（制浆造纸工程专业论文）电磁烘缸用耐高温隔热涂料的研究.pdf

， q l u ll l ip itil li i i i i i il y 1714 7 7 3 at h e s i ss u b m i t t e df o rt h e a p p l i c a t i o no f t h em a s t e r sd e g r e eo f e n g i n e e r i n g r e s e a r c ho nh i g h - t e m p e r a t u r eh e a t - i n s u l a t i n g c o a t i n g sf o rt h ee l e c t r o m a g n e t i cd r y e r c a n d i d a t e ：s u n j i n g d a n s p e c i a l t y ： p u l p & p a p e r m a k i n ge n g i n e e r i n g s u p e r v i s o r ： w a n gz h e n g s h u n s h a n d o n gi n s t i t u t eo fl i g h ti n d u s t r y , j i n a n ，c h i n a j u n e ，2 0 1 0 伞，r 鼋 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究成果。文 中引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义七 已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人己用于其他学位申请的论文或 成果，与我一同工作的i 司志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 论文作者签名： 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属山东轻工 业学院。山东轻工业学院享有以任何方式发表、复制、公丌阅览、借阅以及申请 专利等权利，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，奉人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时， 署名译f 髓仍然为山东轻工业学院。 论文作者签名： 导师签名： h 期：型丝年白血同 同期：雄年月卫r 叶 。气丫；： 山东轻工业学院硕士学位论文 目录 摘要：i a b s t r a c t i 第1 章绪论1 1 1 电磁烘缸的干燥机理1 1 2 耐高温涂料2 1 2 1 耐高温涂料的种类及作用机理2 1 2 2 耐高温涂料的研究现状4 1 2 3 耐高温涂料的性能及在造纸行业中的应用5 1 3 有机硅树脂6 1 3 1 有机硅树脂的种类及合成机理6 1 3 2 有机硅树脂的发展现状8 1 3 3 有机硅树脂的性能及主要用途1 0 1 4 纯有机硅涂料1 0 1 4 1 纯有机硅涂料的种类及应用1 0 1 4 2 有机硅涂料的耐高温机理1 2 1 5 有机硅涂料固化剂1 2 1 5 1 固化剂的种类1 2 1 5 2 固化剂的固化机理1 2 1 5 3 有机硅树脂固化剂的研究现状1 3 1 6a n s y s 有限元分析1 3 1 6 1a n s y s 软件简介l3 1 6 2a n s y s 的发展历程1 3 1 6 3a n s y s 功能简介1 4 1 7 本课题的研究目的、主要内容及意义1 5 1 7 1 研究目的15 1 7 2 主要内容及研究意义15 第2 章有机硅树脂的合成与性能检测1 7 目录 2 1 引言1 7 2 2 有机硅树脂的合成机理1 7 2 - 3 实验部分19 2 3 1 化学药品与仪器1 9 2 3 2 有机硅树脂合成步骤2 0 2 3 3 实验分析方法。2 1 2 4 结果与讨论2 4 2 4 1 单体配比的选择。2 4 2 4 2 搅拌速度的确定2 6 2 4 3 配料搅拌时间的影响。