【摘 要】納米碳化硅粉體,具有耐高溫,耐磨,耐腐蝕等性能,在特種涂料的應用也越來越多。納米碳化硅粉體制得紅外輻射涂料、耐腐蝕(shi)納米涂料、粉末涂料等特種(zhong)涂料,具有優良的性能。
【關鍵詞】納米碳化硅;涂料;陶瓷涂料;納米涂料;特種(zhong)涂料
1引言
涂(tu)料屬于有機化工高分(fen)子材料,所(suo)形成的涂(tu)膜屬于高分(fen)子化合物類型。作用主要有四(si)點:保護,裝飾,掩飾產品的缺陷和其(qi)他特殊作用,提(ti)升(sheng)產品的價值。
但是現有的涂料耐(nai)(nai)污性(xing)(xing)、耐(nai)(nai)鹽霧性(xing)(xing)、耐(nai)(nai)老化性(xing)(xing)、耐(nai)(nai)磨(mo)性(xing)(xing)、抗刮傷能力、附著(zhu)力、抗冷熱(re)沖擊能差,在很多行業(ye)尤其是工(gong)業(ye)窯(yao)爐等領域,需求特(te)種涂料。
將納米碳化(hua)硅(gui)粉末(mo)(mo)用于涂(tu)(tu)料(liao)(liao)中(zhong),制得紅外輻射涂(tu)(tu)料(liao)(liao)、耐(nai)腐蝕納米涂(tu)(tu)料(liao)(liao)、粉末(mo)(mo)涂(tu)(tu)料(liao)(liao)等(deng)特種涂(tu)(tu)料(liao)(liao),具(ju)有優(you)良(liang)的節能(neng)、耐(nai)污性、耐(nai)鹽霧(wu)性、耐(nai)老(lao)化(hua)性、耐(nai)磨性、抗(kang)(kang)刮傷能(neng)力、附著力、抗(kang)(kang)冷熱沖擊(ji)能(neng)、柔韌性、化(hua)學(xue)穩定性、抗(kang)(kang)沖擊(ji)性,耐(nai)強酸(suan)、強堿(jian)、強氯化(hua)劑等(deng)腐蝕,同時具(ju)有優(you)良(liang)的防(fang)毒、防(fang)霉、阻燃的性能(neng)。
2 納米碳化硅在幾種特種涂料領域的應用
2.1 納米碳化硅粉(fen)末涂(tu)料(liao)
2.1.1一種納米碳化(hua)硅粉末涂料的配方
包括甲組分(fen)50-60%、乙(yi)組分(fen)10-15%和丙組分(fen)10-15%。
所述甲組(zu)分(fen)包括:丙(bing)(bing)烯酸(suan)乳液(ye)(純丙(bing)(bing)乳液(ye)、硅(gui)丙(bing)(bing)乳液(ye)、苯(ben)丙(bing)(bing)乳液(ye)、醋(cu)丙(bing)(bing)乳液(ye)的(de)任意一種(zhong)或者多種(zhong)組(zu)合)20-25%、納米碳化硅(gui)粉末(粒徑(jing)≤100nm)15-20%、丁苯(ben)橡膠(jiao)8-10%和改性高(gao)氯化聚(ju)乙烯樹脂1-5%;
所(suo)述乙組(zu)分包括(kuo):長石粉、金剛砂、陶瓷微粉、云母粉、耐(nai)高(gao)溫(wen)顏料(liao)、碳酸(suan)鈣、滑石粉、硫酸(suan)鋇、瀝(li)青和白水泥均(jun)為1-1.5%;
所(suo)述丙(bing)組分(fen)包括:分(fen)散劑(ji)(ji)、消泡劑(ji)(ji)、潤濕(shi)劑(ji)(ji)、殺菌防霉劑(ji)(ji)、流平劑(ji)(ji)、交聯劑(ji)(ji)、潤濕(shi)劑(ji)(ji)、增滑助劑(ji)(ji)、成膜助劑(ji)(ji)、增稠劑(ji)(ji)均為(wei)1-1.6%和去離子水適量;
2.1.2一(yi)種納米碳化(hua)硅粉末涂(tu)料的制備方法
步驟一:配料(liao):將(jiang)所(suo)(suo)述(shu)甲組分(fen)、所(suo)(suo)述(shu)乙組分(fen)和所(suo)(suo)述(shu)丙組分(fen)上的各個配方成(cheng)分(fen)用電子(zi)稱稱得相應的計量;
步驟(zou)二:研(yan)磨(mo):把(ba)所(suo)述甲(jia)組(zu)分(fen)、所(suo)述乙(yi)組(zu)分(fen)和所(suo)述丙組(zu)分(fen)分(fen)別放入到研(yan)磨(mo)缸內進行研(yan)磨(mo),研(yan)磨(mo)時間(jian)為30分(fen)鐘;研(yan)磨(mo)顆(ke)粒細度(du)為20-25nm,研(yan)磨(mo)速度(du)為1200轉每分(fen)鐘;
