環氧改性有機硅耐高溫防腐涂料的研制

喻蘭英，李新躍,，羅宏，陳飛英

（1.四川理工學院材料與化學工程學院，四川 自貢 643000；2.材料腐蝕與防護四川省高校重點實驗室，四川 自貢 643000）

環氧改性有機硅耐高溫防腐涂料的研制

喻蘭英1,2，李新躍1,2,*，羅宏1,2，陳飛英1

（1.四川理工學院材料與化學工程學院，四川 自貢 643000；2.材料腐蝕與防護四川省高校重點實驗室，四川 自貢 643000）

以環氧改性有機硅樹脂作為漆基，制備了磷酸鋅底漆、云母氧化鐵中間漆以及不同顏色的面漆，研究了不同漆膜的耐熱性以及以磷酸鋅底漆加云母氧化鐵中間漆復配不同顏色面漆所得復合涂層的耐熱性和耐蝕性。結果表明，以磷酸鋅底漆、云母氧化鐵中間漆和氧化鉻綠面漆復配所得的涂層具有較好的耐高溫防腐蝕性能，該復合涂層在350 °C烘烤3 h后，耐沖擊強度≥40 kg·cm，附著力≤2級，柔韌性≤2 mm。

涂料；環氧改性有機硅樹脂；耐熱性；耐蝕性

1 前言

有機硅樹脂由于具有較好的耐熱性、耐水性和電絕緣性而一直占有非常重要的地位，但存在附著力、耐有機溶劑性及高溫防腐能力較差等諸多缺點。環氧樹脂以優異的機械性能和粘接性能著稱。因此，以環氧樹脂改性有機硅樹脂是近年發展起來的既能提高有機硅樹脂附著力和防腐能力，又能降低環氧樹脂內應力，增強環氧樹脂韌性、耐高溫性和耐候性等性能的有效途徑[1-4]。本文以環氧改性有機硅作為漆基，制備了磷酸鋅底漆、云母氧化鐵中間漆以及面漆，研究了涂膜的耐高溫防腐蝕性能。

2 實驗

2. 1 原材料

色漆的主要組分是漆基、顏料、填料及助劑，對它們的選擇、使用以及彼此的配合是決定配方成功與否的關鍵。在配制環氧改性有機硅耐熱防腐涂料時，除了能成膜的樹脂溶液外，還需要添加填料(如硫酸鋇、滑石粉、玻璃粉等)和顏料(鈦白粉、磷酸鋅、云鐵等)。雖然耐熱顏料與防蝕顏料的作用機理不同，但很難截然分開，在配方上往往互相交叉，以達到取長補短的效果。所以耐熱防腐漆中極少使用單一的顏料，通常要配合多種顏料和填料。根據配制涂料的不同，顏料、填料的種類和用量也有所不同。在底漆中，主要用保護顏料；中間漆里，主要是體質顏料；面漆必須有較高的遮蓋力，故主要用著色顏料。配方中主要原料及來源見表1。

2. 2 配方

2. 2. 1 漆基的選擇

漆基的功能在于粘結顏料和填料，同時把底材和面漆結合成牢固的整體，阻擋腐蝕介質的侵蝕。即要求漆基能較好地潤濕和分散顏料，能容忍多種顏填料，以保證漆膜結構致密，施工時弊病少。由于晨光化工研究院的HG-43改性環氧有機硅樹脂加入硅烷偶聯劑KH-550后180 °C干燥2 h，其耐熱性(300 °C ± 5 °C)≥2 h，并耐甲苯、汽油、鹽酸等溶劑，制成的涂料具有優良的耐高溫防腐蝕性能，故采用其作為漆基。

表1 主要原料及其來源Table 1 Main materials and their origin

2. 2. 2 底漆配方

底漆是以環氧改性有機硅為成膜物質、以磷酸鹽為主要防銹顏料的高溫防腐涂料。底漆配方如下(以質量分數表示)：

HG-43改性環氧有機硅樹脂 45%

磷酸鋅 8%

氧化鋅 4%

二苯胍 2.5%

908磷鐵粉 15%

滑石粉 10%

有機膨潤土 0.4%

硫酸鋇 10%

APW附著力促進劑 0.2%

202P聚乙烯蠟防沉劑 0.2%

963S非離子型濕潤分散劑 0.2%

硅烷偶聯劑KH-550 1.4%

二甲苯 余量

2. 2. 3 中間漆配方

中間漆是一種以環氧改性有機硅為主要成膜物質、以云母氧化鐵為主要防銹顏料的高溫防腐涂料。云母氧化鐵具有優良的耐高溫性和耐堿、耐酸及防水性，并且價格低、無毒性，是一種優良的涂料顏料。在片狀云母氧化鐵防腐層中，云母氧化鐵是不連續的片狀實體，在樹脂中平行疊壓排列，對腐蝕介質構成了一道道屏障，使介質不易滲透到基料中，相當于增加了防腐層厚度，從而達到防腐蝕目的。中間漆配方如下(以質量分數表示)：

