碳纤维硬毡用热反射涂料由碳纤维硬毡用热反射涂料组合物和溶剂混合得到；
所述碳纤维硬毡用热反射涂料组合物由以下质量份的组分组成：
10~35份的粘结剂，所述粘结剂由10~20份的酚醛树脂和0.5~10份的丙烯酸酯组成；所述酚醛树脂的残碳含量为30~35 wt%；
10~35份的粉体材料，所述粉体材料选自氧化铝颗粒、二氧化钛颗粒或硅酸盐粉末中的至少一种，所述粉体材料的粒径为1~100 nm；
1~2份的稳定剂；所述稳定剂选自聚乙烯醇、聚乙烯酸或聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种；
和1~2份的表面活性剂；所述表面活性剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或辛基苯磺酸钠中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的表面具有热反射涂层的保温毡，其特征在于，所述碳纤维硬毡用热反射涂料组合物由以下质量份的组分组成：
10~25份的粘结剂；
10~30份的氧化铝颗粒；
1~2份的稳定剂；
和1~2份的表面活性剂；
或者，由以下质量份的组分组成：
10~30份的粘结剂；
15~30份的二氧化钛颗粒；
1~2份的稳定剂；
和1~2份的表面活性剂；
或者，由以下质量份的组分组成：
15~35份的粘结剂；
20~35份的硅酸盐粉末；
1~2份的稳定剂；
和1~2份的表面活性剂。
3.根据权利要求1所述的表面具有热反射涂层的保温毡，其特征在于，所述碳纤维硬毡用热反射涂料组合物由以下质量份的组分组成：
25份的粘结剂，所述粘结剂由15份的酚醛树脂和10份的丙烯酸酯组成；
30份的氧化铝颗粒；
2份的聚乙烯醇；
和2份的十二烷基硫酸钠；
或者，由以下质量份的组分组成：
10份的粘结剂，所述粘结剂中由9 份的酚醛树脂和1 份的丙烯酸酯组成；
10份的氧化铝颗粒；
1份的聚乙烯醇；
和1份的十二烷基硫酸钠；
或者，由以下质量份的组分组成：
25份的粘结剂，所述粘结剂中由20份的酚醛树脂和5份的丙烯酸酯组成；
30份的二氧化钛颗粒；
2份的成分为聚乙烯醇；
2份的十二烷基硫酸钠。
4.根据权利要求1所述的表面具有热反射涂层的保温毡，其特征在于，所述碳纤维硬毡用热反射涂料由50~75重量份的碳纤维硬毡用热反射涂料组合物和25~50重量份的水混合得到。
5.一种权利要求1~4中任一所述的表面具有热反射涂层的保温毡的制备方法，其特征在于，包括：
将碳纤维硬毡用热反射涂料在保温毡表面固化成型后，进行高温处理，得到表面具有热反射涂层的保温毡；
所述高温处理的温度为1700~1900℃，所述高温处理的时间为6~8 h。
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