高溫涂料的研制與發(fā)展方向

孫寶華　姜艷平　趙元午　姜艷麗

摘 要：一些工業(yè)環(huán)境特殊的需要，促進了耐高溫無機涂料的研制和開發(fā)，其獨特性能使許多涂刷涂料的產品和設備的功能得以充分發(fā)揮。本文以水溶性硅酸鹽為基料研制耐具有耐熱性和優(yōu)異的防腐蝕性能高溫涂料，并對其進行XRD測試和孔隙率的測定，為工業(yè)上的推廣應用提供了一定的參考。

關鍵詞：高溫涂料；耐高溫；鋁酸鹽水泥

基金項目：廣西科學研究與技術開發(fā)計劃項目（桂科合1346011-5）

廣西自然科學基金（2014GXNSFAA118330）

廣西科學研究與技術開發(fā)計劃項目（桂科合1346011-5）

隨著世界工業(yè)的高速發(fā)展，生產工藝不斷革新，對工業(yè)材料性能要求的不斷提高，和對工業(yè)材料的創(chuàng)新更好的需求。其中，化工工業(yè)涂料界要迎接這全新的挑戰(zhàn)中，必須把握住世界工業(yè)涂料工業(yè)發(fā)展的脈搏，敏銳地分析市場新動向，開發(fā)出高科技新型高溫無機涂料，及時跟上和促進我國工業(yè)快速發(fā)展。可以說，正是一些在工業(yè)環(huán)境特殊的需要，促進了耐高溫無機涂料的研制和開發(fā)，在現(xiàn)代科技進步為基礎的前提下，已經開發(fā)出的志盛威華耐高溫無機涂料，其獨特性能使許多涂刷涂料的產品和設備的功能得以充分發(fā)揮，成為涂料中不可缺少的新品種。

1 耐高溫涂料概述

耐高溫涂料應用廣泛，在高爐、焦爐、燒結機等設備的外表面抗氧化保護中起著重要的作用。另外，石油精制爐、鋁精煉爐、發(fā)動機排氣系統(tǒng)、農機、摩托車的消聲器等都長期在很高的溫度下工作，高溫腐蝕嚴重，也需要采用耐高溫涂料加以保護。

一般來說，耐高溫無機涂料可以分為兩大部分：民用耐高溫無機涂料和工業(yè)耐高溫無機涂料。按照一般的定義，耐高溫無機涂料不僅涵蓋汽車、建筑、冶金、制造、醫(yī)藥、交通、船舶和集裝箱涂料、航天、交通標識系統(tǒng)涂料等眾多領域，還包含在人們日常所使用的各種生活生產用品當中，例如燃氣灶、熱水器、電暖器等，可以說耐高溫無機涂料與人們的日常生活、工業(yè)生產息息相關。

目前市場上耐高溫涂料主要為無機耐高溫涂料和有機耐高溫涂料兩大類。其中，無機耐高溫涂料主要有陶瓷涂料、硅酸鹽類涂料、磷酸鹽類涂料和富鋅底漆等，有機耐高溫涂料主要有氟樹脂涂料、雜環(huán)聚合物涂料和有機硅高溫涂料等。無機耐高溫涂料的硬度高，耐熱可達400～1000℃甚至更高，但漆膜較脆，未完全固化前耐水性不好，對基材表面處理要求嚴格。市場上的大部分高溫涂料，通過性能檢測，綜合技術指標達到了要求。具有較高的耐熱性和完全不燃、不發(fā)煙的特點，原料易得、價格低廉、制備簡單、著色自由、施工方便、無毒、無火災危險等。涂料可在高溫鋼板、連鑄板坯、熱軋卷材上直接噴涂，且噴涂效果好，噴涂的標識不易脫落、褪色，可有效消除混鋼事故，具有廣闊的應用前景。

2 高溫材料性能要求

金屬材料在高溫環(huán)境中易與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應，產生腐蝕現(xiàn)象，從而使金屬材料逐漸失去強度而導致結構性能缺失，成為各種事故的隱患。例如壓力鍋爐，一旦出現(xiàn)嚴重的腐蝕現(xiàn)象，使鍋爐壁強度達不到設計要求，就會導致鍋爐爆炸等事故。因此，在高溫設備上，一般都要涂裝保護性涂層，防止金屬材料的腐蝕，延長高溫設備的使用壽命。總之，高溫涂料是用在高溫階段的設備表面防御高溫，保證設備正常運行。

一般來說耐高溫涂料是指可長期耐受300℃以上，并能保持一定物理化學性能、使被保護對象在高溫環(huán)境中能正常發(fā)揮作用的特種功能性涂料.隨著有機高溫涂料產業(yè)的迅猛發(fā)展，有機耐高溫涂料因其良好的熱穩(wěn)定性、耐氧化性和特殊的結構而廣泛應用于涂料行業(yè)。

3 高溫涂料的研制

實驗中以水溶性硅酸鹽為基料得到的耐高溫涂料，這種高溫涂料用途也較廣泛。在一些情況下，這類涂料除具有耐熱性之外，還具有優(yōu)異的防腐蝕性能。其配方如表2所示。將各種原材料混合均勻燒成，磨細后即得到耐高溫涂料。