HG-43改性環氧有機硅樹脂 40%

灰云鐵 27%

立多粉 20%

硫酸鋇 5%

滑石粉 5%

有機膨潤土 0.4%

202P聚乙烯蠟防沉劑 0.2%

963S非離子型濕潤分散劑 0.2%

硅烷偶聯劑KH-550 1.2%

二甲苯 余量

2. 2. 4 面漆配方

在很多高溫環境下應用的涂料對顏色都有特定的要求，如化工廠中藍色表示必須遵守，紅色表示禁止、停用，綠色表示提醒、安全通行，黃色表示警告、注意等。所以有必要研制一些色漆配方作為面漆。本文制備的綠、紅、黃3種面漆配方如表2所示。本研究中，面漆以環氧改性有機硅為成膜物質，要求涂膜具有較高的遮蓋力，在高溫、腐蝕條件下仍能保持漆膜的完整性、附著性、彈性和耐磨性等。

表2 不同顏色面漆配方對比Table 2 Comparison between formulations of topcoats with different colors

無機顏料氧化鉻綠具有很好的耐光、耐熱、耐酸和耐堿性能，主要用作耐化學品腐蝕、耐高溫及耐候性涂料中。有機顏料主要應用于高檔涂料、高檔印刷油墨和塑料。永固黃是一種聯苯胺類顏料，呈黃綠色，其色光純正，著色力良好，并能耐光、耐油、耐酸和耐熱，可用于戶外涂料中；喹吖啶酮紅屬于喹吖啶酮類多環顏料，其色鮮艷，接近品紅，耐候性好，有較高的著色力和熱穩定性，透明度和光澤度高，耐溶劑性強，貯存穩定性好。

2. 3 復合涂層制備

馬口鐵片表面先用0#砂紙打磨除銹，再用二甲苯清洗除油。分別將底漆、中間漆和面漆均勻涂刷在樣板上，靜置表干后，在200 °C下烘烤0.5 h。

2. 4 復合涂層性能檢測

采用日本尼康EPIPHOT 200型金相顯微鏡對受熱350 °C后的復合涂層斷面進行觀察、分析。

2. 4. 1 耐熱性

采用中國天津材料試驗機廠的QCJ漆膜沖擊器測定復合涂層分別在250、300、350和400 °C下烘烤3 h后的抗沖擊強度。

2. 4. 2 耐蝕性

觀察復合涂層分別浸泡在蒸餾水、97#汽油以及5%(質量分數)的NaCl、NaOH和H2SO4溶液中的漆膜變化。

3 結果與討論

3. 1 耐熱性

3. 1. 1 各涂層的耐熱性

各涂層在不同溫度下烘烤 3 h后的耐熱性試驗結果見表3。

表3 不同烘烤溫度下各涂層耐熱性比較Table 3 Comparison between thermal resistance of various coatings at different baking temperatures

由表3可看出，磷酸鋅底漆的耐熱性非常好，在400 °C下烘烤3 h后仍保持良好的物理性能，抗沖擊強度為45 kg·cm，附著力和柔韌性分別為1級和1 mm；中間漆在400 °C下恒溫烘烤3 h后，仍保持良好的物理性能，其抗沖擊強度為45 kg·cm，附著力為2級，柔韌性為1 mm。以無機顏料為著色顏料的1#面漆，能耐高溫到400 °C，在350 °C時的抗沖擊強度大于添加有機顏料喹吖啶酮紅的2#面漆；在400 °C時，2#面漆漆膜嚴重變色且伴有粉化。總體來說，1#面漆的耐熱性優于2#面漆。而以有機顏料為著色顏料的3#面漆在300 °C下受熱3 h后，雖然物理性能可達標，但漆膜已嚴重變色，表明3#面漆的耐熱性最差。所以，采用無機顏料的面漆的耐高溫性能好。

3. 1. 2 復合涂層的耐熱性

底漆 + 中間漆 + 面漆(1# ～ 3#)所得的各復合涂層在不同溫度下烘烤3 h的耐熱性能見表4。

表4 各復合涂層耐熱性能對比Table 4 Comparison between thermal resistance of various composite coatings

