一种具有保温隔热功能的管道或储罐材料及其应用

技术领域

本发明涉及管道与储罐材料技术领域，尤其涉及一种具有保温隔热功能的管道或储罐材料及其应用。

背景技术

随着航空航天、高铁动车、船舶汽车、军工、石油石化、冶金、电力、建筑等领域技术不断升级，对于其装置中所用到的具有保温隔热功能的材料的性能要求也越来越高，不仅需要在苛刻的腐蚀环境下作业，同时还要具有隔热保温、耐热环保、抗震动、抗疲劳、抗温度骤变以及耐冲刷等性能，传统的保温隔热材料已很难满足要求，随着科技的不断发展，用于耐高温保温隔热材料的涂料应运而生。

现有技术中的隔热涂料通常采用表观密度小、内部结构疏松、气孔率高、含水率小的材料作为轻骨料，依靠粘结剂作用使其结合在一起，直接涂抹于材料表面形成具有一定厚度的保温层，从而达到隔热保温的功效。由于传统隔热层的结构疏松，所以其隔热性能与涂层的厚度正相关，因此，若要隔热效果好，则隔热层需非常厚；但厚度的增加将导致涂层与基体的粘结强度下降、涂层容易从基体上脱落，同时，厚度的增加会导致隔热层重量的增加，进而影响材料的重量，不符合现代工业轻量化的要求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明第一方面提供了一种具有保温隔热功能的管道或储罐材料，包括基材和涂层，所述涂层由涂料通过无气喷涂、辊涂、刷涂均匀的方法涂覆于基材的表面形成；所述涂料的原料按重量份计，包括超支化不饱和树脂60-80份，pH调节剂1-3份，成膜助剂1-5份，消泡剂0.5-2份，保温助剂5-15份，助剂1-5份，去离子水10-20份。

作为一种优选的技术方案，所述超支化不饱和树脂的双键含量为10～50mol，数均分子量为2700～4000。

作为一种优选的技术方案，所述pH调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇和N-甲基乙醇胺的混合物，二者质量比为1～0.5～0.8。

作为一种优选的技术方案，所述成膜助剂为二丙二醇丁醚和OE-300的混合物，二者质量比为0.6～0.9：1～1.5。

作为一种优选的技术方案，所述消泡剂为聚醚改性聚甲基硅氧烷，所述聚醚改性聚甲基硅氧烷的粘度(25℃)为1000～3000mpa.s。

作为一种优选的技术方案，所述保温助剂为纳米二氧化钛和陶瓷微珠的混合物，二者质量比为0.3～0.6：1。

作为一种优选的技术方案，所述纳米二氧化钛的平均粒径为60～200nm，所述陶瓷微珠的平均粒径为0.2～40μm。

作为一种优选的技术方案，所述助剂包括防腐剂、润湿剂和流平剂，三者质量比为0.2～0.5：1：0.7～1。

作为一种优选的技术方案，所述防腐剂为亚硝酸钠，所述润湿剂为BYK-346，所述流平剂为TEGO-440。

作为一种优选的技术方案，所述基材可以是塑料或合金中的一种。

作为一种优选的技术方案，所述塑料可以为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚丁烯、ABS中的一种；所述合金可以是铝合金、钛合金、锌合金、铝镁合金中的一种。

本发明的第二方面还提供了一种具有保温隔热功能的管道或储罐材料的应用，所述管道或储罐材料可以应用于交通运输领域，建筑领域、机械加工领域、航空航天领域。

作为一种优选的技术方案，所述交通运输包括铁路交通运输、道路交通运输、水上交通运输、航空交通运输；所述建筑包括房屋建筑和土木工程建筑；所述机械加工包括车床、铣床、磨床、钻床；所述航空航天包括火箭、人造卫星。

作为一种优选的技术方案，所述铁路交通运输包括火车、高铁、动车；所述道路交通运输包括汽车；所述水上交通运输包括轮船；所述航空交通运输包括飞机；所述房屋建筑包括住宅房屋建筑、办公用房建筑、商业建筑、公共建筑、工业建筑；所述土木工程建筑包括铁路、道路、隧道、桥梁工程建筑。