2 7 2 4 4 水加入量的确定2 7 2 4 5 水洗p h 值的确定2 8 2 4 6 缩聚反应真空度的确定2 9 2 4 7 缩聚反应温度的确定3 0 2 4 8 缩聚反应时间的确定3 0 2 4 9 催化剂用量的确定3 2 2 4 1 0 催化剂加入时间的确定3 2 2 5 产物性能检测3 3 2 6 树脂性能分析3 3 2 6 1 树脂红外分析检测3 3 2 6 2 高温处理后树脂的红外检测分析3 4 2 6 - 3g c m s 分析3 5 2 7 本章小结3 7 第3 章耐高温涂料的制备及其性能检测3 9 3 1 引言3 9 3 1 1 耐高温涂料的应用及发展3 9 3 1 2 耐高温涂料的设计原则3 9 3 2 耐高温涂料的制备机理3 9 3 3 实验部分4 0 3 3 1 原料与试剂4 0 3 3 2 仪器与设备4 0 山东轻工业学院硕士学位论文 3 3 3 耐高温涂料的制备方法4 l 3 3 4 耐高温涂料的分析方法4 l 3 4 结果与讨论4 2 3 4 1 填料的选择4 2 3 4 2 耐高温涂料升温测试4 5 3 4 3 耐高温涂料最大耐温温度的探讨4 6 3 4 4 涂料耐高温性能检测4 7 3 4 5 涂料性能对比4 7 3 5 涂料性能分析4 8 3 5 1 耐高温涂料红外分析4 8 3 5 2 高温处理后的涂料红外分析4 9 3 5 3 耐高温涂料的显微镜分析4 9 3 5 4 耐高温涂料s e m 扫描电镜分析5 0 3 6 本章小结5 2 第4 章耐高温涂料固化剂的研究5 3 4 1 引言5 3 4 2 耐高温涂料的固化机理5 3 4 - 3 实验部分5 4 4 3 1 原料与试剂5 4 4 3 2 仪器与设备5 4 4 3 3 实验方法5 4 4 3 4 实验分析方法5 4 4 4 结果与讨论5 4 4 4 1 固化体系的确定5 5 4 4 2 固化剂配比的确定5 5 4 4 3 固化剂用量的确定5 6 4 4 4 固化剂储存稳定性研究5 7 4 4 5 固化剂的红外光谱分析5 7 4 5 本章小结5 8 第5 章耐高温涂料在电磁烘缸中的模拟应用5 9 5 1 引言5 9 i i i 目录 毫 7 5 2a n s y s 热分析5 9 5 2 1a n s y s 热分析的种类一5 9 5 2 2a n s y s 热分析过程5 9 5 3 实验部分6 0 5 4 结果与讨论6 0 5 4 1 电磁烘缸模型的建立6 0 5 4 2 电磁烘缸受热分析6 1 5 4 3 电磁烘缸瞬态受热分析6 3 5 5 本章小结6 6 第6 章结论6 7 6 1 对甲基苯基有机硅树脂的合成条件的研究6 7 6 2 耐高温涂料的制备及性能研究6 7 6 3 对耐高温涂料常温固化剂的探讨6 8 6 4 耐高温涂料在电磁烘缸应用的模拟实验6 8 本文创新之处与进一步研究的问题。6 9 参考文献。7 1 致谢7 7 发表的学术论文题录7 9 i v 、 ，0专t夺i、砖、十 山东轻t 业学院硕l j 学位论文 摘要 电磁烘缸是一种新型的纸张干燥设备，由于其具有干燥效率高、运行成本低、 能源利用率高，并且属于环境友好型设备，使得电磁烘缸在造纸行业的应用具有 广阔的前景。电磁烘缸长期在高温环境下工作，容易导致其内部线路及部分元件 的老化，是一个及其值得重视的安全隐患。本文研究了一种耐高温隔热涂料，在 电磁烘缸的内部进行涂覆，起到保温隔热的效果，可以有效地避免i 二述隐忠的发 生。文章具体j 】二作及主要成果包括以下几个方面： 1 首先研究了甲基苯基有机硅树脂的合成。实验首先以甲基i 氯硅烷、二甲基二 氯硅烷、苯基一氯硅烷和二苯基二氯硅烷四种有机硅单体，合成了甲基苯基有机 硅树脂。实验探讨了不同的影响因素对合成有机硅树脂性能的影响，得出最佳的 树脂合成条件：r s i 值为1 5 5 ，p h r 值为o 4 ，水解反应的搅拌速度为3 0 0 r m i n ， 搅拌时问3 0 m i n ，在8 0 的水用量下，缩聚反应真空度为0 0 8 m p a - - - 0 0 9 m p a ， 缩聚反应时l r j 设定为5 h ，反应过程中加入催化剂用量5 ( 占单体总质量) 。 2 电磁烘缸用耐高温存机硅涂料的研究。实验选用合适的颜料、填料作为有机 砖树脂的添加剂，通过高速研磨，并添加一定量的稀释剂，制备了一种耐高温隔 热涂料。实验对颜料、填料用量进行了探讨，结果显示，当有机硅树脂与云母粉、 硅酸铝粉、磷酸锌、钛白粉、高岭土的质最比例为1 0 ：5 ：2 ：l ：5 ：2 时，涂料 的耐高温隔热效果最好。经过高温测试，实验制得的耐高温涂料l i 丁以在3 5 0 左 右耐高温1 h 左右，而不影响其耐高温效果；并且，在2 5 0 条件下，连续工作 2 8 天，而不影响耐高温涂料的隔热效果。 3 对耐高温涂料闽化体系的研究。实验以坏烷酸钴、三乙烯 j q 胺为固化剂，添 加钛酸四丁酯作为交联促进剂，以无水乙醇作为稀释荆，研究了一种适合于实验 制备的耐高温涂料的固化体系。