實驗中所用儀器有：馬弗爐、攪拌裝置、電爐加熱裝置，天平等。

4 高溫涂料的表征

采用日本Rigaku公司生產的UltimaⅢ型X射線衍射儀分析樣品的物相結構，測試條件為：Cu靶Kα，λ=0.15406 nm，工作電壓為40 kV，工作電流為40 mA，掃描范圍2θ為10～80°，掃描速度為10°/min。采用深圳新威爾電子有限公司生產的 BTS電池測試系統(tǒng)分析樣品的首次充放電性能、循環(huán)穩(wěn)定性能， 電壓范圍為3.5–1.5V vs. Li/Li+，電流密度為0.15mA/g （基于樣品的質量）。

當一束單色X射線入射到晶體時，由于晶體是由原子規(guī)則排列成的晶胞組成，這些規(guī)則排列的原子間距離與入射X射線波長有相同數(shù)量級，故由不同原子散射的X射線相互干涉，在某些特殊方向上產生強X射線衍射，衍射線在空間分布的方位和強度，與晶體結構密切相關。這就是X射線衍射的基本原理 。衍射線空間方位與晶體結構的關系可用布拉格方程表示：2dsinθ=nλ，式中d為晶面間距；n為反射級數(shù)；θ為掠射角；λ為X射線的波長。布拉格方程是X射線衍射分析的根本依據(jù)。

實驗步驟：

（1）將研磨成的高溫涂料設備成標準壓片；

（2）將壓片放入掃描臺進行實驗；

（3）利用儀器軟件進行分析；

最終得到的XRD圖像如圖1所示。XRD顯示：高溫涂料含有Ca，Al，Mg，O，F(xiàn)，Na，Si等元素。

5 孔隙率的測定

多孔材料的孔隙率也稱為孔率、孔隙度或氣孔率， 是指多孔材料中孔隙所占的體積與多孔材料的總體積之比， 可用百分數(shù)或小數(shù)表示。多孔體中的孔隙有開口貫通孔隙和閉合孔隙等形式（介于其間的還有半通孔隙， 其一般具有閉合孔隙的形態(tài)）， 故孔率也可相應地分為開孔率和閉孔率。各種孔率的總和就是總孔率， 即平時所說的“孔率”。該指標既是多孔材料中相對容易測量獲得的基本參量， 同時也是決定多孔材料導熱性、導電性、光學行為、聲學性能、拉壓強度、蠕變率等物理、力學性能的關鍵因素。因此，孔隙率可以作為材料質量的一個控制指標。

測試方法：浸泡介質法測量采用流體靜力學原理： 將被測試樣浸泡于液體介質（使用純水作為工作介質， 對試樣不反應、不溶解） 中使其飽和后再進行液中稱重來確定試樣的總體積， 進而測算得出多孔體的孔率。其主要步驟是：先用電子天平稱量出試樣在空氣中的質量m1，然后浸入介質（實驗采用蒸餾水） 使其飽和， 采用加熱鼓入法或減壓滲透法使介質充分填滿多孔材料的孔隙。浸泡一定時間充分飽和后取出試樣，小心擦去表面的介質， 再用天平稱出其在空氣中的總質量m2。然后將飽含介質的試樣放在吊具上浸入工作液體中稱量， 此時試樣連同吊具的總質量為m3，而無試樣時吊具懸吊于工作液體中的質量為m4。由此可得多孔體開口孔隙率為： θ= 1-（m2-m1）/（m3-m4）×100% ，所得數(shù)據(jù)如表3所示：

6 高溫涂料的研究方向

盡管有機硅高溫涂料具有許多優(yōu)異性能，但也存在一些問題：固化時間長，大面積施工不方便；對基材的附著力差，耐有機溶劑性差，溫度較高時漆膜的機械強度不好，價格較貴等。為克服這些缺點，有機硅樹脂用其他樹脂改性，或使用特殊的顏料、填料，使改性后的樹脂具有良好的施工性能、干燥性能及涂膜物理化學性能，得到了廣泛應用。改性后的涂料主要有冷混型有機硅涂料、化學改性有機硅涂料以及共縮聚冷混型有機硅涂料等。

高溫涂料高溫下性能比較穩(wěn)定，除能滿足一定的高溫度要求外，還必須滿足以下綜合性能：有良好的熱物理和熱化學性，有良好的加工性；在較高的溫度和使用工作條件下，有較高的粘結強度和較好的物理機械性能并在規(guī)定的時間內能保持這種性能。工業(yè)耐高溫涂料不僅對高新技術的發(fā)展起著重要的推動和支撐作用，還對我國相關傳統(tǒng)產業(yè)的技術改造和升級，實現(xiàn)跨越式發(fā)展起著重要的促進作用。總之，這些工業(yè)涂料可以幫助企業(yè)提高工業(yè)生產技術，優(yōu)化生產工藝，提高產品質量，節(jié)約成本，延長工作設備使用壽命，給企業(yè)創(chuàng)造出更多利潤價值，同時也減少污染排放。

參考文獻

[1] 明耀強，胡劍峰，張宇帆，黎永津，瞿金清. 有機硅樹脂耐高溫改性研究進展[J]，廣東化工，2014，41（24）：49-50.

[2] 楊文遠，劉金庫. 復合型有機硅耐高溫涂料[J]，上海涂料，2013，51（6）：51-53.

[3] 李華明，周曉紅，魏芳，任智慧. W61-39有機硅耐高溫涂料的制備及其性能研究[J]，上海涂料，2013，51（3）：19-22.

[4] 王崢，郝超偉，馬清芳，蔣劍雄. 國內有機硅耐高溫涂料研究進展[J]，杭州師范大學學報（自然科學版） ，2011，10（6）：510-513.