耐高溫防腐涂料的研究

鄧天彩 區(qū)卓琨

(佛山市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測中心; 國家陶瓷及水暖衛(wèi)浴產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心廣東佛山528225)

摘 要:以有機(jī)硅樹脂為基料,配合適量環(huán)氧樹脂和氨基樹脂,系統(tǒng)研究多種耐高溫顏、填料與樹脂的復(fù)配作用及其最佳用量。選取環(huán)氧樹脂用量、顏基比以及玻璃粉用量三個(gè)因素設(shè)計(jì)三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)來優(yōu)化配方,通過考察漆膜耐高溫性能和550℃×5h高溫后的防腐性能,確定環(huán)氧樹脂用量為2wt%,玻璃粉用量為8wt%,顏基比為2.4時(shí)漆膜綜合性能最佳。

關(guān)鍵詞:有機(jī)硅耐高溫防腐涂料

中圖分類號(hào):TU57 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)06(a)-0006-02

隨著高新技術(shù)的飛速發(fā)展,對耐高溫結(jié)構(gòu)材料以及耐熱防腐涂料的要求越來越高,如在噴氣式飛機(jī)和火箭頭部的涂層等均要求很高的耐高溫性能[1]。在高溫涂料的研究中,出現(xiàn)了許多耐熱性的聚合物,其中有機(jī)硅聚合物在耐高溫涂料中的應(yīng)用最為廣泛,在加入耐熱性的顏料、填料后,其耐熱性可提高到400～800℃之間[2]。據(jù)估計(jì)每年約有1360～1820t的有機(jī)硅樹脂中間體用于高溫防護(hù)涂層[4]。據(jù)報(bào)道,Itsu Hajime等人以梯形聚硅氧烷、硅醇鹽為原料,再加入纖維增強(qiáng)的陶瓷復(fù)合材料燒結(jié)制成的涂料,耐溫超過1000℃[3]。

國外有機(jī)硅樹脂的研究方向已從有機(jī)基聚硅氧烷轉(zhuǎn)向梯形有機(jī)硅聚合物。日本國立材料化工研究所用硅倍半環(huán)氧乙烷混合物與1,3-雙苯基乙烯基苯共聚,制得能耐1000℃高溫的新型有機(jī)硅涂料[5]。在國外,日本免田化學(xué)工業(yè)公司采用純有機(jī)硅樹脂中加入無機(jī)填料和玻璃料,配制成能耐500～600℃的高溫涂料[6]。美國道康寧公司的DC-994系列有機(jī)硅產(chǎn)品耐熱壽命可達(dá)1000h(250℃)以上。Tempil Division制造了牌號(hào)為Pyro2mark Series 2500的航天飛機(jī)用有機(jī)硅樹脂涂料,耐熱溫度達(dá)1400℃[7]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料及儀器設(shè)備

有機(jī)硅樹脂、環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂、聚酯改性有機(jī)硅樹脂、環(huán)氧樹脂、氨基樹脂、云母鐵紅、云母粉、滑石粉、碳黑、氣相二氧化硅、低熔點(diǎn)玻璃粉、磷酸鋅:工業(yè)級,市售。

1.2 涂料的制備

過程如下:配料——按研磨配方準(zhǔn)確稱取各種物料,基料樹脂,分散助劑,先加分散助劑到樹脂中,低速攪拌分散。然后加入顏料和填料;研磨分散——在高速攪拌機(jī)中加入研磨珠子進(jìn)行高速分散,這里意味著顏填料粒子在高速攪拌機(jī)的高剪切速率作用下,被分散成原級粒子,并且在分散助劑體系的作用下得到分散穩(wěn)定狀態(tài);調(diào)稀——當(dāng)細(xì)度達(dá)到所需要的細(xì)度時(shí),加入全部基料,適量的成膜助劑和溶劑,在低速攪拌中調(diào)稀,以達(dá)到具有合適的粘度和良好穩(wěn)定性的涂料。