实验得出，当环烷酸钴：三乙烯四胺：钛酸四丁 酯= l ：2 ：2 ( 质量比) 配备固化剂，并且当涂料与固化剂的比例为8 ：1 9 ：l ( 质量比) 的时候，固化体系可以起到最佳的固化效果。 4 耐高温隔热涂料在电磁烘缸上的模拟应用。通过使用a n s y s 软件，对耐高温 涂料在电磁烘缸上的应用进行了有限元分析。热分析结果表明，实验制得的耐高 温涂料可以有效的起到保温隔热效果。 关键词：电磁烘缸；甲基苯基有机硅树脂；耐高温涂料；固化剂；a n s y s 分析 f _ ：“i气鑫琴fq 一 唁 l a b s t r a c t e l e c t r o m a g n e t i cd r y e ri san e w k i n do fp a p e rd r y i n ge q u i p m e n t d u et ot h a tt h e e l e c t r o m a g n e t i cd r y e r i so fh i g he f f i c i e n c y , l o wo p e r a t i o nc o s ta n dh i g he n e r g y u t i l i z a t i o n ，e l e c t r o m a g n e t i cd r y e rb e l o n g st o t h ee n v i r o n m e n t f r i e n d l ye q u i p m e n t , w h i c hm a k e se l e c t r o m a g n e t i cd r y e rh a sw i d ea p p l i c a t i o np r o s p e c t si np a p e rm a k i n g i n d u s t r y b e c a u s ee l e c t r o m a g n e t i cd r y e r n e e d st ow o r kc o n t i n u o u s l ya tah i g h t e m p e r a t u r ee n v i r o n m e n t ，i te a s i l yl e a d ss o m ee l e c t r i cc o n n e c t i o nd a m a g e d ，w h i c hi s as e c u r i t yr i s ka n dw o r t h yo fa t t e n t i o n i nt h i sp a p e r , ak i n do fh i g h t e m p e r a t u r e i n s u l a t i o nc o a t i n g si ss t u d i e d t h ec o a t i n gw o u l db ec o a t e do nt h ei n t e r n a ls u r f a c eo f e l e c t r o m a g n e t i cd r y e r , w h i c hc o u l db ee f f e c t i v et or e s i s th e a tt ot r a n s f e rt ot h ei n t e r n a l p a r to ft h ed r y e r i nt h i sc a s e ，t h eh a z a r d ss a i da b o v ec o u l db ea v o i d e d t h es p e c i f i c w o r ka n dt h em a i nr e s u l t so ft h ea r t i c l ei n c l u d et h ef o l l o w i n gp a r t s ： 1f i r s t l y , t h em e t h y lp h e n y ls i l i c o nr e s i nw a ss y n t h e s i z e d m e t h y lt h i c h l o r o s i l a n e ， d i m e t h y ld i c h l o r o s i l a n e ，p h e n y l t r i c h l o r o s i l a n ea n dd i c h l o r o - d i p h e n y l s