步(bu)驟三(san):反(fan)(fan)應:把所述甲組分(fen)(fen)的混料放入反(fan)(fan)應釜(fu)中,升溫(wen)到80攝氏度(du);并在(zai)700r/min的轉(zhuan)速下(xia)攪拌20分(fen)(fen)鐘(zhong)后;再向反(fan)(fan)應釜(fu)中投入所述乙組分(fen)(fen),把反(fan)(fan)應釜(fu)升溫(wen)到130攝氏度(du),并在(zai)1300r/min的轉(zhuan)速下(xia)攪拌30分(fen)(fen)鐘(zhong)后,再向反(fan)(fan)應釜(fu)中投入所述丙組分(fen)(fen),把反(fan)(fan)應釜(fu)降到100攝氏度(du),并在(zai)1000r/min的轉(zhuan)速下(xia)攪拌30分(fen)(fen)鐘(zhong)后,冷卻一(yi)小時(shi);
步(bu)驟四:過(guo)濾:將(jiang)反應釜中的(de)涂料成(cheng)品(pin)通(tong)過(guo)300目的(de)細目濾網(wang)對涂料進(jin)行過(guo)濾,過(guo)濾掉較粗的(de)顏料顆(ke)粒;
步驟五:檢(jian)測(ce)灌(guan)裝:對涂料的各項理化性能(neng)進行檢(jian)測(ce),檢(jian)測(ce)合(he)格后進行灌(guan)裝。
2.1.3一(yi)種納米碳化硅粉末涂料(liao)涂覆后性(xing)能
制備的(de)粉末涂(tu)(tu)料通過靜電噴(pen)涂(tu)(tu)工藝涂(tu)(tu)覆在基材表面后測(ce)試其性(xing)(xing)(xing)能顯示該粉末涂(tu)(tu)料的(de)耐(nai)(nai)污性(xing)(xing)(xing)、耐(nai)(nai)鹽(yan)霧性(xing)(xing)(xing)、耐(nai)(nai)老化(hua)性(xing)(xing)(xing)、耐(nai)(nai)磨性(xing)(xing)(xing)、抗刮傷能力、附(fu)著力、抗冷熱沖(chong)(chong)擊能、柔韌性(xing)(xing)(xing)、化(hua)學穩定性(xing)(xing)(xing)、抗沖(chong)(chong)擊性(xing)(xing)(xing)優良,耐(nai)(nai)強酸、強堿、強氯化(hua)劑等腐蝕,同(tong)時具有優良的(de)防(fang)毒、防(fang)霉、阻燃(ran)性(xing)(xing)(xing)能。
2.2 高溫工業爐用遠(yuan)紅外節能涂料(liao)
2.2.1納米碳化硅系(xi)紅外(wai)輻射(she)涂料的制備方法(fa)
2.2.1.1 配料(liao)
粉(fen)(fen)(fen)末(mo)(mo)(mo)輻射料(liao)(liao)混(hun)合物 :以(D50 為 50 ~ 500nm,β相(xiang))納米碳化(hua)(hua)硅 (SiC) 粉(fen)(fen)(fen)末(mo)(mo)(mo)原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)的重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)份為基準,將(jiang)納米碳化(hua)(hua)硅 (SiC) 粉(fen)(fen)(fen)末(mo)(mo)(mo)原(yuan)(yuan)料(liao)(liao) 40~80 重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)份、氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鋯 (ZrO2) 粉(fen)(fen)(fen)末(mo)(mo)(mo)原(yuan)(yuan)料(liao)(liao) 5~30 重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)份、氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鉻 (Cr2O3) 粉(fen)(fen)(fen)末(mo)(mo)(mo)原(yuan)(yuan)料(liao)(liao) 