[发明专利]一种耐高温隔热涂料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于功能涂料领域，特别涉及一种耐高温隔热涂料及其制备方法。该涂料可以应用于工业窑炉、工业锅炉、高温蒸汽管道、石油裂解设备、发动机部位、高温冶炼、烧结炉等高温领域，起到节能降耗的作用。

背景技术

在全球能源供应趋紧的形势下，节能降耗已成为世界各国共同的目标。降低工业能耗，主要是要提高高温设备的节能率，如：工业窑炉、工业锅炉、高温蒸汽管道、石油裂解设备、发动机部位、高温冶炼、烧结炉等设备。

我国工业炉数量众多，现有蒸汽锅炉100万台，工业窑炉20万台，反射炉50万台，大型电阻炉40万台，还有众多的陶瓷炉，水泥炉，玻璃炉等，合计总数不下400万台。另外，我国工业炉的热效率很低，平均不到30%，而国际上工业炉的热效率平均为50%以上。因此，降低工业能耗，主要是要提高工业炉的热效率。

一般工业炉内部温度都要超过350℃，高温窑炉的温度甚至可以达到2000℃左右。一般窑炉加热多为通过电、煤、油、气或是电磁感应方式加热升温，炉窑热量的传递以3种方式进行，即传导传热、对流传热和辐射传热。在低温阶段，热交换以对流传热为主，而在高温阶段(800℃以上)，则以辐射传热为主。随着温度的升高，辐射传热所起的作用越来越大。电磁波在辐射传播中遇到物体时，会发生反射和吸收。如果窑炉内衬表面具有较高的反射率，就可以强化炉内热交换过程，大大提高窑炉的燃烧率，从而提高其热效率。据Wien定律和Planck定律可知，高温辐射能量大多数集中在1～5μm波段，如1000℃和1300℃时，会分别有76％和85％的辐射能量集中在这一波段内。因此需要窑炉内衬在1～5μm波段具有较高反射率。另外，目前各窑炉散热损失严重，其表面散热损失占整个窑炉热损失的比例高达20%～30%。被窑炉内衬吸收的辐射波会提高窑炉内壁温度，从而加剧散热损失。常用的耐火材料其高温下的导热系数较高，隔热效果差，如1400℃时铝砖的导热系数为4.28W/m·K，刚铝石砖的导热系数为2.0W/m·K。为了提高其隔热保温性能，需要在窑炉内衬表面涂覆隔热涂料降低其热导率从而达到进一步降低能耗的效果。

耐高温隔热涂料的节能机理在于：(1)增加炉内辐射传热(即热反射率)，增强窑炉内壁对热源传来热量的反射能力。(2)降低涂层热导率，减小散热损失。基于以上节能机理，耐高温隔热涂料被公认为是21世纪的一种重要节能产品和技术。耐高温隔热涂料作为一种投资少、见效快、施工简便的工业炉节能改造产品必将拥有巨大的市场需求。

基于隔热涂料对节能降耗的显著意义，国内外已研发了多种配方和用途的隔热涂料。根据隔热涂料的隔热机理和隔热方式的不同，可将其分为阻隔性隔热涂料、反射隔热涂料及辐射隔热涂料三类。阻隔性隔热涂料是通过低热导高热阻来实现隔热保温的一种涂料，其中应用较多的是硅酸盐类复合涂料，其主要采用导热系数低、中空的隔热骨料，如海泡石、膨胀珍珠岩、蛭石、矿岩棉等，结合无机、有机粘结剂和其他助剂制成。反射隔热涂料通过选择合适的树脂、颜料填料和生产工艺，制得高反射率涂层，反射太阳光达到隔热目的。复合型隔热保温涂料具有两种或多种隔热保温机理协同作用，各种隔热保温涂料优势互补，隔热效果明显。国内外在此方面进行了大量的研发工作，已取得一定成果。目前有代表性的产品品牌，如美国的Therma-Cover、德国的Thermoshield、澳大利亚的Insulseal。由于成本较高，目前在国内均没有大量推广应用。

目前，隔热涂料已经广泛应用于建筑物外墙和屋顶、工业储罐和石油管道等领域，均取得一定的节能效果。但公开报道的隔热涂料其耐温性不够高，一般低于1000℃，因此只能应用于中低温领域。据报道，超过1400℃的高温领域才是工业能耗大户，这一领域更需要节能降耗。现如今高温领域如工业窑炉、高温冶炼、烧结炉等使用的主要是耐火材料，但是其热反射率较低、热导率较高，导致其燃烧效率一直较低，能耗严重。因此，开发能应用于1400℃以上高温领域的耐高温隔热涂料迫在眉睫。

发明内容

针对上述问题，本发明的主要目的是提供一种耐高温隔热涂料及其制备方法，该涂料不仅具有较高的反射率可以强化炉内热交换过程，还具有较低的热导率大幅降低炉壁的传热损失，另外具有核壳结构的高反射颜料和核壳结构的隔热粉料使得该涂料的使用温度范围大幅提高，可在更高温下长期使用，将其应用于冶金、陶瓷、机械、石化、建材、医药等高温行业，可以起到节约能耗、延长窑炉寿命的效果。本发明还提供一种耐高温隔热涂料的制备方法，制备方法简单，便于推广应用。