i l a n ew e r e u s e dt os y n t h e s i z em e t h y lp h e n y ls i l i c o nr e s i n i tw a ss t u d i e dt h a tt h ee f f e c t so f d i f f e r e n tf a c t o r so nt h es y n t h e s i so fs i l i c o nr e s i n t h eb e s tc o n d i t i o n st os y n t h e s i z e s i l i c o nr e s i na r et h a t ：r s iv a l u ei s1 5 5 ，p h rv a l u ei s0 4 ，t h es t i r r i n gr a t eo f h y d r o l y s i si s3 0 0 r m i n ，s t i r r i n gt i m ei s3 0 m i n ，w a t e rc o n t e n ti s8 0 ，t h ev a c u u m o f c o n d e n s a t i o nr e a c t i o ni s0 0 8 - 4 ) 0 9 m p a ，t i m eo fp o l y c o n d e n s a t i o ni s5 h , a n dt h e a m o u n to fc a t a l y s ti s5 o ft h et o t a lm a s so fr e s i nm o n o m e r 2ak i n do fh i g ht e m p e r a t u r es i l i c o n ec o a t i n gf o re l e c t r o m a g n e t i cd r y e rw a s s t u d i e d 1 1 1 el l i g ht e m p e r a t u r e i n s u l a t i o n c o a t i n gw a sm a d eb yc h o o s i n g t h e a p p r o p r i a t ep i g m e n t s ，f i l l e r sa n dd i l u e n t ，a n dg r i n d i n gt h e ma th i g hs p e e d i t w a s s t u d i e dt h ec o n t e n to fp i g m e n ta n df i l l e r s t h er e s u l t ss h o w st h a tw h e n t h ep r o p o r t i o n b e t w e e nt h e s i l i c o n er e s i na n dm i c ap o w d e r , a l u m i n u mp o w d e r , z i n cp h o s p h a t e ， t i t a n i u md i o x i d ea n dk a o l i nm a s si s 10 ：5 ：2 ：1 ：5 ：2 ，t h ec o a t i n gr e a c h e dt h e1 1 3 【g h e s t t e m p e r a t u r e t h r o u g hh i g ht e m p e r a t u r et e s t i n g ，n l em g h - t e m p e r a t u r ec o a t i n gc a n k e e pi t sp e r f o r m a n c ea f t e rw o r k i n gl ha t3 5 0 。