2 果與討論

2.1 樹脂、顏料及填料的選擇及其影

本實(shí)驗(yàn)采用苯基有機(jī)硅樹脂做主要成膜樹脂。添加環(huán)氧樹脂提高附著力和防腐性能。實(shí)驗(yàn)表明,云母氧化鐵紅的含量越高,涂層的耐酸性就越差,而其含量太低,又達(dá)不到著色的目的,因此本實(shí)驗(yàn)以添加6％的量為佳。選擇磷酸鋅作主要的防銹顏料它能分散在油性樹脂型和水性種基料中,用它制備的涂料具有良好的施工性能,并能與金屬底材或與面漆涂膜具有較強(qiáng)的附著力,原料易得,價(jià)格適中等[8]。滑石粉線膨脹系數(shù)很大,但體積膨脹系數(shù)很小,因此滑石粉的添加可以改變涂料的線膨脹系數(shù),提高涂料的室溫交變性能和高溫下防裂的性能。在體系中滑石粉用量達(dá)到10wt %時(shí)具有非常優(yōu)異的抗裂性,即使550℃高溫后馬上放置于室溫環(huán)境中也能保證漆膜完好不破裂,并兼?zhèn)淞己玫姆栏阅堋?/p>

3.6 玻璃粉對耐高溫及高溫后防腐性能的影響

據(jù)文獻(xiàn)[9]報(bào)道,硼玻璃粉熔點(diǎn)在400～600℃之間,能與有機(jī)硅樹脂熱分解溫度(400～500℃)相匹配。用量在8wt%時(shí)取得最好的綜合性能(圖1)。

3.5 顏基比的影響(圖2)

隨著顏基比的增大,涂層的耐高溫性能提高,但涂層的附著力隨之變小,柔韌性變差。當(dāng)顏基比太小,防腐填料偏少使防腐欠佳;顏基比太大,樹脂偏少,不能形成完全連續(xù)涂膜,滲透性增大,不能提供長期的防腐蝕作用,最終導(dǎo)致涂層的防腐蝕性下降[10]。當(dāng)顏基比為2.4時(shí)涂料的綜合性能最佳。

3.7 正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化配方(表1,表2)

從極差分析可見,影響耐高溫性能的主次順序是:B>C>A,即顏基比>玻璃粉用量>環(huán)氧樹脂用量;影響防腐性能的主次順序是:A>B>C,即環(huán)氧用量>顏基比>玻璃粉用量。其最優(yōu)的配方組合為A3B3C2即環(huán)氧樹脂用量為2wt%,顏基比為2.4,玻璃粉用量8wt%;要獲得好的防腐性能,其最優(yōu)的配方組合為A3B2C3,即環(huán)氧樹脂用量為4wt%,顏基比為1.8,玻璃粉用量12wt%。綜合考慮,采用A2B3C2的組合設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)的配方。

3 結(jié)語

(1)以有機(jī)硅樹脂作主要成膜物,添加環(huán)氧樹脂能提高防腐性能和附著力,用量過大會(huì)降低耐高溫性能。

(2)防腐底漆選用云母氧化鐵紅,啞光黑面漆選用鈦鐵黑,用量6wt%較合適。

(3)滑石粉能有效提高漆膜線膨脹比,用量10wt%具有優(yōu)異的抗裂性能。

(4)環(huán)氧樹脂用量2wt%、玻璃粉用量8wt%以及顏基比2.4時(shí)總體性能最佳。

參考文獻(xiàn)

[1] 林安,宋傳紅,潘肇基,等.常溫固化聚有機(jī)硅氧烷耐高溫涂料的研究[C].特種涂料(涂層)行業(yè)技術(shù)研討會(huì)論文摘要集.1999,10,西安:31～32.

[2] 張文娟,陳劍華.耐高溫有機(jī)硅涂料及膠粘劑.有機(jī)硅材料,2002,16(3):28～31.

[3] Silicone Coating Adds Years to Jet Equipment Service.Modern Paint and Coatings,1975(9):42～43.

[4] William V F,Edward GB.Organic Protective Coatings.New York:Reinhold Publishing Corporation,1977,362～364.

[5] 西原義夫.超耐熱涂料.涂裝與涂料,1991,(485):48.

[6] 高豐.國外有機(jī)硅樹脂及其耐熱涂料進(jìn)展.化工新型料,1986,14(10):1～4.

[7] Tokushu Muki Zairyo Kenkyusho.Heat2resistant electri2cally insulating coating materials for wire.日本,特開昭55-164,256,1980.

[8] 張鑒清,曹楚南.電化學(xué)阻抗譜方法研究評價(jià)有機(jī)涂層.腐蝕與防護(hù),1998,19(3):99.

[9] 趙繼華.易熔玻璃在高溫涂料上的應(yīng)用.上海涂料,2003,41:3.

[10] 森本正良.耐熱涂料—最近的動(dòng)向.涂裝與涂料,1990(465):39～46.