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高效保温绝热涂料的研制,以丙苯乳液为主要成膜物质
2020年02月21日    阅读量:947     新闻来源:中国化工网 okmart.com    |  投稿

1 引言

泡沫塑料做保温材料,保温效果好,容量小轻便,浇注发泡施工快捷。但有不足之处,浇注发泡使用有机溶剂,污染环境,各类泡沫塑料均易燃烧不安全,对某些大型异型设备进行保温施工不方便,此外,成本较贵。


新型保温涂料可克服这些缺点中国化工网okmart.com。保温隔热涂料已获广泛应用,高温管道的保温,如化工厂、发电厂高温管道,锅炉、窑炉等的外壳,尤其适用不易施工的异型设备、管道附件等,此外用在建筑物保温方面,适用于内墙的保温隔热。


本文研制的保温隔热涂料综合了涂料及保温材料的双重特点,干燥后形成一定强度及弹性的保温层,其导热系数低,保温效果显著,且费用较一般保温材料便宜。一般保温涂料的导热系数为0.2~0.07 W/(m.K),本研究达0.0594W/(m.K)。

 

2 保温隔热涂料的保温隔热原理

热传导三种机制 :传导、对流和辐射,简言之,保温隔热涂料就是尽量阻止这三种传热方式。涂层外表面与环境介质的热交换是一复杂的传热过程,每种传热方式在涂层的热量传递中所起的作用是不同的。

保温隔热涂料涂敷成一定厚度,涂膜干燥后其密度很小,一般在500 kg/m3以下,这种涂膜由大量封闭孔隙组成,材料密度越低,导热系数越小,干密度300 kg/m3,导热系数0.07W/(m.K)。

衡量材料保温隔热程度的参数是热阻R

R = d / λ

式中:d —保温材料厚度,λ—材料的导热系数。

保温隔热涂料是厚膜的,一般采用抹涂施工,其涂装厚度10~20 mm。当d=20 mm 时,按上式计算热阻达30~34 cm 砖墙的作用。保温隔热涂料具有封闭微孔结构,气体被封闭在微孔中,阻止了气孔内气体的流通,即阻止了涂层的对流传热。根据斯蒂芬- 玻尔兹曼定律,物体的热辐射与物体表面温度的四次方成正比,且热辐射在传递过程中,固体对热辐射有屏蔽作用。结构良好的绝热层为不透明固体,热辐射基本被吸收掉而无法传递,通过涂层的辐射传热很小。如在涂层外涂上铝粉涂料,铝粉的反射热辐射和封闭涂料层表面热阻断,因此,可增强保温效果。此外,某些保温材料常常预制成制品,施工时接缝处难于完全填封,增大了热损失。保温隔热涂料整体效果好,没有接缝。

 

3 保温绝热涂料的组成

保温隔热涂料一般由基料、助剂、天然硅酸盐纤维或其它矿物保温材料和适量轻质填料组成。

3.1 膨胀珍珠岩

具有质轻、绝热、吸音、无毒、不燃、无臭味、价廉和来源广等特点,是一种很好的超轻质高效能保温材料。

3.2 蛭石

其化学成分复杂多变,主要为含水镁铝硅酸盐,加热后体积急剧增加,形成无数细小的空穴,成为导热系数小、体轻、隔热、隔音、防火、可吸收较多水分的材料,适合作保温绝热涂料填料。

3.3纤维材料

可加强各物料之间的连接,使涂层内部形成网状结构,提高韧性和抗拉抗弯等机械性能,要求该纤维材料导热系数小,强度高,耐酸碱,选择硅酸铝棉或耐碱玻璃纤维。

3.4 增稠剂

改善涂层的初始粘稠度,便于施工。

3.5 助剂

渗透剂使水分能充分渗入到硅酸盐纤维中,使纤维开松,进而使纤维均匀分散在涂料中。消泡剂,在涂料配制过程中,有泡沫产生,故加适量消泡剂。

3.6 复合粘结剂

粘结剂对骨料起粘结作用,使涂层有良好的整体性能,和底材附着力好,且赋予涂料有良好的施工性能。常用粘结剂有两类:一类是有机基料如苯丙乳液等;另一类是无机基料,如改性硅溶胶、水玻璃等,用于高温场合。

 

4 实验部分

4.1 主要原料加工处理

膨胀珍珠岩过100 目筛;硅酸镁铝矿粉过120目筛 ;硅酸盐纤维浸入含有渗透剂等物质水溶液中,搅动,使纤维棉团松开,形态比愈大愈好。

4.2 实验装置

为直观起见和简易地进行条件试验,首先对不同配比保温涂料的绝热保温效果进行比较。取两个完全相同的圆柱型铁罐,一个外壁涂3 mm 保温涂料,另一个不涂用于对照,两罐中分别倒入相同重量的90℃热水(起始两罐中热水温度必须相同),插入温度计,20~30 min后记录两个铁罐中水温差,水温差越大,说明涂料保温效果越好,主要根据温差大小,筛选出保温绝热涂料配方,最后测试最佳配方保温绝热涂料导热系数。

 

5 结果与讨论

5.1 苯丙乳液粘结剂

50% ± 2% 固含量苯丙乳液用量12%~15%,加涂料总量的55%~65% 水,这便于涂敷或喷涂施工,得到的涂层附着力和强度较好。

5.2 珍珠岩粉

固定硅酸铝棉4.5%,岩棉粉4%,镁铝硅酸盐矿粉7%,几种助剂总量1.5%。珍珠岩粉8%-13% 保温效果较好,大于15% 涂层易脱落。

5.3 镁铝硅酸盐矿粉

固定珍珠岩粉、硅酸铝棉、岩棉粉用量,镁铝硅酸盐矿粉4%-6% 保温效果较好,高于8%,粘结性差,易粉化脱落。

5.4 岩棉粉和硅酸铝棉

它们起骨架作用,增进涂层强度,随其量增加,保温效果也增加,它们适合的量均为4%-5%。当使用量超过6%,影响涂层平整性。

5.5 配方

50% ± 2% 固含量苯丙乳液12%~15%

珍珠岩粉12%~13%

镁铝硅酸盐矿物4 % ~ 6 %

岩棉粉4 % ~ 5 %

硅酸铝棉4 % ~ 5 %

助剂(几种之和) 1.5%~2%

水58%~62%

5.6 涂层性能测定

常温导热系数(准稳态法) :0.0594 W/(m.K) ;耐热性(200℃,8h) :不开裂、不变形、无粉化 ;耐水性(常温浸泡72h) :不脱落、不变形、不溶解。

 

6 结语

本文研制的保温绝热涂料为半流动浆稠状体系,涂布于基材表面干燥成型后,为疏松的有较好强度的涂层,该涂层由气- 固两相组成,固相为纤维-珍珠岩-硅酸盐材质的网状复合结构,绝大部分气孔为封闭微孔,它们分散于网状固相中。本涂料的原料来源广泛,价格低廉,保温性能好,已用于炼油工厂大型设备。


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