c ；a n d ，t h eh e a ti n s u l a t i o ne f f e c ti sn o t e f f e e t e di ft h ec o a t i n gw o r ka t2 5 0 f o r 2 8d a y s 3t h es t u d yo nt h ec u r i n gs y s t e mo ft h ec o a t i n gi sc a r r i e do u t t h ec u r i n ga g e n t i sm a d eb yu s i n gc o b a l tn a p h t h e n a t e ，t r i e t h y l e n e t e t r a m i n ea st h ec u r i n ga g e n t , w h i c h a d d e dt e t r a b u t y lt i t a n a t ea sac r o s s - l i n k i n ga c c e l e r a t o r w h e nt h em a s sr a t i ob e t w e e n c o b a l tn a p h t h e n a t e ，t d e t h y r l e n e t e t r a m i n ea n dt e t r a b u t y lt i t a n a t ew a s1 ：2 ：2 ，a n d t h e a b s t r a c t m a s sr a t i o nb e t w e e nc o a t i n ga n dc u r i n ga g e n ti s8 ：1t o9 ：l ，t h ec u r i n gs y s t e ms h o w s t h eb e s tc u r i n ge f f e c t 4t h es i m u l a t i o na p p l i c a t i o no fh i g ht e m p e r a t u r ei n s u l a t i o nc o a t i n g o n e l e c t r o m a g n e t i cd r y e r b yu s i n ga n s y ss o f t w a r e ，t h ef i n i t ee l e m e ma n a l y s i sa b o u t t h ea p p l i c a t i o no fu s i n gh i g h - t e m p e r a t u r er e s i s t a n tc o m i n go ne l e c t r o m a g n e t i cd r y e ri s c a r d e do u t t h et h e r m a la n a l y s i sr e s u l t ss h o wt h a tt h eh i g ht e m p e r a t u r ec o a t i n gm a d e b yt h ee x p e r i m e n tc o u l db ee f f e c t i v ei ni n s u l a t i o n k e yw o r d s ：e l e c t r o m a g n e t i cd r y e r ；m e t h y l p h e n y l s i l i c o n er e s i n ；h e a tr e s i s t a n t c o a t i n g s ；c u r i n ga g e n t ；a n s y sa n a l y s i s i i ， iiirdqj 山东轻t 业学院硕l ：学位论义 第1 章绪论 随着科学技术的发展，电磁干燥技术丌始慢慢应用于造纸行业。电磁t 燥技 术在造纸行业的应用，大人提高了纸张的干燥效率，加快了纸机的运行速度。然 而，电磁t 燥技术在应用过程中，也会出现一些问题影响其在造纸i j ：业中的应用。 电磁干燥技术在纸机十燥部的应用，主要是对传统的纸张蒸汽干燥烘缸进行 改造，通过电磁烘缸内部的电磁发生器等一系列电子元件，产生磁力线，磁力线 穿透电磁烘缸，克服烘缸表面内阻，产生热量，以此来达到干燥纸张的日刚1 。 造纸生产线长时i 日j 连续i ：作的情况下，高温环境很容易对烘缸内部的电磁发生元 件以及线路等造成老化、损坏等现象，以至于造成生产事故。研究一种耐高温涂 料，用于涂刷在电磁烘缸的内表【酊，住保证磁力线穿过的前提下，起n i f l i , j 高温隔 热的效果，以此来保护烘缸内部的电磁发，f 器以及导电线路等，这对于电磁烘缸 这种高效的十燥装置在造纸i j ：业的应用具有非常重要的意义。 1 1 电磁烘缸的干燥机理 决定纸机产量和车速的最关键冈素之一是干燥能力。传统造纸机干燥部主要 是烘缸干燥系统，其干燥过程是一个相当复杂的传热传质过程。当今世界造纸业， 普遍使用的是铸铁烘缸，介质为蒸汽。增加干燥能力的主要途径，足靠增加烘缸 的数量，现代化的纸机，干燥部的烘缸多至几十个，甚至上百个。