[發(fā)明專利]一種耐高溫復(fù)合無機(jī)粘結(jié)劑及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410004954.X
• 申請(qǐng)日: 2014-01-06
• 公開（公告）號(hào): CN103740284A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戴雷;馮俊;王亞文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢雙虎涂料有限公司
• 主分類號(hào): C09J1/00
• 分類號(hào): C09J1/00;C09D1/00
• 代理公司: 武漢開元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 馬輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及粘結(jié)劑領(lǐng)域，尤其涉及一種耐高溫復(fù)合無機(jī)粘結(jié)劑及其制備方法。該粘結(jié)劑可以應(yīng)用于包括耐高溫涂料、陶瓷涂層、陶瓷材料、高溫窯爐修補(bǔ)料、定形或不定形耐火材料、阻燃涂層、耐高溫膠黏劑等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

20世紀(jì)50年代以來，隨著工業(yè)對(duì)于高溫環(huán)境下作業(yè)的材料、結(jié)構(gòu)等的要求越來越高，人們開發(fā)了各種各樣的高溫防護(hù)涂層，從傳統(tǒng)意義上的單層涂層到多層復(fù)合梯度涂層，涂層材料由單純的金屬材料到現(xiàn)在的陶瓷涂層及金屬材料和陶瓷材料的復(fù)合型涂層，并賦予涂層材料防腐蝕、抗氧化保護(hù)以及某些特殊功能等。

金屬材料的耐熱防護(hù)由上世紀(jì)50年代的700℃～750℃到今天的接近2000℃，涂層材料由單純的鋁化物涂層發(fā)展到現(xiàn)在的陶瓷熱障涂層技術(shù)，施工方法也從簡(jiǎn)單的浸漬鋁、加熱滲鋁技術(shù)到今天的低壓等離子噴涂，物理或化學(xué)氣相沉積等方法。盡管這些材料及工藝制備得到的涂層耐高溫、抗氧化、防腐蝕性能都很優(yōu)越，但是其原材料及施工設(shè)備成本高昂，大面積施工困難，對(duì)于大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用仍然不具有實(shí)際意義。

無機(jī)非金屬材料的使用溫度一般不低于1400℃。目前各種使用無機(jī)非金屬材料的鍋爐、窯爐等鮮有使用涂層對(duì)無機(jī)材料進(jìn)行防護(hù)的，這不僅會(huì)造成無機(jī)材料的腐蝕影響窯爐的使用壽命，也不利于窯爐、鍋爐的節(jié)能降耗，而且增加了生產(chǎn)成本，甚至不能夠生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。

基于上述原因，能夠通過傳統(tǒng)的空氣噴涂，在較低溫度甚至是常溫下成膜且能夠耐受高溫的粘結(jié)劑成為高溫防護(hù)領(lǐng)域發(fā)展的瓶頸問題，這也引起了廣大研究人員的興趣。目前，能夠初步滿足以上條件的粘結(jié)劑主要有硅酸鹽、磷酸鹽和溶膠等幾大類。堿金屬硅酸鹽為硅酸鹽類粘結(jié)劑的典型代表，其具有低溫甚至常溫成膜、成本低廉、環(huán)保無污染等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是易老化、脆性大、易吸水、耐酸性較差、涂層致密性較差、固化收縮率大等，當(dāng)然其不夠高的耐溫性（<1000℃）也限制了其在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用。

磷酸鹽類粘結(jié)劑中最常用的為磷酸二氫鋁。磷酸二氫鋁粘結(jié)劑具有耐高溫（～1600℃）、耐燒蝕、可塑性較強(qiáng)、固化收縮率小、耐熱沖擊性較強(qiáng)，并且具有高溫瓷化性及類似于耐火材料的耐火性。磷酸二氫鋁粘結(jié)劑在隨著溫度升高到1300℃～1600℃之間時(shí)以方石英型磷酸鋁的形式存在，該晶型為磷酸鋁鹽的最穩(wěn)定形態(tài)且具有最高的耐火度（1600℃），在溫度高于1600℃時(shí)磷酸鋁粘結(jié)劑就會(huì)熔化，甚至脫落，失去保護(hù)作用。

常用的溶膠類粘結(jié)劑有硅溶膠、鋁溶膠、鈦溶膠、鋯溶膠等。它們作為成膜物質(zhì)時(shí)，得到的涂膜具有耐酸堿、耐高溫、耐磨損等優(yōu)越的性能，但是由于其本身性質(zhì)所限，單獨(dú)的溶膠類粘結(jié)劑很難成膜，需要與其他成膜物質(zhì)配合使用。其中鈦溶膠由于其干燥固化后形成的二氧化鈦的熔點(diǎn)較低，使得其在超過1600℃的高溫防護(hù)涂層材料中較少使用。硅溶膠、鋁溶膠、鋯溶膠干燥固化后分別形成二氧化硅、三氧化二鋁和二氧化鋯，這些物質(zhì)均具有較高的熔點(diǎn)，尤其是二氧化鋯，其熔點(diǎn)2680℃，耐火度為2200℃，二氧化鋯在成膜后，涂層的耐熱性極高。

基于單一粘結(jié)劑存在難以回避的技術(shù)缺陷，國內(nèi)外開始研發(fā)具有綜合優(yōu)勢(shì)的復(fù)合粘結(jié)劑，期望得到具有耐高溫且易成膜的粘結(jié)劑。如專利CN101426872B公開了一種耐高溫?zé)o機(jī)復(fù)合粘結(jié)劑，粘結(jié)劑的成分包括5%～12%的氫氧化鋁、15～35%的磷酸、0.1～1%的稀土氧化物、5～20%的硅溶膠、1～15%的多聚磷酸鋁、1～5%的硼砂及余量的水。該粘結(jié)劑的特點(diǎn)在于能用于高溫涂料和高溫防氧化涂層等金屬工件熱處理暫時(shí)性保護(hù)涂層中，能實(shí)現(xiàn)涂料直接在400～1000℃高溫金屬基體表面噴涂，并且在高溫（1400℃）環(huán)境下能保持優(yōu)良的粘結(jié)性能。但其耐溫性能仍不夠高，不能滿足1400℃以上的使用環(huán)境。專利CN100362073C公開了一種高溫紅外輻射釉料的粘結(jié)劑，其成分為硅鉻鋁復(fù)合溶膠80%～95%，硅樹脂2%～10%，硅酸鉀1%～10%，該粘結(jié)劑解決了高溫下（1300℃）釉層與金屬之間的粘結(jié)難題，使釉層與金屬之間粘結(jié)牢固，具有優(yōu)良的耐溫、抗氧化、抗熱震、耐腐蝕性能，但是該粘結(jié)劑對(duì)于加入骨料的成分及粒徑要求特別嚴(yán)格，并且不能用于高于1300℃的環(huán)境中。

目前，使用于中低溫領(lǐng)域的粘結(jié)劑已經(jīng)有大量的報(bào)道，廣泛的應(yīng)用于蒸汽管道、發(fā)動(dòng)機(jī)的外殼以及排氣管等領(lǐng)域，均具有良好的耐溫防腐蝕效果。而在高溫領(lǐng)域如各種高溫窯爐、燒結(jié)爐、高溫冶煉、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，飛行器推進(jìn)器等方面的高溫腐蝕防護(hù)仍然存在著極大的困難。因此，開發(fā)能夠作為涂料成膜物質(zhì)并且能夠耐受1600℃以上溫度的粘結(jié)劑具有重要的實(shí)際意義及廣闊的市場(chǎng)前景。

發(fā)明內(nèi)容