作为一种优选的技术方案，所述汽车包括新能源汽车、房车、客车、货车；所述轮船包括客船、货船、客货船；所述飞机包括客机、货机、客货机；所述工业建筑包括厂房、化工储料罐、集装箱、仓库。

作为一种优选的技术方案，所述土木工程建筑还包括管道建筑。

本发明通过在基材表面涂覆涂料，得到了一种具有保温隔热功能的管道或储罐材料，通过选择超支化不饱和树脂作为成膜基料，增强了涂层对基底材料的附着力。本发明中pH调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇和N-甲基乙醇胺的混合物，选择该两种pH调节剂混合使用，不仅可以改变体系的酸碱度，还可以防止保温助剂的絮凝以及防止涂料在储存、运输、使用过程中过早成膜。且本发明中的涂料不仅稳定性好，其抗老化、耐擦洗性能也较优异。在本发明中，各组分之间的共同作用，可使得冷凝水无法渗入致密的保温隔热涂层中，具有高疏水性，有利于保温隔热涂层长期自清洁，减少强酸碱洗涤剂对涂层造成的破坏褪色和腐蚀，同时也起到长效的保温隔热和节能的作用。

具体实施方式

参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。

为了解决上述问题，本发明第一方面提供了一种具有保温隔热功能的管道或储罐材料，包括基材和涂层，所述涂层由涂料通过无气喷涂、辊涂、刷涂均匀的方法涂覆于基材的表面形成；所述涂料的原料按重量份计，包括超支化不饱和树脂60-80份，pH调节剂1-3份，成膜助剂1-5份，消泡剂0.5-2份，保温助剂5-15份，助剂1-5份，去离子水10-20份。

在一些优选的实施方式中，所述超支化不饱和树脂的双键含量为10～50mol，数均分子量为2700～4000。本发明中选择超支化不饱和树脂作为成膜基料，增强了涂层对基底材料的附着力，使其耐磨性能较佳；超支化不饱和树脂分子结构中大量活性官能团的存在，提高了体系的交联密度，从而使其具有较好的韧性；在本体系中，超支化不饱和树脂的双键含量为10～50mol，数均分子量为2700～4000，使其具有优异的延展性，双键含量在10～50mol，数均分子量在2700～4000的超支化不饱和树脂内部具有大量的空穴，这些空穴的存在有利于基体材料的塑性形变，从而达到增韧的目的。

本发明中超支化不饱和树脂购自武汉超支化树脂科技有限公司。

在一些优选的实施方式中，所述pH调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇和N-甲基乙醇胺的混合物，二者质量比为1～0.5～0.8。本发明中pH调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇和N-甲基乙醇胺的混合物，选择该两种pH调节剂混合使用，不仅可以改变体系的酸碱度，还可以防止保温助剂的絮凝以及防止涂料在储存、运输、使用过程中过早成膜，可作为稳定剂使用；分子结构中存在的氨基和羟基，使其具有孤对电子，能从水中接受质子，另外由于氢键的存在，可以提高体系的相容性；而且在本体系中与超支化不饱和树脂共同作用，形成的三维空间结构提高了该涂料与基体材料的黏附力。

本发明中2-氨基-2-甲基-1-丙醇购自南京百聚科技有限公司，N-甲基乙醇胺购自南京东方之珠工贸有限公司。

在一些优选的实施方式中，所述成膜助剂为二丙二醇丁醚和OE-300的混合物，二者质量比为0.6～0.9：1～1.5。本发明中成膜助剂选择为二丙二醇丁醚和OE-300的混合物，OE-300是一种低气味、非VOC的绿色成膜助剂，可在较大范围的温度和相对条件的温度下改善成膜性，且本发明人发现当其与二丙二醇丁醚混合使用时，还可以改善漆膜的耐擦洗性和耐候性。

本发明中二丙二醇丁醚购自济南彬琪化工有限公司，等级：工业级；OE-300购自凯茵化工，型号：OE-300。

在一些优选的实施方式中，所述消泡剂为聚醚改性聚甲基硅氧烷，所述聚醚改性聚甲基硅氧烷的粘度(25℃)为1000～3000mpa.s。本发明中消泡剂为聚醚改性聚甲基硅氧烷，且聚醚改性聚甲基硅氧烷的粘度(25℃)为1000～3000mpa.s，选择粘度(25℃)为1000～3000mpa.s的聚醚改性聚甲基硅氧烷作为消泡剂，一方面是因为粘度在该范围内聚醚改性聚甲基硅氧烷渗透能力较强，使其易与铺展、吸附，形成的涂层致密无孔，屏蔽保护效果好；另一方面如果粘度过高，会导致体系的流动性能较差，不易于成膜。