分为一层和多 层的稚茕，大量的庞人的烘缸群，不但增加了设备、管道、安装等费用，而月增 加了厂房的造价。 纸张电磁干燥技术足一种新型纸张干燥技术，其优点是制造要求低、生产成 本低、无污染、能耗低、占地面积小、便于干燥温度的精确自动控制，特别适于 加工纸生产和单网嗨缸卫生纸机的使用。其工作原理如图1 1 所示。 从图中可以看出，电磁烘缸主要是通过烘缸内部的电磁感应，己件，产生磁力 线，磁力线穿透烘缸表面，客服烘缸表面内阻，产生热量。该技术综合电磁加热、 贴缸干燥、穿透干燥的优点，集发热迅速、精准控制、高效节能、清洁环保、安 全方便于一身，是一种全新纸张干燥技术。该技术国内空白，困际领先，制造操 作要求低，市场前景广阔，社会、经济效益显著，符合可持续发展要求。 然而，由于造纸厂中，纸张连续生产，使得电磁烘缸内部一直处于高温环境 中，很有可能造成烘缸内部的线路老化，最终造成生产事故。 _iie、tiilllf 第l 章绪论 簪瓴o 。- ，- ，：移：_ ，。，i 。锋 、 - ：、， 7 _ 岛? 。：。 二纵， | 。t ：誓z 乡一一 。3 1j i 。；1 ：， - - ；： j ： ：7 、 。7： 褥矗鼯毕黟i 毒f i * 矗z j z j y 镪。、t， 1 2 耐高温涂料 淘1 1 电磁烘缸缸体设计幽 1 2 1 耐高温涂料的种类及作用机理 耐高温涂料是一+ 种新型的功能性涂料，它是指i 叮以在高温环境下起到编热保 温效果的一类涂料，其j “泛应用于化工、航空航天、机械制造、i p 以及建筑业等领 域【2 - 3 j 。 耐高温涂料分为有机耐高温涂料和无机耐高温涂料两种。其中，无机耐高温 涂料主要是以无机砣溶胶、改性硅溶胶、铝溶胶或水溶性磷酸盐等为粘结剂，添 加锌粉、锚粉等填料制备而成【4 - 5 】；有机耐高温涂料主要是以有机硅树脂、有机 氟树脂或杂环聚合物等高分子化合物为粘结剂，添加钛a 粉、硅酸锚粉、氧化锌 等无机填料制备而成f 6 1 。町见，耐高温涂料一般都足以一种粘结性很强并且耐高 温的化合物作为朱l i 结剂，再配合添加不同种类的无机耐高温填料、颜料等制得而 成，根据耐高温涂料秭结剂的不同，耐高温涂料可以分为： 厂r 硅溶胶耐高温涂料 f见机耐高温涂料 硅酸盐耐高温涂料 il 磷酸盐耐高温涂料 1r 囱。机砖耐高温涂料 l 自机耐高温涂料 自机氟耐高温涂料 l 杂环聚合物耐高温涂料 无机耐高温涂料可以在5 0 0 1 2 0 0 。c 下长期7 - 作，并且不易燃，硬度较大，具 有较为广泛的适用性。其中具有代表性的是硅酸盐类耐高温涂料。此类涂料通常 选用碱金属硅酸盐作为粘结剂，添加云母粉、二氧化硅等颜填料制备丽成。硅酸 2 山东轻t 业学院颂i j 学位论文 盐类耐高温涂料中，占据重要地位的是一类以水玻璃为粘结剂的涂料，它足进行 水玻璃改性，来提高耐高温涂料的高温稳定性。另外一种具有代表性的无机耐高 温涂料是磷酸盐耐高温涂料，这种涂料主要以酸性磷酸盐作为主要的粘结剂，配 合无机耐高温颜填料制备而成。这类涂料的抗水性比较好，固化过程中收缩率较 高，具有较强的耐热性。其中具有代表性的是磷酸铝类耐高温涂料，以磷酸铝作 为粘结剂，具有较强的粘结性能。国内外对丁二无机耐高温填料的研究较多【7 9 】。 然而，无机耐高温涂料在完全干燥以后，漆膜发脆，并且与会属的粘结性较差。 有机耐高温涂料主要是山有机硅耐高温涂料、有机氟耐高温涂料和杂环聚合 物附高温涂料组成。其中，杂环聚合物耐高温涂料主要有聚酰弧胺、氯化聚醚、 聚醚酚、聚苯硫醚等。聚次苯基硫醚，简称聚苯硫醚( p p s ) ，发展丁二7 0 年代初 期，是一种具有热塑性质的有机树脂。山聚苯硫醚作为粘结剂制备而成的耐高温 涂料，是以苯环与s 交替连接而组成的大分子链结构，配加耐高温颜填料制得而 成。p p s 的大分子链结构如下： 有机氟耐高温涂料和有机硅耐高温涂料都是以氟树脂和硅树脂作为粘结剂， 添加耐高温的颜填料制备而成。其中，有机氟树脂主要以氟乙烯、二氟氯乙烯、 氟乙烯基醚等作为主要的合成原料。而自机碰树脂耐高温涂料一般是由甲基三氯 ( 乙氧基) 硅烷、二甲基二氯( 乙氧基) 硅烷、苯基三氯( 乙氧摹) 硅烷和二苯 基二氯( 乙氧基) 硅烷合成而得。有机硅树脂主要依靠其s i o s i 组成大分子主 链，可以在高温下具有很强的稳定性。 有机耐高温涂料在耐高温隔热过程中，有机物质在长期受热的环境中，会发 生氧化反应，进而挥发，但是大分子链骨架遗留下来，央带耐高温颜填料，紧紧 附着于会属表面，起到耐高温隔热、防腐的效果。 总的来说，不论是无机耐高温涂料，还是有机耐高温涂料，其耐高温隔热过 程都是一个非常复杂的过程，其中可能伴随物理变化、化学变化或二者都有的反 应【l o 】。