5~10 重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)份、氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鐵 (Fe2O3) 粉(fen)(fen)(fen)末(mo)(mo)(mo)原(yuan)(yuan)料(liao)(liao) 0~ 20 重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)份、氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鎳 (NiO) 粉(fen)(fen)(fen)末(mo)(mo)(mo)原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)0~10 重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)份、膨潤土粉(fen)(fen)(fen)末(mo)(mo)(mo)原(yuan)(yuan)料(liao)(liao) 1~10 重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)份和硅灰粉(fen)(fen)(fen)末(mo)(mo)(mo)原(yuan)(yuan)料(liao)(liao) 1~10 重(zhong)(zhong)量(liang)(liang)份混(hun)合配制(zhi)成(cheng)粉(fen)(fen)(fen)末(mo)(mo)(mo)輻射料(liao)(liao)混(hun)合物 ;
液相(xiang)(xiang)混(hun)合(he)(he)物(wu):按照水與(yu)上述粉(fen)末(mo)(mo)輻射(she)料(liao)(liao)(liao)混(hun)合(he)(he)物(wu)總(zong)重(zhong)(zhong)量(liang)的(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)量(liang)比為0.5~2∶1,粘結料(liao)(liao)(liao)是粉(fen)末(mo)(mo)輻射(she)料(liao)(liao)(liao)混(hun)合(he)(he)物(wu)總(zong)重(zhong)(zhong)量(liang)的(de)(de)(de)10%~30%,漿料(liao)(liao)(liao)助劑是粉(fen)末(mo)(mo)輻射(she)料(liao)(liao)(liao)混(hun)合(he)(he)物(wu)總(zong)重(zhong)(zhong)量(liang)的(de)(de)(de)0.1%~3%,將水、粘結料(liao)(liao)(liao)和(he)漿料(liao)(liao)(liao)助劑混(hun)合(he)(he)配(pei)制成(cheng)液相(xiang)(xiang)混(hun)合(he)(he)物(wu);
2.2.1.2 均質化(hua)、細(xi)化(hua)處(chu)理
將得到的粉末輻射(she)料(liao)混(hun)合(he)物(wu)與液相混(hun)合(he)物(wu)全部(bu)充分(fen)混(hun)合(he)在一起,采用的砂(sha)(sha)磨(mo)(mo)機(ji)(ji)械(包括高速分(fen)散機(ji)(ji)、臥式(shi)砂(sha)(sha)磨(mo)(mo)機(ji)(ji)、立式(shi)砂(sha)(sha)磨(mo)(mo)機(ji)(ji)或棒(bang)銷式(shi)砂(sha)(sha)磨(mo)(mo)機(ji)(ji)等)進行砂(sha)(sha)磨(mo)(mo)均質(zhi)化(hua)處理(li) ;球料(liao)比優選為(wei)0.5~1∶1,砂(sha)(sha)磨(mo)(mo)均質(zhi)化(hua)處理(li)的時間優選為(wei) 2~3 小時。
2.2.1.3 過濾
將砂(sha)磨均質化(hua)處理后得(de)到(dao)的產物過濾 ( 優(you)選(xuan)使用325~400 目篩網過濾),以自(zi)然流下為準(zhun),即(ji)得(de)到(dao)納米碳(tan)化(hua)硅(gui)系(xi)紅外輻射涂料。
2.2.2納米碳化(hua)硅系(xi)紅外輻射涂(tu)料(liao)的施工方法