從表4可以看出，在350 °C下烘烤3 h后，1#和2#復合涂層的抗沖擊強度分別為40 kg·cm和45 kg·cm，而3#復合涂層在350 °C下烘烤3 h后漆膜變黃。這說明復合涂層的底漆和中間漆對涂膜的耐熱性有一定的影響，但對直接與高溫介質接觸的面漆的耐熱與耐溶劑性能的要求則更高。所以高溫涂層在配以適當的底漆和中間漆的同時，采用熱穩定性好的無機顏料面漆的復合涂層，其熱穩定性高，但是由于添加了無機原料，涂膜的耐沖擊性能稍有下降。3#復合涂層由于采用高溫易分解的永固黃有機顏料，因此其耐熱性差。所以，顏料種類對復合涂層的耐熱性能影響很大，耐高溫涂層應使用熱穩定性高的有機顏料或無機顏料。

3. 2 復合涂層的防腐蝕性能

各復合涂層在不同介質浸泡20 d的腐蝕狀況如表5所示。

表5 各復合涂層防腐蝕性能比較Table 5 Comparison between corrosion resistance of various composite coatings

從表5可知，1#和2#復合涂層在蒸餾水、5% NaCl、5% H2SO4以及汽油中浸泡20 d后無變化，說明其耐腐蝕性能優秀；3#復合涂層在5% NaOH和5% H2SO4中分別浸泡13 d和18 d后開始起泡；1#復合涂層在350 °C下烘烤3 h后，在腐蝕介質中浸泡20 d漆膜無變化，說明磷酸鋅底漆 + 云母氧化鐵中間漆 + 氧化鉻綠面漆復合涂層的高溫穩定性好，防腐蝕性能優秀。

3. 3 復合涂層的截面形貌

1# ～ 3#復合涂層(總厚度約70 μm，底層約30 μm，中間層為25 μm，面層為15 μm)在350 °C烘烤3 h后的截面形貌照片見圖1。

圖1 各復合涂層截面形貌(× 400)Figure 1 Section morphologies of various composite coatings

由圖1可知，各復合涂層中3種涂層間的結合很緊密，顏料粒子均勻分布在各涂層中。但是3#復合涂層在金相顯微鏡下可以觀察到較明顯的變色，進一步說明顏料對涂層熱穩定性有很大影響。

4 結論

(1) 環氧改性有機硅耐高溫防腐復合涂層為：含908的磷酸鋅底漆+云母氧化鐵中間漆+氧化鉻綠面漆。

(2) 復合涂層在350 °C烘烤3 h后，耐沖擊強度在40 kg·cm以上，附著力≤2級，柔韌性≤2 mm。

[1] 李國萊, 張慰盛, 管從勝. 重防腐涂料[M]. 北京: 化學工業出版社, 1999: 34-35.

[2] 葉揚祥, 潘肇基. 涂裝技術實用手冊[M]. 北京: 機械工業出版社, 1998: 6-10.

[3] 袁立新, 狄志剛, 傅敏, 等. 常溫固化耐高溫環氧改性有機硅聚氨酯防腐蝕涂料的研制[J]. 上海涂料, 2005, 43 (11): 9-12.

[4] 羅運軍, 桂紅星. 有機硅樹脂及其應用[M]. 北京: 化學工業出版社, 2002: 133-134.

[ 編輯：韋鳳仙 ]

Development of anti-high temperature and anti-corrosion epoxy modified silicone coating //

YU Lan-ying, LI Xin- yue*, LUO Hong, CHEN Fei-ying

Zinc phosphate primer, micaceous iron oxide intermediate paint and topcoat with different colors were prepared with epoxy modified silicone resin as paint base. The thermal resistance of different coatings, and the corrosion resistance and thermal resistance of the composite coatings obtained from zinc phosphate primer and micaceous iron oxide intermediate paint combined with topcoats with various colors were studied. The results showed that the coating obtained from zinc phosphate primer and micaceous iron oxide intermediate paint combined with chromium oxide green topcoat has good high temperature resistance and corrosion resistance. The composite coating after baking at 350 °C for 3 h has following properties: impact strength≥40 kg·cm, adhesion ≤grade 2, flexibility ≤2 mm.

coating; epoxy modified silicone resin, thermal resistance, anticorrosion

Institute of Materials Science and Chemistry Engineering, Sichuan University of Science and Engineering, Zigong 643000, China

TQ630

A

1004 – 227X (2010) 02 – 0059 – 04

2009–11–01

2009–12–07

材料腐蝕與防護四川省高校重點實驗室項目（2008CL02）。

喻蘭英（1960–），女，四川自貢人，副教授，主要從事高分子材料的研究。

李新躍，副教授，(E-mail) lixinyueqw@yahoo.com.cn。