在涂料的耐高温隔热过程中，颜填料i j 粘结剂之间、粘结剂组分之f h j 、粘 结剂与偶联剂之洲发生的化学反应，足促使耐高温涂料可以在高温下连续工作的 一个非常重要的因素。分散在粘结剂中的酣高温填料，在连续高温工作的环境中， 能够缓慢渗透入粘结剂中，与粘结剂融为一体，这样可以更好地起到均匀隔热的 目的。耐高温涂料的隔热保温过程大体如图1 2 所示。 当有热量传递到耐高温涂料表面的时候，一部分热量被涂料反射回原介质 3 。 n 1。r 第1 章绪论 中，一部分热量被涂料吸收。涂料不断受热的情况下，涂料自身储藏的热量越来 越多，涂料中部分残留的小分子会闪吸热反应而发生相变，伴随着升华和气化等 现象的发牛。这部分小分了也就随着桐变过程的进行，而溢出涂料。同时，部分 小分子能够在高温的环境下，发生重组，形成结构稳定的火分子链结构，起到增 强涂料耐高温稳定性的作用。 刀小分子相变 ， 吸收： 心 v 分子重组 倒1 2 耐高濡涂料受热过程分析 1 2 2 耐高温涂料的研究现状 耐高温涂料通常指的足能够在2 0 0 以上的高温环境中，长期、连续工作， 保持涂料不出现裂纹、脱落等现象，能够保持良好的物理性能的类涂料。其广 泛应用于蒸汽管道隔热、汽车和摩托车的烟囱，甚至航天飞机表面隔热等领域。 随着科学技术的发展，耐高温涂料的应用越来越广泛，越来越受到工厂及科研 作者的关注。 国内外对于耐高温涂料的研究颇多。其中，无机耐高温涂料的研究，需要考 虑涂料的原料，以及涂料的用途，根据实酗：情况，选择合适的粘结剂以及颜填料。 以水溶性磷酸盐作为粘结剂，以玻璃微珠状铝粉作为颜料的无机耐高温涂料，能 够长期工作于6 0 0 7 0 0 的环境下，而保持其耐高温、耐湿热、耐酸碱烟雾等物 理性能不变【l l 】。另外，有研究【1 2 1 表明，以无水乙醇、改性碳化硅、改性硅溶胶、 改性铝溶胶和磷酸_ 氧铝溶液作为粘结剂，加入无机高温陶瓷粉术制备而成的无 机耐高温涂料，可以在8 0 0 1 0 0 0 f 长期稳定工作。氧化铝溶胶( a l u m i n a ns 0 1 ) ， 简称铝溶胶，系水合氧化铝在胶溶剂的作用下，生成几个毫微米剑上百个毫微米 大小颗粒的、较为稳定的胶体溶液。以铝溶胶作为粘结剂制备而成的耐高温涂料， 多用于发动机、汽车炯囱等领域。例如英国福塞科幽际有限股份公司【1 3 】用铝溶胶 作为硅酸锚纤维的胶粘剂，制成一种耐火隔热材料，用于保护发动机而获得专利。 耐高温无机填料一般由于其完全干燥以后，漆膜发脆，连续高温工作后，柔 韧性变差，容易出现网纹、裂纹、剥落等不良现象，因此限制了它的发展。有机 4 山东轻t j 业学院硕i ：学位论文 耐高温涂料可以有效的弥补这一点【h 1 。在高温条件下，有机耐高温涂料叮以长时 i h j 工作，并且保持其柔韧性、附着力变化不大，物理性能完好。有机耐高温涂料 的研制始于上世纪5 0 年代，至今己发展了以不同种类粘结剂为基料，配加耐高 温颜填料制备而成的耐高温涂料。目前国外研制出的耐高温涂料最大耐高温温度 已经达到1 4 0 0 ，而国内在这方面的研究尚末达到这个高度，其中超过7 0 0 的 研究已经很少f 1 5 】。有研究【1 6 】报道，以改性的聚硅酸乙酯作为粘结剂，配合耐高 温颜填料，具有良好的耐高温性能和机械强度，可以瞬时耐高温6 0 0 ，并且可 以长期在5 0 0 。c 环境下使用。以杂环聚合物为粘结剂制备的耐高温涂料存很长一 段时l 目j 以内被广泛应用。美国专门生产了一种针对二j 二超音速运输飞机的耐高温涂 料】，能够使匕机在2 6 0 4 8 0 之间i f 常1 i ：f ，不同的时i n j 。另外，困内有研究 对有机硅树脂进行改性，配合分散剂、防沉剂、颜料、填料和溶剂，制得耐高 温涂料，可以在8 0 0 下保持优异的耐高温性能、耐酸碱烟雾性能、耐湿热性能 和耐老化等性能，在石化、冶会和新材料等行、i k 具有广阔的应用d 玎景。通过对比 不i “j 种类的有机硅树脂，选择最佳的粘结剂，合理搭配颜料、填料，添加适当数 量的硅烷偶联剂，可以制得长期稳定耐高温4 5 0 5 0 0 的涂料i l 。 耐高温涂料隔热保温性能的好坏，在很大稃度上依赖于颜填料的添加。常用 的颜填料基本上是各种会属盐类和金属氧化物，其中以含有s i 0 2 的物质众多， 常用的颜填料包括云母粉、硅酸铝粉、钛门粉、磷酸锌等。另外些玻璃微珠、 陶瓷微珠也经常被用作耐高温涂料的填料。 耐高温涂料通常在常温下难以固化，通常需要在高温环境下才可以实现，或 者在常温下加入固化剂，促进耐高温涂料的同化。