納米碳化(hua)硅(gui)系紅外輻(fu)射(she)涂(tu)料施(shi)工使用非(fei)常方便(bian),一般不需對基(ji)體(ti)進行特殊的(de)改造與檢修處(chu)理便(bian)可進行正(zheng)常的(de)涂(tu)料施(shi)工。施(shi)工時(shi)可先(xian)用壓縮空氣(qi)將(jiang)作業面清(qing)理吹掃干凈,后噴(pen)涂(tu)一層噴(pen)前處(chu)理液,接(jie)著機械噴(pen)涂(tu)施(shi)工納米碳化(hua)硅(gui)系紅外輻(fu)射(she)涂(tu)料。
機(ji)械噴涂時使用壓縮空(kong)氣(qi)或氧氣(qi)瓶 (工作(zuo)壓力 0.4~0.5MPa) 通過噴槍(qiang)將涂料(liao)均勻噴涂在(zai)工作(zuo)面上(shang)。涂層厚度一般(ban)在(zai) 0.1~0.3mm,一般(ban)噴涂兩次即(ji)可。
涂料施(shi)工后(hou)一般無需烘干,自然干燥24 小時后(hou)隨烘爐曲線(xian)升溫(wen)(wen)即可高溫(wen)(wen)自燒結固化。
2.2.3納(na)米碳化(hua)硅系紅外輻射涂料的性能
納米(mi)碳(tan)化硅系(xi)紅外輻(fu)射涂料(liao)與其它方(fang)法制備得到的紅外輻(fu)射涂料(liao)相(xiang)比(bi),具有(you)以下優(you)點(dian) :
a. 高的法(fa)向(xiang)全發射率 ε,在常溫(wen)(wen)至 1400℃范圍(wei)內ε始終(zhong)大于0.85,高溫(wen)(wen)下衰減緩慢。
b. 節能(neng)效果顯著,可達 15%以上。
c. 粘(zhan)接(jie)性好,在常溫到(dao)高溫的反復(fu)使用(yong)條件(jian)下(xia),能牢固(gu)地粘(zhan)接(jie)在基體(ti)上,不龜(gui)裂(lie)、不脫落。
d. 涂料的結構穩定,在中、高溫的環境中均適(shi)用,施(shi)工(gong)簡單、見效快、安全無(wu)污染、使用范(fan)圍廣泛。
2.3 耐腐蝕納米涂料
2.3.1耐腐蝕(shi)納米涂料(liao)的原(yuan)料(liao)
組成(cheng)為:納米級二氧(yang)化(hua)(hua)鈦粉(fen)(金紅石型,25nm)36%、氧(yang)化(hua)(hua)鋁微(wei)粉(fen)(50-500nm)18%、硅(gui)微(wei)粉(fen)8%、納米碳化(hua)(hua)硅(gui)微(wei)粉(fen)(50-500nm)4%、氮化(hua)(hua)硼微(wei)粉(fen)(50-500nm)3%、硅(gui)溶(rong)膠25%、高嶺土5%、分(fen)散劑(六偏磷酸鈉)0.3%、防(fang)沉劑(膨潤土)0 .7%;外加占上述(shu)原料總重(zhong)26%的溶(rong)劑(去離子水)。
2.3.2耐腐蝕納米涂料的制備(bei)方(fang)法:
(1)按上述耐(nai)腐(fu)蝕納米涂料的原(yuan)料組成稱取各組分,備用;
(2)將納米級二氧化(hua)鈦粉、氧化(hua)鋁微粉、硅微粉、納米碳化(hua)硅微粉、氮化(hua)硼微粉和高嶺土混合后(hou)進行高速研磨(mo),使其混合均(jun)勻(yun),得到(dao)組分A;
(3)向溶劑(ji)中加(jia)(jia)入(ru)分散劑(ji)(六(liu)偏磷酸鈉),攪(jiao)拌(ban)(ban),使(shi)其充分溶解,然后再加(jia)(jia)入(ru)硅溶膠,攪(jiao)拌(ban)(ban)混合(he)均勻,得到(dao)組分B;
(4)向A組(zu)分中加(jia)入B組(zu)分和防沉(chen)劑(膨(peng)潤土),攪拌混(hun)合均(jun)勻,制得(de)耐腐(fu)蝕納米涂(tu)料。
2.3.3耐腐(fu)蝕(shi)納米涂(tu)料的使用方法
將制(zhi)備的耐腐蝕納米涂(tu)料噴涂(tu)在(zai)(zai)基(ji)材表面,晾干后(hou),在(zai)(zai)500~600℃固化1~3h。
2.3.4耐腐蝕納米涂料的性能參數
2.4納米陶(tao)瓷(ci)防火(huo)涂料(liao)
2.4.1原料
