节能涂料的研究及其在化工上的应用

苏娜

摘 要：节能涂料是一种新型涂料，具有一些传统涂料所不具备的性能，例如保温性和节省成本。许多环境政策的出台有效地提高了涂料行业的准入门槛。能涂料的市场很大，因此节能涂料的全面发展是必然的趋势。在本文中，将介绍陶瓷涂料的辐射特性，并探讨节能涂料在化工中的应用前景。

关键词：節能涂料;化学工业;陶瓷涂料;应用

近年来，根据国外研究，涂有高发射率的陶瓷涂层的工业炉，具有高效节能，窑炉寿命长，加热时间短，温度均匀性好等特点，具有巨大的经济和社会效益。在国外，这种涂料被称节能技术发展的里程碑，这是一种新的材料和新技术，只需少量投资即可立即实现。为此，本文重点介绍了陶瓷涂层的辐射性能及其在化工的应用。

1 实验

1.1 样品制备和热发射率测量

1.1.1 样品前处理

将直径为2cm的金属或耐火样品涂上一层0.1mm的测试涂料，在110℃下干燥并进行测量。

1.1.2 散热率的测定

测试涂层的热发射率是由红外物理研究所测量，使用的设备是尼康5DX傅立叶变换红外光谱仪。光谱分辨率为4cm，黑体为JD2标准黑体，测量FTIR特定发射光谱，温度误差小于1C，并根据特定发射光谱计算总发射率。

1.2 耐热抗冲击试验

将涂有高放射性涂料的测试片加热至1000℃，保持1h后取出，然后立即置于室温下的水中进行快速冷却，这样反复测试，涂层原始数字表示其耐热抗冲击能力。

1.3 加热效果测试方法

使用图1所示的设备进行加热效果测试。被照射的物体是电热管，电量和表面温度是恒定值。被辐照的物体是一块47×15×0.2cm的板，到中心辐照物体的距离是4cm，整个物体被一个50cm的铝板包围起来，形成一个立方体。通过改变被照射物体表面上的高发射率涂层的类型，加热效果会发生很大变化。

该陶瓷涂层主要由三部分组成。高发射率材料、耐热胶粘剂、线性膨胀系数改性剂和其他辅助材料。只有三者正确匹配，才能达到高强度以及高辐射的要求。

2 结果与讨论

2.1 陶瓷涂层的散热性能研究

图2显示了这五个陶瓷涂层的子带光谱发射光谱，可以看出：氧化物型辐射涂层，相对于SiC型辐射涂层，比εn略高。这五种陶瓷涂层的子带光谱发射率较高，并且没有明显的下降带。开发的五种陶瓷涂层的εn值远高于目前市场上的εn值。

2.2 涂料的抗氧化性研究

碳化硅在高温下容易被氧化，并被碱性炉渣腐蚀。在高于1000℃的温度下，氧化物，熔融金属和水蒸气都会对SiC产生有害影响。为了克服在高温下易于氧化的碳化硅的缺点，使用添加抗氧化剂和薄膜的技术在碳化硅的表面上形成SiO2薄膜以解决抗氧化性的问题，氧化物基陶瓷涂层具有出色的抗氧化性。

通过这种方法制成的陶瓷涂层已经在1100℃下进行了长期使用寿命的测试。n值基本上不变。这表明高发射率陶瓷涂层具有优异的抗氧化性。

2.3 陶瓷涂层的抗热震性和粘合强度的研究

与国外先进的陶瓷涂料相比，中国现有的大多数高辐射涂料质量较差。低发射率En，涂层厚，通常为0.1-0.3mm，使用寿命短，因此推广和应用受到限制。

以此方式开发的陶瓷涂层可用于厚度为0.1lmm的耐火材料表面。它可以自然地涂覆并干燥，然后在熔炉中烧结并加热。它被涂覆在金属加热元件上。这个过程很严格，试件需要特殊处理，涂层厚度为0.05mm。选择合适的粘合剂并调整涂料和基材的膨胀系数趋于一致，因此涂料的粘结强度和耐热冲击性已达到国外公布的技术水平。

2.4 陶瓷涂层的热效应研究

如果辐射器的给定能量为恒定值，则照明对象的温度升高可以反映涂料的发射率En的水平。以氧化物或SiC为基材制成的陶瓷涂层具有很高的红外吸收效果，即涂层的热发射率E。与商用红外涂料相比，有明显的节能效果。

3 节能涂料在化工行业的应用

应用这种高发射率的陶瓷涂层可增强辐射热传递，提高设备的能源利用率，节省能源，延长设备寿命，增加经济和社会效益。另外，该涂层还具有改善加热装置的温度均匀性的作用，这可以显着改善和改善化学产品的质量。这种涂料在很宽的温度范围内具有出色的耐热性和高热辐射率，并且还具有普通有机涂料的物理和机械性能、中等耐温性和耐老化性。因此，在化学工业中具有广阔的应用前景。

3.1 作为散热器涂料

该涂层的高发射率特性改善了热交换器的辐射传递效率。由于涂层非常薄，因此对导热的影响很小，是一种具有高散热性能，耐高温、耐腐蚀和散热的涂层。

3.2 作为吸热涂料

根据基尔霍夫定律，辐射涂层也可以用作吸收涂层，因为在相同温度下，物体的辐射常数与其吸收系数成正比。例如，作为水壶的底涂层，它可以提高集热效率并节省能源。使用的装有100mL水的小铝罐和铁罐。在加热测试中，没有陶瓷涂层的100mL水沸腾需要10-12min，而带有陶瓷涂层的锅仅5.5-6.0min就足以使100mL水沸腾，节能效率特别高。

3.3 热交换器用陶瓷防腐蚀涂料

在热交换器的金属管道上喷涂该陶瓷涂层，以防止氧化并防止金属表面被化学腐蚀损坏。该涂层增加了金属表面上的热传递，提高了热交换器的热效率，节省了能源并延长了设备的使用寿命。

3.4 在高温化学炉和加热元件的内壁涂上节能涂料

这种类型的涂层显着提高了热发射率，使加热元件具有抗高温氧化，抗化学腐蚀的作用，降低了表面温度，延长了设备的使用寿命，并具有节能、寿命长和温度均匀的特点。对产品质量的提高也有一定的影响。

3.5 用于硅铝纤维毡等轻质绝缘的涂层

这种类型的涂层增强并改善了表面涂层的热发射率。在过去的十年中，硅酸铝毡已被广泛用作国内外石油，化工和精细化工设备中高温加热设备的绝热材料，但是它具有导热系数低，重量轻但易碎的特点，其应用受到限制。

3.6 石墨材料的抗氧化涂层

碳石墨材料通常用于化学设备。该材料具有优异的导热性和耐高温性，但在氧化介质中，温度超过500℃，石墨不耐高温氧化，因此影响并限制了其应用。带有节能涂层的碳石墨材料，是一种新型材料，可承受1500℃的高温氧化，具有高强度、导热性、耐热性和抗氧化性，有望在化学传热装置中得到广泛应用。

4 结束语

节能现已成为社会共识。由于对涂层技术的深入研究和发展以及对红外辐射涂层性能各个方面的进一步了解，耐高温节能涂料具有广阔的应用前景。节能涂料具有节能，设备寿命长，加热时间短，温度均匀性提高等多种功能，有望广泛应用于以辐射传热为中心的各种化工设备。

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