固化剂对涂料的固化促进作用， 主要是对耐高温涂料的粘结剂的固化。详情将在1 5 中阐述。 总而言之，耐高温涂料已经伴随着科学技术的发展融入到化，i ：、航空航天、 制造业、建筑、i 匕等于人们生活息息相关的方方面面。在我围，针对不同的需求， 选择合适的粘结剂，配合颜填料、固化剂等制备耐高温涂料，已经有了很大的发 展，但是在某些方面仍然落后于国际领先水平。另外，综合无机耐高温填料与有 机耐高温填料的优势，来弥补各自的欠缺，提高涂料的综合性能，将会是今后对 耐高温涂料研究发展的一个重要方向。 1 2 3 耐高温涂料的性能及在造纸行业中的应用 造纸企业是一个能源高能耗、资金高投入的耗能大户。在一些必要的设备、 场所涂刷耐高温涂料，可以有效的减少能源消耗量，提高能源利用率。其中，纸 张生产过程中，经压榨后，纸页的干度范围在4 0 - - 5 0 之问，这主要由压榨效 率决定，其余的水分要通过干燥系统蒸发去除，把成纸干度提高到9 2 9 5 。 造纸干燥部的主要作用是在蒸发脱除湿纸页中残留的水分的同时，提高纸的强 第l 章绪论 度，增加纸的平滑度和对纸页进行表面施胶。由于干燥部重量大，设备费用和动 力消耗均占整个纸机的一半以上，蒸汽烘缸的蒸汽消耗所用的成本就占造纸成本 的5 1 5 2 0 j 。如此之高的能量消耗，如果可以行效的降低，可以减小造纸企业 的经营成本，并且在节能减排意识f 益增加的今天，有效地提高能源利用率。在 蒸汽烘缸内表面涂刷耐高温涂料，可以有效的起到保温效果，增加蒸汽利肘率， 降低生产成本。 蒸汽烘缸耗能如此之火，在卫生纸机等小型纸机或者科研单位使用过程中， 如果以电磁烘缸取而代之，将会大人降低能源消耗。有研究【2 j 显示，与传统蒸汽 烘缸相比较，电磁烘缸在使用过程中，可以减少投资5 5 3 ，节省总运行成本 2 5 0 ，提高升温速度，降低能耗，并只便于自动控制，具有非常广阔的市场前 景。然而，由于电磁烘缸使片j 过程中，存在安伞隐患问题，一旦电磁烘缸长期处 于高温状态，其内部电磁元件，以及线路等很容易在高温下发生氧化反应，导致 线路彳、= 稳定，出现安全隐患。针对此种现象，在电磁烘缸内表而涂刷一层耐高温 涂料，起到隔热效果，是一个很好的解决办法。这可以减少具有广阔f i ，场前景的 电磁烘缸在使用过程中的安全隐患，保障造纸流程的连续性。 另外，造纸企业及其热电厂中安装使用了大量的蒸汽管道，蒸汽在管道传输 过程中，很容易把能量热辐射到环境巾，造成不必要的浪费1 2 2 1 。在这些蒸汽管道 表面涂刷一层耐高温涂料，起到保温效果，叮以有效的减少能源损耗，降低尘产 成本，提高能源利用率，减少企业运营成本。 1 3 有机硅树脂 1 。3 1 有机硅树脂的种类及合成机理 有机耐高温涂料中，以有机硅树脂作为粘结剂的涂料最为普遍。有机硅树脂 2 3 1 的丰链是s i 0 s i 交脊连接而成的大分子链结构，其侧链带有甲基、苯基等有 机基团，属于无机与有机相结合的一类高分子聚合物。有机硅树脂中含有的部分 小分子结构的基团，能够在高温下发生交联反应，生成可以在长期耐高温的三维 立体网络结构。有机硅树脂根据小f 司的合成原料，不同的制备工艺，会得到不问 种类的树脂。树脂种类繁多，而且性能都比较稳定，适合于根据实际需求，选择 不同种类的树脂。 有机硅树脂根据其产品形态，可以分为溶剂型、无溶剂型、乳液型和水基型 ( 2 4 1 。其中，溶剂型的有机硅树脂浸渍性良好，但是容易发泡，而且具有易燃性， 一旦泄漏将会给环境造成污染，通常在浸渍漆和涂料中应用。无溶剂型有机硅树 脂，粘度较高，不会出现溶剂型树脂的发泡、污染环境等现象，通常在线圈浸渍 壳体成型材料中使用。乳液型有机砖树脂的耐热性和耐水性较筹，通常用于较低 6 山东轻t 业学院硕 ：学位论文 温度的耐高温隔热保温涂料和憎水剂。同样，水基型有机硅树脂的耐水性也较筹， 通常被用作憎水剂。 根据有机硅树脂合成方法，可以将有机硅树脂分为缩合型、加成型和过氧化 物引发型，具体如下： l缩合掣 i 有机h 树脂0ihp，b”b i；|轴0lpz弓 o 伊 o 。 ，己o 蚱 o严o；-；。0乏与 雕 刖 k rrre r t rtr弋厂，。，j一、。，。l 山东轻下业学院硕i ：学位论文 定，粘结性更强。分子结构的未端基团足来自于有机烷氧基硅烷的r 基团，r 一般为c h 3 - c 2 h 5 和c 6 h 5 。不i j 的r 基幽，赋予有机硅树脂不同的性能。一c h 3 主要呵以提高有机硅树脂的热稳定性、憎水性和耐电弧性；c 2 h 5 可以提高有机 硅树脂与自机物的混溶性；c 6 h 5 可