本发明中聚醚改性聚甲基硅氧烷购自佛山市南海大田化学有限公司，型号：DT-650。

在一些优选的实施方式中，所述保温助剂为纳米二氧化钛和陶瓷微珠的混合物，二者质量比为0.3～0.6：1。本发明中保温助剂为纳米二氧化钛和陶瓷微珠的混合物，纳米二氧化钛由于粒径小，活性大，既能反射、散射紫外线，又能吸收紫外线，对紫外线有很强的阻隔能力，所以将其加入到涂料中时能很好的提高涂料的粘附力、抗老化、耐擦洗性能；陶瓷微具有比面积小、抗压强度高、熔点高、热反射率高、热传导系数和热收缩系数小、化学稳定性良好等特点，将其加入到涂料中时不仅可以提高涂料的保温隔热性能，本发明人发现，将其与纳米二氧化钛混合使用时，纳米二氧化钛粒子会与陶瓷微珠表面结合得十分牢固，从而增强涂料的耐摩擦性、存储稳定性以及抗冲击性。

在一些优选的实施方式中，所述纳米二氧化钛的平均粒径为60～200nm，所述陶瓷微珠的平均粒径为0.2～40μm。

本发明中纳米二氧化钛购自北京德科岛金科技有限公司；陶瓷微珠购自上海格润亚纳米材料有限公司。

在一些优选的实施方式中，所述助剂包括防腐剂、润湿剂和流平剂，三者质量比为0.2～0.5：1：0.7～1。

在一些优选的实施方式中，所述防腐剂为亚硝酸钠，所述润湿剂为BYK-346，所述流平剂为TEGO-440。

本发明中润湿剂BYK-346购自深圳市宝安区西乡昊盟塑胶原料经营部；流平剂TEGO-440购自上海卜丁化工有限公司，型号：TEGO-440。

在一些优选的实施方式中，所述涂料的方法包括以下步骤：

S1，将去离子水、助剂、保温助剂、消泡剂、成膜助剂在高速分散机中以1800-2000r/min的转速搅拌30-40min得到分散液A；

S2，向分散剂A中加入pH调节剂、超支化不饱和树脂在高速分散机中以1800-2000r/min的转速搅拌10-20min得到涂料。

在一些优选的实施方式中，所述基材可以是塑料或合金中的一种。

在一些优选的实施方式中，所述塑料可以为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚丁烯、ABS中的一种；所述合金可以是铝合金、钛合金、锌合金、铝镁合金中的一种。

本发明的第二方面还提供了一种具有保温隔热功能的管道或储罐材料的应用，所述管道或储罐材料可以应用于交通运输领域，建筑领域、机械加工领域、航空航天领域。

在一些优选的实施方式中，所述交通运输包括铁路交通运输、道路交通运输、水上交通运输、航空交通运输；所述建筑包括房屋建筑和土木工程建筑；所述机械加工包括车床、铣床、磨床、钻床；所述航空航天包括火箭、人造卫星。

在一些优选的实施方式中，所述铁路交通运输包括火车、高铁、动车；所述道路交通运输包括汽车；所述水上交通运输包括轮船；所述航空交通运输包括飞机；所述房屋建筑包括住宅房屋建筑、办公用房建筑、商业建筑、公共建筑、工业建筑；所述土木工程建筑包括铁路、道路、隧道、桥梁工程建筑。

在一些优选的实施方式中，所述汽车包括新能源汽车、房车、客车、货车；所述轮船包括客船、货船、客货船；所述飞机包括客机、货机、客货机；所述工业建筑包括厂房、化工储料罐、集装箱、仓库。

在一些优选的实施方式中，所述土木工程建筑还包括管道建筑。

实施例

以下通过实施例对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。如无特殊说明，本发明中的原料的均为市售。

