硅酸盐系隔热涂料的配方研究

硅酸盐系隔热涂料的配方研究

于明涛,万　隆,刘小磐,汪　洋　(湖南大学材料科学与工程学院,长沙410082)

摘　要:研制了一种可以在常温下涂刷使用、环境友好型的硅酸盐系隔热涂料,通过二次正交试验L

9

(33)的方法对涂料配方中主要的隔热组分:中空玻璃微珠、海泡石、二氧化钛的隔热性能进行了分析研究,并最终得到较好的涂料配方:成膜助剂酸改性水玻璃25g、空心玻璃微珠6g、海泡石10g、二氧化钛6g、滑石粉3g、高岭土3g。通过检测,涂料具有较好的机械性能和隔热效果。

关键词:硅酸盐;隔热;正交试验

中图分类号:T Q63017 文献标识码:A 文章编号:0253-4312(2007)09-0025-04

For m ul a ti on D esi gn of S ili ca te Hea t-I n sul a ti n g Coa ti n gs

Yu M ingtao,W an Long,L iu Xiaopan,W ang Yang

(College of M aterial Science and Engineering,Hunan U niversity,Changsha Hunan,410082,China)

Abstract:The title envir onment friendly silicate heat-insulating coatings was devel oped,which can be app lied at r oom te mperature.Thr ough t w ice orthogonal experi m ent design L9(33),the heat insulati on p r op2 erties of the main in gredients,such as holl owglass beads,sep i olite and Ti O2,are investigated t o give the best f or mulati on—acid modified s odiu m silicate binder23g,holl ow glass bead content6g,sep i olite10g, titaniu m di oxide6g,talc3g,kaolin2g.By relevant testing,the coating exhibit better mechanical p r oper2 ties and ther mal insulating perfor mance.

Key W ords:silicate;heat-insulating;orthogonal experi m ent design

0　引　言

随着现代工业化进展的加快,金属材质的建筑设施由于其施工期短、成本低、维护方便等优点被很多的单位厂房所采用,而金属材质结构由于其自身的导热系数高、传热快,往往会造成建筑物受外部空间环境温度的影响较大。目前一般采用建筑物内安置空调的方法来改善这种状况,而这又大大增加了能源的消耗。有资料显示建筑能耗占人类能源消耗的30%～40%,而其中绝大部分用于采暖和空调[1-3]。因而,开发一种新的隔热产品在能源紧缺的时代已经势在必行[4],隔热节能涂料因其经济性、使用方便和隔热效果可靠等优势日益受到人们的重视。国内外都为此开展了大量的研究,已取得了一定的研究及应用成果[5-8]。本实验研制了一种能在金属基体表面使用的环保型硅酸盐矿物隔热涂料,通过正交实验法对涂料配方的重要组分进行了探索调整,并对影响涂料隔热性能的因素进行了分析。

1　实验方法

111　原料和设备

涂料的粘结剂采用酸改性的水玻璃,水玻璃模数n=218;主要填料为工业级海泡石(180目);中空玻璃微珠(150目);颜料采用工业级金红石型二氧化钛(白度≥90%);辅助材料为滑石粉(300目);高岭土。

主要设备:红外灯(250W,220V);热电偶;温控显示器; DJ-1电动搅拌机;箱式电阻炉;CJQ-Ⅱ漆膜冲击器;TH-500电子天平;秒表;油漆刷;刀片;NDJ-1型旋转式黏度计。112　涂料制备工艺及检测

涂料的制备工艺见图1。

采用的试样为直径9mm,厚度015mm的低碳钢片,在实验中将按照一定的配方制成涂料,并将涂料涂敷在试样的表面,待涂层表面干燥固化后对涂层进行隔热性能测试,测试装置的剖面图如图2所示。

测试时,使试样涂有涂料的一面朝上接受红外灯的照射,试样与红外灯垂直距离为6c m,热电偶插入试样下方密闭空间内,距试样垂直距离为3c m,同时,热电偶外接一个温度控制器,观测在红外光源的照射下密闭空间内温度的变化。在实验中对涂有不同配方涂料的试样进行20m in红外照射,比较不同涂料配方的隔热效果。

同时,根据相应的国家标准对涂料的物理机械性能进行检测。

根据G B/T1728—1979测定涂料的表干时间、实干时间;根据G B/T13452.2—1992测定涂层的厚度;根据G B/T1732—

25

第37卷第9期涂料工业Vol.37　No.9 2007年9月P A I N T&COATI N GS I N DUSTRY Sep.2007

图1　涂料的制备工艺

Fig .1　The p reparati on of

coating

a —红外灯(250W ,220V );

b —试样;

c —测温热电偶;

d —温控显示器;

e —隔热纤维棉图2　隔热测试装置剖面图

Fig .2　Pr ofile chart of the heat -insulating equi pment

1993测定固化涂层的耐冲击性能;根据G B /T9286—1998采

用划格法测定涂层对基体的附着力;采用NDJ -1型旋转式黏度计测定涂料常温下的黏度,根据G B /T1735—1979测定涂层的耐热性。

2　结果与分析

211　正交试验

实验采用L 9(33

)正交设计,为海泡石(A )、玻璃微珠

(B )、二氧化钛(C )三因素三水平实验,其中组分海泡石的三

水平分别为7g 、3g 、11g;玻璃微珠的三水平分别为3g 、7g 、

11g;二氧化钛的三水平分别为6g 、3g 、9g,在实验中固定粘

结剂用量和填料总质量,选用滑石和高岭土作为非独立因素

D,通过正交实验测试中的极差分析考察海泡石、玻璃微珠、二

氧化钛三种组分对涂料隔热性能的影响,各组配方的隔热效果测试的实验数据见表1。

表1　隔热测试结果

Table 1　The exper i m en t a l result of hea t -i n sul a ti n g testi n g

编号A B C D

Δt 1736127527731172371191774333197653799806311687871139565811764609111133

69

t 1741677271t 2

787016772133总和

t 3

641677416774=652

R

13133

4

3

　注:每组配方中固体颗粒物料A +B +C +D =28g .

分析第一次正交试验的各组配方隔热效果,得到较好的

因素组合A3,B2,C1(即海泡石11g,玻璃微珠7g,二氧化钛6

g ),然后在第一次试验得到的配方基础上,对A,B,C 三组分

的水平进行了重新调整,组分海泡石的三水平分别为12g 、11

g 、10g;玻璃微珠的三水平分别为8g 、6g 、7g;二氧化钛的三

水平分别为5g 、6g 、7g,通过第二次正交试验来进一步来优化配方,结果如表2。

表2　优化配方后测试结果Table 2　The exper i m en t a l result of prescr i pti on by a just 2

m en t

编号A B C D

Δt 1

128536221266451312772554118636251167463611755637108735981065751910765

58

K 1168183176K 2188165171K 3168176177k 1

566158167k 2621675557k 3

565816759R

6167

6

2

　注:每组配方中固体颗粒物料A +B +C +D =28g .

从表2优化后的隔热测试结果中比较三个主要隔热组分因素的级差R,A 的级差最大,其次是B,再次是C 。所以,当

各因素的水平变动时,组分A (海泡石)、B (玻璃微珠)、C (二氧化钛)对涂料的隔热效果影响是递减的。

26