按(an)照重(zhong)量份(fen)數計算,包括以下(xia)組(zu)分:醋丙(bing)乳液50~60份(fen)、水性丙(bing)烯(xi)酸乳液6~12份(fen)、阻(zu)燃(ran)劑(ji)(ji)(磷酸三鋅(xin)酯與聚(ju)磷酸銨的混合物)5~10份(fen)、硅酸鋁纖(xian)維8~16份(fen)、納(na)(na)(na)米陶瓷粉末(納(na)(na)(na)米氧(yang)(yang)化(hua)鋯(gao)、納(na)(na)(na)米碳(tan)化(hua)硅、納(na)(na)(na)米氟化(hua)鈣、納(na)(na)(na)米氮化(hua)鈦與納(na)(na)(na)米氧(yang)(yang)化(hua)鎂等制備得到)5~10份(fen)、超細玻璃微珠(zhu)12~18份(fen)、氧(yang)(yang)化(hua)鋁纖(xian)維3~6份(fen)、潤濕分散劑(ji)(ji)1~3份(fen)、增稠(chou)劑(ji)(ji)1~3份(fen)、消泡劑(ji)(ji)0 .2~1份(fen)以及去離子水15~25份(fen);
2.4.2納米陶瓷(ci)防火涂料的制備方法
a.按照(zhao)配方量(liang)將潤(run)濕分(fen)(fen)散劑、醋丙(bing)乳(ru)液(ye)(ye)、水性丙(bing)烯(xi)酸乳(ru)液(ye)(ye)、消泡劑加入(ru)水中,在300 ~500r/min的(de)轉速下攪拌(ban)充分(fen)(fen)混合;
b.向步驟a的混合物中加入硅酸鋁纖維、氧化鋁纖維、納米陶(tao)瓷粉末(mo)與超細玻璃微珠(zhu)在1000~2000r/min的轉速下分散;
C.向步驟b的分(fen)散液中加入增稠劑、阻(zu)燃劑及(ji)消泡劑攪拌均(jun)勻,即可。
2.4.2.1 納米(mi)陶(tao)瓷(ci)粉(fen)末的制備方法
a.按照重量(liang)份(fen)數計算,稱(cheng)取納米(mi)氧化(hua)鋯(gao)60份(fen)、納米(mi)碳化(hua)硅20份(fen)、納米(mi)氟化(hua)鈣(gai)5份(fen)、納米(mi)氮化(hua)鈦3份(fen)與(yu)納米(mi)氧化(hua)鎂5份(fen),混合得到納米(mi)原料(liao);
b.將納(na)米(mi)原料(liao)配制成(cheng)懸浮液,向(xiang)懸浮液中加入衣康酸(suan)然后超聲攪(jiao)拌(ban)至(zhi)均勻(yun),再在球磨機(ji)上球磨混合均勻(yun),經真(zhen)空干燥得(de)到原料(liao)粉(fen)末;衣康酸(suan)的加入量(liang)與(yu)納(na)米(mi)原料(liao)的質(zhi)量(liang)之(zhi)比為7:50。
c.將混(hun)合好(hao)的(de)原料粉末裝入石墨模具中(zhong),采用(yong)熱壓燒結工藝進行制(zhi)備,熱壓燒結溫(wen)度為1600℃,保(bao)溫(wen)時間(jian)為3小時,粉碎,即(ji)得(de)到納米陶(tao)瓷(ci)粉末。
2.4.3納米(mi)陶瓷防火涂料的性能(neng)
另(ling)外,將制備(bei)的納米(mi)陶(tao)瓷防(fang)火涂(tu)料涂(tu)覆在(zai)玻璃上面(mian)進(jin)行耐溫性能測試,涂(tu)層厚(hou)度為(wei)3.0mm,熱面(mian)溫度為(wei)800℃,背面(mian)溫度為(wei)201~206℃。說明納米(mi)陶(tao)瓷防(fang)火涂(tu)料,具有很好的隔熱效果。
3 總結
近幾十年來,隨著多個(ge)行業對特種涂料(liao)需求量的不(bu)斷上漲,國內外關于特種涂料(liao)的應用(yong)研究也(ye)越(yue)來越(yue)多。納(na)米碳化(hua)硅粉(fen)體(ti),具有耐高(gao)溫,耐磨,耐腐(fu)蝕等(deng)性(xing)能,在特種涂料(liao)的應用(yong)也(ye)越(yue)來越(yue)多。
【參考文獻】
1 倪成輝 .納米碳化(hua)硅粉末涂料(liao)的配方及其(qi)制備方法
2 楊筠 李永等(deng) .納米碳化(hua)硅系紅外輻射涂(tu)料及其制備(bei)方(fang)法
3王發現 劉鵬等 .一種耐腐蝕納米涂料及其制備方法
4 李致 .納米陶瓷防(fang)火涂(tu)料
作者:陳欣 (湖州(zhou)源(yuan)沁新材料有限公司,浙江(jiang)湖州(zhou)311300)