实施例1

实施例1提供了一种具有保温隔热功能的管道，包括基材和涂层，所述涂层由涂料通过无气喷涂的方法涂覆于基材的表面形成；所述涂料的原料按重量份计，包括超支化不饱和树脂60份，pH调节剂1份，成膜助剂1份，消泡剂1份，保温助剂15份，助剂2份，去离子水20份。

所述超支化不饱和树脂的双键含量为10～12mol，数均分子量为2750(购自武汉超支化树脂科技有限公司，型号：HUP-101)。

所述pH调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇(购自南京百聚科技有限公司)和N-甲基乙醇胺(购自南京东方之珠工贸有限公司)的混合物，二者质量比为1：0.5。

所述成膜助剂为二丙二醇丁醚(购自济南彬琪化工有限公司，等级：工业级)和OE-300(购自凯茵化工，型号：OE-300)的混合物，二者质量比为0.6：1.5。

所述消泡剂为聚醚改性聚甲基硅氧烷，聚醚改性聚甲基硅氧烷的粘度(25℃)为1000～3000mpa.s(购自佛山市南海大田化学有限公司，型号：DT-650)。

所述保温助剂为纳米二氧化钛和陶瓷微珠的混合物，二者质量比为0.3～0.6：1；纳米二氧化钛的平均粒径为60nm(购自北京德科岛金科技有限公司，型号：DK405-2)，陶瓷微珠的平均粒径为0.2～40μm(上海格润亚纳米材料有限公司)。

所述助剂包括防腐剂、润湿剂和流平剂，三者质量比为0.2：1：0.7；所述防腐剂为亚硝酸钠，所述润湿剂为BYK-346(购自深圳市宝安区西乡昊盟塑胶原料经营部)，所述流平剂为TEGO-440(购自上海卜丁化工有限公司，型号：TEGO-440)。

所述涂料的方法，包括以下步骤：

S1，将去离子水、助剂、保温助剂、消泡剂、成膜助剂按上述配比在高速分散机中以1800r/min的转速搅拌40min得到分散液A；

S2，向分散剂A中加入上述配比的pH调节剂、超支化不饱和树脂在高速分散机中以2000r/min的转速搅拌10min得到涂料。

所述基材为聚乙烯管。

实施例2

实施例2提供了一种具有保温隔热功能的储罐材料，包括基材和涂层，所述涂层由涂料通过无气喷涂的方法涂覆于基材的表面形成；所述涂料的原料按重量份计，包括超支化不饱和树脂80份，pH调节剂2份，成膜助剂1份，消泡剂1份，保温助剂5份，助剂1份，去离子水10份。

所述超支化不饱和树脂的双键含量为18～20mol，数均分子量为3500(购自武汉超支化树脂科技有限公司，型号：HUP-103)。

所述pH调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇(购自南京百聚科技有限公司)和N-甲基乙醇胺(购自南京东方之珠工贸有限公司)的混合物，二者质量比为1：0.8。

所述成膜助剂为二丙二醇丁醚(购自济南彬琪化工有限公司，等级：工业级)和OE-300(购自凯茵化工，型号：OE-300)的混合物，二者质量比为0.9：1。

所述消泡剂为聚醚改性聚甲基硅氧烷，聚醚改性聚甲基硅氧烷的粘度(25℃)为1000～3000mpa.s(购自佛山市南海大田化学有限公司，型号：DT-650)。

所述保温助剂为纳米二氧化钛和陶瓷微珠的混合物，二者质量比为0.6：1；纳米二氧化钛的平均粒径为200nm(购自北京德科岛金科技有限公司，型号：DK405-3)，陶瓷微珠的平均粒径为0.2～40μm(上海格润亚纳米材料有限公司)。

所述助剂包括防腐剂、润湿剂和流平剂，三者质量比为0.5：1：1；所述防腐剂为亚硝酸钠，所述润湿剂为BYK-346(购自深圳市宝安区西乡昊盟塑胶原料经营部)，所述流平剂为TEGO-440(购自上海卜丁化工有限公司，型号：TEGO-440)。

所述涂料的方法，包括以下步骤：

S1，将去离子水、助剂、保温助剂、消泡剂、成膜助剂在高速分散机中以2000r/min的转速搅拌30min得到分散液A；

S2，向分散剂A中加入pH调节剂、超支化不饱和树脂在高速分散机中以1800r/min的转速搅拌20min得到涂料。

所述基材为铝合金。

实施例3

实施例3提供了一种具有保温隔热功能的储罐材料，包括基材和涂层，所述涂层由涂料通过无气喷涂的方法涂覆于基材的表面形成；所述涂料的原料按重量份计，包括超支化不饱和树脂70份，pH调节剂2份，成膜助剂2份，消泡剂1份，保温助剂8份，助剂2份，去离子水15份。

所述超支化不饱和树脂的双键含量为40～45mol，数均分子量为4000(购自武汉超支化树脂科技有限公司，型号：HUP-104)。

所述pH调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇(购自南京百聚科技有限公司)和N-甲基乙醇胺(购自南京东方之珠工贸有限公司)的混合物，二者质量比为1：0.7。

所述成膜助剂为二丙二醇丁醚(购自济南彬琪化工有限公司，等级：工业级)和OE-300(购自凯茵化工，型号：OE-300)的混合物，二者质量比为0.6～0.9：1～1.5。

所述消泡剂为聚醚改性聚甲基硅氧烷，聚醚改性聚甲基硅氧烷的粘度(25℃)为1000～3000mpa.s(购自佛山市南海大田化学有限公司，型号：DT-650)。

所述保温助剂为纳米二氧化钛和陶瓷微珠的混合物，二者质量比为0.5：1；纳米二氧化钛的平均粒径为200nm(购自北京德科岛金科技有限公司，型号：DK405-3)，陶瓷微珠的平均粒径为0.2～40μm(购自上海格润亚纳米材料有限公司)。

所述助剂包括防腐剂、润湿剂和流平剂，三者质量比为0.3：1：0.8；所述防腐剂为亚硝酸钠，所述润湿剂为BYK-346(购自深圳市宝安区西乡昊盟塑胶原料经营部)，所述流平剂为TEGO-440(购自上海卜丁化工有限公司，型号：TEGO-440)。

所述涂料的方法，包括以下步骤：

S1，将去离子水、助剂、保温助剂、消泡剂、成膜助剂在高速分散机中以1900r/min的转速搅拌35min得到分散液A；

S2，向分散剂A中加入pH调节剂、超支化不饱和树脂在高速分散机中以1900r/min的转速搅拌15min得到涂料。

所述基材为钛合金。

对比例1

将超支化不饱和树脂的双键含量改为5～7mol，数均分子量为1960(购自武汉超支化树脂科技有限公司，型号：HUP-101)，其余同实施例3。

对比例2

将pH调节剂改为单一的2-氨基-2-甲基-1-丙醇(购自南京百聚科技有限公司)，其余同实施例3。

对比例3

将pH调节剂改为单一的N-甲基乙醇胺(购自南京东方之珠工贸有限公司)，其余同实施例3。

对比例4

将成膜助剂改为单一的OE-300(购自凯茵化工，型号：OE-300)，其余同实施例3。

对比例5

将聚醚改性聚甲基硅氧烷的粘度(25℃)改为50～100mpa.s(购自佛山市南海大田化学有限公司，型号：DT-69)，其余同实施例3。

对比例6

将保温助剂改为单一的陶瓷微珠，陶瓷微珠的平均粒径为0.2～40μm(购自上海格润亚纳米材料有限公司)，其余同实施例3。

性能测试

1、太阳反射比测试：取100组实施例1～3与对比例1～6的试样按照标准ASTMC1549-16测试其太阳光反射比，评价标准，100组的平均太阳光反射比大于0.86为1级；100组的平均太阳光反射比为0.8-0.86为2级；100组的平均太阳光反射比为0.7-0.8为3级；100组的平均太阳光反射比小于0.7为4级，具体见表1。

2、附着力测试：按照标准GB/T 9286-1998对实施例1～3与对比例1～6中制得的涂层在基材上的附着力进行测试，具体数值见表1。

3、硬度测试，按照标准GB/T 6739-2006对实施例1～3与对比例1～6中制得的涂层的硬度进行测试，具体见表1。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。